1、地下水资源管理地下水资源管理多媒体电子教案第三章第三章 水文地质钻勘探水文地质钻勘探 基基基基基基 本本本本本本 内内内内内内 容容容容容容3.3.水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则1.1.水文地质钻探的基本任务水文地质钻探的基本任务2.2.水文地质钻探的技术要求水文地质钻探的技术要求4.4.水文地质物探水文地质物探2022-4-243-1 3-1 水文钻探的基本任务水文钻探的基本任务 水文地质钻探是水文地质钻探是直接探明直接探明地下水的一种最重要、最地下水的一种最重要、最可靠的勘探手段，是进行各种水文地质试验的必备工作，可靠的勘探手段，是进行各种水文地质试验的必备工作，也是对水文地
2、质测绘、水文地质物探成果所作地质结论也是对水文地质测绘、水文地质物探成果所作地质结论的的检验检验。随着水文地质调查阶段的深入，水文地质钻探。随着水文地质调查阶段的深入，水文地质钻探工作量在整个勘查工作中占有越来越重要的地位。工作量在整个勘查工作中占有越来越重要的地位。 水文地质钻探，由于其设备复杂沉重、成本昂贵，水文地质钻探，由于其设备复杂沉重、成本昂贵，施工技术复杂且工期长，对整个勘探的完成、勘查项目施工技术复杂且工期长，对整个勘探的完成、勘查项目的投资均起决定作用。的投资均起决定作用。2022-4-24 (1) (1)揭露含水层，探明含水层的埋藏深度、厚度、岩性和水揭露含水层，探明含水层的
3、埋藏深度、厚度、岩性和水头压力；查明含水层之间的水力联系。头压力；查明含水层之间的水力联系。 (2(2）借助钻孔进行各种水文地质试验，以确定含水层富水）借助钻孔进行各种水文地质试验，以确定含水层富水性和各种水文地质参数。性和各种水文地质参数。 (3)(3)通过钻孔通过钻孔( (或在钴进过程中或在钴进过程中) )采集水样、岩土样，以确定采集水样、岩土样，以确定含水层的水质、水温和测定岩土的物理力学和水理性质。含水层的水质、水温和测定岩土的物理力学和水理性质。 (4)(4)利用钻孔监测地下水动态或将钻孔作为供水井。利用钻孔监测地下水动态或将钻孔作为供水井。基本任务基本任务2022-4-24 1.
4、1.工作程序：工作程序：先水文地质测绘与物探，后钻探施工；先水文地质测绘与物探，后钻探施工；“先先踏勘、后设计踏勘、后设计”；“先设计、后施工先设计、后施工” ，即必须在水文地质，即必须在水文地质测绘和物探工作的基础上布置水文地质钻孔，以及坚持没有地测绘和物探工作的基础上布置水文地质钻孔，以及坚持没有地质、施工设计，不准施工开钻的原则。质、施工设计，不准施工开钻的原则。 2.2.对于探采结合钻孔，应本着对于探采结合钻孔，应本着“以探为主，探采结合以探为主，探采结合”的的原则进行，即应满足原则进行，即应满足“探探”为主，在获取准确可靠的水文地质为主，在获取准确可靠的水文地质资料的同时结合成井。资
5、料的同时结合成井。 3. 3. 水井钻探工程应在有充分水文地质资料的地区进行，水井钻探工程应在有充分水文地质资料的地区进行，并在钻探过程中采取必要措施收集和论证水文地质资料，严格并在钻探过程中采取必要措施收集和论证水文地质资料，严格按照成井工艺规程要求成井按照成井工艺规程要求成井 工作准则工作准则2022-4-243-2 3-2 水文钻探的技术要求水文钻探的技术要求一、钻孔类型一、钻孔类型地质孔水文地质孔探采结合孔观测孔 通常只在小、中比例尺的区域水文地质普查中布置，一般要通过钻探取心进行地层描述和进行简易水文地质观测，但不进行抽水试验。 在各种比例尺的水文地质普查与勘探中布置，一般要进行单孔
6、稳定流抽水试验，必要时要进行多(群)孔非稳定流抽水试验，以获取不同要求的水文地质参数，评价与计算地下水资源。 在各种比例尺的水文地质普查与勘探中均会遇到。 有抽水试验观测孔和长期观测孔(简称长观孔)两种，通常只在大、中比例尺的水文地质勘探中布置。 2022-4-243-2 3-2 水文钻探的技术要求水文钻探的技术要求二、钻孔结构和钻孔设计二、钻孔结构和钻孔设计井壁管过滤管沉淀管RETURN2022-4-24 1) 1) 钻孔的直径钻孔的直径( (口径口径) )较大，直径一般为较大，直径一般为300300500mm500mm。 2 2）钻孔结构复杂。）钻孔结构复杂。 3 3）有复杂的滤水装置和止
7、水封填措施。）有复杂的滤水装置和止水封填措施。 4) 4) 冲洗液质量要求严格。清水钻井，洗井。冲洗液质量要求严格。清水钻井，洗井。 5) 5) 孔斜要求高，孔斜要求高，1 1。水文钻孔特点水文钻孔特点2022-4-24 1 1）孔深孔深。水文钻孔的深度，应根据钻探任务来确定，一。水文钻孔的深度，应根据钻探任务来确定，一般要求达到揭露或打穿主要含水层。般要求达到揭露或打穿主要含水层。 2 2）开孔、终孔的直径及孔身变径位置开孔、终孔的直径及孔身变径位置。开孔直径，在松。开孔直径，在松散岩层中，一般应大于散岩层中，一般应大于480mm480mm；在坚硬岩石中，应大于；在坚硬岩石中，应大于290m
8、m290mm。为简化水井结构，应尽可能采用为简化水井结构，应尽可能采用“一径到底一径到底”。当不得不变径。当不得不变径时，在松散岩层中的终孔直径不得小于时，在松散岩层中的终孔直径不得小于290mm290mm；在坚硬岩石中，；在坚硬岩石中，不得小于不得小于l80mml80mm，变径的位置变径的位置，多在含水层下部的隔水层顶部。，多在含水层下部的隔水层顶部。 3 3）不同口径井管的下置深度，所选用的）不同口径井管的下置深度，所选用的井管材料井管材料。水文钻孔设计水文钻孔设计钻孔设计书钻孔设计书2022-4-24 4 4）钻孔）钻孔中止水段的位置和止水方法中止水段的位置和止水方法。 5 5）过滤器的
9、类型和过滤器下置深度。过滤器的类型和过滤器下置深度。 6 6）对水井中的非开采含水层段，提出井壁与井管之间隙）对水井中的非开采含水层段，提出井壁与井管之间隙的回填封堵段的位置、使用材料及要求。的回填封堵段的位置、使用材料及要求。 7 7）钻进方法及技术要求，包括对冲洗液质量、岩芯采取）钻进方法及技术要求，包括对冲洗液质量、岩芯采取率、岩土水样采集、洗孔及孔斜等的要求。以及对观测和编录率、岩土水样采集、洗孔及孔斜等的要求。以及对观测和编录方面的技术要求。方面的技术要求。水文钻孔设计水文钻孔设计地层岩性剖面地层岩性剖面井孔结构剖面井孔结构剖面钻孔平面位置图钻孔平面位置图2022-4-24过滤器设计
10、过滤器设计 抽水孔过滤器的类型，根据不同含水层的性质，可下表采用。抽水试验的观测孔，宜采用包网过滤器。抽水过滤器类型选择2022-4-243-2 3-2 水文钻探的技术要求水文钻探的技术要求三、钻井过程中的水文地质观测三、钻井过程中的水文地质观测 1. 1. 钻井过程中水文地质观测工作的主要目的钻井过程中水文地质观测工作的主要目的 1 1）及时发现孔底地层岩石的变化，进行观测以弥补岩芯采）及时发现孔底地层岩石的变化，进行观测以弥补岩芯采取率的不足。取率的不足。 2 2）及时发现钻孔是否揭露了某个含水层）及时发现钻孔是否揭露了某个含水层( (带带) )。 3 3）帮助确定含水层）帮助确定含水层(
11、 (带带) )的埋藏深度、厚度及其富水性。的埋藏深度、厚度及其富水性。 4 4）分别取得不同含水层的水头，水温和水化学成分的资料。）分别取得不同含水层的水头，水温和水化学成分的资料。 5)5)为最终确定水井的成井结构提供所需地质依据。为最终确定水井的成井结构提供所需地质依据。2022-4-24 1 1）观测冲洗夜的消耗量及其颜色、稠度等特性的变化，记）观测冲洗夜的消耗量及其颜色、稠度等特性的变化，记录其曾减变化量及位置。录其曾减变化量及位置。 2 2）钻孔中水位的变化。当发现含水层时，要测定初见水位）钻孔中水位的变化。当发现含水层时，要测定初见水位和天然稳定水位和天然稳定水位 3 3）及时描述
12、岩芯。统计岩芯采取率，测量其裂隙率或岩溶）及时描述岩芯。统计岩芯采取率，测量其裂隙率或岩溶率。率。 4 4）测量钻孔的水温变化值及其位置。）测量钻孔的水温变化值及其位置。主要观测项目主要观测项目2022-4-24 5 5）观测和记录钻孔的涌水、涌砂、涌气现象、及其起止深）观测和记录钻孔的涌水、涌砂、涌气现象、及其起止深度及数量。度及数量。 6 6）观测和记录钻进速度，孔底压力及钻具突然下落（掉）观测和记录钻进速度，孔底压力及钻具突然下落（掉钻），孔壁坍塌、缩径等现象和其深度。钻），孔壁坍塌、缩径等现象和其深度。 7 7）按钻孔设计书的要求及时采集水、气、岩、土样品。）按钻孔设计书的要求及时采集
13、水、气、岩、土样品。 8 8）在钻进工作结束后，接要求进行综合性的水文地质物探）在钻进工作结束后，接要求进行综合性的水文地质物探测井工作。测井工作。主要观测项目主要观测项目2022-4-243-3 3-3 水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则一般原则一般原则1. 1. 钻孔的布置要考虑钻探的任务钻孔的布置要考虑钻探的任务4. 4. 区域水文地质钻探，钻孔应布置成勘探线。区域水文地质钻探，钻孔应布置成勘探线。3. 3. 钻孔布置要考虑其代表性和控制意义钻孔布置要考虑其代表性和控制意义2. 2. 钻孔的布置要考虑钻孔的布置要考虑“一孔多用一孔多用”。2022-4-243-3 3-3 水文勘
14、探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则区域水文地质勘探区域水文地质勘探 为查明区域水文地质条件为查明区域水文地质条件布置的钻孔，一般都布置成勘布置的钻孔，一般都布置成勘探线的形式。主要勘探线应沿探线的形式。主要勘探线应沿着着区域水文地质条件区域水文地质条件变化最大变化最大的方向布置。对区内每个主要的方向布置。对区内每个主要含水层的补给、径流、排泄和含水层的补给、径流、排泄和水量、水质不同的地段均应有水量、水质不同的地段均应有勘探钻孔控制。勘探钻孔控制。含水层类型含水层类型岩性结构岩性结构埋藏条件埋藏条件富水性富水性水化学特征水化学特征2022-4-243-3 3-3 水文勘探钻孔的布置原则水文
15、勘探钻孔的布置原则松散层地区勘探线布置2022-4-243-3 3-3 水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则松散层区勘探孔线距离2022-4-243-3 3-3 水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则基岩地区勘探孔布置2022-4-243-3 3-3 水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则地下水资源评价地下水资源评价 主要为地下水资源评价布置的勘探孔，其布置方案必主要为地下水资源评价布置的勘探孔，其布置方案必须考虑拟采用的地下水资源评价方法。勘探孔所提供的资须考虑拟采用的地下水资源评价方法。勘探孔所提供的资料应能满足建立正确的水丈地质概念模型、进行含水层水料应能满足建立正确
16、的水丈地质概念模型、进行含水层水文地质参数分区和控制地下水流场变化特征的要求。文地质参数分区和控制地下水流场变化特征的要求。 如采用数值法评价地下水资源时，勘探孔的布置应满如采用数值法评价地下水资源时，勘探孔的布置应满足查明水文地质边界条件和水文地质参数分区的要求足查明水文地质边界条件和水文地质参数分区的要求, ,一般一般呈网状形式布置。呈网状形式布置。2022-4-243-3 3-3 水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则供水勘察供水勘察 以供水为勘查目的的勘探孔，按总原则布置钻孔时，以供水为勘查目的的勘探孔，按总原则布置钻孔时，应考虑勘探一开采结合，钻孔一般应布置在含水层应考虑勘探一
17、开采结合，钻孔一般应布置在含水层( (带带) )富富水性最好、成井把握性最大的地段。水性最好、成井把握性最大的地段。2022-4-243-4 3-4 水文地质物探水文地质物探|地球物理勘探简称地球物理勘探简称“物探物探”，即用物理的原理研究地质构，即用物理的原理研究地质构造和解决资源勘探中问题的方法。造和解决资源勘探中问题的方法。|它是以各种岩石和矿产资源的密度、磁性、电性、弹性、它是以各种岩石和矿产资源的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异为研究基础，用不同的物理方法和放射性等物理性质的差异为研究基础，用不同的物理方法和物探仪器，探测天然的或人工的地球物理场的变化，通过分物探仪器，
18、探测天然的或人工的地球物理场的变化，通过分析、研究所获得的物探资料，析、研究所获得的物探资料，推断推断、解释解释地质构造和矿产分地质构造和矿产分布情况。布情况。|目前主要的物探方法有：重力勘探、磁法勘探、电法勘探、目前主要的物探方法有：重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、放射性勘探等。依据地震勘探、放射性勘探等。依据工作空间的不同工作空间的不同，又可分为：，又可分为：地面物探、航空物探、海洋物探、井中物探等。地面物探、航空物探、海洋物探、井中物探等。 2022-4-243-4 3-4 水文地质物探水文地质物探 物探方法成本低、速度快、用途广泛，是当前水文地质物探方法成本低、速度快、用途广泛
19、，是当前水文地质调查中非常重要的勘探手段。调查中非常重要的勘探手段。 物探方法之所以能够探明某些地质、水文地质条件，主物探方法之所以能够探明某些地质、水文地质条件，主要是因为不同类型或不同含水量的岩石，或不同矿化程度的要是因为不同类型或不同含水量的岩石，或不同矿化程度的水体之间存在着物性上水体之间存在着物性上( (包括导电性、导热性、热容量、温度、包括导电性、导热性、热容量、温度、密度、磁性、弹性波传播速度及放射性等密度、磁性、弹性波传播速度及放射性等) )的差异。因此，我的差异。因此，我们可以借助各种物探测试仪器，测定出某一方向、某一深度们可以借助各种物探测试仪器，测定出某一方向、某一深度或
20、某一范围内岩石或水体的某些物理特征值的变化，从而分或某一范围内岩石或水体的某些物理特征值的变化，从而分析、推断出某一方向和某一深度或范围内的岩性、构造和岩析、推断出某一方向和某一深度或范围内的岩性、构造和岩层含水性能的变化。层含水性能的变化。2022-4-243-4 3-4 水文地质物探水文地质物探花岗岩，灰岩的视电阻率花岗岩，灰岩的视电阻率( () )：n n(10(102 2-10-103 3) ) m泥岩、粘土的视电阻率值只有泥岩、粘土的视电阻率值只有十到几十欧姆十到几十欧姆米。米。2022-4-243-4 3-4 水文地质物探水文地质物探n 水是一种良导体，因此岩石的含水量及水本身的矿
21、化度，水是一种良导体，因此岩石的含水量及水本身的矿化度，对岩石的视电阻率值有很大的影响。对岩石的视电阻率值有很大的影响。n 厚层石灰岩的厚层石灰岩的无水无水地段的地段的值常常大于值常常大于500500m ，比有水比有水地段高很多地段高很多。n 但是，有些岩层也有相反的情况，如长春地区可溶盐含但是，有些岩层也有相反的情况，如长春地区可溶盐含量较高的下白垩统陆相碎屑岩量较高的下白垩统陆相碎屑岩( (泥岩、砂质泥岩，粉砂岩泥岩、砂质泥岩，粉砂岩) )，其视电阻率的其视电阻率的本底值却较低本底值却较低( (一般在一般在10-2010-20m之间之间) )，而，而含含水地段水地段岩石的视电阻率反而岩石的
22、视电阻率反而较高较高，一般，一般值在值在2020或或l0l0m以以上。上。2022-4-243-4 3-4 水文地质物探水文地质物探 在磁性方面，不同种类的岩石之间也有较大差别，如许在磁性方面，不同种类的岩石之间也有较大差别，如许多岩浆岩中的金属元素含量相对较丰富，磁性较强；多数沉多岩浆岩中的金属元素含量相对较丰富，磁性较强；多数沉积岩的磁性均较弱。因此，当磁法剖面跨过这两种岩石时，积岩的磁性均较弱。因此，当磁法剖面跨过这两种岩石时，便会有显著的磁力差异。便会有显著的磁力差异。 在放射性强度和热辐射强度方面，不同类型的岩石，以在放射性强度和热辐射强度方面，不同类型的岩石，以及岩石中富水和贫水地
23、段之间，也常有较大的差异。从图所及岩石中富水和贫水地段之间，也常有较大的差异。从图所示的热行为剖面上可清楚地显示出断裂富水带的平均辐射强示的热行为剖面上可清楚地显示出断裂富水带的平均辐射强度度( (地面下地面下0.8m)0.8m)要比断裂两侧贫水地带低要比断裂两侧贫水地带低7-ll7-ll。2022-4-243-4 3-4 水文地质物探水文地质物探 p地面物探地面物探p地球物理测井地球物理测井2022-4-24 地面物探方法，已被证明是探测地下岩性、划分地层和确地面物探方法，已被证明是探测地下岩性、划分地层和确定构造的有效手段之一，几乎所有地面物探方法均可用于寻找定构造的有效手段之一，几乎所有
24、地面物探方法均可用于寻找地下水和判定某些水文地质特征。地下水和判定某些水文地质特征。 但是，绝大多数物探方法并不是直接地测定出地下水的物但是，绝大多数物探方法并不是直接地测定出地下水的物性显示，而是性显示，而是通过测定出岩石或裂隙、空洞的物性显示，去判通过测定出岩石或裂隙、空洞的物性显示，去判断是否有含水层和富水带的存在断是否有含水层和富水带的存在。当然，在岩石的物性显示中。当然，在岩石的物性显示中也包含有水的作用。由于水和岩石总是共存于同一空间内，而也包含有水的作用。由于水和岩石总是共存于同一空间内，而岩石本身的物性显示在一般情况下又比水强烈岩石本身的物性显示在一般情况下又比水强烈得多，因此
25、，准得多，因此，准确地说，多数的物探方法均是确地说，多数的物探方法均是间接间接的找水方法。的找水方法。地面物探地面物探2022-4-24电阻率法电阻率法激发极化法激发极化法交变电磁场法交变电磁场法测得的物性特征在各类岩石中(包括有水的和贫水的地段)差别较显著、显示比较稳定、强烈，且受自然环境和人为因素干扰较小的物探方法。自然电场法自然电场法 常用地面物探方法常用地面物探方法2022-4-24地面物探新方法地面物探新方法放射性探测法：通过测定岩石的放射性差异去判断有无含水的岩层，有无可供地下水赋存的断裂、裂隙构造等新方法新方法核磁共振法：垂直地磁场方向施加一定强度和频率的磁场，水分子就会产生核磁
26、共阵现象，确定地下水的埋深和富集程度。 2022-4-24常用地面物探方法常用地面物探方法电阻率法电阻率法原原 理理电阻率与岩石的矿电阻率与岩石的矿物成分、结构、孔物成分、结构、孔隙度、含水量及地隙度、含水量及地下水的矿化度有关下水的矿化度有关。通过测量岩石的。通过测量岩石的电阻率值，分析推电阻率值，分析推断地质体的水文地断地质体的水文地质特征。质特征。应应 用用1）确定含水层分布）确定含水层分布、厚度及埋深，寻找、厚度及埋深，寻找古河道，古冲洪积扇古河道，古冲洪积扇；2）寻找断层破碎）寻找断层破碎带岩溶发育带；带岩溶发育带；3）划分咸淡水界面，寻划分咸淡水界面，寻找淡水透镜体；找淡水透镜体；
27、4）估算水文地质参数。估算水文地质参数。条条 件件1）勘探对象与围岩）勘探对象与围岩之间的物性差异大；之间的物性差异大；2）勘探对象必须具）勘探对象必须具有一定的规模，埋藏有一定的规模，埋藏不能太深。不能太深。2022-4-24实例分析实例分析 研究区地质构造错综复杂，位于深大断裂带上，断裂控制着其地形地貌、沉积环境、地层岩性和水文地质条件，以及地下水的运移规律。测区地层自下而上：(1)基底为奥陶系灰岩；(2)洼地沉积有第三系红色粘土；(3)第四系风成黄土和古土壤含钙质结核。从地层岩性上分析，不同地质年代形成的地层岩性环境存在差异，因此导电性能不同。在张性断裂构造带深部均为岩溶裂隙水富集的有利
28、部位，是电探找水的主要研究对象。因此，从电探找水的标志层分析，有着明显的地球物理前提。2022-4-24常用地面物探方法常用地面物探方法 为寻找测区断裂构造的具体位置和岩溶裂隙水的赋存带，在测区垂直于断层走向布置测点4个(图1)。1号测点平行于断层走向放线， 曲线在AB/2= 275m出现特征点,s值为17.28m ，显示低阻异常(图2)。2022-4-24应用实例应用实例 为了圈定出低阻异常的范围，向北移动60m、向南移动90m，东西放线，测得2号测点和3号测点B曲线H型特征点分别出现在AB/2=250m和300m，s值都大于20m ，低阻异常不如1号测点明显。为进一步证实1号测点s曲线特征
29、点低阻异常是否真实存在，斜交于F 断层走向东西放线，4号点(I号位置) s曲线H型特征点低阻异常仍然在AB/2=275m 出现(图3)，值为19.230m ，只是比1号测点极小点s值高不到2m 。2022-4-24应用实例应用实例2022-4-24应用实例应用实例 根据研究区内s曲线，第一电性层是以黄土为主的低阻反映；第二电性层为黄土和古土壤含钙质结核高阻反映；第三电性层为灰岩裂隙岩溶含水和充填泯质的低阻电性综合反映；第四电性层为致密完整的灰岩高阻电性反映。在AB/2= 250-350m为一明显低阻区,值在2l.98-19.530m之间，为明显的低阻含水区。2022-4-24应用实例应用实例2
30、022-4-24应用实例应用实例2022-4-24应用实例应用实例 综上所述，黄土塬下伏灰岩含水的电性特征，是在高阻中寻找低阻异常的地质体，是张性断裂构造破碎带、岩溶裂隙水与泥质充填物的低阻电性综合反映。要区分是水还是泥质引起的低阻电性反映，用激发极化法来区分。2022-4-24常用地面物探方法常用地面物探方法自然电场法自然电场法原原 理理天然电场主要与地天然电场主要与地下水通过岩石孔隙下水通过岩石孔隙、裂隙时的渗透作、裂隙时的渗透作用及地下水中离子用及地下水中离子的扩散、吸附作用的扩散、吸附作用有关。因此，可以有关。因此，可以通过测定过滤电场通过测定过滤电场的强度，查明地下的强度，查明地下水
31、有关情况。水有关情况。应应 用用1）测定地下水的）测定地下水的流向；流向；2）河床水）河床水库渗漏点；库渗漏点；3）寻）寻找古河道、含水破找古河道、含水破碎带；碎带；4）测定抽）测定抽水钻孔影响半径。水钻孔影响半径。条条 件件主要取决于过滤电主要取决于过滤电场的强度，所以只场的强度，所以只有在有在地下水埋藏较地下水埋藏较浅、水力坡度较大浅、水力坡度较大和所形成的和所形成的过滤电过滤电位强度较大位强度较大时，才时，才能在地面测量到较能在地面测量到较明显的自然电位异明显的自然电位异常常 。2022-4-24常用地面物探方法常用地面物探方法裂隙渗漏电场河流的过滤电场分布图2022-4-24常用地面物
32、探方法常用地面物探方法激发极化法激发极化法原原 理理人工电场断电后，人工电场断电后，产生的二次电场会产生的二次电场会逐渐衰减，而岩石逐渐衰减，而岩石中的含水或富水地中的含水或富水地段水分子的极化能段水分子的极化能力较强，其二次场力较强，其二次场衰减又慢，故可通衰减又慢，故可通过二次场衰减特征过二次场衰减特征来寻找地下水。来寻找地下水。 应应 用用1）寻找层状或似）寻找层状或似层状分布的地下水层状分布的地下水2）溶洞含水带；）溶洞含水带；3）间接估计设计）间接估计设计钻孔的涌水量。钻孔的涌水量。条条 件件1）覆盖层薄；）覆盖层薄；2）干扰小（工业）干扰小（工业散电流影响小）散电流影响小）2022
33、-4-24常用地面物探方法常用地面物探方法交变电磁场法交变电磁场法原原 理理以岩石、矿石以岩石、矿石( (包包括水）的导电性、括水）的导电性、导磁性及介电性的导磁性及介电性的差异为基础，通过差异为基础，通过对以上物理场空间对以上物理场空间和时间分布特征的和时间分布特征的研究，达到者明隐研究，达到者明隐伏地质体和地下水伏地质体和地下水的目的。的目的。 应应 用用1）甚低频电磁法）甚低频电磁法2）频率测深法；）频率测深法；3）地质雷达法。）地质雷达法。条条 件件1）覆盖层薄；）覆盖层薄；2）干扰小（工业）干扰小（工业散电流影响小）散电流影响小）2022-4-24常用地面物探方法常用地面物探方法核磁
34、共振法核磁共振法原原 理理水具弱磁性，当施水具弱磁性，当施加一定强度和频率加一定强度和频率的人工磁场时，水的人工磁场时，水分子就会产生核磁分子就会产生核磁共阵现象。测定出共阵现象。测定出其在地面的感应强其在地面的感应强度，就可确定出地度，就可确定出地下水的埋深和富集下水的埋深和富集程度。程度。 应应 用用1 1）地下水的存在）地下水的存在问题；问题；2 2）地下水的赋存）地下水的赋存状态；状态；3 3）确定地下水存）确定地下水存储及运移有关参数。储及运移有关参数。条条 件件灵敏度很高，容易灵敏度很高，容易受到电磁干扰的影受到电磁干扰的影响，难以在城市、响，难以在城市、火成岩火成岩( (及磁铁矿
35、及磁铁矿) )分布区正常开展工分布区正常开展工作。探测埋藏深度作。探测埋藏深度不大于不大于150m150m。NMRNMR测深的量化程度测深的量化程度高，可以提供各含高，可以提供各含水层的深度、厚度水层的深度、厚度和单位体积含水量，和单位体积含水量，以及各含水层的平以及各含水层的平均孔隙度等信息。均孔隙度等信息。2022-4-24应用实例应用实例 我国广泛分布着大面积岩溶地貌，其中南方以贵州为中心的桂、滇、川、湘、鄂、粤、赣、渝等9省(区，市)相邻地区的连片裸露的碳酸盐岩山区，即岩溶山区。传统的物探找水方法在上述地区探测岩溶水遇到许多困难，NMR方法为解决这些困难提供了一种新的技术手段。 湖北永
36、安工区，前人认为是无水区。工区大部分为耕植农田，被第四系粘土所覆盖。以NMR找水方法为主(进行了l2个NMR测深点)，辅以电阻率法，探查到了优质的岩溶水。下图是其中一个NMR测深点的解释结果与钻孔资料对比图。2022-4-24应用实例应用实例 由图的由图的NMRNMR含水量直方图含水量直方图可见，该区有两个主要含水可见，该区有两个主要含水层，第一个含水层位于层，第一个含水层位于232342m42m深处，含水层深处，含水层NMRNMR信号的信号的平均衰减时间常平均衰减时间常T T2 2* *=11Oms=11Oms；第二个含水层位于第二个含水层位于7575100m100m以下，其以下，其T T2
37、 2* *=230ms=230ms。这两个。这两个含水层的含水层的T T2 2* *变化表明，深处变化表明，深处含水层的平均孔隙度变化大，含水层的平均孔隙度变化大，意味着含水岩石更加破碎，意味着含水岩石更加破碎，实际钻探实际钻探( (终孔深度终孔深度130m)130m)证实了上述解释的正证实了上述解释的正确性。确性。2022-4-24常用地面物探方法常用地面物探方法放射性探测放射性探测原原 理理通过测定岩石的放通过测定岩石的放射性差异去判断有射性差异去判断有无含水的岩层，有无含水的岩层，有无可供地下水赋存无可供地下水赋存的断裂、裂隙的断裂、裂隙( (通通道道) )构造。测量氡构造。测量氡及其子
38、体产生的及其子体产生的、射线射线射线射线强度。强度。应应 用用用于寻找基岩地下用于寻找基岩地下水水 种种 类类1） 测量法测量法2）放射性能谱）放射性能谱3）设气测量法）设气测量法4） 径迹测量法径迹测量法和和卡法卡法5）210Po法法2022-4-24地球物理测井地球物理测井 许多地球物理测井方法都可配合钻探取芯和水文地质观测资料，用于钻孔剖面的岩性分层钻孔剖面的岩性分层，判断含水层(带)、岩溶发育带和咸淡水分界面位置(深度)及确定水文地质参数等。当采用无芯钻进或钻进取芯不足时，物探测井更是不可却少的探测手段。物探测井的地质水文地质解释精度，远比前述的地面物探方法高。对确定钻孔中的岩层分界面
39、和出水裂隙段位置的可靠性和精度，有时甚至比钻探取芯还高。2022-4-24地球物理测井地球物理测井视电阻率电法测井井液电阻率测井自然电位测井除划分钻孔地层剖面外，主要用于确定含水层的位置及厚度，确定岩石电阻率参数和岩石孔隙度 可靠的测定钻孔中含水层的位置和厚度，比较含水层的富水性，求地下水的渗透速度和简接计算渗透系数 可确定地下水的矿化度和咸淡水界面，估计地层的含泥量 2022-4-24地球物理测井地球物理测井伽玛伽玛测井 放射性测井 中子测井 放射性同位素同位素示踪法是目前测定地下水流向、渗透系数和水质弥散系数的主要方法，还可确定井内出水和套管破裂位置，检查井管外封堵质量和寻找水库(坝下)渗
40、漏通道 用于划分岩性，查明含水层，确定孔隙度和测定含水量； 可按密度区分岩性、划分剖面，确定含水层和岩石的孔隙度 2022-4-24地球物理测井地球物理测井主要用于测定岩石的孔隙度，也用于划分岩性，作地层对比，划分含水破裂带等 声波测井测定地温梯度，测定井内进(漏)水位置。 热测井2022-4-24水文地质人员在物探工作中的任务水文地质人员在物探工作中的任务一、掌握物探方法的使用条件 1）探测对象(岩层或含水带)与围岩之间存在比较显著的物性差异； 2）这种物性差异，要有一定的异常幅度，并能在所探测的深度内能被目前使用的物探仪器测量出来； 3）探测对象呈现的异常现象，能与其他自然和人为干扰因常引
41、起的异常现象很好地区别开来； 4）还要求探测对象有一定的规模（厚度或范围），埋藏不能太深，其他自然和人为干扰因素(地形坡度、切割程度、浮土厚度、工业地电，地下金属管道等)的影响不能太强烈。2022-4-24水文地质人员在物探工作中的任务水文地质人员在物探工作中的任务二、提出水文地质物探工作的探测任务二、提出水文地质物探工作的探测任务 1）通过地面物探(或航空物探)方法寻找含水层或富水带，确定它们的分布范围，埋藏深度、厚度和产状； 2）通过物探测井方法准确地确定含水层(带)的厚度、深度、富水程度、咸淡水界面位置，或测定某些水文地质参数及完成某些水井工程探测任务(测量井径、井斜和检查钻孔止水效果)
42、。2022-4-24水文地质人员在物探工作中的任务水文地质人员在物探工作中的任务三、确定勘探方法，布置勘探方案三、确定勘探方法，布置勘探方案 1）通过现场试验选定的物探方法。如能使用综合物探手段完成同一项任务，则可相互验证，取长补短，以提高成果解释的可靠性和精度。 2）合理确定测线的位置、方位、测点间距和测线之间的距离；正确选择供电极距、测量极距和电测剖面装置。2022-4-24水文地质人员在物探工作中的任务水文地质人员在物探工作中的任务四、解释测量成果四、解释测量成果 物探曲线常反映了探测对象本身和其它多种自然或人为因素的综合影响。因此，只有了解了具体的地质水文地质背景和各种干扰因素的可能影
43、响，才能进行正确的解释。否则，对于测量成果常常可以作出多种或错误的解释。 因为含水层或富水带没有固定不变的异常标志。为了提高测量成果解释的可靠性，最好首先在露头较好地段或巳有勘探井旁进行试验，确定出探测对象异常的形态、性质和幅度，从而制定出可靠的解释标志。例如，在视电阻率较高的石灰岩、岩浆岩和砂岩中，一般以低阻异常作为有水的标志。但在视电阻率本来就较低的碎屑岩及结晶片理发育的岩石中，高阻异常带则常常是有水的标志。因此，符合已有水井旁试验得出的解释标志，才是最可靠的解释标志。2022-4-243-4 3-4 水文地质物探水文地质物探2022-4-24第三章第三章 水文地质勘探水文地质勘探完完祝同学们学习一帆风顺！祝同学们学习一帆风顺！
