水文地质勘查基本知识讲座

1、水文地质勘查基本知识讲座中 国 矿 业 大 学：郑 丽 萍Email:2013年10月16日 第一节、水文地质勘查的目的、任务第二节、 水文地质勘查工作的类型 第三节、 水文地质勘查工作阶段的划分 第四节、水文地质勘查所使用的主要手段 第五节、煤矿水文地质勘探成果第六节、 水文地质勘查程序 目 录第一节、水文地质勘查的目的、任务地质勘探： 在对矿产普查中发现有工业意义的矿床，为查明矿产的质和量，以及开采利用的技术条件，提供矿山建设设计所需要的矿产储量和地质资料，对一定地区内的岩石、地层、构造、矿产、水文、地貌等地质情况进行调查研究工作。水文地质勘查： 为研究一个地区的地下水类型、埋藏、分布、形

2、成条件和运动规律以及地下水资源开发利用和保护、环境水文地质问题所进行的综合性水文地质工作。煤矿勘探期：资源勘探为主地质勘探报告煤矿生产期：资源开采为主生产地质报告煤矿生产期：防治水为主水文地质报告由矿井建设开始，到开采结束期间所进行的一切勘探，统称矿井地质勘探。按其目的之不同，分为矿井资源勘探、矿井补充勘探、生产勘探和矿井工程勘探等四类。矿井地质规程建井期建井地质报告煤矿地质勘探目的 运用各种技术方法和手段揭示一个地区的水文地质条件。 任务 为工程项目设计或国民经济发展规划的制定提供所需的水文地质资料 。重要性 认识来源于实践 水文地质勘查费用很高、工期较长 理论联系实际，注重方法水文地质勘查

3、煤矿水文地质勘探矿井建设生产阶段所进行的水文地质勘探，一般视为煤炭资源勘探阶段的水文地质工作质勘探的继续与深入，多带有补充勘探的性质 。基本任务：为煤炭工业的规划布局和煤矿建设，安全生产提供水文地质依据，并为水文地质研究积累资料。 煤矿水文地质勘探特征它一般应分阶段循序进行。矿井水文地质勘探为矿井建设、采掘、开拓延深、改扩建提供所需的水文地质资料，并为矿井防治水工作提供水文地质依据，它是在煤田水文地质勘探的基础上进行的。矿井水文地质勘探是在矿井建设和生产过程中进行的，它既可以验证和深化煤田地质勘探对井田（矿井）水文地质条件的认识，又可以根据矿井建设生产过程中遇到的水文地质问题，充分利用矿井的有

4、利条件，进行有针对性的矿井水文地质勘探，为矿井建设生产和矿井防治水工作提供依据。矿井水文地质勘探是煤田地质勘探所不能取代的！类 型目 的任 务范 围比 例 尺区域性水文地质调查为制定某项目国民经济的远景规划提供水文地质依据概略查明区域性宏观的水文地质条件 一般较大，大于数百千米1：5万地下水动态均衡的监测多方面：水位、水量、水质短期、长期、永久监测地下水动态和均衡要素监测工作的持续时间视具体情况而定第二节、水文地质勘查工作的类型 按其目的、任务和调查方法的特点分为三类煤矿水文地质勘探类型依据矿床主要含水层的储水空间特征三 类第一类：孔隙充水矿床第二类：裂隙充水矿床第三类：岩溶充水矿床三 型第一

5、型：水文地质条件简单矿床第二型：水文地质条件中等矿床第三型：水文地质条件复杂矿床目的：为不同类型矿床的勘探工程设定不同工程量、勘探程度以及矿井涌水量计算等技术要求。第三节、水文地质勘查阶段的划分矿区水文地质勘查阶段划分普查勘探阶段生产建设阶段普查详查（初步勘探）精查（详细勘探）勘探划分的必要性 精查阶段基本查明：直接充水含水层含水空间的发育程度和分布情况，以及强径流带的分布范围；间接充水含水层对直接充水含水层的补给途径、部位和可能的最大补给量；对矿井充水有影响的断裂带的水文地质特征；直接充水含水层向矿井充水的途径，评价矿井充水因素，预测矿井第一水平涌水量等。煤矿水文地质补充勘探设计1、补勘的目

6、的、任务目的：防治水。任务确定应全面分析已有资料，确定补勘的任务。2、补勘的依据：规范规程、资料来源3、补勘的范围矿井？采区？工作面？下组煤？上组煤？煤系地层含水层？太灰含水层？奥灰含水层？4、补勘技术手段及工程量：根据任务及规程（勘探类型）确定。5、工程预算6、成果设计1、矿区水文地质地质工程地质勘探规范 （GB12719-91）2、煤、泥炭地质勘查规范（DZ/T0215-2002）3、煤矿防治水规定（国家安监总局、煤矿监察局）煤矿水文地质勘探规范煤矿安全规程282条：新建矿井揭露的水文地质条件比地质报告复杂的，应当进行水文地质补充勘探，及时查明水害隐患，采取可靠的安全防范措施。煤矿防治水规

7、定第二十九条：矿井有下列情形之一的，应当进行水文地质补充勘探工作：1、矿井主要勘探目的层未开展过水文地质勘探工作的；2、矿井原勘探工程量不足，水文地质条件尚未查清的；3、矿井经采掘揭露煤岩层后，水文地质条件比原勘探报告复杂的；4、矿井经长期开采，水文地质条件已发生较大变化，原勘探报告不能满足生产要求的；5、矿井开拓延伸、开采新煤系（组）或者扩大井田范围设计需要的；6、特殊地质条件部位或者深部煤层下伏强含水层，煤层底板带压，专门防治水工程提出特殊要求的；7、各种井巷工程穿越强富水性含水层时，施工需要的。第四节、水文地质勘查所使用的主要手段水文地质测绘水文地质勘探水文地质试验水文地质观测实验室分析

8、水文地质物探水文地质钻探水文地质化探水文地质坑探 另外还有：遥感技术：航、卫片地质水文地质解释；地下水同位素技术；计算机技术等。 1、水文地质测绘水文地质调查内容包括：资料收集、地貌地质、地表水体、井泉、古井老窑生产矿井、周边矿井、地面岩溶调查。方法：水文地质调查，地面和井下水文地质观测手段：测绘、观测、填图、绘图、记录等煤矿防治水规定中有比较详细的要求遥感照片2、水文地质勘探水文地质物探水文地质钻探水文地质化探水文地质坑探 水 文 地 质 物 探目的与任务物探方法设计成果要求物探工程设计工程量设计视电阻率梯度 视电阻率电位 物探工作原理 主要是因为不同类型或不同含水量的岩石，或不同矿化度的水

9、体之间存在物性差异-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。 借助各种物探测试仪器，测定出某一方向、某一深度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、构造和岩层含水性能的变化。物探方法物探地面瞬变电磁法直流电法频率测深法音频电穿透法瑞雷波地震勘探法槽波地震勘探法高分辨地震勘探法地质雷达勘探法关于测井水文地质补充勘探一般应进行钻孔测井，测井可以：a. 确定含水层、隔水层、软弱夹层的层位与厚度； b. 确定断裂带、裂隙带和岩溶发育带的位置及厚度； c. 划分地层组，编录钻孔柱状剖面； d. 划分咸淡水界面； e.

10、 测定钻孔中含水层之间的补给关系； 估算水文地质参数，包括地下水矿化度、孔隙率、渗透系数、流量及涌水量等； g. 测定钻孔技术状况，包括钻孔孔径、孔斜，寻找孔内事故位置； h. 地层物性参数测量。 电阻率、自然电位、自然伽玛、井径、井温、井斜测量；井中流体测量、超声成像测井、声速、伽玛伽玛、井液电阻率、井液、钻孔电磁波法测井。 水文地质钻探任务：（1）完善并建立含水层水动态观测系统；（2）形成矿井水文地质试验系统；（3）为岩石力学性能测试取样、测试提供条件；（4）探查目的含水层岩性、厚度和富水性；（5）探查开采煤层底板至奥灰含水层间隔水层岩性、厚度及隔水性；钻孔布置原则钻探孔数确定钻探参数设计

11、钻探工艺要求钻探成果要求钻孔封孔设计钻探工程设计钻探工艺设计项目质量要求工作内容钻孔偏斜 1.5/100m 每30m测斜一次 孔深误差1.5钻井液清水钻进必须采用泥浆钻进时，应采取有效洗井措施。 取芯 完整岩层岩芯采取率70%；破碎带60% 地质编录 详细记录涌水、掉块、塌孔、缩径、逸气、掉钻等现象层位和深度，岩性、裂隙性质、密度、风化程度、岩溶特性及发育深度。水文测井全孔测井 视电阻率、自然电位、自然伽玛、井温、井斜。下管止水优质无缝钢管，止水后管内水位下降速度2cm/h套管封闭止水自管底注浆，全孔封闭 水质取样 原状水样 简易水文单孔抽水试验稳定时段延续时间不少于8小时 水位、冲洗液消耗、

12、孔内情况、岩心描述等钻孔结构设计考虑因素：孔深，孔径、抽水试验等探放水钻孔布置必须遵循以下规定： 依据煤矿防治水规定 （一）探放老空水、陷落柱水及钻孔水时，探水钻孔应成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距3为准，厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过l.5 ; （二）探放断层水、构造断裂水和底板岩溶水时，探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置。底板方向的钻孔不得少于2 个； （三）煤层内，原则上禁止探放水压高于1Mpa的充水断层水、含水层水及陷落柱水等。如确实需要的，可以先建筑防水闸门或闸墙，并在闸墙外向内探放水； （四）上山探水时，一般进行双巷掘进，其中一条超前探水和汇水

13、，另一条用来安全撤人。双巷间每隔3050米掘一个联络巷，并设挡水墙。矿井探放水钻孔布置要求探水钻孔布置原则：巷道掘进所占空间应有钻孔控制，且钻孔间距小于巷道高度、宽度、或煤层厚度。(1)平巷钻孔：对于薄煤层，3组，每组12个钻孔；厚煤层，3组，每组不少于3个钻孔。(2)上山巷道钻孔布置：对于薄煤层，5组，每组12个钻孔；厚煤层，5组，每组不少于3个钻孔，至少有一孔见顶或见底。探水线程序：探水-掘进-再探水-再掘进探水钻孔超前距一般30m，帮距一般20m，钻孔密度3m允许掘进距离超前距离帮距安全外围线外斜眼终孔位置化 探目的与任务取样方法成果要求化学勘探设计工作量设计水质测试项目水化学分析方法的

14、简称。地下水的化学成份往往代表着其赋存地层的环境特征，按照各种特征离子的含量、矿化度、水质类型等，可以对不同含水层地下水做出区分，从而对井下涌水的来源进行识别。 1、简分析：了解区域地下水化学成分的概况。项目少，精度要求低，简便快速，成本不高。分析内容：除温度、颜色、透明度、嗅味味道外，定量分析HCO3、SO4、CL、Ca、总硬度、PH值。通过计算，求得NO3、NO2、NH+、Fe2+、Fe3+、H2S。2、全分析项目多，要求精度高。通常在简分析的基础上选择有代表性的水样进行全分析，以全面了解地下水化学成分，并对简分析结果检核。一般定量分析内容： HCO3、SO4、CL、Ca、CO3、 NO3

15、、NO2、NH4+、Fe2+、Fe3+、H2S水文地质坑探 在一定条件下，为了揭露或揭示浅部的地质和水文地质现象，使用水文地质坑探或槽探。3、水文地质野外试验水文地质试验设计抽水试验放水试验注水试验连通试验为了取得水文地质参数或解决水文地质问题需进行水文地质试验。抽水试验抽水孔与观测孔布置 试验抽水 正式抽水：三个降深 ；延续时间与稳定时间；静止水位与恢复水位观测要求； 抽水试验资料整理 对地下水进行定量研究的重要手段。1、钻孔涌水量与水位下降关系2、获取含水层参数，渗透系数、导水系数和储水系数等3、求得含水层影响半径、降落漏斗形状等资料4、含水层之间联系；5、含水层边界条件及隔水层参数等抽水

16、试验稳定流：钻孔出水量和水位同时出现相对稳定， 并延续一定时间。一般要求三个降深， 设最大降深为s1，非稳定流：抽水过程中保持水量稳定，观测水位变化或保持水位稳定，观测水量变化。符合实际。一般地：含水层的划分勘探过程中如何划分含水层？（1）岩石孔隙裂隙发育有储水空间提供较多的储水空间，形状各异，空隙、溶隙、孔洞、张开结构面等。岩层的储水空间在开采之前是天然的，开采过程或开采之后有人为的因素，比如采矿引起的导水裂隙带，水文地质补充勘探就将面临这种问题。勘探过程中如何发现这些储水空间呢？主要通过钻探充洗液的消耗来判定。测井、流量测井等方法也能从岩层的物理性质和岩层水流动状况反映岩层是否为含水层。（

17、2）孔隙裂隙连续性好有径流条件（3）丰富的水源与补给源有补给条件钻孔单位涌水量0.001L/s.m的岩层为隔水层4、水文地质观测 又称地下水动态观测，是研究各种地下水要素随时间变化，阐明区内地下水形成和变化规律，进行水位、水量、水质评价和预测的重要手段。降水入渗型：水位峰值与降水峰值一致或稍有滞后动态 指表征地下水数量与质量的各种要素(如水位、泉流量、开采量、溶质成分与含量、温度及其它物理特征等)随时间而变化的规律。均衡 指在一定范围、一定时间内，地下水水量、溶质含量及热量等的补充(流入)与消耗(流出)量之间的数量关系。5、室内分析、测定、模拟实验 为取得地下水水质，岩石的物理、水理和力学性质

18、指标，岩石的破坏和溶蚀机理，岩石的矿物成分和化学成分，地下水的年龄等资料，需要采集水、岩、土样进行实验室鉴定、分析和试验。 为了阐明岩石含水空间的微观特征和地下水中的微观组分，现代测试技术，如光谱分析、差热分析、电镜分析、x光衍射和岩石微孔测试技术等在水文地质研究中正在发挥着愈来愈重要的作用。电子显微镜投射谱图差热分析仪青霉电镜照片高分辨投射电镜扫描电子显微镜（SEM）电子束从电子枪射出经三级会聚透镜变成极细的扫描电子束，并对试样表面进行扫描，产生二次电子，再将二次电子收集变成电讯号，再经放大进行显像摄影或记录。特点：足够高的分辨率范围（50-100埃），成像富有立体感，试样制备简单。青霉电镜

19、照片热差分析利用物体对热敏感的反应来研究试件在物理变化和化学变化中的环境效应的试验技术。 基本原理：在恒速升（降）温得条件下，连续测定被测试件与基准物的温差，将测得的温差经放大和记录并对试样的温度作图，所的曲线称为热谱图。标准线结晶化熔解氧化热分解玻璃态转化第五节、煤矿水文地质勘探成果补充勘探成果的特点：1、不同于资源勘探成果，资料累积，分析研究程度不足；2、补充勘探的成果不仅来源于补充勘探所取得的资料，还来源于前期勘探、生产实际揭露等，其成果是综合性的；3、水文地质补充勘探成果紧紧围绕煤矿生产实际，必须回答煤矿水文地质疑难问题，为解决水害问题提供地质依据。4、成果应不断更新，随时补充、修正和完善。水文地质补充勘探成果内容如下：1、水文地质钻探成果，其中包括：钻孔综合柱状图；钻孔测井成果；钻孔简易水文试验成果；2、钻孔施工记录；3、抽水试验成果4、钻孔测量成果5、封孔报告6、物探成果7、水化学分析成