在裂隙岩床中使用不渗水柔性衬套(FLUTe™)技术密封钻孔并取得含水层特定深度的渗透性和流量测量值
Abs:北美地区对裂隙岩体污染地区的深入调查日益增多,而且应用了许多新的场地调查方法。Guelph大学(UofG)一支由Beth·Parker博士(Dr. Beth Parker)率领的多学科研究组为这类考察制订了一种综合性方法,目的是描述污染物的分布情况,并了解裂隙网络和裂隙之间岩石基质中污染物的传输和最终目的地。这种方式名为“分层裂隙网络法”(DFN),它包括了一些重要的新方法,其中包括了采用“柔性衬套”技术(FLUTe™)。FLUTe在岩床区域进行地质水文调查的应用包括了不同裂缝区域间的水力阻隔,采样,监测,渗透系数调查等等,并在北美广泛部署并应用于喀斯特地质环境中进行水文特征调查。
北美地区对裂隙岩体污染地区的深入调查日益增多,而且应用了许多新的场地调查方法。Guelph大学(UofG)一支由Beth·Parker博士(Dr. Beth Parker)率领的多学科研究组为这类考察制订了一种综合性方法,目的是描述污染物的分布情况,并了解裂隙网络和裂隙之间岩石基质中污染物的传输和最终目的地。这种方式名为“分层裂隙网络法”(DFN),它包括了一些重要的新方法,其中包括了采用“柔性衬套”技术(FLUTe™)。
这里的“内衬”系指一种不渗水的圆柱形套筒,安装在钻孔中,这样套筒就在孔眼内形成严实的密封层。这层衬垫起到的作用如同一长串充气式膨胀阻隔器的作用(packer),以防各深度基岩裂隙中的水流入孔眼、并在孔眼中垂直流动并通过其它裂隙流出孔眼,从而造成液压的交叉连接。在岩床中存在地下水污染的地区,这样的交叉连接流动会引起化学物的交叉污染,从而让调查人员无法解读化学数据,而且通常也会加剧污染程度。因此某些受北美污染场所调查规制管辖的地区(例如新泽西州)如今就要求在钻孔之后必须迅速地将其临时密封并立即安装监测系统,或是立即并永久地注入灰浆来密封钻孔。要迅速地将孔眼临时密封起来,FLUTe柔性衬套是当前唯一可行而实用的办法。
这些衬套除了能够达到密封孔眼的目的外,还可以用于地下水监测或多层级地下水监测。2005年以前,在孔眼中安装不渗水柔性衬套仅是起到防止交叉污染的密封作用,但之后它的安装过程又衍生出另外两项应用,其一是在安装衬套的过程中,测量孔洞水力传导系数(K值),其二是在衬套内的静态水柱中进行高分辨率温度测量。图1就说明了K值分析法并举出了例子。这样的测量需要监测向下扩张的衬套从孔洞中的下落速度。衬套降速数据(见图1)用来计算渗水区的透水系数(T值)和水力传导性系数(K),之后可以用这些数值来绘制成孔洞剖析图。图2给出了衬套安装和拆除的照片。使用衬套计算出的K值结果可以用于识别优先水流区域,使阻隔器安装在合适的深度用于不同水层间的阻隔。因此,衬套的分层调查数据与使用阻隔器在基岩中进行的水力测量能够相互配合,完成在基岩中的分层水文特征的调查。
图:(a)检测水层剖析分析系统组件图。这套系统控制并测量判定裂隙位置以及计算各深度裂隙流速率以及相关参数。(b)假想的衬套降速曲线图,其中显示出多种类型的孔眼裂隙引起的变化。
图:通过分析软件,结合衬套下放速率的数据,计算出各水层对应的渗透系数(T值)
衬套内可以配置一种新型温度探针来辨识主要存在优先水流的裂隙区域。使用这种方法通常,对比没有在孔眼中安装衬套时用同种方法探查优先水流裂隙更加便捷。如果孔眼中没有安装衬套,孔眼交叉连接效应就会掩盖大部分优先水流裂隙区域的温度迹象。因此,衬套能够极大地提高辨识裂隙特征的敏感度。此外在安装了衬套的孔眼中还能执行某些类型的地球物理检测活动,以取得关于地质情况的信息。不渗水柔性衬套是临时性的密封工具,在完成K值分析和温度检测并完成了所有孔眼数据的解读工作后,衬套可以被移除,以便安装通过解读这些数据而设计的多层级监测系统或监测井。不渗水柔性衬套从孔眼中下放的方式使它可以在同一孔眼内将不同类型的监测装置递送到各个深度,比如地下水取样泵、压力计以及其它类型的测量装置。在取得充足的数据后,可以通过将衬垫系统内部的水抽吸上来的方式而移除这些监测系统,停止使用孔眼,或是将它们用于其它目的。Guelph大学的研究组以及加拿大和美国八个岩床层污染场地中相关研究项目的团队都大量使用了上文讲述的这些以不渗水挠性衬套为基础的方法。