全国地下水调查关键技术要求关键技术要求水文地质综合科学钻探关键技术要求.doc

1 合用范畴
1.1 本技术规定为中华人民共和国地质调查局地质调查实行项目《全国地下水资源及其环境问题调查评价》（如下简称“项目”）专门制定。
1.2 本技术规定规定了水文地质综合科学钻探技术方案，对于本技术规定没有涉及钻探工艺等某些，按行标DZ/T 0148-94《水文地质钻探规程》执行。
1.3 本技术规定不包括综合水文地质钻探内容，这一某些工作有专门技术规定规定。
1.4 本技术规定只合用于“项目”中综合调查水文地质综合科学钻探。
1.5 本技术规定可供有关调查评价工作参照。
1.6 除本技术规定附表外，参照使用“资料收集与整顿技术规定”中关于表格。
2 引用原则
水文地质钻探规程 DZ/T 0148-94
3 术语
3.1 水文地质综合科学钻探 Hydrogeology Integration Science Drilling
水文地质综合科学钻探是指应用当代钻探技术，在具备重大水文地质与第四纪地质意义地下水系统，实行多目的、多学科交叉研究综合性水文地质钻孔。从钻孔中获得所有岩心和流体样品及各种原位测量数据，进行多学科综合研究。
3.2 综合水文地质钻探 Integration Hydrogeology Drilling
为完毕本次补充调查任务而设立，旨在获取地层构造、水文地质参数和化学、同位素等测试成果水文地质钻孔。
3.3 辅助孔 Auxiliary Drilling
为配合水文地质综合科学钻探主孔，完毕设计任务，而设立辅助钻孔。旨在配合主孔完毕地下水长期监测、层间水文地质实验、和某些样品采集工作。
4 总则
4.1 水文地质综合科学钻探目
实行水文地质综合科学钻探，通过科学采样、室内、野外实验和地下水与含水介质直接观测与实验测试，揭示含水系统空间构造，划分地层年代学界线；配合区域水文地质调查，研究地下水年龄与地下水区域循环规律；摸索地下微生物分布及潜育条件；求取水文地质参数；开展地下水长期动态监测，建立区域水文地质科学实验基地。
4.2 水文地质科学钻探目的任务
4.2.1 目的
通过水文地质综合科学钻探,研究第四纪地层构造、含水层构造、古气候特性、地下水赋存状态及水文地质参数、气候环境地层序列、地层年代表、古水文环境变化信息、当代水文环境中垂向含水层间水力联系、咸淡水界面变化等专门科学问题进行综合研究，提供区域对比参照数据，为地下水研究提供更精确、更科学基本数据。
4.2.2 任务
（1）第四纪地层年代测定；
（2）第四纪地层构造研究；
（3）获取水文地质参数；
（4）咸水面下移分析；
（5）分层地下水质量分析。
4.3 实行过程与组织形式
4.3.1 科学论证
在充分分析钻探区以往水文地质、第四纪地质、环境地质等调查与研究成果基本上，提出存在科学问题，明的确施科学钻探意义。论证明行水文地质综合科学钻探必要性、可行性、实行方案与技术路线，然后上报主管部门审批。
l 区域水文地质与地质概况：在概述以往工作与区域概况基本上，着重论证需要通过科学钻探解决科学问题；
l 科学钻探目的与任务；
l 实行科学钻探必要性；
l 实行科学钻探可行性；
l 实行方案；
l 组织形式；
l 经费估算。
4.3.2 设计编写
依照主管部门下达任务书规定，充分研究以往研究成果与勘探成果，组织技术人员进行野外踏勘，最后由钻探实行单位和科研单位技术人员按下列内容共同编写设计书，上报主管部门审批后组织实行。
l 钻孔位置与钻探深度；
l 钻探工艺过程；
l 样品采集与测试；
l 原位测试与实验；
l 经费预算；
l 实行单位技术支撑。
4.3.3 组织形式规定
（1）水文地质综合科学钻探实行由三方面技术人员构成：所在地地质调查院、实行科学研究科研院所与学校、钻探施工单位；
（2）三方面人员密切配合，分工合伙，参加钻探实行全过程；
（3）所在地地调院负责钻探组织实行；
（4）钻探施工单位负责按设计规定，完毕钻探与取样任务；
（5）科研单位负责样品采集和实验详细技术规定制定；
（6）技术规定制定部门参加全过程工作，检查技术规定可行性，以期在实践中不断修正和完善。
5 钻孔位置与钻探地质规定
5.1 钻孔位置选取
（1）具重要水文地质与第四纪地质学意义；
（2）服务于地下水资源合理开发运用、地下水资源保护与水循环研究；
（3）钻孔揭露含水层在区域上具备代表性；
（4）对区域地下水系统划分和含水层构造研究有参照意义；
（5）技术上可行；
（6）交通便利，地势相对平坦，通讯以便，利于环保。
5.2 钻探基本规定
（1）主孔采用分层止水、取样；
（2）如果主孔不采用分层止水，就选取实行辅助孔；
（3）钻孔要揭穿有供水意义含水层，不得在含水层中终孔；
（4）水文地质综合科学钻探原则上由主孔和辅助孔构成，辅助孔个数由本地水文地质条件复杂限度决定，在设计中充分论证明行辅助孔必要性；
（5）钻探完毕，所有科学钻探孔组要达到长期监测目，监测内容涉及：各层水位、水质变化、同位素研究等。
5.3 钻探地质规定
5.3.1 岩芯编录
钻进过程中应及时进行地质、水文地质编录，钻孔竣工后应及时提交岩芯登记表、测井曲线、岩芯采样及分析成果等资料，编写钻孔综合成果图。
5.3.2 简易检测
在钻进过程中应观测孔内水位变化、冲洗液明显漏失位置、颜色变化和消耗状况、涌砂坍塌状况等，要认真做好记录。
5.3.3 钻孔构造
（1）先进行小径（拟为127mm）取芯钻进，达到设计孔深进行物探测井后，再扩孔成井；
（2）扩孔孔径不不大于550 mm，变径孔径不不大于450 mm，各孔上部下入304mm钢管，下部下入203mm钢管；
（3）滤水管为圆孔肋骨缠丝构造，孔隙率取决于含水层岩性,普通不不大于25%。
5.3.4 孔斜
在100m内不不不大于1.0°。
5.3.5 孔深校正
同一钻孔应采用相似钢卷尺丈量，测量时读数至厘米，每钻进50m和终孔后应校正孔深，孔深误差不不不大于2‰。
5.3.6 岩芯采用率
每个科学钻探孔全程取芯，钻孔取芯率平均不低于70%，其中砂层不不大于40%，粘性土层达到90%以上，卵砾石层取代表样。
5.3.7 测井
（1）常规地球物理测井
电阻率法、自然电位法、自然伽马法、伽马伽马（密度）法、井径测量、井斜测量。
（2）建议增长测井内容
l 声速测井；
l 井中流体测量；
l 超生成像测井；
l 温度测井；
l 同位素测井技术。
用FDC-250A型地下水参数仪测定井孔所在位置地下水天然流速及其垂向分布状况。
6 辅助钻孔
6.1 辅助孔设立目
（1）主孔岩芯量不能满足需要时，实行取芯钻进；
（2）研究浅层地下水特性；
（3）配合主孔完毕地下水长期分层检测和分层水样采集；
（4）开展层间水文地质实验。
6.2 辅助孔规定
辅助孔属于普通水文地质勘探孔，辅助孔施工与样品采集、水文地质实验等按DZ/T 0148-94《水文地质钻探规程》执行，原则上不取芯，只在主孔取芯量局限性时，补充某些土样。
7 抽水实验
7.1 抽水实验办法
定流量非稳定流抽水实验。
7.2 设备规定
原则上建议用潜水泵。
7.3 抽水实验基本规定
（1）主孔与辅助孔完毕后，分别进行抽水实验，并监测水位；
（2）抽水实验前必要保证彻底洗孔，洗到水清砂净，可采用空压机、活塞联合洗井，必要时可采用CO2及化学洗井等办法；
（3）在进行正式抽水前，必要进行试抽工作，以便验证风管、测管下入深度与否合理。试抽记录要按正式规定进行；
（4）需要进行分层（段）抽水钻孔，必要保证分层（段）合理，止水效果良好。可用观测出水管与井管之间水位及观测抽水孔附近机（民）井水位等办法检查止水效果；
（5）正式抽水实验前，必要按规范规定观测静止水位；
（6）正式抽水实验结束前取全分析水样、细菌分析样和环境同位素样；
（7）测量抽水先后孔深。
7.4 观测与记录
（1）抽水实验中，同步观测水位、水温、水量；
（2）抽水实验结束后必要观测恢复水位；
（3）主孔与观测孔观测必要同步；
（4）动水位观测：应用自动水位计，观测间隔设立为1分钟；
（5）流量观测：抽水开始20分钟，每2分钟观测一次，之后每半小时观测一次；
（6）温度观测：观测气温和水温，每2—4小时观测一次。
7.5 抽水延续时间
在抽水过程中，现场绘制S—Lg(t)曲线，当抽水井与观测井均浮现直线段延续2个以分为单位对数周期后，即可停止抽水。
8 样品采集
8.1 样品采集目
8.1.1 年代学样品
查明地区性、区域性乃至全球性自然环境变迁和突发性自然灾害事件发生年代和持续时间，重建地质演变过程时间序列即地质年代表。近年来，已有第四纪地质年龄测定技术不断完善、新测试技术不断浮现，这为重建过去不同步间尺度全球和区域气候环境变化过程和模式，探讨全球和区域气候环境变化动力学机理，预测将来数十年、数百年尺度气候、环境变化趋势提供了有力年代学支撑。
8.1.2 孢粉与微体
研究地层形成时古气候环境。
8.1.3 同位素
通过对同位素样品测定，分析拟定地下水年龄，测定地下水温度，示踪地下水运动及分析地下水化学成分形成过程。
8.1.4 微生物
理解和掌握地表如下各地质历史时期沉积物、地下水中所保存微生物菌群生存与演化规律。用于解读和认知各地质历史时期水文地质、环境地质条件演变规律，以及当代人类活动对地质环境影响限度。
8.1.5 水化学
通过对地下水化学成分测定，揭示地下水质量特性，研究地下水环境演化规律，评价地下水资源，通过与以往测试成果比较，分析咸水面垂向上变化。
8.1.6 岩土物理力学性质测试样品
进行岩土物理力学性质测定，划分岩性，求取含水层和弱透水层关于水文地质参数，取原样进行室内实验，研究弱透水层释水过程和地面沉降形成因素及其与地下水开采关系。
8.2 年代学样品采集
8.2.1 释光测年
8.2.1.1测年物质
风积物、河流相、洪积相、湖相、海相、冰水沉积等沉积埋藏前曝过光物质，以及古陶片、古砖瓦、古窑壁、烘烤层等埋藏前受过热物质。
8.2.1.2测年范畴
释光测年时间范畴视测量矿物及测样环境剂量率而定。测年范畴从几百年到几十万年甚至上百万年。环境剂量率越小，可测时间段就越长。对于华北大多数沉积物，OSL可测时间范畴在十几万年以内。
8.2.1.3释光样品采集规定
（1）样品采集时尽量避光，可用黑布或伞遮挡阳光。若在剖面上取样，应去除30-50cm表样，取新鲜样品；
（2）沉积物样品采集后应维持原状，并及时放入不透明容器，密封，防止漏光和水分丢失；
（3）沉积物样品尽量在岩性均一细粉砂、亚砂土（适合释光测年粒径范畴为4-11mm或90-250mm）中采集，避免在地层界面上采样。若岩性不均匀或沉积层太薄，应在地层界面上下各取一种样品；采集陶片、瓷片样品时，应同步采集陶片、瓷片周边土样；
（4）对于沉积物，每个样品需要500克左右样品。样品尽量取块状，体积以10×10×10 cm 为宜；
（5）样品采样和存储地点应远离高温环境；
（6）记录采样点地理位置、标高、层位、埋深、岩性、样品周边与否有放射性污染源等；
（7）提供样品预计年龄。
8.2.2 14C测年
8.2.2.1测年物质
所有含碳物质（有机碳或无机碳）和水
8.2.2.2测年范畴
常规和小样品14C测年法可以测定5万年内含碳标本年龄，AMS14C法最大可测年龄为10万年。
8.2.2.3采样规定
（1）样品采集量与样品中碳含量关于。下表所列各类样品最小样品量可供在不能采集足够样品数量状况下参照；
14C测年样品采集量
样品种类
干重（mg）
干重（g）
颜色及特性
AMS法
小样品法
常规法
木头、树根
15-75
1.5-7.5
25-30
浅黄-棕黑色
木炭
5-10
0.5-1.0
10-20
黑色炭块或炭粒

25-50
2.5-5.0
50-200
棕色含炭粒砂质粘土
珊瑚、贝壳
100-500
10-50
100
未风化硬贝壳

150-750
15-75
150-200
风化贝壳
泥炭、淤泥
200-
20-200
500
深棕色、黑色

500-5000
50-500
1000
浅灰-棕色
土壤
1000-10000
100-1000
-5000
土壤中腐植酸、胡敏素等
有机碳组分

50-250
5-25
100-500
土壤中钙结核
骨头
150-5000
15-500
800-1500
测定骨头中骨胶原组分
水
1500-5000
50-100
500-1000
水中碳酸锶
（2）将粘附于样品表面污物及不含碳泥沙去掉，并将当代草根等杂物去掉，但样品不需要晒干或烧干；
（3）样品应装入塑料袋中，不要用布袋或纸包装，不可将纸作标签放入样品袋中，因纸霉烂后会对样品导致污染；
（4）水样应在野外进行解决后，将沉凝物装入玻璃或塑料瓶中。普通状况下需要100升左右水样才干分离出足够沉淀物进行14C测量；
（5）应提供采样地点、样品岩性、经纬度、样品所在地层剖面、样品在野外和室内也许受污染状况以及预计年龄。
8.2.3 K-Ar法测年
8.2.3.1测年物质
单矿物类涉及长石、云母、角闪石、海绿石等含钾矿物，全岩类涉及结晶较好玄武岩、辉绿岩、粗面岩等。
8.2.3.2测年范畴
普通为几十万年至约十亿年，对于高含钾矿物，可测几万年甚至更年轻。
8.2.3.3采样和送样规定：
（1）样品保存环境良好，即样品自生成以来没有发生蚀变；
（2）粘土矿物样品应选用不大于2mm粒级或不大于1mm粒级组分。选矿过程中应去除有机成分；
（3）对于不同预计年龄样品，送样时应满足各自最小样品量。
K-Ar法测年样品采集
预计年龄范畴(Ma)
含钾量（%）
样品量（g）
0.05-0.4
0.5-2
5-10
0.4-1
0.5-2
3-5
1-5
0.5-2
1-3
>5
0.5-2
1
8.2.4 古地磁
8.2.4.1测年物质
古地磁年代学是运用地层磁性变化为基本把岩石地层系统地构成为能鉴别年代单位相对测年手段。古地磁定年需要系统地定向采集钻孔各类岩心样品。通过系列样品磁极性测定，建立钻孔磁极性柱，依照地磁极性“期”和“事件”鉴别，对照国际通用原则建立相应年代界限。
磁化率测定和分析是广泛应用于环境变迁研究一种很有价值分析参数。可以运用便携式磁化率测量仪器在现场持续测定钻孔岩心磁化率变化曲线，进而提取和分析堆积物形成及其演化过程古环境变化信息。
8.2.4.2井中采样间距
第四系古地磁样品采集，普通按30-50cm间隔持续采集。在有工作基本地区，可以事先分析磁极性界限也许位置，在推测磁极性变化界限位置附近加密采样（20-30cm间隔），在其她区间可恰当放宽采样间隔（50-100cm间隔）。
磁化率原位测定（或采样），普通应保持5-10cm测量（采样）间隔，以便系统测定磁化率变化曲线。
8.2.4.3采样量与采样办法
古地磁样品采集使用原则样品盒，样盒采用直径2.54厘米，高2厘米圆柱体，或2×2×2厘米、3×3×3厘米立方体。采样前，应一方面确认岩芯构造完整且上下未颠倒，并及时以基准线标注定向。按照古地磁采样规定，用取样盒加工解决样品。
磁化率样品可直接采集分散样品，采样数量根据所使用测量办法而定。
8.3 孢粉与微体样品采集
8.3.1 基本原则规定
（1）土样采用，取样要有代表性，能反映取芯层位岩芯特性，并标注清晰取样位置。并在工作组指引下依照各专项组研究目按采样规定采用综合测试样；
（2）在采集样品时,要注意先将岩芯外壁泥浆刮掉；
（3）从钻孔取样时必要注明地点、钻孔位置、标高、样品编号、取样深度及岩性；
（4）在岩性变化顶、底要有控制样品；岩性单一厚度较大可以恰当放宽间距；岩性变化较大层位，要加密取样；
（5）为了更加有效地获取古环境信息,应注意特殊层位取样；
（6）凡是碰见软体化石或其她大化石必要随时采样。
8.3.2 井中采样间距
孢粉、微体按0.5米间距采样。
8.3.3 采样重量
孢粉100克(砂层200克)、微体100克。
8.3.4 特殊层位取样规定
（1）在灰、深灰、灰黑色淤泥质层位中,取样间距可恰当加密,普通为20cm；
（2）要注旨在黄灰、深灰色小夹层中取样；
（3）在具有螺化石及化石碎片层位中应加密取样,取样间距为20cm；
（4）在厚层中粗砂、粘土层位中,取样间距可恰当放宽,普通为100cm；
（5）层厚在50cm以上,应注旨在层位顶、底部位取样。
8.4 分层微生物样品采集
8.4.1 基本原则
（1）采样过程中不要被人为污染，采样过程中人为污染或技术失误会破坏整个微生物研究工作精确性；
（2）以水文地质环境地质科学钻探总体设计和采样规定为基本，结合微生物研究样品采样特点进行采样。
8.4.2 采样规定
8.4.2.1采样工具、样品容器灭菌
在采集样品之前要对所涉及接触到微生物样品所有工具及容器进行灭菌，灭菌办法以化学、物理办法为主。化学办法重要用于较大采样工具和不易用物理办法灭菌器皿，如塑料制品等。灭菌用化学灭菌剂，以医用灭菌液为主，如75%--85%医用消毒酒精等消毒液。灭菌办法为表层擦拭和浸泡，浸泡普通为5--10分钟，而后晾干即用，不现用要用无菌装置包装好，普通保存期不超过5天，以现用现灭为好。物理灭菌办法重要用于样品容器，如水样瓶，土样铝盒等灭菌。灭菌办法是，将取样容器刷洗干净晾干，用牛皮纸或报纸将取样容器包好，进行蒸汽高温灭菌（121℃30分钟，160--180℃2小时），普通保存期不超过一周。
8.4.2.2采样间隔
采样间隔以水文地质环境地质科学钻探总体设计和采样规定为基本，沉积物样普通每一层同样岩性取样一种，每层超过5米每2--5米采样一种。地下水样普通每个含水层采样一组。
8.4.2.3取样办法及保存
（1）微生物细菌水样采用规定取两瓶，一瓶取满，取样量为120mL，另一瓶不装满，取样量为120mL，玻璃瓶取样，瓶要洗净凉干高温灭菌（121℃30分钟），取样时不需要冲洗直接取样，不加固定剂；
（2）沉积物样采用依照采样状况，如原状样和挠动样，微生物细菌分析样品用灭菌铝盒或塑料带装100--300g密封低温保存；
（3）金属元素样采用，采样瓶解决一方面要用1:1硝酸浸泡洗净后，用蒸馏水冲洗三次，取样时用水样冲洗两到三次，必要时水样需用0.45微米滤膜过滤，而后每100mL水样加入1:1优级纯硝酸1mL，使pH不大于2；
（4）水质全分析样，1000--mL塑料瓶采用，瓶前解决同前，取样时用水样冲洗2--3次，不加任何固定剂密封低温保存；
（5）有机物分析样用2L玻璃瓶，瓶子用洗液泡洗干净，不加任何固定剂，密封低温保存；
（6）气体样用1--3L水样装入解决好瓶内用真空泵脱气，装入集气瓶密封低温保存；
（7）现场测试水样，可直接取入分析器皿或水样瓶中，需要加固定剂现场加入，取样瓶解决同上；
（8）以上样品除现场测试外，均应冷藏保存，温度在0--4℃。微生物细菌样应在现场测试，如不能，则应尽快送微生物实验室。
8.5 分层同位素水样采集
样品数量由元素含量拟定。参照《环境同位素研究》GWI—D关于技术规定执行。
8.6 分层水化学样品采集
8.6.1 水化学样品
分层取样，进行水质全分析和微量元素测试，参照《野外水样采集与测试技术规定》GWI-B6执行。
8.6.2 原位测试
现场对水土样品进行化学常量组分及PH、Eh、电导率、温度等测试。参照《地下水原位测试技术规定》GWI-B8执行。
8.7 岩土物理力学性质测试样品采集
8.7.1 测试内容
8.7.1.1必须作实验项目
（1）室内测试：土常规实验、颗粒分析实验、压缩实验、三轴剪切实验（不排水、读孔隙水压力△u观测、主应力增量△σ3）、高压固结与重复加卸荷实验（要原始曲线、求前期固结压力、固结系数、压缩指数、回弹指数）、水平垂直渗入系数K、静止侧压力系数K0 ；
（2）野外：（特别是50m埋深以内）原则贯入实验、孔内十字板剪切、载荷实验；
特殊土；
l 湿陷土：湿陷系数、自重湿陷系数、湿陷起始压力（Psh/MPa）；
l 膨胀土：自由膨胀率、有无荷载膨胀率δep/%、膨胀压力Pe、收缩系数λs；
l 淤泥、泥碳层：有机质含量；
l 盐渍土：易溶盐；
l 污染土：污染指标、涉及对金属和混凝土腐蚀性等。
8.7.1.2推荐作项目
X光衍射，压汞实验，酸碱度实验，比表面积，易溶盐实验，扫描电镜，微生物（古生物），浅部50m以内击实实验，砂层天然坡度角实验（由于这两项实验需用样量特别大，20kg和10kg,留下所有实验完毕剩余样才有也许做）。
8.7.2 样品采样
8.7.2.1样品用量
获得以上测试内容数据，至少需直径Φ=10cm、高H=30cm完整样品一组；或者是直径Φ=10cm、高H=20cm两组；但对于特殊土还要增长一组。
8.7.2.2密封
现场用橡皮膏封严后再用石蜡封，也可用胶带纸全封闭。
8.7.2.3样品保存
l 野外保存：原则上应尽快送达实验室，若办不到，最迟不要超过3天，但取出样品不适当放在阳光下或汽车驾驶室中，应先用大塑料袋包好埋在野外新挖土坑中；
l 室内保存：应尽快做完，放置时间越短越好，最佳放置在地窖中或地下水中，再用土埋上；
l 样品运送：应防振、防压、防摔、轻拿轻放，特别对软土更加注意。
8.7.2.4注意事项
l 样品标签应标明：样品方向，工程名称，取样地点，编号，深度，岩性，取样人姓名，取样日期；
l 原则贯入实验后进行实验器中土样描述。
8.8 古气候指标样品CaCO3
8.8.1 目与意义
CaCO3 含量变化反映历史时期气候变化，在寒冷干旱条件下，CaCO3 含量保持沉积时状态；在温暖湿润条件下，发生淋滤作用，元素产生迁移，导致钙质富集，形成钙质结核，因而，剖面CaCO3 含量变化，可以用来定性和半定量反映古气候变化过程。
8.8.2 取样规定
（1）取样间距：样品间距随研究限度、岩性及岩层厚度而定，普通50厘米，高辨别率研究，样品间距在5-20厘米；
（2）岩性发生变化时加密取样，岩性变化大地层顶、底要有控制样品；岩性单一厚度较大可以恰当放宽间距；不能漏层，特殊地质体要取样；
（3）在采集样品时,要注意先将岩芯外壁泥浆刮掉，取中心没污染样品；
（4）取样时必要注明地点、钻孔位置、标高、样品编号、取样深度及岩性；
（5）每个样品需要250克。
9 资料统一编录
9.1 涉及钻孔资料整顿、采样记录、样品测试成果记录、抽水实验等，参照《资料整顿技术规定》GWI-A1执行。
9.2 表格填写必要反映生产真实状况，做到及时、精确、齐全、整洁，用钢笔填写，终孔后装订成册。
9.3 所取岩芯要按顺序排放，做好记录，终孔后装箱保存。
10 验收
10.1 钻探完毕后，由施工单位编写钻探成果报告，并附所有野外记录。
10.2 地调局和项目实行单位共同组织验收。
10.3 按地调局关于规定提交原始记录，保管岩芯。
使用附表22、23、24、25、26、27、28、30、32、33、34、56、57、64。