先導孔鑽孔成果

『壹』 德國超深鑽計劃（KTB）

德國大陸超深鑽計劃（KTB）經過10年選址和准備，於1987年9月開始打先導孔。在利用先導孔做三維反射地震及VSP之後開始主孔鑽探與測井，1994年鑽到9100m因鑽探事故沒有打到預期的深度（13km左右）。KTB吸取了科拉等超深鑽的教訓，擬定了如圖9.1所示的施工方案，取得了豐富的經驗和成果，也包含了一些失敗的教訓。

圖9.2原蘇聯國土科學深鑽、超深鑽計劃（1965）

其中SG-3為科拉；位於烏拉爾的SG-4和北高加索的SG-7等尚未達到預定深度

圖9.3科拉深鑽SG-3的二張鑽前預測剖面、實際剖面以及預測與實際柱狀圖對比（右）

KTB孔址選在德國南部的海西造山帶上，圖9.5的魏登鎮北20km處，其地震剖面和物性柱狀圖示如圖9.6。從圖中可見，超深鑽的一個地質目標是打到薩克森圖林根地塊（ST）下方的高速和高電阻率的岩楔（EB），它被推斷為碰撞造山時從深部推上來的岩塊，在圖9.7上EB（Erbendorf Body）表示為P波和S波的強反射帶。遺憾的是，由於鑽孔未打到預定深度，這一目標沒有實現。另外，KTB的另一個目標為了解淺層的埃弗構造帶（ZEV）是否外來岩塊；由於在4000m深處取得了岩層葉理陡傾的真實數據，否定了ZEV為外來岩塊的認識。

在選址階段，KTB在該區進行了詳細的深反射地震調查，其測網示如圖9.5,DEKORP長剖面示如圖9.6（上），二維測網的6條線（8501～8506）示如圖9.5，過8502和8503的剖面段示如圖9.6（左下），8502部分示如圖9.7（上）。在打完先導孔之後，又進行了三維地震和S波反射地震測量。在圖9.7上對比了P波和S波反射，可見在P波2.7s及相應深度S波4.5s處有強P波反射，而沒有明顯的S波反射，這個強P波反射被解釋為高孔隙流體過壓層，後為主孔的鑽進所證實。同時，在VSP（垂直地震剖面）調查中，首次分離出分裂的快橫波（q S₁）和慢橫波（q S₂）,VSP地震記錄見圖9.7下.qP為直達縱波。這些成果極大地豐富了橫波勘探和地震各向異性的理論和應用，使應用地震學前進了一大步。與此同時，KTB測試還發現，地球的磁場隨深度的增加要比偶極子模型快很多（圖9.8）.這一結果說明，粘滯剩磁在地殼深部起更重要的作用。我們知道，總磁化強度為感應磁化與剩餘磁化強度之和，而剩磁有穩定和粘滯性兩種類型。穩定剩磁的方向為冷卻成岩時古地磁場方向，而粘滯剩磁為現代地磁場方向，它加在感應磁化上。地磁場的感應磁化磁場符合偶極場的方程，如圖9.8中的斜線所示。KTB實際測量結果在2km以下比偶極場大很多，這是粘滯剩磁在起作用。KTB的這一發現對我們認識地殼鐵磁及反磁性物質分布和磁測資料解釋都產生重大影響。例如，有人據此認為，在地殼深部居里點溫度以上的環境中，岩石仍可具有磁性。另外，KTB已證實了鑽孔揭露的許多高傾角岩性界面沒有對應的反射信號。除了在地球物理方面的重大成果外，KTB在地質和鑽探等方面也取得了豐碩成果。例如，發現了3400km處含大量鹵水的開裂帶，在4000m處取得了7.9×10⁴L的結晶水樣，含鹽度60g/L，並含有大量氣體，並查明了該區地殼流體來源、成分和運動規律。KTB還成功地發展了地球化學測井等技術，可大大降低取心率。目前，KTB已建成長期觀測實驗室，並成為歐洲的一個旅遊點。

圖9.4科拉SG-3深鑽流體－地化作用參數圖

從左到右，鑽探岩心柱，變質相，變質流體活動方向，岩石中水及金屬元素含量

圖9.5莫爾達努比（MN）地塊和薩克森圖林根（ST）地質圖

粗線為DEKORP剖面，細線為KTB剖面。A：中歐出露的華力西期基底和Kossmat確定的構造帶；RH—萊茵海西地塊；ST—薩克森圖林根地塊；MN—莫爾達努比地塊。小方框內為超深鑽研究區。B：主要構造單元地震反射剖面，1—變質推覆體；2—下部推覆體；MM—明斯貝爾地塊；ZEV—埃爾本多夫弗恩施特勞斯構造帶；ZTT—特拉陶斯帶；3—ST;4—MN

圖9.6KTB反射地震和物性柱狀圖

DEKORP區域剖面（上），過KTB8502的反射剖面（左下），波速與電阻率（右下）。剖面位置及符號見圖9.5。EB為Erbendorf體，其反射見下圖

『貳』 什麼是帷幕灌漿先導孔

在帷幕灌漿時，先導孔就是在不同的設計位置先定幾個設計孔位，鑽孔結束後暫不進行灌漿，先進行壓水試驗，確定地層的透水系數（即Lu值）是否與前期設計情況相接近，試驗完成後再進行灌漿，先導孔一般都是作為後期的生產孔。

『叄』 如何進行鑽孔施工對已有滑坡的影響程度進行評估

做好鐵路岩溶整治工程量審核，對合理安排單位力、物力和財力，控制項目投資非常重要。近年來由於不正之風的影響，一些施工企業為了自身的利益，在編制完成的工程量過程中，出現了很多不應出現的問題，具體表現在記錄的施工注漿工程量超過使用的注漿機最大流量，施工日誌記錄的數值大於監理日誌記錄的數值，實際鑽孔深度嚴重超過設計深度，鑽孔的軟石按次堅石計價，次堅石按堅石計價，工程變更簽證有的不是實際變更簽證，施工工藝所需的臨時鋼管作為永久埋入的鋼管計算等等，導致投資規模被突破，投資效益偏低。這些問題如果得不到有效解決，將會嚴重影響鐵路工程建設的開展。
1、 審核所編工程量的合法性
鐵路岩溶整治工程量審核的主要目的是確定承包單位完成項目工程量的真實性和准確性，審核應以承發包合同確定的路基長度、橋墩數量為計算依據，根據岩溶整治項目實際完成的各單位工程、分部分項工程數量據實計量。
(1)依據工程建名，審核承發包合同的合法性和有效性。
(2)審核經監理工程師確認的承包單位制定的項目技術管理體系和質量管理體系，項目負責單位及簽字單位的資格（含施工組織機構資料名單中的簽字人員），以確保承發包合同的履行及施工質量。
(3)審核監理合同的合法性和有效性，旁站監理方案，並對經發包單位確認的現場監理機構、總監理工程師、監理工程師的資格進行審核。
(4)審核見證檢測資料。為了解監理人員對施工人員進行的材料取樣、送檢、檢驗或分項工程的測試、試驗過程進行監督，見證檢驗的檢查數量必須滿足滿足相關工程質量驗收標準的要求，見證取樣應在監理工程師的見證下，由試驗人員對工程中涉及結構安全的試塊、試件及材料在現場取樣，並送至國家主管部門認可的計量認證和質量檢測，出具檢測報告並加蓋見證取樣檢測專用章。
(5)審核工程竣工驗收資料的可靠性和完整性。岩溶整治工程的竣工驗收資料是編制項目工程量的主要依據，他包括岩溶路基整治注漿檢驗批質量驗收記錄表、岩溶路基整治檢驗批質量驗收記錄表、岩溶路基整治鑽孔記錄、岩溶路基整治壓水試驗記錄表、岩溶路基整治注漿記錄表、設計資料、試驗資料、施工原始記錄、各種成果圖表、工程量明細表、變更簽證單和質量檢查有關資料等。經統計計算，與承發包合同確定的工程量清單對比，看需要完成的工程內容是否完整，工程量差異如何調整等。
(6)承包單位在進行岩溶整治施工中應編制專項施工方案，施工方案中註明的工程量（淺表層岩溶注漿、回填混合料(片石、粘土、水泥等)、回填混凝土、鋼護筒跟進等）必須依據施工圖中溶洞大小合理預估，編制原則和內容符合建設單位岩溶處理施工指導意見和設計院首次技術交底的要求，施工方案必須報發包單位批復，經批復的評審意見，承包單位根據現場情況，確需調整經批復的岩溶整治施工方案，需報發包單位給予明確，對方案調整較大的，應重新組織設計、監理、圖審單位進行評審。實施性施工組織設計由項目第一責任單位組織內部審查。必要時應報施工單位技術主管部門審查。內部審查後的實施性施工組織設計送監理單位進行審核。建設單位按照批準的指導性施工組織設計對監理單位報送的實施性施工組織設計進行審查，審查時邀請設計單位參加。必要時，建設單位可請專家對重點工程的施工方案進行專題審查。符合2011年1月1日實施的《鐵路工程施工組織設計指南》（鐵建設[2009]226號）的要求。
(7)建設單位對施工圖審核單位審核合格的施工圖加蓋施工圖審核專用章後交付施工。交付施工的施工圖不得擅自修改，確需修改的，按照變更設計管理規定辦理（《鐵路建設項目施工圖審核管理辦法》鐵建設[2011]36號）。
(8)岩溶注漿工程應按2012年10月12日鐵辦工管[2012]76號鐵路路基首件評估實施細則，對注漿漿液配比，注漿深度、間距、壓力，探灌結合等進行評估，形成全線統一的作業指導書，在全線同類工程中推廣應用，以保證岩溶注漿工程施工質量。
2 、 審核檢驗批驗收記錄
鐵路岩溶整治屬於路基單位工程，應對地基和洞穴進行分部分項處理。根據2011年12月8日鐵道部以鐵建設[2011]240號關於印發高速鐵路路基工程等9項施工質量驗收標準的通知，自印發之日起施行的《高速鐵路路基工程施工質量驗收標准》(TB10751－2011)表3.2.6路基工程分部工程、分項工程劃分和檢驗批、檢驗項目規定，岩溶、洞穴處理分部填充分項每個洞穴為一個檢驗批，岩溶、洞穴處理分部注漿分項每處注漿工點為一個檢驗批。根據2003年12月16日鐵道部以鐵建設[2003]127號文批准發布，並於2004年1月1日之日起施行的《鐵路路基工程施工質量驗收標准》（TB10414-2003）表3.2.6路基工程分部工程、分項工程、檢驗批劃分和檢驗項目規定，洞穴處理分項按每個洞穴、陷穴為一個檢驗批。造價工程師應對驗收手續齊全、資料符合驗收要求，並符合施工合同規定的計價范圍內的工程量予以審核。
(1)岩溶整治所用材料應符合設計要求，水泥、粉煤灰、細骨料、粗骨料、外加劑、水玻璃、拌和用水質量應符合設計或《鐵路混凝土工程施工質量驗收標准》(TB10424－2011)規定。
(2)岩溶整治所用材料進場時應進行現場驗收。承包單位按相關材料要求的檢驗數量抽樣檢驗，監理單位按承包單位抽樣數量的10%平行檢驗或20%見證檢驗。每批產品出廠合格證、性能報告單及抽樣檢驗。
細骨料檢驗數量為：同產地、品種、規格且連續進場的細骨料，每400m3或600 t為一批，不足400m3或600t也按一批計。
粗骨料檢驗數量為：同產地、品種、規格且連續進場的細骨料，每400m3或600 t為一批，不足400m3或600t也按一批計。
水泥進場時，必須按批次對其品種、級別、包裝或散裝倉號、袋裝質量、出廠日期等進行驗收，並對其強度、安定性進行試驗，其質量必須符合現行國家標准。每檢驗批由同廠家、同品種、同批號、同等級、同出廠日期水泥組成。散裝水泥每500t為一批，袋裝水泥每200t為一批。不足上述數量時，亦按一批計。出廠日期超過3個月，應按上述規定復驗，並按復驗的結果安排使用。
外加劑進場按同一生產廠家、批號、品種、出廠日期且連續進場的外加劑，每50t為一批，不足50t亦按一批計。施工單位每批抽檢一次做減水率、凝結時間差、抗壓強度比試驗。
拌和用水宜用飲用水，採用其他水源時，應按規定進行檢驗。同水源不少於1次。判定其侵蝕類型及侵蝕程度，並據此採取防護措施。
石料應按批進行檢驗，以連續進場數量≤400m3為一批。每批應做強度試驗，其強度等級≥MU30。各類石料最小塊徑應大於15cm。
(3)岩溶整治工程注漿孔位、實體強度、漿液配比、注漿壓力、岩石深度應符合設計要求。
(4)岩溶洞穴地區，路堤填築前及路塹開挖至設計標高後，應結合勘探設計資料對施工地段進行地質核查。洞穴處理後，應由設計單位對處理范圍、效果予以確認。
(5)洞穴處理前、後應分別測量、記錄處理范圍和高程。施工前或施工過程中發現地質情況與設計不符，注漿孔揭示的岩溶范圍、深度與設計不符，應及時反饋設計單位。必須通過設計單位進行處理。
(6)採用鑽孔注漿處理岩溶或洞穴進，其鑽孔的面市形式、范圍、孔徑、深度和注漿施工質量應符合設計要求。
(7)洞內充填物的清除深度應符合設計要求。承包單位對面積小於20m?的洞穴，每個洞穴抽樣檢驗10處；面積大於20m?的洞穴，每個洞穴抽樣檢驗20處。監理單位每個洞穴平行檢驗3處。
(8)採用鑽孔灌漿或灌砂處理洞穴時，其鑽孔的布設形式、灌充數量和范圍應符合設計要求，承包單位和監理工程師應對所有鑽孔進行檢驗，檢驗可採用物探、水壓試驗法，但黃土地區不可採用水壓試驗法。
(9)採取回填法處理洞穴時，應分層夯填密實，回填范圍及端部處理應符合設計要求。用岩塊回填不得有架空現象，壓實質量應符合設計要求。承包單位和監理工程師應按《鐵路工程土工試驗規程》(TB10102-2004)規定的試驗方法進行檢驗。承包單位對每回填層的壓實質量檢驗3點，監理工程師應按承包單位檢驗數量的20%見證檢驗。
(10)採用砌體封閉洞穴時，砂漿強度等級應符合設計要求，砌築應與洞壁密貼，外露面應與路基面或基底、邊坡面平齊。承包單位應對每個洞穴做1組砂漿強度試件，監理工程師應按承包單位檢驗數量的10%平行檢驗或20%見證檢驗。
(11)洞穴內修築的支頂構築物應符合設計要求，砌築應密實。承包單位應對每個洞穴做1組砂漿強度試件，監理工程師應按承包單位檢驗數量的10%平行檢驗或20%見證檢驗。
(12)注漿結束後，施工單位檢驗數量按鑽孔取芯及壓水試驗孔數不少於注漿孔總數的2%，不足20孔的注漿工程，檢驗點的數量不少於3個點，檢驗岩溶注漿處理效果的注漿充填率、波速、滲透系數應符合設計要求。
3 、 審核岩溶整治工程量
岩溶整治工程量的計算是編制結算最繁瑣的環節，根據《城市軌道交通工程計量規范》注漿項目的工程量計算規則：按設計圖示尺寸以鑽孔深度計算或按設計圖示尺寸以加固體積計算。但根據承包合同的有關條款，大多根據現場簽認的資料和變更簽證作為核定岩溶整治工程數量的原始憑證，並將承包單位施工日誌和監理工程師監理日誌作為印證岩溶整治工程數量的真實記錄，工程量大，工作復雜，很容易出現多算，重算或漏算現象。這就需要造價工程師依據竣工圖、其他相關資料以及現場情況，對工程量的准確性進行核實，確保工程量的真實性和准確性。審核內容、要求和方法如下。
(1)依據承發包合同、施工圖、竣工圖、變更簽證、技術條件和標准及相關規定等，對承包單位編制的工程量進行審核。
(2)岩溶整治記錄表中鑽孔深度應與進尺各時間段進尺累加相符。
(3)岩溶整治記錄表中時間、進尺、孔徑應與施工日誌和監理日誌的記錄相符。
(4)岩溶整治記錄表中工程地質特徵文字描述應按照施工圖岩土分類內容描述，並符合《鐵路工程岩土分類標准》（TB10077－2001）術語要求，包括岩性、岩溶發育情況等。
(5)岩溶整治記錄表中鑽機、注漿機的型號應符合批準的施工方案。
(6)岩溶整治記錄表中先導孔和注漿孔的孔數、進尺、孔徑應按年度、月份、里程及單位工程分別統計。
(7)岩溶整治記錄表中漿液配比應經有資質的試驗室出具檢驗報告，監理工程師驗收。
(8)岩溶整治記錄表中水泥、水、水玻璃形成的水泥漿強度等級應符合設計要求。
(9)岩溶整治記錄表中注漿時間、注漿壓力應填寫清楚。
(10)岩溶整治記錄表中吸漿量應與採用的注漿機流量參數相符。
(11)岩溶整治記錄表中注漿量應與施工日誌和監理日誌相符。
(12)發生異常情況應在岩溶整治記錄表中記錄，由監理工程師上報發包單位，並對施工過程中發生的工程數量和所用的材料現場核實確認。
(13)編制的岩溶整治施工方案應經監理工程師審核並報發包單位批准，施工過程中確需調整施工方案的，應經監理工程師同意並報發包單位認可。
(14)岩溶整治超出設計方案或承包合同規定的工程量時，應由發包單位牽頭組織設計、監理、承包單位的人員現場確認後實施。
(15)遇到地質勘察資料未揭示的岩溶區域，承包單位應上報發包單位，由發包單位牽頭組織設計、監理、承包單位提出處理方案，經批准後實施，並按批準的處理方案確認工程量。
(16)對地質資料不詳的柱樁，樁孔在達到設計標高後，應探明樁底以下不小於3倍樁徑深度范圍內的地質情況，發現樁底以下還有溶洞時，應提請設計單位進行變更設計，按變更設計程序辦理。
(17)對位於岩溶地區擴大基礎在施工開挖至基底標高後，應探明基礎范圍內四角及中心深約5m深度范圍內的地質情況，當基礎以下有溶洞或地質情況與設計不相符時，應通知設計單位修改設計，按變更設計程序辦理。
(18)岩溶地段的橋梁樁基礎施工期間採用的各種施工處理措施（如：注漿、鋼護筒跟進、拋填片石、粘土等），所發生的工程數量應經過現場監理工程師的確認後，以單位工程按變更程序辦理變更設計。
(19)岩溶注漿，單樁一次注漿超過設計限定的工程量時，應暫停施工，待查明原因，經發包、設計、監理、承包四方確定製訂方案後，方能繼續施工。在岩溶整治施工過程中，一旦發現現場地質情況與設計不符時，須及時補充岩溶整治方案，並按規定辦理變更。
(20)填充或超灌的混凝土數量應與預拌混凝土運輸單的工程名稱、生產日期、施工部位、強度等級、供應方量相符。
(21)經批準的施工方案中註明的單墩單樁護筒跟進或雙護筒跟進所發生工程量，由設計單位確認。
(22)樁基礎施工時，經批準的施工方案中註明的單墩回填片石、粘土及水泥混合料或回填混凝土，由監理工程師確認。
(23)經批準的施工方案中註明的單墩單樁護筒跟進或雙護筒跟進所發生工程量，由設計單位確認。
(24)岩溶處理所發生的工程量的審查要與經批復的處理方案相對應。
(25)岩溶注漿，單樁一次注漿量超過設計限定的工程量時，應暫停施工，待發包、設計、監理、承包單位查明原因，提出具體的施工方案後方能繼續施工。
4 結算工程量應具備的內容和條件
鐵路岩溶整治，承包單位向發包單位提交的所完成的結算工程量，必須合法合理，內容包括結算工程量清單、竣工圖、說明和依據、變更簽證、施工日誌、監理日誌等歸檔資料。其中應具備的內容和條件如下。
4.1 監理日誌
根據中華人民共和國行業標准《鐵路建設工程監理規范》（TB l0402—2007）規定，項目監理機構應建立項目監理日誌，由總監理工程指定專專業監理工程師負責記錄每天監理工作的實施情況。監理日誌應記錄當日施工情況和主要監理工作等，記錄內容如下：
（1）主要施工負責單位、技術負責單位、質檢員等。
（2）按施工先後順序如實記錄工程形成的全過程；
（3）氣候情況、施工方法、勞力布置、機械配置、施工操作、施工進度和工程地質變化情況。
（4）相關工作記錄，如現場取樣、檢測、測量、技術交底等。
（5）工序檢查、隱蔽工程檢查驗收、見證試驗、平行試驗、旁站情況及檢查驗收結論及相關指令。
（6）使用的主要材料規格、數量及檢測結果。
（7）施工中遇到的重大技術問題、變更設計及採取的主要措施和效果。
（8）施工中發生的工程質量事故和處理改進情況記錄
（9）停工及原因（停工期間重要事件應記錄）。
（10）上級領導及監督人員檢查意見和採取措施的記錄，施工中發現的問題及解決方法，存在問題及整改情況。
（11）施工中採用的新工藝、新材料、新設備、新技術情況。
（12）其他與工程監理有關的情況。
項目監理日誌應按月整理，裝訂成冊。總監理工程師應每月檢查一次項目監理日誌。
4、施工日誌
施工日誌應記錄施工階段的施工組織管理和技術管理情況、施工情況、進展情況和現場變化情況等，他有是處理施工問題的備忘錄，總結施工管理經驗的基本素材，也是工程竣工驗收資料的重要組成部分。施工日誌記錄的內容包括基本內容、工作內容、檢驗內容、檢查內容和其他內容5個方面。
（1）基本內容：
(1)日期、天氣、氣溫、風力、資料編號。
(2)施工部位。施工部位應將分部、分項工程名稱和軸線、樓層等寫清楚。
(3)出勤人數、操作負責人。出勤人數一定要分工種記錄，並記錄工人的總人數。
（2）工作內容：
(1)當日施工部位和內容、應用的主要工藝；
(2)人員、材料、機械到場及運行情況；
(3)材料消耗記錄、施工進展情況記錄；
(4)施工是否正常，外界環境、地質變化情況；
(5)有無意外停工、質量問題存在以及施工安全情況記錄；
(6)監理人員到場及對工程認證和簽字情況；
(7)有無上級或監理指令及整改情況等。
(8)施工現場有關會議的主要內容。
(9)有關領導、主管部門或各種檢查組對工程施工技術、質量、安全方面的檢查意見和決定。
(10)發包人、監理人對工程施工提出的技術、質量要求、意見及採納實施情況。
檢驗內容：
(1)隱蔽工程驗收情況。應寫明隱蔽的內容、里程、孔號、分項工程、驗收人員、驗收結論等。
(2)試塊製作情況。應寫明試塊名稱、里程、孔號、試塊組數。
(3)材料進場、送檢情況。應寫明批號、數量、生產廠家以及進場材料的驗收情況，以後補上送檢後的檢驗結果。
（4） 檢查內容：
(1)質量檢查情況：當日岩溶整治的質量檢查和處理記錄；鑽孔、注漿、壓水試驗記錄，水泥漿、砂漿、粉煤灰、水玻璃、外加劑摻用量；質量事故原因及處理方法，質量事故處理後的效果驗證。
(2)安全檢查情況及安全隱患處理（糾正）情況。
(3)其他檢查情況，如文明施工及場容場貌管理情況等。
（5）其他內容
(1)設計變更通知及執行情況。
(2)技術交底、施工交底、安全技術交底情況。
(3)停電、停水、停工情況。
(4)施工機械故障及處理情況。
(5)冬雨季施工准備及措施執行情況。
（3）變更簽證
變更簽證是設計單位對局部設計內容需要進行設計變更，或承包單位在施工中遇到無法按圖施工的部分內容提出工程變更，經設計、監理和發包單位認可並按規定程序而辦理的簽證。
(1)工程變更由承包單位提出申請，經監理工程師審核、同意，發包單位批准，按規定程序簽字、蓋章後方可有效。變更理由描述應實際、客觀、准確、有理有據，應附工程量清單變化對照表及必要簡圖。
(2)設計變更由設計單位根據工程建設設計變更程序提出設計變更申請，經主管部門同意後，辦理設計變更簽證，然後進行設計變更，提交變更設計文件。
變更簽證單應分日期或編號分別納入工程結算，統一進行結算工程量的審核。
（4） 注漿量估算
注漿量估算由設計單位結合先導孔鑽探的地質情況和工藝試驗結果，測算岩溶注漿工程數量，對施工過程中工程數量進行復核和偏差分析。根據《鐵路工程地基處理技術規程》（TB10106-2011）規定，注漿的有效范圍和注漿量應通過現場試驗確定，設計時采空區注漿量可根據加固范圍、采空區體積及塌陷區鬆散程度等進行估算，岩溶注漿量可根據岩溶裂隙發育情況按下式進行估算

式中
V ——注漿量，m3
R ——擴散半徑，宜為3～5m；
L ——壓漿段長度，m；
?——岩溶裂隙率，%
β』——有效充填系數，一般β』=0.8～0.9；
α——超灌系數，一般取α=1.2；
Υ——扣除稀疏填充物的孔隙率後的岩溶裂隙充填率；.
K ——土石界面下基岩的實際充填系數，宜為2～3，水平岩溶發育區取小值，垂直岩溶發育區取大值。
（5）其他
(1)岩溶整治材料消耗量要與材料進貨單、發票、現場到貨清點及數量的簽認單、有關現場會議紀要，包括混凝土運輸單等的數量相符。
(2)岩溶發育地段的橋梁樁基施工過程中採取的處理措施包括，一般地段溶洞以拋填片石、粘性土為主，大型溶洞和串珠狀溶洞以鋼護筒跟進為主，臨近既有建築物和地表易塌陷段淺表層注漿為主，原則上這幾種處理措施不能在同一個溶洞內同時使用。
(3)大部分溶洞採用回填片石、粘土、水泥、混凝土等混合料，其中混凝土只在斜岩處採用，水泥僅作為少部分摻和料，粘土與片石比例按1：1計列，封閉型溶洞總回填數量按填至溶洞頂1.5m計列或滿足成孔需求即可，連通型溶洞及角樁處溶洞按承台范圍外擴2m計列。
(4)高度大於5m的封閉型較大溶洞及部分較大的連通型溶洞採用鋼護筒跟進，鋼護筒長度計承台底至溶洞底0.5m處高度，單層鋼護筒跟進的最大長度不超過25m，有多層溶洞的部分樁位處計列雙層鋼護筒，鋼護筒內徑及壁厚按規定計算。
(5)復鑽及混凝土超灌與施工單位個體施工水平和施工手段密切相關，並不是岩溶施工過程中必須採取的方法，也不是岩溶施工中的必然結果，且鑽孔樁概算單價中實際上已考慮了相應的工程費用，因此，樁基施工中未採用鋼護筒跟進的，原則上不計列復鑽及混凝土超灌的數量，但對於嚴重斜岩或施工期特長等特殊情況，另行據實研究處理。樁基施工中採用了鋼護筒跟進時，復鑽和混凝土超灌均不予計列。
(6)地質勘查資料未揭示的岩溶區域，承包單位上報發包單位，由發包單位牽頭組織設計、監理、圖審、承包單位按相關規定聯合提出處理方案，處理方案批復後組織實施，並按經批復的處理方案許可權確認工程量。
(7)審核監理人員根據旁站監理工作方案的規定，在施工現場對岩溶注漿的施工過程進行的監督管理，以便了解旁站監理的部位或工序、時間、地點、氣候、主要施工內容、發現或存在的問題及處理過程。
(8)岩溶整治記錄表中標段名稱應填寫標段名稱的全稱，與合同或招投標文件中的標段名稱相一致。岩溶整治記錄表中承包單位欄應填寫合同文件中的承包單位名稱全稱，與合同簽章上的單位名稱相同。岩溶整治記錄表中編號填寫應連續，孔號、里程、孔口標高應與設計相符。
5、 總結
鐵路岩溶整治工程量審核是一項細致並要求嚴格的技術經濟工作，工作政策性強、技術要求高、工作量大，且特別繁瑣，造價工程師應熟練掌握工程建設程序，國家和行業有關工程建設的法律法規，概預算編制辦法和定額，按照崗位職責要求，以高度的責任心和豐富的工作經驗開展項目工程量審核工作，才能取得事半功倍的效果。

『肆』 中國大陸科學鑽探（CSDC）的最新進展

劉廣志

（地質礦產部科技委高咨中心，北京100812）

中國大陸科學鑽探（CSDC）籌備工作，自進入90年代以來，獲得了迅速的進展：

·召開了「中國深部地質研究中存在的關鍵地質問題」研討會（1991.3）。

·「中國大陸科學鑽探先行項目」開始執行（1991.7）。1994年11月提交有關報告，通過評審，認為中國開展大陸科學鑽探條件業已成熟，爭取列入「九五」國家重大科學工程項目。

·國務院發布的「國家中長期科技發展綱要」中指出：2000年前要為實施地質科學（超深）鑽探工程進行技術准備，2020年前要實施（1992.3）。

·先後召開了第一次（1992.4）、第二次（1993.5）「中國大陸科學鑽探研討會」，討論中國科學鑽探選址，從12個選區歸結為4個，最後選擇大別—膠南作為首批靶區。

·「中國地質超深鑽探（現稱科學鑽探）國家專業實驗室」在中國地質大學（北京）建成，進入設備安裝調試（1993.5）開展科研工作。

·中國派代表團參加在德國波茨坦召開的「國際大陸科學鑽探會議」（1993.8），並參加ICDP籌備會（1993.9）。此後地質礦產部推薦肖序常院士為中方成員（1994.1）。地質礦產部派肖序常、閔志到美國斯坦福大學參加ICDP會議（1995.12）。

·「中國第一口大陸科學鑽孔實施與科學研究」正式申報為「九五」國家重大科學工程項目。國家科委組織高級專家評議、投票，排名第三（1995.2）。財政部同意支付ICDP會費（1995.7）。以「大陸動力學和大陸科學鑽探」為題舉行了第36次香山科學會議。中國地質界對中國開展大陸科學鑽探取得共識（1995.5）。

·再次舉辦「中國大陸第一口科學鑽孔第三次研討會」（1996.1）。對大別—膠南作出進一步靶區選定；並組織專家進行現場考察。

·（1996.2.26～3.1）在日本東京築波市科學城參加「第八屆通過鑽探觀察深部地殼學術會議」，即「第八屆國際大陸科學鑽探學術會議」。地質礦產部派6人代表團參加了大會。會議期間：①參加了學術1、6兩組的大會論文宣講；②參加了ICDP中美德三國諒解備忘錄的簽字儀式，並參加了該計劃對組織管理、未來國際合作的大型討論會；③劉廣志參加了國際岩石圈（ILP）CC-4組主席M.D.佐巴克教授主持的匯報會，互通了各國CC-4組的活動簡況，提出了今後活動方向。

·配合中國第一口大陸科學鑽探的選址工作，提出了「中國第一口大陸科學鑽探取心鑽孔鑽探工程技術前期研究與開發規劃」（1996.3）。

1中國大陸科學鑽探先導孔施工技術方案

1.1施工條件

（1）鑽孔深度不超過5000m。事先由地質部門提出預想鑽孔柱狀圖及有關地球物理資料。

（2）鑽孔貫穿的主要岩層為結晶岩，如片麻岩、榴輝岩、硬玉石英岩、大理岩等等。

（3）貫穿的岩層主要物理力學性質，單軸抗破碎強度可能高達100～150MPa，個別高達150～200MPa，在地質鑽探岩石可鑽性分類中屬7～12級硬至堅硬岩層，個別屬極硬岩層。岩層研磨性可能成兩極分化狀態，多數屬強、高研磨性；少數屬堅硬、緻密弱研磨性打滑層。有的含包裹體。

（4）岩心是提取大量地質信息的「信息源」，是研究下地殼、上地幔的實物資料，鑽孔直徑要有足夠大的尺寸，以獲取盡可能大直徑的岩心。

鑽孔又是井中地球物理、地球化學測井的通道，其直徑和孔壁穩定性要滿足先進的高科技測井儀下井的要求。

1.2科學鑽探先導孔的主要任務和作用

（1）全孔除覆蓋層以外，要不間斷採取岩心、岩樣，液態樣（礦化水，結晶水，油等），氣態樣（H₂,O₂,CO₂,He,CH₄,Cl,H₂S,SO₂等可能出現的氣體），進行多種測試分析。

（2）分孔段進行系統的地球物理，地球化學測井。

（3）減少深孔將來在這一井段的取心，測井工作量。

（4）測量出地溫剖面，在先導孔周圍打一到幾個深100～300多米的測溫孔，測量地熱熱傳導率，熱流密度，以建立地溫數學模型，推斷先導孔地溫剖面，終孔溫度，地溫變化，對在鑽孔深部選擇取心工具，測井儀器，各種取樣器的結構性能，增強薄弱環節是至關重要的。

（5）在先導孔中試驗各種新研製的鑽頭、鑽具、儀器等。

（6）測試地層壓力梯度，壓裂強度，為孔壁穩定性，造斜傾向等提供參考位置與參數。

（7）檢驗過去用於沉積岩鑽孔中的各種儀器和方法在結晶岩鑽孔中是否有效。

（8）鍛煉鑽探隊伍，培養深孔、超深孔鑽探人才。

1.3先導孔鑽孔結構設計

在1993年9月在德國舉行的「國際大陸科學鑽探會議」上，到會代表們幾乎一致的認為，根據多年來國際上施工科學鑽孔經驗，為節省大量投資，更科學的打科學鑽孔，必須大力提倡採用已經在南非和加拿大施工了數百口深度在4000～5000m以深的勘探鑽孔經驗。英國KENTING鑽探公司的John Beswick先生介紹，南非擁有鑽進能力4000m以上的深鑽機150台，鑽進能力大於5000m的鑽機有20多台，根據南非施鑽的經驗，用這類深尺地質岩心鑽，打2000～6000m的科學鑽孔，可以獲得多快好省的科學與經濟效益。

有的專家提出採用加拿大Heath＆Sherwood鑽探公司的HS-150鑽機（鑽深4570m，最大鑽探曾達5424m）和他們設計的專門用於深孔繩索取心用的HNQ,NBQ內外大環隙繩索取心系統，具以下特殊優點：①降低沖洗液壓力降，②內管投入外管後，可快速到達孔底外管的定位處（表1、2）。

表1第一方案先導孔鑽孔結構

註：RTB—帶擴孔的不提鑽換鑽頭鑽具。

如果用第一方案，要設計研製或購置兩套HNQ,NBQ鑽具。

表2第二方案先導孔鑽孔結構

1.4施工技術路線

（1）參照外國施工經驗與我國國情應考慮：我國是一個發展中國家，財政經濟並不寬裕，一切設備、器具、工藝方法應該著意考慮以「自立更生」為主，盡量利用四十幾年來，鑽探工程積累的成功經驗，能予以改進升級的，能自行研製的，則充分發揮自己探礦機械、儀器工廠的潛力（表3）。本著「有所引進，有所不引進」的原則，引進重點國外產品，予以消化、吸收、彌補急缺。

（2）必須採用繩索取心系統，以大幅度降低起下鑽時間，有效縮短施工期；提高岩心品質，實現不提鑽柱或少提鑽柱換鑽頭，減輕工人勞動強度。施工費用可節約1/3。

（3）發揮我國在小口徑孔底動力機並能配合繩索取心系統的技術優勢，開發與採用小口徑螺桿鑽（PDM）、液動錘（Hydro-hammer）驅動的繩索取心鑽具，實現鑽桿不回轉或慢回轉鑽進，一可以節約動力，二可以減輕鑽桿與套管磨耗，三可有效預防鑽孔歪斜（圖1）。

表3目前國產耐溫近300℃的處理劑

圖1孔底動力機驅動的繩索取心系統

（4）大力採用物理—化學方法穩定孔壁，除鑽孔上部孔段下入部分套管外，下部孔段結晶岩中盡可能採用長裸眼鑽進（岩層自穩）。一旦遇到復雜層，岩層失穩，應採用小間隙套管方案。

（5）發揮鑽井液的多信息載體（油氣，礦化水，結晶水，淡水，鹵水，岩屑）作用，輸送大量地質信息（圖2）。

圖2鑽井液多信息載體作用

① 指防井涌、井噴、防塌、縮經等。②指運送岩屑，岩粉作用。③指作為深層流體（油氣，水等）如H₂,O₂,CO₂,CH₄,He,H₂S,CO₂,SO₂以及Na,K,Ca,Mg微粉等在300℃，1000×10⁵Pa狀態下，運載到地面

2中國科學鑽探先導孔鑽探工程急待開展的科研項目

2.1地面設備

（1）頂驅動長行程鑽機用於繩索取心系統，帶桅桿式鑽塔。

（2）微機自控絞車。

（3）全自動鑽桿排架。

（4）自動擰管機

（5）鑽桿疲勞、破裂孔口探傷器。

（6）鑽探操作自動化操縱台（含監測、採集、優化、反饋系統）。

（7）防噴器組（全封閉1套，封鑽桿2套）。

2.2深孔鑽探基礎理論

（1）高溫高壓下的結晶岩岩石物理力學性質，可鑽性分類與破碎機理。

（2）建立高溫高壓試驗設施。

（3）新型重量輕、高強度管材材料。

（4）鑽桿斷裂力學與監測系統。

（5）鑽頭磨損規律與機理。

（6）高溫高壓鑽井液理論：①鑽井液（無固相）聚合物配方、處理劑、添加劑，抗高溫穩定性、固控設備與理論；②高溫高壓鑽井液水力學、流變學、膠體化學理論與實踐。

（7）鑽井力學。

（8）建立機會井資料庫。

2.3深孔鑽探工藝學研究

（1）深孔鑽孔結構與管理程序設計。

（2）不同孔深的鑽具與鑽具穩定。

（3）深孔孔斜防治。

（4）電子計算機輔助鑽進（CDC）系統。

（5）取心取樣工藝，液態、氣態放射性樣品採集工藝，放射性自動檢測技術。

（6）鑽頭與鑽具選擇方案與相應鑽井參數的確定。

（7）不同孔段地溫檢測及其增溫梯度規律。

（8）不同孔段岩石破碎規律，岩石物理力學性質測定。

2.4孔內系統

（1）長壽命金剛石鑽頭與擴孔器。

（2）開發新型超硬材料切削具與取心鑽頭。

（3）用孔底動力機（BHM）驅動的繩索取心系統：①用螺桿鑽驅動的繩索取心系統；②用液動錘驅動的繩索取心系統；③「三合一」式（繩索＋螺桿鑽＋不提鑽換鑽頭）取心系統。

（4）孔壁取心器：①液壓或刮樣器；②孔底電馬達驅動水平取樣器。

（5）高溫高壓氣態或液態取樣器。

（6）小口徑隨鑽測量（MWD）儀。

（7）小口徑垂直鑽進（VDS）防斜系統。

（8）高溫水泥及其固井技術。

（9）高溫穩定、高潤滑性、抗腐蝕鑽井液及其添加劑。

（10）地層測試器、深部流體流量計等。

（11）高精度深孔岩心定向儀及方法。

（12）含鐵鋁合金鑽桿及其合金鋼接頭。

2.5深孔現代化管理

（1）深孔設計、施工、研究資料中系統工程管理（含工程、經濟兩大范籌）。

（2）設計、施工、研究過程中的資料庫。

（3）資料編輯、整理、出版，信息交流。

2.6信息獲取

自覺採取有代表性的樣品和獲取更多的數據，是科學鑽探項目成功的預先要求。採集數據可再分為孔內與地面兩部分。孔內部分包含取心、取砂樣、測井、鑽進與水力測試，孔內地球物理試驗（孔底到地面或兩個孔之間）。地面部分則包括從孔口和泥漿測試裝置取得的固體和液相樣品，包含首次與初步地質描述，化學與物理分析。測井項目則是雄心勃勃、費時的。鑽導孔時，鑽探費用等於測井計劃的費用。測井程序要逐個孔段進行，為減少漏採信息的危險。鑽探結束之後，還要進行長期測量與試驗（圖3）。

圖3

按照KTB經驗野外信息資料整理後直至提出科研報告，均在野外實驗室完成，鑽孔則建成長期觀測站

3《地質超深鑽探（科學鑽探）技術》國家專業實驗室

3.1實驗室的性質和任務

中國地質大學（北京）所屬的《地質超深鑽探技術》國家專業實驗室，是經國家計劃委員會、國家教育委員會於1989年6月批准投資新建的國家級專業實驗室，同時亦是地質礦產部開放研究實驗室，在學術上是一個相對獨立的研究實體。這個實驗室是開展本學科及相關學科的基礎研究和應用基礎性研究工作的重要基地，也是培養本學科高級科技人才的搖籃。

實驗室按照「開放、流動、聯合」的原則，面向國內外同行業開放，歡迎國內外專家學者在本實驗室發布的《課題指南》范圍內申請研究課題，經學術委員會評審批准資助後，來實驗室開展科學研究。也可自帶課題和經費及配套儀器和設備來開放研究實驗室進行科研活動。

3.2實驗室的課題研究領域

（1）大陸科學鑽探

·中國大陸科學鑽探工程的建設與准備工作

·東亞大陸環境科學鑽探工程

·高溫高壓地學模擬實驗裝置（又稱HTHP井筒）（圖4）

圖4高溫高壓地學模擬實驗裝置

（2）鑽探新技術新方法

以岩石力學研究為基礎，採用電子計算機等高新技術，研究新的鑽探技術裝備與方法

·交流變頻調速型鑽機

·繩索取心與不提鑽換鑽頭技術

·碎岩工具的設計與研究

·高溫熱熔法鑽進新技術

3.3研究設施與裝備

碎岩機理與工具研究部分：主要從事岩石物理機械特性，岩石破碎機理，破碎岩石工具以及井下鑽探工具的新技術研究。主要的設備是美國MTS公司的岩石力學試驗機和0～8000赫茲連續可調的中頻感應燒結設備。

計算機應用技術研究部分：主要從事計算機在鑽井工程及其它相關部門中應用技術的研究。主要的設備是計算機控制的鑽井實驗系統，微機群與其外圍設備，以及HP9000系列的計算機工作站。

除上述幾項設施外，實驗室內還專門建立了一個熱熔法鑽井實驗台。

為了實現國際交流，實驗室內還設立了小型學術廳和專家工作室。

岩石圈構造和深部作用

3.4實驗室的管理與組織

《地質超深鑽探技術》國家專業實驗室由國家教育委員會和地質礦產部雙重領導，行政管理屬於中國地質大學（北京）。

本實驗室實行主任負責制。實驗室主任全面負責組織和領導開放研究實驗室的科學研究、學術活動、人員聘任、人才培養、資金使用和行政管理等工作。

實驗室設學術委員會，是學術評審機構。其主要職責是：確定本實驗室的研究方向，制定《課題指南》，審批研究課題，評審科技成果，審議實驗室的經費計劃和組織重大學術活動。

實驗室的固定人員以及客座研究人員均由實驗室主任聘任。並實行任期制，工作成績突出的可連聘。

3.5實驗室的主要研究成果

（1）微機自控鑽進實驗台。

（2）鑽井工藝技術的微機分析系統。

（3）金剛石鑽進原理及最優化鑽進技術的研究。

（4）地質鑽機新型電驅動系統研究。

（5）改善鑽柱工作性狀及井底載荷有效控制方法研究。

（6）不提鑽井底換鑽頭技術。

（7）熱熔法鑽孔新技術。

（8）高溫鑽井液研究。

管理與研究人員

岩石圈構造和深部作用

學術委員會組成

岩石圈構造和深部作用

『伍』 帷幕灌漿檢查孔、先導孔鑽孔、灌漿的具體做法是什麼

檢查孔主要是為了檢查灌漿質量，它一般布置在帷幕中心線上、地質復雜部位、認為帷幕灌漿不理想的部位，檢查孔數量宜為灌漿孔總數的0.1。檢查孔壓水試驗一般在灌漿結束後14D後進行；採用自上而下分段卡塞進行壓水試驗。

設計

設計前需做好工程地質和水文地質勘探，掌握岩性、岩層構造、裂隙、斷層及其破碎帶、軟弱夾層、岩溶分布及其充填物、岩石透水性、砂或砂卵石層分層級配、地下水埋藏及補給條件、水質及流速等情況。

進行壩體補強灌漿設計時，摸清裂縫、架空洞穴大小及分布情況。規模較大的灌漿工程需進行現場灌漿試驗，以便確定灌漿孔的孔深、孔距、排距、排數，選定灌漿材料、 壓力、 順序、施灌方法、質量標准及檢查方法等。灌漿壓力是一項重要參數，既要保證灌漿質量，又要不破壞或抬動被灌地層和建築物。一般先用公式算出初定數值，通過灌漿試驗最後選定灌漿壓力。

『陸』 德國KTB先導孔取心鑽進技術

聯邦德國大陸深鑽計劃（KTB）是德國第一個大規模地學研究計劃。該計劃的目的是通過施工科學超深井獲取地學信息，「進行關於地殼較深部位的物理、化學狀態和過程的基礎性調查和評價，以了解內陸地殼的結構、成分、動力學和演變」。KTB由德國聯邦研究與技術部提供總計5億馬克的資助，執行時間為1985～1994年。項目的鑽探施工包括兩口鑽孔，即4000m深的KTB先導孔和9101m深的KTB主孔。施工先導孔主要是為了減輕主孔施工在技術和經濟方面的風險。在先導孔的施工過程中，對擬在主孔中使用的鑽探技術、測井技術、測量技術進行試驗，為主孔施工技術方案的精確設計提供依據。

KTB先導孔鑽進的地層為片麻岩和角閃岩，採用連續取心方法施工。KTB先導孔採用「組合式」鑽探技術進行施工，即在石油轉盤鑽機上加裝一套高速回轉的頂驅系統，並採用金剛石繩索取心鑽進工藝方法。科學深孔和超深孔鑽探中，在鑽孔內要進行大量的科學測試和地球物理原位測井，終孔直徑一般都較大，現有的岩心鑽探設備因其回轉扭矩和大鉤負荷、提升能力較低，滿足不了科學鑽探，特別是科學深鑽對鑽機能力的要求。因此，在科學鑽探中，普遍採用石油轉盤鑽機作為鑽進的主要設備。但石油鑽機的轉盤轉速太低，不能滿足金剛石鑽進的高轉速的要求。為了確保金剛石鑽頭能有效地克取岩石，必須在轉盤鑽機上加裝一套高速回轉的頂驅系統。因此，KTB先導孔施工前，對鑽機進行了改裝：

1）加裝了高轉速的RB130、RB135頂部驅動系統（表6.4）；

2）加裝了繩索取心絞車；

3）加裝高壓、小排量泥漿泵；

4）加裝高精度的自動送鑽系統。

表6.4 RB135型頂驅的技術性能參數

KTB先導孔參照了前蘇聯科學鑽探施工常用的「超前孔裸眼鑽進方法」，即在一較大的套管內，懸掛一層活動套管（7in），然後以較小口徑（6in）鑽進。若岩層穩定，可一直鑽至終孔深度。若岩層不穩定，需要下套管護壁，則可回收活動套管，以in口徑擴孔，鑽穿過不穩定層後，再下7in套管。KTB先導孔鑽進技術、經濟指標見表6.5。

表6.5 KTB先導孔鑽進技術、經濟指標

『柒』 地球科學前沿研究

利用先進的地球物理探測技術，重點對青藏高原進行了深部地球物理調查，進一步加深了對岩石圈深部結構、組成與演化的認識，提出了一系列大陸碰撞的地球動力學模型，深化了大陸動力學研究。在地球生命的早期演化研究等方面，獲得了一些重要新發現和新突破。

中國大陸科學鑽探工程研究

中國大陸科學鑽探自2001年6月25日正式開鑽，於2002年4月9日13時30分，先導孔以2028.17米深度勝利終孔。該井從地表至井深101米為全面鑽進，通過岩屑錄井來獲取岩層資料。從井深101米處開始連續取心鑽進，至2028.17米，取心進尺1927.17米，平均日進尺7.2米，平均機械鑽速0.93米/小時，平均回次取心長度2.94米，平均採取率88.66%。200米處井斜角為4.1°。利用中國大陸科學鑽探工程提供的2000米連續的極為珍貴的岩心、流體及其氣體樣品、1300米的岩屑樣品和2000米的原位測井資料，建立了岩性剖面、構造剖面、岩石物性剖面、岩石伽馬異常剖面、礦化剖面、流體地球化學剖面以及十多種類型的測井剖面，完成了孔區三維地震探測，沿鑽孔的垂直VSP地震剖面已經建立，揭示了孔區精細的地殼結構。

岩心深度及方位歸位

2000米的鑽孔岩心中，具有特殊地學意義的超高壓金紅石榴輝岩（綠色）的累計厚度為1000米以上，地幔橄欖岩（紫色）的厚度為80餘米，部分熔融形成的片麻岩（深紅色）厚度達400米，在原定的金紅石榴輝岩礦體下又發現了400米厚的達到工業品位的金紅石礦體。結合測井資料，解決了岩心的定向和歸位問題，建立了1200米可信度高的構造柱狀剖面圖。通過對先導孔100～1200米岩心物理性質的系統測定，已經查明先導孔500米岩心的7項物理參數（密度、電阻率、地震波速度、熱導率、平均磁化率、孔隙度、滲透率）以及部分物性參數的各向異性信息。

長江中下游地區地球動力學演化與成礦模式圖

a.揚子與華北克拉通對接後，在秦嶺造山帶南側發育坳陷帶b.構造應力場大轉換地幔隆起、岩漿底侵形成的斑岩型－夕卡岩型－Manto型銅金鐵礦成礦系統；c.岩石圈大減、薄軟流層物質上侵大規模岩漿－火山活動和120百萬年的玢岩鐵礦成礦系統

專欄6

北京首都地區大氣、水、土環境污染機理與調控原理

本項目為國家重點基礎研究發展規劃項目，首席科學家由國家地質實驗測試中心黃懷曾研究員和中國氣象科學研究院徐祥德研究員擔任。2002年本項目取得的主要進展如下：

（1）在大氣污染方面，採用單點激光雷達，太陽光度計，系留汽艇，TOVS、TOMS和MODIS多類衛星遙感綜合探測手段，對空氣污染物連續監測，獲取了北京冬季城市邊界層大氣動力結構綜合觀測數據，初步建立了北京城郊南北剖面城市邊界層大氣動力三維結構。

密雲水庫底積物沉積狀況圖

（2）在水污染方面，密雲水庫流域土壤侵蝕、小型礦山開采、農業活動等點源和面源污染所攜帶的化學物質對水庫水質已造成影響，水體中污染物含量逐年增加，但尚未超過污染容量，水質目前還算潔凈，但水庫底泥內已蓄積了一定量相對穩定的污染物。對官廳水庫研究表明，多年來點源排放活性磷，排污渠道積淀與析出活性磷，不斷流入水庫。水庫內常年積累的活性磷，通過生物、物理、化學作用，形成一個循環體系，水體中無機的和有機的不同形態磷彼此間的轉化，可不斷供給藻類繁衍所需的活性磷，這是導致水華的主要原因；水庫蓄水量減少，磷濃度增加，有利於藻類繁殖，這是引發水華的另一因素；底積物中磷的貯存與釋放以及流通量是誘發富營養化的另一重要原因。

（3）在地下水污染研究方面，以城市近郊地下水為例，排污河渠對地下水污染的影響不大，垃圾填埋場淋濾液對地下水污染有一定程度的影響；污水草地中氮的動態分布特徵表明，滲灌比滴灌更易造成硝態氮污染。

（4）在土壤污染方面，詳細確定了北京城近郊區較大范圍內重金屬、持久性含氯有機污染物等的種類，圈定了空間分布范圍，發現了嚴重污染點。通過土壤鑽孔精細剖面，確定了重金屬污染物的主要累積層位。研究表明，盡管已禁止使用有機氮農葯DDT，但仍存在區域性的污染。

（5）為防治加油站的污染，馴化出具有較強降解多環芳烴能力的優勢菌種，對芳烴、非烴、飽和烴和瀝青質降解率分別達30%～80%。針對重金屬鎘污染，培育、馴化了富鎘微生物酵母菌和絲狀真菌各一株，絲狀真菌干菌體鎘含量達28%，明顯高於國外細菌富集能力20%。

『捌』 帷幕灌漿的先導孔指什麼

所謂先導孔，就是在灌漿時，先相隔一定距離打孔灌漿，這些孔的間距遠大於實際灌漿孔的孔距，可作為一序灌漿孔，其目的是核對勘察結果，根據先導孔的結果，調整相關設計參數，比如孔距，壓力，灌漿深度。由於勘察階段勘察鑽孔數目相對稀少，先導孔可以起到補充勘察和灌漿試驗的作用。

『玖』 科學鑽探中的測井應用

科學鑽探的目的主要是通過鑽孔獲取岩心、岩屑、岩層中的流體(氣體和液體)、實施地球物理測井和在鑽孔中安放儀器進行長期觀測，以獲取地下岩層中的各種地學信息，進行地學研究。它可以分為大洋科學鑽探、大陸科學鑽探、極地鑽探。

最早實施的深海鑽探計劃DSDP(1968～1983年)和大洋鑽探計劃ODP(1985～2003年)，30餘年來在全球各大洋鑽井近3000口，取心近30×10⁴m，驗證了板塊構造理論，創立了古海洋學揭示了洋殼結構和海底高原的形成，證實了氣候演變的軌道周期和地球環境的突變事件，分析了匯聚大陸邊緣深部流體的作用，發現了海底深部生物圈和天然氣水合物。當ODP計劃於2003年10月結束時，規模更大的綜合大洋鑽探計劃IODP(2003～2013年)開始實施。

大洋鑽探計劃的成功，使人們的眼光轉向了大陸。與海洋相比，大陸地殼要復雜得多。大陸岩石圈的形成、結構與演化歷史都比大洋要復雜得多。要想揭開大陸動力學過程的規律性，只有通過大陸上系統的科學鑽探來取得地球深部的岩心和數據，驗證現有科學假說的真偽及不足。自20世紀70年代開始，先後有蘇聯、美、英、法、德等14個國家開展大陸科學鑽探。

歐洲10個國家(德國、比利時、丹麥、法國、義大利、挪威、荷蘭、英國、瑞典和瑞士)於1991年合作開展的歐洲南極冰芯鑽探項目(EPICA)，拉開了極地鑽探的序幕。

1996年由德、美、中三國發起的國際大陸科學鑽探組織成立，中國開始進入大陸科學鑽探領域。「中國大陸科學鑽探工程」項目於1997年6月獲國家科技領導小組批准，1999年9月27日獲國家計委批准;於2001年8月4日開鑽，2005年4月18日完鑽(終孔深度5158m)，並在該孔建立了科學鑽探長期觀測基地。目前，仍在實施的中國大陸科學鑽探項目有青海湖國際環境鑽探項目(ICDP項目)、汶川地震斷裂帶科學鑽探WFSD項目、白堊紀松遼盆地大陸科學鑽探項目(973項目)。

地球是一個復雜系統，地球科學的發展已經越來越要求將大氣圈、岩石圈、生物圈、水圈與深部地球和空間作為一個整體研究，需要地球科學各學科的交叉滲透。過去幾十年，科學技術的發展為地球科學的交叉和融合創造了條件，地球科學的各分支學科系統科學地結合起來。

在科學鑽探領域也不例外，在同一地質環境下地震、測井、岩心測量等獲得的不同比例尺資料是描述地下地質情況極好的相互補充。地震剖面是區域描述的基礎，測井比例尺中等且能給出鑽孔周圍區域連續的信息，岩樣測量則給出詳細的物理性質和年代。岩樣在取心過程中經常受到各種擾動，測井可獲得更大的岩石體積的一組連續信息;岩心深度和方向需根據測井資料確定，缺失岩心的井段岩性和地質構造可通過岩心和測井剖面對比恢復。相對地震測量，測井具有高得多的垂直解析度和很小的橫向解析度，兩者結合研究地下地質構造比任一種單一方法好得多。據1997年的統計，近25年的DSDP計劃中僅有14%的鑽孔實施測井，而1985年開始的ODP項目中實施測井的鑽孔已佔56%。近十幾年來在德國、日本、美國、俄羅斯和烏克蘭等國的大陸科學鑽探中，測井發揮了重要的作用。

10.5.1大洋科學鑽探中的測井

在綜合大洋鑽探計劃(IODP)中，深度超過400m的井都必須進行地球物理測井。如果同一區域的相同層段已經測過井，可以不再測井;否則，必須經過測井部門負責人的認可。另外，每一次航行規劃都會指定一名測井科學家負責與該航次的首席科學家及測井服務部門聯系。

斯侖貝謝測井公司是國際大洋鑽探計劃(IODP)的合作夥伴，主要採用該公司的常規測井儀器和特種測井儀器，有時也採用其他幾個測井公司的儀器。航次期間，部分測井資料(成像測井數據量太大，不便傳輸)被傳送到岸上進行處理，然後再返回到船上。航次結束後一個月，可從測井服務部門得到全部可用的測井資料。Splicer和Sagan是現用的兩個岩心與測井資料對比的軟體包，Splicer主要用於岩心集成，Sagan主要用於測井－岩心對比解釋。

在大洋鑽探計劃中，測井資料主要用於以下幾方面的研究:

1)經濟地質學;

2)地球化學;

3)地熱學;

4)水文地質學;

5)古氣候學;

6)岩石學。

10.5.2大陸科學鑽探中的測井

科學鑽探工程的目的不僅僅是打一口鑽井，而是要取得來自於地球深部的直接證據以認識地球，驗證已有的理論與假說。在鑽探至地球深部後，輔以地球物理測井測量地下岩層的電、聲、核、力學性質，以便評價地質構造、研究地殼熱結構、研究地下流體及其運動機制、闡明地殼的結構及其演化、確定地殼應力場等。將鑽探與地球物理測井相結合，便構成了伸入地球內部的「望遠鏡」，這便是大陸科學鑽探的全面含義。可以說，測井在大陸科學鑽探中具有舉足輕重的作用。下面介紹幾個代表性的大陸科學鑽探項目。

10.5.2.1德國的大陸科學鑽探計劃(KTB)

德國的大陸深鑽井(KTB)於1987年9月開鑽，於1994年10月終孔，深度為9101m。KTB通過直接探測、原位測量，研究深部岩石的地球物理異常性質，調查與評價深部大陸地殼的物理與化學條件，以了解大陸地殼的結構、成分、動力學，演化及正在進行的過程與古過程。在該項目的實施過程中，在其先導孔的鑽探中共使用了65種不同類型、不同方法的測井儀器，共測井398次;在主孔的鑽探中，使用了50種不同類型、不同方法的測井儀器，共測井266次。KTB的地球物理測井，採用了當時世界上最先進的測井方法和技術，獲得了大量的深部現場原位數據，為地球科學研究提供了豐富的、極為可靠的資料，圖10.5.1為德國大陸深鑽井7800～8600m測井實例。

圖10.5.1 德國大陸深鑽井7800～8600m測井實例

KTB計劃的成功，與測井發揮的重要作用密不可分，該計劃取得了以下成果:①研究地層熱事件;②地質構造識別與定向;③地應力場測量;④岩性剖面重建。

10.5.2.2 科拉半島的SG－3號大陸科學鑽探計劃

地球上的最深井———蘇聯科拉半島的SG－3號深鑽的鑽探研究中，測井也發揮了重要的作用。在鑽探的第一階段(0～7000m)，曾採用較多的測井方法研究鑽孔，其目的不僅是解決地質問題，而且要對各種測井方法所獲得的信息進行比較，為鑽探的第二階段(井深>7000m)測井方法的優化組合創造條件。根據有關文字資料的不完全統計，該孔的測井方法組合達25種以上，測井方法包括聲波、自然伽馬、中子伽馬、中子－中子、井中三分量磁測，以及井徑、井斜、磁定位(套管接箍)、井液採集等方法。測量深度達7000m時使用了測井24種方法，達11500m時還有15種。圖10.5.2為SG－3號深鑽測井實例。

該科學深鑽計劃取得了以下成果:①建立了該鑽孔反映的地殼上部構造的地球物理與岩石物理剖面模型;②根據所揭示的岩石物理性質垂直分帶，對地殼構造獲得了新的認識;③確定地球內部的溫度規律;④研究了該鑽孔揭露地層的應力狀態。另外，該超深井面向超高壓、超高溫的測井環境，推動了測井技術的進步與發展。

圖10.5.2 SG－3號深鑽測井實例

10.5.2.3 中國大陸科學鑽探計劃———科鑽一井

在中國的第一口大陸科學鑽探工程鑽孔的鑽探工作中，實施了8次綜合測井，採集到全井段的綜合測井信息;實施了73次工程測井。主要的測井方法有:雙側向、微球聚焦、自然電位、自然伽馬、自然伽馬能譜、岩性密度、補償中子、多極陣列聲波、超聲成像和微電阻掃描成像、井徑、井溫、井液電阻率、井斜、分區水泥膠結、套管接箍。

科鑽一井的鑽探工作中取得的主要測井成果如下:①變質岩測井響應特徵分析和岩性識別;②岩心定向歸位;③成像測井地質應用;④測井綜合剖面;⑤變質岩測井解釋的頻譜分析方法;⑥中國大陸科學鑽探測井信息系統;⑦主孔井眼三維可視化系統;⑧測井地震聯合解釋;⑨井中地球物理場分析。

無論是在大洋科學鑽探領域，還是在大陸科學鑽探領域，測井都發揮著不可或缺的作用，而且隨著測井技術與方法的完善與進步，這一作用將越來越大。

『拾』 大陸科學鑽探概述

劉寶林

科學鑽探是為地學研究目的而實施的鑽探，是通過鑽孔獲取岩心、岩屑、岩層中的流體（氣體和液體）以及進行地球物理測井和在鑽孔中安放儀器進行長期觀測，來獲取地下岩層中的各種地學信息，進行地學研究。在陸地上施工的科學鑽探稱為大陸科學鑽探。

國際地球科學界認為只有通過鑽探直接觀察和研究地殼內部正在活躍進行的物理、化學和生物的作用、特徵及其過程，才能取得對地球科學真實的、精細的認識，驗證遠距離探測的論斷，提高探測的可靠性。

按1993年9月在德國召開的國際大陸科學鑽探會議商定，科學鑽孔深度的定義是：淺孔為2000～4000m（用深型岩心鑽機施工），深孔為4000～6000m（用旋轉鑽機施工），超深孔為6000～15000m（用巨型鑽機施工）。此外，湖泊鑽探也是科學鑽探的一部分，鑽孔深度一般在10～500m。

大陸科學鑽探是當代地球科學具有劃時代意義的大型科學工程，是解決當代人類面臨的人口、資源、環境等問題的必由之路，是帶動21世紀地球科學和相關學科技術發展的大科學。大陸科學鑽探是由地質超深鑽探發展而來的，預期目標主要是為了研究深部地質學問題。實際上，經過科學選址而實施一些淺鑽孔同樣可以研究某些重大地球科學問題以及與人類生存密切相關的諸如氣候、環境、地震以及有毒廢料的安全處理等課題。

1 ICDP（International Continental Scientific Drilling Program）簡介

1.1 成立背景

1992年11月，經濟合作發展組織（OECD）舉辦的大科學論壇評述了大洋和大陸鑽探全面進行國際合作的問題。1993年8月31日到9月1日，在德國Potsdam國際大陸科學鑽探會議上提出了ICDP框架；9月2日，在KTB現場「國際大陸科學鑽探會議管理者會議」上，15個國家的代表參加，決定成立ICDP籌備組，由德國地學研究中心的R.Emmermann教授負責草擬ICDP的有關章程。1996年2月正式發布「ICDP發起書」。

1.2 ICDP的任務

獲得可靠的資金，進行有效的規劃，履行可行的對全局有重大意義的計劃；

確認適合科學鑽探的國際合作場址；

確保進行適宜的前期場址調查；

為鑽探項目提供技術支撐核心；

確保對計劃進行恰當的監控；

確保項目成果有效地發布傳播。

1.3 ICDP的准則

國際性——地質科學、工程技術、資金等進行國際合作；

全球性——開展具有全球意義的大課題；

必須經過鑽探——必須通過鑽探才能解決的問題；

社會需要——如解決能源、礦產、地質災害、氣候、環境等問題；

鑽孔深度與成本——在滿足科學目標的前提下，盡量降低鑽探難度；

活動的過程——研究目前活動的地質現象。

1.4 ICDP與ODP的差別

ICDP——鑽探地點在某個國家，首先獲益；研究世界級的科學問題；研究38億年的地球歷史；必須冠以「Scientific」。

ODP——鑽探地點、條件、孔深和工藝技術多樣化；在公海鑽探，是全球性的計劃；研究1.8億年的地球歷史；本身就是科學目的，不必冠以「Scientific」；主要設備為鑽探船，工藝技術比較成熟。

2 大陸科學鑽探的作用

研究地震、火山噴發的物理化學過程以及降低其影響的最佳方法；

研究近期地球氣候變化的模式和原因；

研究隕擊事件對氣候和集群滅絕的影響；

研究深層生物圈的性質及其與碳氫化合物和礦床的形成、生物演化等地質過程的關系；

放射性和其他有毒廢料的安全處理；

沉積盆地和碳氫化合物的來源及演化；

礦床在各種地質體中是如何形成的；

研究板塊構造、熱力學、物質和流體在地殼中運移的基本物理學過程；

如何更好地解釋用於了解地殼結構和性質的地球物理數據。

3 大陸科學鑽探的現狀

目前美國、俄羅斯、德國、加拿大、日本、法國、英國、瑞典、紐西蘭、比利時、冰島、澳大利亞、奧地利和瑞士等國家都開展了科學鑽探。全世界計劃完成近百口科學鑽孔，其中深鑽孔10餘口。具有代表性的科學鑽探計劃如下：

已經完成的有：

1960年，美國提出國際上地幔計劃（IUMP）。

1965年，開始實施深海鑽探計劃（DSDP）。

1970年，蘇聯開始SG-3大陸超深鑽孔施工。

1983年，開始實施大洋鑽探計劃（ODP）。

1984年，美國組建DOSECC，計劃完成29口科學鑽孔。

1987年，德國開始KTB先導孔施工，1989年完成，終孔深度4000.1m。

1990年，KTB主孔開始施工，1994年9月完成，終孔深度9101m。

2001年，ICDP計劃已批準的項目及執行情況（見下表）。

地球科學進展

3.1 原蘇聯

原蘇聯的大陸科學鑽探實施最早，鑽孔最多，開始於第二次世界大戰後，實施了幾十口基準井。1965年確立了超深鑽實施步驟，地質學家別科亞耶夫斯基等根據深部地球物理資料提出，為獲得完整的地殼剖面，至少要在6個地區打科學超深孔。原蘇聯國家科委為這一龐大規劃組建了「地球地下資源與超深鑽探部門科學委員會」，有95個單位參加，由原地質部部長E·A·科茲洛夫斯基任主席。設計施工超深孔18口，其中SG-1孔設計深度12000m，SG-2、SG-3孔深15000m，其他15口是深6000m左右的先導孔（衛星孔）。1970年SG-3超深井開鑽，設計15000m，1986年3月終孔深度12262m，為目前世界第一深井。1988年在亞羅斯拉夫國際科學鑽探學術會議上公布原蘇聯科學鑽探取得了40項重大科研成果。

3.2 美國

從1961年開始至今，執行了一系列海上科學鑽探計劃，如莫霍計劃、DSDP深海鑽探計劃、ODP大洋鑽探計劃等，都取得了輝煌的成就。但海上鑽探設備復雜、費用昂貴。1993年他們提出了一個口號：「把船開到陸地上來」，要大力發展大陸科學鑽探。

美國大陸科學鑽探計劃（US/CSDP）：

已經完成的鑽探項目有：伊尼歐（INYO）井1～4號、巴耶斯破火山口1號、伊利諾斯井（VC1，VC2A，VC2B）、索爾頓湖、長谷、卡洪山口及上地殼項目。

計劃實施的項目有30多個，深度超過6km的有：阿巴拉契亞深部取心鑽孔、伊利諾斯盆地超深孔、得克薩斯海灣海岸超深孔、夏威夷島深鑽項目（正在實施中）。

90年代美國將主要實施五個項目：即卡特邁的諾瓦拉普塔、卡洪山口第三階段、巴耶斯破火山新項目、紐克克盆地鑽、基礎鑽探項目等。

1974年美國在俄克拉何馬鑽成了大陸科學鑽孔羅傑斯1號孔（Betha Rogers N0.1），孔深9583m。1985年在國家科學基金會領導下，制定「大陸科學鑽探計劃」（CSDP），選定孔位29處，陸續取得重大成果：①1985年在索爾頓S2-14＃孔執行以研究高溫地熱為中心的科學鑽探（SSSDP）計劃，1986年3月鑽到3220m，貫穿沉積層到達下部閃長岩相角岩，中靶溫度為353℃，為世界第一口高溫地熱井；②1986年陸續沿聖安得烈斯大斷層施工10口科學鑽孔，平均深度為5000m，以監測研究加利福尼亞州大地震發生機制。在卡洪隘口（Cajon Pass Hole）施工的第一孔經岩心磁法定向（佔10%）、熱導率、熱輻射、應力場、波速等測試，發現斷層帶摩擦應力近100MPa，產生局部熱導率異常1HFU（=40 MW/m²），美國地調局以此孔作地震觀測孔，以上述量化臨界數據提供多次地震預報，均大大減少了災害損失；③美國Los Alamos國家實驗室用10年時間在Fenton Hill在水平相距30m處鑽兩口以勘探與開發「乾熱岩」直接發電的科學鑽孔，深度分別達3200m、4500m，直達火山岩體，用水力壓裂使兩孔相通，形成「熱倉」，孔底溫度達300℃，一孔注入冷水，另一孔排出溫度為200℃以上的干蒸氣，並用此蒸氣直接發電。④沿聖安得烈斯施工的科學鑽孔在2000m處的結晶岩基底岩中發現嗜溫菌（Thermophilic bacteria），為研究地表以下生物活動提供依據。它的分布、總的數量、對油氣生成的關系、它同地表生物活動的關系、以至同生物起源的關系、地下生物圈邊界等等，留待科學鑽探去勘探解決。

3.3 瑞典和西歐各國

在原蘇聯科學鑽探發現深部地下有碳氫化合物等流體的成果鼓舞下，瑞典以及歐洲共同體等缺乏石油的國家，建立了OECD（歐洲經合與開發組織）將科學鑽探列為大科學項目（Mega-Science）。瑞典首先在錫利揚（Silijan）大隕石坑施工Gravberg 1號孔，深6350m，取得油氣樣品85桶（約合18.5 t），化驗後，其成分無異於普通石油天然氣，並含有極細磁鐵礦粉末，引起世界矚目。科學家們推斷油氣來自上地幔裂隙，屬非生物源油氣，其後又布置另一口Stanberg No.1號科學鑽孔。

3.4 德國

德國大陸深部鑽探（KTB）到1993年9月2日鑽深為8312.5m，（在孔深為8008.6m時，地溫為215℃）。KTB目前獲得的主要科學成果是：①證實了深部的溫度變化和熱轉移，查明了深達6km多的地殼熱結構；②修正了深部地球物理探測資料（反射地震、地電、重磁異常等），查明了地球物理結構性質和非均一性；③發現了地殼中流體的來源、成分和運動規律，對於開拓新的能源和探討礦床成因有重要的意義；④測出了深達6km、目前世界上最深的應力分布資料，對於預測地震、火山等災害有重要意義；⑤發現在莫霍面以下還存在地球磁場，在理論上這是一個重大突破。

KTB在實踐中還研發了一系列的新技術和新工藝，其中最主要的是：①研製和使用了巨型鑽機，在鑽探設備自動化上取得重大進展。KTB的鑽探設備主要技術指標：鑽塔高度83m，設備總重2500t，10000m鑽桿重400t，最大大鉤負荷800t，總功率9500kW，泥漿泵流量1000～4000L/min，工作泵壓350bar，泥漿箱總體積450m³；②研製和使用一套垂直鑽進系統（VDS），KTB的主孔通過採用這一技術，使鑽孔深度達到7000m時鑽孔頂角不超過2°，鑽孔水平移距不超過20m。而先導孔由於沒有採用VDS系統，鑽孔深度為4000m時水平移距達到了180多m；③在施工的組織管理，信息的獲取、利用、發布和現場實驗室等方面也積累了寶貴的經驗。

4 大陸科學鑽探在技術上面臨的挑戰

孔深大——需要重型設備、鑽孔結構復雜、管材強度極限、鑽孔彎曲嚴重、回轉阻力增大、輔助時間長等；

結晶岩——鑽進效率低、鑽頭壽命短、鑽孔彎曲嚴重、糾斜困難等；

高溫高壓——泥漿性能變壞、管材強度下降、孔壁穩定性差、測井儀器性能降低等；高信息量——高取心率和取心質量、泥漿錄井系統、流體樣品的獲取、深部現場實驗室等。

5 中國大陸科學鑽探（CCSD）簡況

5.1 歷史回顧

1988年，開始建議制定中國大陸科學鑽探計劃。

1991年，原地礦部開始組織進行「中國大陸科學鑽探先行研究和選址研究」。

1992年，地質科學鑽井工程列入「國家中長期科學技術發展綱要」。

1995年11月，國務院領導批准中國加入「國際大陸科學鑽探計劃（ICDP）」。

1996年2月中國正式成為ICDP三個發起國之一。

1996年8月，原地礦部與德國地學中心簽訂了在大別-蘇魯進行科學鑽探的合作協議書。

1997年6月，國家科技領導小組批准「中國大陸科學鑽探工程」列入「九五」國家重大科學工程項目。

1997年8月，由ICDP資助的「大別-蘇魯超高壓變質帶大陸科學鑽探選址國際研討會」召開，中外專家一致贊同在江蘇北部東海縣實施5000m的科學深鑽。

1998年4月，國際大陸鑽探計劃組織（ICDP）審議通過了「中國大別-蘇魯超高壓變質帶大陸科學鑽探」項目正式建議書，並予以150萬美元經濟資助。

1998年12月至1999年6月，在江蘇東海縣毛北鎮境內完成了1000m深的預先導孔施工，目的是為CCSD的施工設計和主孔施工提供必要的信息，並積累了施工經驗。

1999年9月底，經歷近10年的努力，在建國五十周年大慶前夕國家計委正式批准了中國大陸科學鑽探工程項目立項建議書，這標志著該工程項目正式開始實施。

2000年3月28日至3月29日，由國家計委中咨公司組織十餘位專家在北京對《中國大陸科學鑽探工程工程可行性研究報告》（工程部分）進行了專家論證，與會十餘位專家一致同意通過此報告，從此，中國大陸科學鑽探工程正式進入設計施工階段。

2001年6月25日中國大陸科學鑽探工程先導孔終於在江蘇省東海縣開始試鑽。

2001年8月2日，國家計委批准了中國大陸科學鑽探工程的初步設計和開工。

2001年8月4日，中國大陸科學鑽探工程在江蘇東海鑽探現場舉行了開工儀式，全國政協副主席萬國權等出席，各新聞單位競相報道。

2002年4月15日，井深2046.5m，結束了取心鑽進，先導孔完工。

2002年5月7日開始主孔的擴孔鑽進。

2002年8月27日零時45分擴孔深度2028m，擴孔完工。

2002年10月10日開始主孔取心鑽進。

2005年3月8日勝利完鑽，終孔深度5158m。

2005年4月18日在中國大陸科學鑽探施工現場舉行了竣工典禮，國務院副總理曾培炎出席典禮儀式並發表重要講話。

2006年3月18日，國際大陸科學鑽探中國委員會（ICDP-CHINA）在北京成立。孟憲來任主任，許志琴、安芷生和黃宗理等任副主任。劉東生院士、孫樞院士、劉光鼎院士、李庭棟院士、劉廣志院士等被聘為該委員會顧問組專家。

5.2 施工基本要求和條件

設計井深：5000m

終孔直徑：

in（157mm）

取心要求：全井連續採取岩心

地層條件：堅硬的結晶岩，如片麻岩、榴輝岩、角閃岩等

溫度梯度：2.5℃/100m

5.3 CCSD的目的

通過最短的鑽距獲取最深部的垂向連續變化信息，建立真實的深部物質組成、結構、流變學、地球化學、岩石物理、流體、地熱、地應力及現代微生物剖面，並校正地球物理遙測的結果，建立世界性的深部結晶岩地區地球物理標尺。

揭示超高壓變質帶形成與折返機制的奧秘，研究會聚陸殼邊部的動力學，為大陸動力學理論的創立奠定基礎。

研究超高壓變質帶中金剛石和金紅石（國防及航天材料）等資源形成的地質背景和成礦機理，開拓新的找礦方向。

發現來自地幔深處的新礦物和新物質，探究超高壓物理條件下的礦物化學和結構行為。

研究現代地殼流體的富集、分布及遷移規律，探索其深部來源，揭示深部水圈的活動及水-岩作用對成岩和成礦的影響；

通過地下深處存活的現代微生物的研究，揭示地下生物圈在極端條件下（高溫高壓）的生物鍾時限、微生物的潛育條件及其對成岩、成礦和生油作用影響。

在鑽孔中放置各種探測儀器，監測地震活動、研究發震機制，揭示現代地殼活動及地球深部正在進行的各種物理、化學及生物作用，同時可將鑽孔作為一個長期的、動態的、高溫高壓的成岩成礦實驗室和礦物合成腔，完成在地表條件下所不能進行的多種重要科學實驗。

促進我國鑽探工程技術和相關領域的發展。促進我國鑽探技術的發展，其技術成果將使眾多的鑽探應用領域迅速趕上世界先進水平，並帶動工程科學、實驗測試、機械工藝及超硬材料等技術的開發與發展。大陸科學深鑽系統將發展和提高深部地球物理遙測方法與技術，並成為檢驗深部地球物理正、反演理論的實驗場。

培養造就上百名跨世紀的地學研究與管理專家，滿足21世紀我國開展經常性科學鑽探工程及相關科學研究的人才需求，促進地球科學與物理學、化學、生物學、工程學、經濟學和管理科學的聯合與交叉，為發展新學科生長點提供機遇。

5.4 CCSD的八大科學目標

（1）揭示超高壓變質岩形成與折返機理。

（2）再造大陸板塊會聚邊界的深部物質組成與結構。

（3）建立結晶岩地區地球物理模型和解釋標尺。

（4）研究板塊會聚邊緣的地球動力學和殼幔相互作用。

（5）揭示超高壓變質成礦機理，發現新礦物與新物質。

（6）探索現代地殼流體-岩石相互作用與成礦機理。

（7）研究現代地殼中微生物類型和潛育條件。

（8）為資源開發及地震發生機制的探索提供科學依據。

5.5 工程選址及鑽探子工程

選址原則：瞄準具重大關鍵地學意義的地區；服務於人類社會面臨的資源、環境及災害三大問題；地質及地球物理研究程度較高；地層盡可能平緩，能穿越盡量多的層位，無花崗岩干擾；技術上可行（特別是地溫梯度應較低）；交通便利，地勢相對平坦，通訊方便。

1997年8月，由ICDP資助在中國青島舉行了「大別-蘇魯超高壓變質帶大陸科學鑽探選址國際研討會」，中外專家一致贊同在江蘇北部東海縣毛北鎮實施5000m的科學深鑽。鑽孔位於具有全球地學意義的大別蘇魯超高壓變質帶上，可以通過最短距離的鑽探或取最深部的地學信息；東海縣及附近地區的經濟發達，交通與通訊便利，水電供應充足，是大陸鑽探的理想場所。

5.5.1 鑽探施工面臨的技術難題

硬地層鑽進（擴孔）效率問題、深孔硬岩大直徑全孔取心技術、大傾角硬地層防斜糾斜技術、深孔小間隙孔段水力學設計及鑽井液技術、難以預料的復雜情況等。

5.5.2 技術目標

形成一套完整的硬岩深孔（5000m）大直徑（終孔直徑不小於156mm）金剛石繩索取心鑽進技術體系；使獨具中國特色的液動錘鑽進技術更加完善，進一步鞏固我國在液動錘技術領域中的領先地位；研究與開發新型的以繩索取心為基礎的組合式取心鑽進系統，如孔底馬達/繩索取心二合一鑽具、液動錘/繩索取心二合一鑽具及其相應的鑽進工藝，其成果將居國際領先地位；帶動我國鑽探器具和鑽探材料生產製造技術與使用技術的進一步發展，使其趕超世界先進水平。

5.5.3 雙孔鑽進方案：先導孔+主孔

鑽先導孔後，主孔上部採用大直徑液動錘全面鑽進，有利於防止孔斜；先導孔小直徑取心，代替主孔上部大直徑取心，節省施工費用；獲得主孔鑽探技術方案精確設計所需的地下岩層信息；可在先導孔中試驗將在主孔中使用的鑽探器具和材料。

5.5.4 組合式鑽探技術：石油轉盤鑽機+地質岩心鑽探工藝

以金剛石繩索取心鑽探技術為主體；採用金剛石取心鑽頭，回轉速度高；孔壁間隙小，泵壓高，排量小；採用低固相沖洗液；對鑽壓控制有較高要求。

5.5.5 先導孔鑽進工藝

螺桿馬達+金剛石雙管取心鑽進、螺桿馬達+液動錘+金剛石雙管取心鑽進、轉盤+金剛石雙管取心鑽進、螺桿馬達+金剛石單管取心鑽進。其中特別突出的是螺桿馬達+液動錘+金剛石取心鑽進工藝，屬世界首創，效果顯著，可顯著提高機械鑽速，延長回次取心進尺長度。

5.5.6 主孔鑽進工藝

原設計擬採用金剛石繩索取心鑽進，並加裝了液壓動力頭裝置。由於繩索取心鑽桿加工質量問題以及動力頭輸出扭矩不足，放棄了繩索取心鑽進工藝；主孔基本上還是以螺桿馬達+液動錘+金剛石取心鑽進工藝為主。

5.5.7 鑽機-ZJ70D

寶雞石油機械廠生產的新一代電驅動鑽機。鑽深范圍5000～7000m；最大鉤載：4500kN；最大鑽柱重220t；絞車最大輸入功率1470kW；大鉤提升速度為0～1.6m/s；絞車檔數為2+2R，無級變速；絞車檔數為4+4R，無級變速；鑽台高度9m；鑽架高度45m。

5.5.8 鑽具、鑽頭和沖洗液等（略）

5.6 地學成果

完成了5158m的系列金柱子包括岩性剖面、地球化學剖面、構造剖面、岩石伽馬異常剖面、礦化剖面、岩石物性剖面、流體剖面等。

首次在國內完成了長井段岩心深度和方位測井歸位。

首次完成結晶岩區的三維地震探測，揭示了精細的地殼結構。

中國大陸科學鑽探主孔5000m岩性剖面揭示50多種豐富多彩的岩石類型。在原有的金紅石礦體下又發現了400m厚的達到工業品位的新的金紅石礦體。

證實了蘇魯地區2億年前發生過巨量物質超深俯沖的壯觀地質事件。證實了蘇魯地體在晚三疊紀發生超高壓變質後經歷了一個快速抬升的動力學演化過程。

查明了超高壓榴輝岩的主要礦物都含有以OH存在的結構水

氧同位素研究表明超高壓變質岩的原岩在近地表與大氣降水發生交換「花崗岩體的侵入為其提供熱源」為新元古代全球性雪球事件提供重要證據

建立了蘇魯高壓-變質超高壓構造格架，確定岩石-構造單元、構造邊界的大型韌性剪切帶系

涉及幾何學、運動學、動力學。

揭示含金紅石榴輝岩中銳鈦礦、板鈦礦、榍石和金紅石的產出狀態及其可能的相互轉化關系。

發現了極端生存條件下的地下微生物。

5.7 鑽探技術成果

完成了一口在堅硬的結晶岩中施工的、終孔直徑為156mm、終孔深度為5158mm的連續取心科學鑽探孔。

研究開發了具有自主知識產權的孔底馬達驅動的沖擊回轉取心鑽井方法及其鑽進系統。

形成一套完整的、獨具中國特色的硬岩深孔（大於5000m）鑽井施工技術體系。包括：大直徑（終孔直徑不小於156mm）取心鑽進技術、硬岩擴孔鑽進技術、強致斜地層防斜糾斜技術、新型硬岩鑽井液體系、硬岩小間隙套管固井技術、活動套管技術等。使獨具中國特色的液動錘鑽進技術更加完善，進一步鞏固了我國在液動錘技術領域中的領先地位。

研究並開發了多種新型的以繩索取心為基礎的組合式取心鑽進系統，如：孔底馬達（螺桿馬達或渦輪馬達）+繩索取心二合一鑽具、液動錘+繩索取心二合一鑽具、螺桿馬達+液動錘+繩索取心三合一鑽具，及其相應的鑽進工藝，成果居國際領先地位；極大地推動了我國鑽探器具和鑽探材料生產製造技術的進一步發展。

6 墨西哥Chicxulub大陸科學鑽探（CSDP）簡介

其科學目標是研究隕擊事件和生物集群滅絕。鑽孔位於墨西哥的Chicxulub隕擊坑，距離撞擊中心約60～80km，設計孔深2500～3000m。計劃實施周期為1998～2005年，已經完成了幾個淺鑽，實際實施時間有些延後，2000年開始700m深的先導孔鑽探。ICDP將資助100萬美元。

大約在6500萬年前，一個直徑約10～15km的小行星或彗星撞擊在當時的淺海區域（現今的尤卡坦地台），突然爆發釋放出的能量約有100萬億噸梯恩梯當量，形成了直徑200km的巨大隕擊坑。引發大火，粉塵蔽日，使全球氣候持續變冷；並噴發出大量的CO₂和SO₂氣體，造成陸地和海洋生物大量窒息死亡。恐龍就是在這個地質年代突然消失。因此，科學家推測，這次撞擊可能是造成恐龍滅絕的直接原因。撞擊所拋出的塵埃、灰燼和小球體在空中形成的離散物質在白堊紀-第三紀界限的年代遍布全球。

CSDP預期解決的基本問題包括：隕擊事件的基本性質，沖擊變形的基本性質，隕擊坑形成的基本性質和噴出過程的基本性質。

7 湖泊鑽探

全球變化（Global Change）研究是ICDP的科學目標之一。目前全世界科學家非常重視。地球氣候和環境的演化過程在海洋、湖泊、冰川、黃土、珊瑚、鍾乳石等沉積物中以及樹的年輪中都有記錄。如果通過一些淺層科學鑽探採集這些原狀的沉積物樣品等，利用現代的測試分析儀器進行多方面的研究，從而比較客觀地建立全球變化模型。世界上開展全球變化研究的機構非常多，而且十分活躍，淺層科學鑽探項目也很多。如International Geosphere/Biosphere Project（IGBP）中的Past Global Changes（PAGES），Palaeoclimates of the Northern and Southern Hemispheres（PANASH），the Pole-Equator-Pole transect from Europe through Africa（PEP Ⅲ），the CircumArctic PaleoEnvironments Programme（CAPE），the International Marine Global Change Study（IMAGES），International Continental Drilling Project（ICDP），Quaternary Environments of the Eurasian North（QUEEN），New Greenland Ice core Project（NGRIP）等。除了ODP（IODP）等海洋鑽探之外，其中湖泊鑽探占據主導位置。

參考文獻

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