水文地質(zhì)鉆探的應用與分類(lèi)

  在水文地質(zhì)各勘察階段所進(jìn)行的鉆探工作，其目的是了解地層巖性、地質(zhì)構造、地下水的賦存條件和運動(dòng)規律，水質(zhì)、水量、水溫的變化，為正確評價(jià)地下水資源，合理開(kāi)發(fā)利用與保護地下水提供資料。
 
  （一）鉆孔分類(lèi)。
 
  一般分勘探孔、試驗孔、觀(guān)測孑L和探采孔四種。
 
  (1)勘探孔：用于水文地質(zhì)普查。主要獲取地層的巖性、地質(zhì)構造和含水層的埋藏深度、厚度、性質(zhì)及富水性等資料。鉆探要求滿(mǎn)足巖心采取率、校正孔深、測量孔斜、簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀(guān)測、原始記錄和封孔等六項指標。
 
  (2)試驗孔：用于初勘階段。在初步掌握地層巖性、地質(zhì)構造等資料的基礎上，著(zhù)重了解地下水的水量、水位、水質(zhì)、水溫等資料。要求進(jìn)行分層觀(guān)測、分層抽水，單孔或群孔抽水等。
 
  (3)觀(guān)測孔：用于研究地下水動(dòng)態(tài)變化規律和為測定與抽水孔水位變化關(guān)系，以及了解不同含水層的水位、水溫、水質(zhì)變化而布置的鉆孔。
 
  (4)探采孔：用于已定水源地的詳勘階段。在已取得水文地質(zhì)資料的基礎上，結合工農業(yè)生產(chǎn)開(kāi)采水源的需要布置鉆孔。通過(guò)鉆探進(jìn)一步取得水文地質(zhì)資料后，即可作為開(kāi)采井使用。鉆探既要滿(mǎn)足獲得有關(guān)水文地質(zhì)資料，又要滿(mǎn)足開(kāi)采生產(chǎn)井對水質(zhì)、水量、衛生防護等的要求。
 
  （二）鉆孔布置。
 
  在水文地質(zhì)測繪和工程地球物理勘探的基礎上進(jìn)行鉆孔布置，其目的是能查明勘察區的水文地質(zhì)條件，取得水文地質(zhì)參數和評價(jià)地下水資源所需的資料。在松散沉積物地區，須根據地質(zhì)、地貌及水文地質(zhì)條件布置勘探線(xiàn)網(wǎng)，勘探線(xiàn)間距與孔距按勘察階段和不同類(lèi)型松散沉積物地區的水文地質(zhì)條件復雜程度而定。在碎屑巖地區，勘探線(xiàn)的布置應能控制勘察區不同水文地質(zhì)單元和地質(zhì)構造、地貌條件，并且須垂直構造線(xiàn)或沿地層水文地質(zhì)條件變化最大的方向布置。在巖溶地區，除按碎屑巖地區布置勘探線(xiàn)網(wǎng)外，還應考慮布置在沿地表水系和斷層附近、巖溶裂隙發(fā)育帶和巖溶微地貌發(fā)育處。
 
  （三）鉆孔結構設計。
 
  鉆孔結構設計內容包括開(kāi)孔直徑、終孔直徑、鉆孔深度、換徑的層次結構和深度、過(guò)濾器類(lèi)型、止水方法等。
 
  (1)孔徑。隨鉆孔的勘探目的不同而異?？碧娇卓讖揭话阍?00 mm以下。試驗孔和探采孔孔徑一般都比較大，通常松散層孔徑在400 mm以上，基巖層孔徑在200 mm以上。觀(guān)測孔孔徑比較小，通常松散層孔徑在200 mm'以下，基巖層孔徑在150 mm以下。
 
  (2)孔深。要求鉆穿有供水意義的主要含水層（組）或含水構造帶（巖溶發(fā)育帶、斷裂破碎帶、裂隙發(fā)育帶等）。
 
  (3)孔的垂直度。要求以保證井壁管、過(guò)濾器順利安裝和抽水設備正常工作為難。
 
  (4)沖洗液。應適于含水層的情況和鉆探的要求?；鶐r中的勘探鉆孔，常采用清水作為沖洗液，松散層中的勘探鉆孔，根據含水層情況和勘探的要求，一般采用清水水壓鉆進(jìn)或用泥漿作沖洗液。采用泥漿鉆進(jìn)時(shí)，宜選用利于護孔、不污染含水層、易于洗井的優(yōu)質(zhì)泥漿。
 
  （5）止水、封孔?？碧姐@孔須分別查明各含水層（帶）的水位、水質(zhì)、水溫、透求性，或對某含水層進(jìn)行隔離時(shí)，須進(jìn)行止水工作?？碧姐@孑L獲取資料后，如沒(méi)有其他用途，都要進(jìn)行封孔。封孔是為了避免含水層中的水互相串通，使地下水受到污染，或使承壓水遭到破壞。在主要含水層的頂底板封閉要超過(guò)5 m。一般壓力的含水層可采用黏土封閉，如果是高壓含水層或下部有開(kāi)采的礦床則要用水泥封閉。對可能受到地表水污染的鉆孔，孔口要用水泥封閉。
 
  （四）鉆探設備。
 
  常和水井鉆探設備通用，和其他鉆探設備相比，具有扭矩大、適應性強、運移性好、種類(lèi)多等特點(diǎn)，中國當前常用的水文地質(zhì)鉆探設備有沖擊式鉆機、回轉式鉆機和復合式鉆機。
 
  （五）鉆探方法。
 
  水文地質(zhì)鉆探大多是在第四紀松散的卵石層、礫石層以及砂、黏土、砂土等地層中進(jìn)行，這類(lèi)地層的特點(diǎn)是膠結差，易坍塌、漏失，取心困難。部分鉆探是在基巖中進(jìn)行，含水巖層多有裂隙、溶洞。不同地層采用不同的鉆進(jìn)方法，常用的鉆探方法按鉆進(jìn)方式分為沖擊鉆進(jìn)法、回轉鉆進(jìn)法、沖擊回轉鉆進(jìn)法。
 
  (1)沖擊鉆進(jìn)法：又分為鉆桿沖擊鉆進(jìn)和鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)。常用的鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)是借助于一定重量的鉆頭，在一定的高度內周期地沖擊井底，使地層破碎而得進(jìn)尺。在每次沖擊之后，鉆頭或抽筒在鋼絲繩帶動(dòng)下回轉一定的角度，從而使鉆孔得到規則的圓形斷面。用該法鉆進(jìn)卵石、礫石層、致密的基巖層效果較好。在第四紀地層中鉆進(jìn)，多使用工字形鉆頭和抽筒式鉆頭，在基巖層中多使用十字形鉆頭和圓形鉆頭。
 
  (2)回轉鉆進(jìn)法：又分為正循環(huán)鉆進(jìn)法和反循環(huán)鉆進(jìn)法。正循環(huán)鉆進(jìn)法是由轉盤(pán)或動(dòng)力頭驅動(dòng)鉆桿回轉，鉆頭切削地層而獲得進(jìn)尺。沖洗液由泥漿泵送出，經(jīng)過(guò)提引水龍頭和鉆桿流至孔底冷卻鉆頭后，經(jīng)由鉆桿與孔壁之間的環(huán)狀間隙返出井口，同時(shí)將孔底的巖屑帶出，用這種方法鉆進(jìn)砂土、黏土、砂等地層時(shí)效率較高。在第四紀地層中全面鉆進(jìn)，多使用魚(yú)尾鉆頭、三翼刮刀鉆頭和牙輪鉆頭。在基巖層取心鉆進(jìn)，多使用巖心管取心合金鉆頭和鋼粒鉆頭，全面鉆進(jìn)多使用牙輪鉆頭。反循環(huán)鉆進(jìn)法適于在卵石、礫石、砂、土等地層鉆進(jìn)大直徑鉆孔，具有鉆進(jìn)效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。有三種反循環(huán)方式：①泵吸反循環(huán)，利用離心泵（砂石泵）的抽吸作用，井孔內的沖洗液自上向下流動(dòng)，經(jīng)過(guò)井底與被切削擾動(dòng)的巖屑一起進(jìn)入鉆桿，再經(jīng)吸水軟管進(jìn)入離心泵而排人沉淀池．沉淀后的沖洗液再流回井孔，形成循環(huán)。離心泵的抽吸效率，在孔深50 m以?xún)刃瘦^高，隨著(zhù)孔深的增加其效率逐漸降低。②噴射反循環(huán)，利用水泵或空氣壓縮機所產(chǎn)生的高壓流，經(jīng)裝在噴射腔內的噴嘴將水或空氣高速?lài)娚涑鋈?，在噴嘴外部形成負壓區，其負壓可達0 .08-0.09 MPa，此負壓區可使鉆桿內的沖洗液流動(dòng)，并排出孔外，以此造成沖洗液不斷循環(huán)。噴射反循環(huán)的功率損失較大、利用率低，并隨著(zhù)孔深的加深效率迅速下降，一般在50 m以?xún)瓤锥问褂?，在深孑L常和氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)法配合使用。③氣舉反循環(huán)（壓氣反循環(huán)），利用壓縮空氣與鉆桿內的沖洗液混合后形成低比重的混合物，以高速向上流動(dòng)，從而將孔底巖屑帶出孔外。其效率主要取決于壓縮空氣的壓力和排量，以及輸氣管沉沒(méi)在水中的深度和混合室的結構等。
 
  此法不能用于10 m以?xún)鹊目锥?。在孔?0m以?xún)刃实陀诒梦囱h(huán)和噴射反循環(huán)，但隨著(zhù)鉆孔的加深，其效率逐漸提高。這種方法常與泵吸反循環(huán)或噴射反循環(huán)配合使用，I以便充分發(fā)揮各自的特點(diǎn)，取得更加經(jīng)濟合理的效果。
 
  (3)沖擊回轉鉆進(jìn)法：分為液動(dòng)沖擊回轉鉆進(jìn)法和氣動(dòng)沖擊回轉鉆進(jìn)法（即潛孔錘鉆進(jìn)法）。常用的潛孔錘鉆進(jìn)法是以轉盤(pán)或動(dòng)力頭驅動(dòng)鉆桿和潛孔錘回轉，并以高壓大風(fēng)量的壓縮空氣驅動(dòng)潛孔錘的活塞，以高頻率沖擊鉆頭破碎巖石，通過(guò)鉆頭排出的壓縮空氣將巖屑帶出孔外。其效率約為空氣沖洗牙輪鉆頭回轉鉆進(jìn)效率的數倍，鉆進(jìn)堅硬巖層效果更為顯著(zhù)。這種鉆進(jìn)方法是以壓縮空氣為沖洗介質(zhì)，因受空氣壓縮機壓力限制，在水位高、富水性強的巖層中使用，其鉆進(jìn)深度不能很大。
 
  (六）鉆探編錄和成果。
 
  鉆探過(guò)程中要保證采取土樣、巖樣的質(zhì)量。試驗用土樣的取樣質(zhì)量、巖心采取率、土的分類(lèi)、定名以及土樣和巖樣（巖心）的描述均需按一定要求進(jìn)行。并對水位、水溫、沖洗液消耗量、漏水位置、自流水的水頭和自流量、孔壁坍塌、涌砂和氣體逸出情況，巖層變換深度、含水層構造和溶洞的起止深度等進(jìn)行觀(guān)測和記錄，鉆探結束后，應對所揭露的地層進(jìn)行準確分層。水文地質(zhì)鉆探應提交達到設計要求的鉆孔，按一定要求采取巖土樣、水樣，字跡清晰的鉆探編錄，以及鉆孔綜合地質(zhì)柱狀圖等成果。