先导孔钻孔成果

『壹』 德国超深钻计划（KTB）

德国大陆超深钻计划（KTB）经过10年选址和准备，于1987年9月开始打先导孔。在利用先导孔做三维反射地震及VSP之后开始主孔钻探与测井，1994年钻到9100m因钻探事故没有打到预期的深度（13km左右）。KTB吸取了科拉等超深钻的教训，拟定了如图9.1所示的施工方案，取得了丰富的经验和成果，也包含了一些失败的教训。

图9.2原苏联国土科学深钻、超深钻计划（1965）

其中SG-3为科拉；位于乌拉尔的SG-4和北高加索的SG-7等尚未达到预定深度

图9.3科拉深钻SG-3的二张钻前预测剖面、实际剖面以及预测与实际柱状图对比（右）

KTB孔址选在德国南部的海西造山带上，图9.5的魏登镇北20km处，其地震剖面和物性柱状图示如图9.6。从图中可见，超深钻的一个地质目标是打到萨克森图林根地块（ST）下方的高速和高电阻率的岩楔（EB），它被推断为碰撞造山时从深部推上来的岩块，在图9.7上EB（Erbendorf Body）表示为P波和S波的强反射带。遗憾的是，由于钻孔未打到预定深度，这一目标没有实现。另外，KTB的另一个目标为了解浅层的埃弗构造带（ZEV）是否外来岩块；由于在4000m深处取得了岩层叶理陡倾的真实数据，否定了ZEV为外来岩块的认识。

在选址阶段，KTB在该区进行了详细的深反射地震调查，其测网示如图9.5,DEKORP长剖面示如图9.6（上），二维测网的6条线（8501～8506）示如图9.5，过8502和8503的剖面段示如图9.6（左下），8502部分示如图9.7（上）。在打完先导孔之后，又进行了三维地震和S波反射地震测量。在图9.7上对比了P波和S波反射，可见在P波2.7s及相应深度S波4.5s处有强P波反射，而没有明显的S波反射，这个强P波反射被解释为高孔隙流体过压层，后为主孔的钻进所证实。同时，在VSP（垂直地震剖面）调查中，首次分离出分裂的快横波（q S₁）和慢横波（q S₂）,VSP地震记录见图9.7下.qP为直达纵波。这些成果极大地丰富了横波勘探和地震各向异性的理论和应用，使应用地震学前进了一大步。与此同时，KTB测试还发现，地球的磁场随深度的增加要比偶极子模型快很多（图9.8）.这一结果说明，粘滞剩磁在地壳深部起更重要的作用。我们知道，总磁化强度为感应磁化与剩余磁化强度之和，而剩磁有稳定和粘滞性两种类型。稳定剩磁的方向为冷却成岩时古地磁场方向，而粘滞剩磁为现代地磁场方向，它加在感应磁化上。地磁场的感应磁化磁场符合偶极场的方程，如图9.8中的斜线所示。KTB实际测量结果在2km以下比偶极场大很多，这是粘滞剩磁在起作用。KTB的这一发现对我们认识地壳铁磁及反磁性物质分布和磁测资料解释都产生重大影响。例如，有人据此认为，在地壳深部居里点温度以上的环境中，岩石仍可具有磁性。另外，KTB已证实了钻孔揭露的许多高倾角岩性界面没有对应的反射信号。除了在地球物理方面的重大成果外，KTB在地质和钻探等方面也取得了丰硕成果。例如，发现了3400km处含大量卤水的开裂带，在4000m处取得了7.9×10⁴L的结晶水样，含盐度60g/L，并含有大量气体，并查明了该区地壳流体来源、成分和运动规律。KTB还成功地发展了地球化学测井等技术，可大大降低取心率。目前，KTB已建成长期观测实验室，并成为欧洲的一个旅游点。

图9.4科拉SG-3深钻流体－地化作用参数图

从左到右，钻探岩心柱，变质相，变质流体活动方向，岩石中水及金属元素含量

图9.5莫尔达努比（MN）地块和萨克森图林根（ST）地质图

粗线为DEKORP剖面，细线为KTB剖面。A：中欧出露的华力西期基底和Kossmat确定的构造带；RH—莱茵海西地块；ST—萨克森图林根地块；MN—莫尔达努比地块。小方框内为超深钻研究区。B：主要构造单元地震反射剖面，1—变质推覆体；2—下部推覆体；MM—明斯贝尔地块；ZEV—埃尔本多夫弗恩施特劳斯构造带；ZTT—特拉陶斯带；3—ST;4—MN

图9.6KTB反射地震和物性柱状图

DEKORP区域剖面（上），过KTB8502的反射剖面（左下），波速与电阻率（右下）。剖面位置及符号见图9.5。EB为Erbendorf体，其反射见下图

『贰』 什么是帷幕灌浆先导孔

在帷幕灌浆时，先导孔就是在不同的设计位置先定几个设计孔位，钻孔结束后暂不进行灌浆，先进行压水试验，确定地层的透水系数（即Lu值）是否与前期设计情况相接近，试验完成后再进行灌浆，先导孔一般都是作为后期的生产孔。

『叁』 如何进行钻孔施工对已有滑坡的影响程度进行评估

做好铁路岩溶整治工程量审核，对合理安排单位力、物力和财力，控制项目投资非常重要。近年来由于不正之风的影响，一些施工企业为了自身的利益，在编制完成的工程量过程中，出现了很多不应出现的问题，具体表现在记录的施工注浆工程量超过使用的注浆机最大流量，施工日志记录的数值大于监理日志记录的数值，实际钻孔深度严重超过设计深度，钻孔的软石按次坚石计价，次坚石按坚石计价，工程变更签证有的不是实际变更签证，施工工艺所需的临时钢管作为永久埋入的钢管计算等等，导致投资规模被突破，投资效益偏低。这些问题如果得不到有效解决，将会严重影响铁路工程建设的开展。
1、 审核所编工程量的合法性
铁路岩溶整治工程量审核的主要目的是确定承包单位完成项目工程量的真实性和准确性，审核应以承发包合同确定的路基长度、桥墩数量为计算依据，根据岩溶整治项目实际完成的各单位工程、分部分项工程数量据实计量。
(1)依据工程建名，审核承发包合同的合法性和有效性。
(2)审核经监理工程师确认的承包单位制定的项目技术管理体系和质量管理体系，项目负责单位及签字单位的资格（含施工组织机构资料名单中的签字人员），以确保承发包合同的履行及施工质量。
(3)审核监理合同的合法性和有效性，旁站监理方案，并对经发包单位确认的现场监理机构、总监理工程师、监理工程师的资格进行审核。
(4)审核见证检测资料。为了解监理人员对施工人员进行的材料取样、送检、检验或分项工程的测试、试验过程进行监督，见证检验的检查数量必须满足满足相关工程质量验收标准的要求，见证取样应在监理工程师的见证下，由试验人员对工程中涉及结构安全的试块、试件及材料在现场取样，并送至国家主管部门认可的计量认证和质量检测，出具检测报告并加盖见证取样检测专用章。
(5)审核工程竣工验收资料的可靠性和完整性。岩溶整治工程的竣工验收资料是编制项目工程量的主要依据，他包括岩溶路基整治注浆检验批质量验收记录表、岩溶路基整治检验批质量验收记录表、岩溶路基整治钻孔记录、岩溶路基整治压水试验记录表、岩溶路基整治注浆记录表、设计资料、试验资料、施工原始记录、各种成果图表、工程量明细表、变更签证单和质量检查有关资料等。经统计计算，与承发包合同确定的工程量清单对比，看需要完成的工程内容是否完整，工程量差异如何调整等。
(6)承包单位在进行岩溶整治施工中应编制专项施工方案，施工方案中注明的工程量（浅表层岩溶注浆、回填混合料(片石、粘土、水泥等)、回填混凝土、钢护筒跟进等）必须依据施工图中溶洞大小合理预估，编制原则和内容符合建设单位岩溶处理施工指导意见和设计院首次技术交底的要求，施工方案必须报发包单位批复，经批复的评审意见，承包单位根据现场情况，确需调整经批复的岩溶整治施工方案，需报发包单位给予明确，对方案调整较大的，应重新组织设计、监理、图审单位进行评审。实施性施工组织设计由项目第一责任单位组织内部审查。必要时应报施工单位技术主管部门审查。内部审查后的实施性施工组织设计送监理单位进行审核。建设单位按照批准的指导性施工组织设计对监理单位报送的实施性施工组织设计进行审查，审查时邀请设计单位参加。必要时，建设单位可请专家对重点工程的施工方案进行专题审查。符合2011年1月1日实施的《铁路工程施工组织设计指南》（铁建设[2009]226号）的要求。
(7)建设单位对施工图审核单位审核合格的施工图加盖施工图审核专用章后交付施工。交付施工的施工图不得擅自修改，确需修改的，按照变更设计管理规定办理（《铁路建设项目施工图审核管理办法》铁建设[2011]36号）。
(8)岩溶注浆工程应按2012年10月12日铁办工管[2012]76号铁路路基首件评估实施细则，对注浆浆液配比，注浆深度、间距、压力，探灌结合等进行评估，形成全线统一的作业指导书，在全线同类工程中推广应用，以保证岩溶注浆工程施工质量。
2 、 审核检验批验收记录
铁路岩溶整治属于路基单位工程，应对地基和洞穴进行分部分项处理。根据2011年12月8日铁道部以铁建设[2011]240号关于印发高速铁路路基工程等9项施工质量验收标准的通知，自印发之日起施行的《高速铁路路基工程施工质量验收标准》(TB10751－2011)表3.2.6路基工程分部工程、分项工程划分和检验批、检验项目规定，岩溶、洞穴处理分部填充分项每个洞穴为一个检验批，岩溶、洞穴处理分部注浆分项每处注浆工点为一个检验批。根据2003年12月16日铁道部以铁建设[2003]127号文批准发布，并于2004年1月1日之日起施行的《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10414-2003）表3.2.6路基工程分部工程、分项工程、检验批划分和检验项目规定，洞穴处理分项按每个洞穴、陷穴为一个检验批。造价工程师应对验收手续齐全、资料符合验收要求，并符合施工合同规定的计价范围内的工程量予以审核。
(1)岩溶整治所用材料应符合设计要求，水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、外加剂、水玻璃、拌和用水质量应符合设计或《铁路混凝土工程施工质量验收标准》(TB10424－2011)规定。
(2)岩溶整治所用材料进场时应进行现场验收。承包单位按相关材料要求的检验数量抽样检验，监理单位按承包单位抽样数量的10%平行检验或20%见证检验。每批产品出厂合格证、性能报告单及抽样检验。
细骨料检验数量为：同产地、品种、规格且连续进场的细骨料，每400m3或600 t为一批，不足400m3或600t也按一批计。
粗骨料检验数量为：同产地、品种、规格且连续进场的细骨料，每400m3或600 t为一批，不足400m3或600t也按一批计。
水泥进场时，必须按批次对其品种、级别、包装或散装仓号、袋装质量、出厂日期等进行验收，并对其强度、安定性进行试验，其质量必须符合现行国家标准。每检验批由同厂家、同品种、同批号、同等级、同出厂日期水泥组成。散装水泥每500t为一批，袋装水泥每200t为一批。不足上述数量时，亦按一批计。出厂日期超过3个月，应按上述规定复验，并按复验的结果安排使用。
外加剂进场按同一生产厂家、批号、品种、出厂日期且连续进场的外加剂，每50t为一批，不足50t亦按一批计。施工单位每批抽检一次做减水率、凝结时间差、抗压强度比试验。
拌和用水宜用饮用水，采用其他水源时，应按规定进行检验。同水源不少于1次。判定其侵蚀类型及侵蚀程度，并据此采取防护措施。
石料应按批进行检验，以连续进场数量≤400m3为一批。每批应做强度试验，其强度等级≥MU30。各类石料最小块径应大于15cm。
(3)岩溶整治工程注浆孔位、实体强度、浆液配比、注浆压力、岩石深度应符合设计要求。
(4)岩溶洞穴地区，路堤填筑前及路堑开挖至设计标高后，应结合勘探设计资料对施工地段进行地质核查。洞穴处理后，应由设计单位对处理范围、效果予以确认。
(5)洞穴处理前、后应分别测量、记录处理范围和高程。施工前或施工过程中发现地质情况与设计不符，注浆孔揭示的岩溶范围、深度与设计不符，应及时反馈设计单位。必须通过设计单位进行处理。
(6)采用钻孔注浆处理岩溶或洞穴进，其钻孔的面市形式、范围、孔径、深度和注浆施工质量应符合设计要求。
(7)洞内充填物的清除深度应符合设计要求。承包单位对面积小于20m?的洞穴，每个洞穴抽样检验10处；面积大于20m?的洞穴，每个洞穴抽样检验20处。监理单位每个洞穴平行检验3处。
(8)采用钻孔灌浆或灌砂处理洞穴时，其钻孔的布设形式、灌充数量和范围应符合设计要求，承包单位和监理工程师应对所有钻孔进行检验，检验可采用物探、水压试验法，但黄土地区不可采用水压试验法。
(9)采取回填法处理洞穴时，应分层夯填密实，回填范围及端部处理应符合设计要求。用岩块回填不得有架空现象，压实质量应符合设计要求。承包单位和监理工程师应按《铁路工程土工试验规程》(TB10102-2004)规定的试验方法进行检验。承包单位对每回填层的压实质量检验3点，监理工程师应按承包单位检验数量的20%见证检验。
(10)采用砌体封闭洞穴时，砂浆强度等级应符合设计要求，砌筑应与洞壁密贴，外露面应与路基面或基底、边坡面平齐。承包单位应对每个洞穴做1组砂浆强度试件，监理工程师应按承包单位检验数量的10%平行检验或20%见证检验。
(11)洞穴内修筑的支顶构筑物应符合设计要求，砌筑应密实。承包单位应对每个洞穴做1组砂浆强度试件，监理工程师应按承包单位检验数量的10%平行检验或20%见证检验。
(12)注浆结束后，施工单位检验数量按钻孔取芯及压水试验孔数不少于注浆孔总数的2%，不足20孔的注浆工程，检验点的数量不少于3个点，检验岩溶注浆处理效果的注浆充填率、波速、渗透系数应符合设计要求。
3 、 审核岩溶整治工程量
岩溶整治工程量的计算是编制结算最繁琐的环节，根据《城市轨道交通工程计量规范》注浆项目的工程量计算规则：按设计图示尺寸以钻孔深度计算或按设计图示尺寸以加固体积计算。但根据承包合同的有关条款，大多根据现场签认的资料和变更签证作为核定岩溶整治工程数量的原始凭证，并将承包单位施工日志和监理工程师监理日志作为印证岩溶整治工程数量的真实记录，工程量大，工作复杂，很容易出现多算，重算或漏算现象。这就需要造价工程师依据竣工图、其他相关资料以及现场情况，对工程量的准确性进行核实，确保工程量的真实性和准确性。审核内容、要求和方法如下。
(1)依据承发包合同、施工图、竣工图、变更签证、技术条件和标准及相关规定等，对承包单位编制的工程量进行审核。
(2)岩溶整治记录表中钻孔深度应与进尺各时间段进尺累加相符。
(3)岩溶整治记录表中时间、进尺、孔径应与施工日志和监理日志的记录相符。
(4)岩溶整治记录表中工程地质特征文字描述应按照施工图岩土分类内容描述，并符合《铁路工程岩土分类标准》（TB10077－2001）术语要求，包括岩性、岩溶发育情况等。
(5)岩溶整治记录表中钻机、注浆机的型号应符合批准的施工方案。
(6)岩溶整治记录表中先导孔和注浆孔的孔数、进尺、孔径应按年度、月份、里程及单位工程分别统计。
(7)岩溶整治记录表中浆液配比应经有资质的试验室出具检验报告，监理工程师验收。
(8)岩溶整治记录表中水泥、水、水玻璃形成的水泥浆强度等级应符合设计要求。
(9)岩溶整治记录表中注浆时间、注浆压力应填写清楚。
(10)岩溶整治记录表中吸浆量应与采用的注浆机流量参数相符。
(11)岩溶整治记录表中注浆量应与施工日志和监理日志相符。
(12)发生异常情况应在岩溶整治记录表中记录，由监理工程师上报发包单位，并对施工过程中发生的工程数量和所用的材料现场核实确认。
(13)编制的岩溶整治施工方案应经监理工程师审核并报发包单位批准，施工过程中确需调整施工方案的，应经监理工程师同意并报发包单位认可。
(14)岩溶整治超出设计方案或承包合同规定的工程量时，应由发包单位牵头组织设计、监理、承包单位的人员现场确认后实施。
(15)遇到地质勘察资料未揭示的岩溶区域，承包单位应上报发包单位，由发包单位牵头组织设计、监理、承包单位提出处理方案，经批准后实施，并按批准的处理方案确认工程量。
(16)对地质资料不详的柱桩，桩孔在达到设计标高后，应探明桩底以下不小于3倍桩径深度范围内的地质情况，发现桩底以下还有溶洞时，应提请设计单位进行变更设计，按变更设计程序办理。
(17)对位于岩溶地区扩大基础在施工开挖至基底标高后，应探明基础范围内四角及中心深约5m深度范围内的地质情况，当基础以下有溶洞或地质情况与设计不相符时，应通知设计单位修改设计，按变更设计程序办理。
(18)岩溶地段的桥梁桩基础施工期间采用的各种施工处理措施（如：注浆、钢护筒跟进、抛填片石、粘土等），所发生的工程数量应经过现场监理工程师的确认后，以单位工程按变更程序办理变更设计。
(19)岩溶注浆，单桩一次注浆超过设计限定的工程量时，应暂停施工，待查明原因，经发包、设计、监理、承包四方确定制订方案后，方能继续施工。在岩溶整治施工过程中，一旦发现现场地质情况与设计不符时，须及时补充岩溶整治方案，并按规定办理变更。
(20)填充或超灌的混凝土数量应与预拌混凝土运输单的工程名称、生产日期、施工部位、强度等级、供应方量相符。
(21)经批准的施工方案中注明的单墩单桩护筒跟进或双护筒跟进所发生工程量，由设计单位确认。
(22)桩基础施工时，经批准的施工方案中注明的单墩回填片石、粘土及水泥混合料或回填混凝土，由监理工程师确认。
(23)经批准的施工方案中注明的单墩单桩护筒跟进或双护筒跟进所发生工程量，由设计单位确认。
(24)岩溶处理所发生的工程量的审查要与经批复的处理方案相对应。
(25)岩溶注浆，单桩一次注浆量超过设计限定的工程量时，应暂停施工，待发包、设计、监理、承包单位查明原因，提出具体的施工方案后方能继续施工。
4 结算工程量应具备的内容和条件
铁路岩溶整治，承包单位向发包单位提交的所完成的结算工程量，必须合法合理，内容包括结算工程量清单、竣工图、说明和依据、变更签证、施工日志、监理日志等归档资料。其中应具备的内容和条件如下。
4.1 监理日志
根据中华人民共和国行业标准《铁路建设工程监理规范》（TB l0402—2007）规定，项目监理机构应建立项目监理日志，由总监理工程指定专专业监理工程师负责记录每天监理工作的实施情况。监理日志应记录当日施工情况和主要监理工作等，记录内容如下：
（1）主要施工负责单位、技术负责单位、质检员等。
（2）按施工先后顺序如实记录工程形成的全过程；
（3）气候情况、施工方法、劳力布置、机械配置、施工操作、施工进度和工程地质变化情况。
（4）相关工作记录，如现场取样、检测、测量、技术交底等。
（5）工序检查、隐蔽工程检查验收、见证试验、平行试验、旁站情况及检查验收结论及相关指令。
（6）使用的主要材料规格、数量及检测结果。
（7）施工中遇到的重大技术问题、变更设计及采取的主要措施和效果。
（8）施工中发生的工程质量事故和处理改进情况记录
（9）停工及原因（停工期间重要事件应记录）。
（10）上级领导及监督人员检查意见和采取措施的记录，施工中发现的问题及解决方法，存在问题及整改情况。
（11）施工中采用的新工艺、新材料、新设备、新技术情况。
（12）其他与工程监理有关的情况。
项目监理日志应按月整理，装订成册。总监理工程师应每月检查一次项目监理日志。
4、施工日志
施工日志应记录施工阶段的施工组织管理和技术管理情况、施工情况、进展情况和现场变化情况等，他有是处理施工问题的备忘录，总结施工管理经验的基本素材，也是工程竣工验收资料的重要组成部分。施工日志记录的内容包括基本内容、工作内容、检验内容、检查内容和其他内容5个方面。
（1）基本内容：
(1)日期、天气、气温、风力、资料编号。
(2)施工部位。施工部位应将分部、分项工程名称和轴线、楼层等写清楚。
(3)出勤人数、操作负责人。出勤人数一定要分工种记录，并记录工人的总人数。
（2）工作内容：
(1)当日施工部位和内容、应用的主要工艺；
(2)人员、材料、机械到场及运行情况；
(3)材料消耗记录、施工进展情况记录；
(4)施工是否正常，外界环境、地质变化情况；
(5)有无意外停工、质量问题存在以及施工安全情况记录；
(6)监理人员到场及对工程认证和签字情况；
(7)有无上级或监理指令及整改情况等。
(8)施工现场有关会议的主要内容。
(9)有关领导、主管部门或各种检查组对工程施工技术、质量、安全方面的检查意见和决定。
(10)发包人、监理人对工程施工提出的技术、质量要求、意见及采纳实施情况。
检验内容：
(1)隐蔽工程验收情况。应写明隐蔽的内容、里程、孔号、分项工程、验收人员、验收结论等。
(2)试块制作情况。应写明试块名称、里程、孔号、试块组数。
(3)材料进场、送检情况。应写明批号、数量、生产厂家以及进场材料的验收情况，以后补上送检后的检验结果。
（4） 检查内容：
(1)质量检查情况：当日岩溶整治的质量检查和处理记录；钻孔、注浆、压水试验记录，水泥浆、砂浆、粉煤灰、水玻璃、外加剂掺用量；质量事故原因及处理方法，质量事故处理后的效果验证。
(2)安全检查情况及安全隐患处理（纠正）情况。
(3)其他检查情况，如文明施工及场容场貌管理情况等。
（5）其他内容
(1)设计变更通知及执行情况。
(2)技术交底、施工交底、安全技术交底情况。
(3)停电、停水、停工情况。
(4)施工机械故障及处理情况。
(5)冬雨季施工准备及措施执行情况。
（3）变更签证
变更签证是设计单位对局部设计内容需要进行设计变更，或承包单位在施工中遇到无法按图施工的部分内容提出工程变更，经设计、监理和发包单位认可并按规定程序而办理的签证。
(1)工程变更由承包单位提出申请，经监理工程师审核、同意，发包单位批准，按规定程序签字、盖章后方可有效。变更理由描述应实际、客观、准确、有理有据，应附工程量清单变化对照表及必要简图。
(2)设计变更由设计单位根据工程建设设计变更程序提出设计变更申请，经主管部门同意后，办理设计变更签证，然后进行设计变更，提交变更设计文件。
变更签证单应分日期或编号分别纳入工程结算，统一进行结算工程量的审核。
（4） 注浆量估算
注浆量估算由设计单位结合先导孔钻探的地质情况和工艺试验结果，测算岩溶注浆工程数量，对施工过程中工程数量进行复核和偏差分析。根据《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106-2011）规定，注浆的有效范围和注浆量应通过现场试验确定，设计时采空区注浆量可根据加固范围、采空区体积及塌陷区松散程度等进行估算，岩溶注浆量可根据岩溶裂隙发育情况按下式进行估算

式中
V ——注浆量，m3
R ——扩散半径，宜为3～5m；
L ——压浆段长度，m；
?——岩溶裂隙率，%
β’——有效充填系数，一般β’=0.8～0.9；
α——超灌系数，一般取α=1.2；
Υ——扣除稀疏填充物的孔隙率后的岩溶裂隙充填率；.
K ——土石界面下基岩的实际充填系数，宜为2～3，水平岩溶发育区取小值，垂直岩溶发育区取大值。
（5）其他
(1)岩溶整治材料消耗量要与材料进货单、发票、现场到货清点及数量的签认单、有关现场会议纪要，包括混凝土运输单等的数量相符。
(2)岩溶发育地段的桥梁桩基施工过程中采取的处理措施包括，一般地段溶洞以抛填片石、粘性土为主，大型溶洞和串珠状溶洞以钢护筒跟进为主，临近既有建筑物和地表易塌陷段浅表层注浆为主，原则上这几种处理措施不能在同一个溶洞内同时使用。
(3)大部分溶洞采用回填片石、粘土、水泥、混凝土等混合料，其中混凝土只在斜岩处采用，水泥仅作为少部分掺和料，粘土与片石比例按1：1计列，封闭型溶洞总回填数量按填至溶洞顶1.5m计列或满足成孔需求即可，连通型溶洞及角桩处溶洞按承台范围外扩2m计列。
(4)高度大于5m的封闭型较大溶洞及部分较大的连通型溶洞采用钢护筒跟进，钢护筒长度计承台底至溶洞底0.5m处高度，单层钢护筒跟进的最大长度不超过25m，有多层溶洞的部分桩位处计列双层钢护筒，钢护筒内径及壁厚按规定计算。
(5)复钻及混凝土超灌与施工单位个体施工水平和施工手段密切相关，并不是岩溶施工过程中必须采取的方法，也不是岩溶施工中的必然结果，且钻孔桩概算单价中实际上已考虑了相应的工程费用，因此，桩基施工中未采用钢护筒跟进的，原则上不计列复钻及混凝土超灌的数量，但对于严重斜岩或施工期特长等特殊情况，另行据实研究处理。桩基施工中采用了钢护筒跟进时，复钻和混凝土超灌均不予计列。
(6)地质勘查资料未揭示的岩溶区域，承包单位上报发包单位，由发包单位牵头组织设计、监理、图审、承包单位按相关规定联合提出处理方案，处理方案批复后组织实施，并按经批复的处理方案权限确认工程量。
(7)审核监理人员根据旁站监理工作方案的规定，在施工现场对岩溶注浆的施工过程进行的监督管理，以便了解旁站监理的部位或工序、时间、地点、气候、主要施工内容、发现或存在的问题及处理过程。
(8)岩溶整治记录表中标段名称应填写标段名称的全称，与合同或招投标文件中的标段名称相一致。岩溶整治记录表中承包单位栏应填写合同文件中的承包单位名称全称，与合同签章上的单位名称相同。岩溶整治记录表中编号填写应连续，孔号、里程、孔口标高应与设计相符。
5、 总结
铁路岩溶整治工程量审核是一项细致并要求严格的技术经济工作，工作政策性强、技术要求高、工作量大，且特别繁琐，造价工程师应熟练掌握工程建设程序，国家和行业有关工程建设的法律法规，概预算编制办法和定额，按照岗位职责要求，以高度的责任心和丰富的工作经验开展项目工程量审核工作，才能取得事半功倍的效果。

『肆』 中国大陆科学钻探（CSDC）的最新进展

刘广志

（地质矿产部科技委高咨中心，北京100812）

中国大陆科学钻探（CSDC）筹备工作，自进入90年代以来，获得了迅速的进展：

·召开了“中国深部地质研究中存在的关键地质问题”研讨会（1991.3）。

·“中国大陆科学钻探先行项目”开始执行（1991.7）。1994年11月提交有关报告，通过评审，认为中国开展大陆科学钻探条件业已成熟，争取列入“九五”国家重大科学工程项目。

·国务院发布的“国家中长期科技发展纲要”中指出：2000年前要为实施地质科学（超深）钻探工程进行技术准备，2020年前要实施（1992.3）。

·先后召开了第一次（1992.4）、第二次（1993.5）“中国大陆科学钻探研讨会”，讨论中国科学钻探选址，从12个选区归结为4个，最后选择大别—胶南作为首批靶区。

·“中国地质超深钻探（现称科学钻探）国家专业实验室”在中国地质大学（北京）建成，进入设备安装调试（1993.5）开展科研工作。

·中国派代表团参加在德国波茨坦召开的“国际大陆科学钻探会议”（1993.8），并参加ICDP筹备会（1993.9）。此后地质矿产部推荐肖序常院士为中方成员（1994.1）。地质矿产部派肖序常、闵志到美国斯坦福大学参加ICDP会议（1995.12）。

·“中国第一口大陆科学钻孔实施与科学研究”正式申报为“九五”国家重大科学工程项目。国家科委组织高级专家评议、投票，排名第三（1995.2）。财政部同意支付ICDP会费（1995.7）。以“大陆动力学和大陆科学钻探”为题举行了第36次香山科学会议。中国地质界对中国开展大陆科学钻探取得共识（1995.5）。

·再次举办“中国大陆第一口科学钻孔第三次研讨会”（1996.1）。对大别—胶南作出进一步靶区选定；并组织专家进行现场考察。

·（1996.2.26～3.1）在日本东京筑波市科学城参加“第八届通过钻探观察深部地壳学术会议”，即“第八届国际大陆科学钻探学术会议”。地质矿产部派6人代表团参加了大会。会议期间：①参加了学术1、6两组的大会论文宣讲；②参加了ICDP中美德三国谅解备忘录的签字仪式，并参加了该计划对组织管理、未来国际合作的大型讨论会；③刘广志参加了国际岩石圈（ILP）CC-4组主席M.D.佐巴克教授主持的汇报会，互通了各国CC-4组的活动简况，提出了今后活动方向。

·配合中国第一口大陆科学钻探的选址工作，提出了“中国第一口大陆科学钻探取心钻孔钻探工程技术前期研究与开发规划”（1996.3）。

1中国大陆科学钻探先导孔施工技术方案

1.1施工条件

（1）钻孔深度不超过5000m。事先由地质部门提出预想钻孔柱状图及有关地球物理资料。

（2）钻孔贯穿的主要岩层为结晶岩，如片麻岩、榴辉岩、硬玉石英岩、大理岩等等。

（3）贯穿的岩层主要物理力学性质，单轴抗破碎强度可能高达100～150MPa，个别高达150～200MPa，在地质钻探岩石可钻性分类中属7～12级硬至坚硬岩层，个别属极硬岩层。岩层研磨性可能成两极分化状态，多数属强、高研磨性；少数属坚硬、致密弱研磨性打滑层。有的含包裹体。

（4）岩心是提取大量地质信息的“信息源”，是研究下地壳、上地幔的实物资料，钻孔直径要有足够大的尺寸，以获取尽可能大直径的岩心。

钻孔又是井中地球物理、地球化学测井的通道，其直径和孔壁稳定性要满足先进的高科技测井仪下井的要求。

1.2科学钻探先导孔的主要任务和作用

（1）全孔除覆盖层以外，要不间断采取岩心、岩样，液态样（矿化水，结晶水，油等），气态样（H₂,O₂,CO₂,He,CH₄,Cl,H₂S,SO₂等可能出现的气体），进行多种测试分析。

（2）分孔段进行系统的地球物理，地球化学测井。

（3）减少深孔将来在这一井段的取心，测井工作量。

（4）测量出地温剖面，在先导孔周围打一到几个深100～300多米的测温孔，测量地热热传导率，热流密度，以建立地温数学模型，推断先导孔地温剖面，终孔温度，地温变化，对在钻孔深部选择取心工具，测井仪器，各种取样器的结构性能，增强薄弱环节是至关重要的。

（5）在先导孔中试验各种新研制的钻头、钻具、仪器等。

（6）测试地层压力梯度，压裂强度，为孔壁稳定性，造斜倾向等提供参考位置与参数。

（7）检验过去用于沉积岩钻孔中的各种仪器和方法在结晶岩钻孔中是否有效。

（8）锻炼钻探队伍，培养深孔、超深孔钻探人才。

1.3先导孔钻孔结构设计

在1993年9月在德国举行的“国际大陆科学钻探会议”上，到会代表们几乎一致的认为，根据多年来国际上施工科学钻孔经验，为节省大量投资，更科学的打科学钻孔，必须大力提倡采用已经在南非和加拿大施工了数百口深度在4000～5000m以深的勘探钻孔经验。英国KENTING钻探公司的John Beswick先生介绍，南非拥有钻进能力4000m以上的深钻机150台，钻进能力大于5000m的钻机有20多台，根据南非施钻的经验，用这类深尺地质岩心钻，打2000～6000m的科学钻孔，可以获得多快好省的科学与经济效益。

有的专家提出采用加拿大Heath＆Sherwood钻探公司的HS-150钻机（钻深4570m，最大钻探曾达5424m）和他们设计的专门用于深孔绳索取心用的HNQ,NBQ内外大环隙绳索取心系统，具以下特殊优点：①降低冲洗液压力降，②内管投入外管后，可快速到达孔底外管的定位处（表1、2）。

表1第一方案先导孔钻孔结构

注：RTB—带扩孔的不提钻换钻头钻具。

如果用第一方案，要设计研制或购置两套HNQ,NBQ钻具。

表2第二方案先导孔钻孔结构

1.4施工技术路线

（1）参照外国施工经验与我国国情应考虑：我国是一个发展中国家，财政经济并不宽裕，一切设备、器具、工艺方法应该着意考虑以“自立更生”为主，尽量利用四十几年来，钻探工程积累的成功经验，能予以改进升级的，能自行研制的，则充分发挥自己探矿机械、仪器工厂的潜力（表3）。本着“有所引进，有所不引进”的原则，引进重点国外产品，予以消化、吸收、弥补急缺。

（2）必须采用绳索取心系统，以大幅度降低起下钻时间，有效缩短施工期；提高岩心品质，实现不提钻柱或少提钻柱换钻头，减轻工人劳动强度。施工费用可节约1/3。

（3）发挥我国在小口径孔底动力机并能配合绳索取心系统的技术优势，开发与采用小口径螺杆钻（PDM）、液动锤（Hydro-hammer）驱动的绳索取心钻具，实现钻杆不回转或慢回转钻进，一可以节约动力，二可以减轻钻杆与套管磨耗，三可有效预防钻孔歪斜（图1）。

表3目前国产耐温近300℃的处理剂

图1孔底动力机驱动的绳索取心系统

（4）大力采用物理—化学方法稳定孔壁，除钻孔上部孔段下入部分套管外，下部孔段结晶岩中尽可能采用长裸眼钻进（岩层自稳）。一旦遇到复杂层，岩层失稳，应采用小间隙套管方案。

（5）发挥钻井液的多信息载体（油气，矿化水，结晶水，淡水，卤水，岩屑）作用，输送大量地质信息（图2）。

图2钻井液多信息载体作用

① 指防井涌、井喷、防塌、缩经等。②指运送岩屑，岩粉作用。③指作为深层流体（油气，水等）如H₂,O₂,CO₂,CH₄,He,H₂S,CO₂,SO₂以及Na,K,Ca,Mg微粉等在300℃，1000×10⁵Pa状态下，运载到地面

2中国科学钻探先导孔钻探工程急待开展的科研项目

2.1地面设备

（1）顶驱动长行程钻机用于绳索取心系统，带桅杆式钻塔。

（2）微机自控绞车。

（3）全自动钻杆排架。

（4）自动拧管机

（5）钻杆疲劳、破裂孔口探伤器。

（6）钻探操作自动化操纵台（含监测、采集、优化、反馈系统）。

（7）防喷器组（全封闭1套，封钻杆2套）。

2.2深孔钻探基础理论

（1）高温高压下的结晶岩岩石物理力学性质，可钻性分类与破碎机理。

（2）建立高温高压试验设施。

（3）新型重量轻、高强度管材材料。

（4）钻杆断裂力学与监测系统。

（5）钻头磨损规律与机理。

（6）高温高压钻井液理论：①钻井液（无固相）聚合物配方、处理剂、添加剂，抗高温稳定性、固控设备与理论；②高温高压钻井液水力学、流变学、胶体化学理论与实践。

（7）钻井力学。

（8）建立机会井数据库。

2.3深孔钻探工艺学研究

（1）深孔钻孔结构与管理程序设计。

（2）不同孔深的钻具与钻具稳定。

（3）深孔孔斜防治。

（4）电子计算机辅助钻进（CDC）系统。

（5）取心取样工艺，液态、气态放射性样品采集工艺，放射性自动检测技术。

（6）钻头与钻具选择方案与相应钻井参数的确定。

（7）不同孔段地温检测及其增温梯度规律。

（8）不同孔段岩石破碎规律，岩石物理力学性质测定。

2.4孔内系统

（1）长寿命金刚石钻头与扩孔器。

（2）开发新型超硬材料切削具与取心钻头。

（3）用孔底动力机（BHM）驱动的绳索取心系统：①用螺杆钻驱动的绳索取心系统；②用液动锤驱动的绳索取心系统；③“三合一”式（绳索＋螺杆钻＋不提钻换钻头）取心系统。

（4）孔壁取心器：①液压或刮样器；②孔底电马达驱动水平取样器。

（5）高温高压气态或液态取样器。

（6）小口径随钻测量（MWD）仪。

（7）小口径垂直钻进（VDS）防斜系统。

（8）高温水泥及其固井技术。

（9）高温稳定、高润滑性、抗腐蚀钻井液及其添加剂。

（10）地层测试器、深部流体流量计等。

（11）高精度深孔岩心定向仪及方法。

（12）含铁铝合金钻杆及其合金钢接头。

2.5深孔现代化管理

（1）深孔设计、施工、研究资料中系统工程管理（含工程、经济两大范筹）。

（2）设计、施工、研究过程中的数据库。

（3）资料编辑、整理、出版，信息交流。

2.6信息获取

自觉采取有代表性的样品和获取更多的数据，是科学钻探项目成功的预先要求。采集数据可再分为孔内与地面两部分。孔内部分包含取心、取砂样、测井、钻进与水力测试，孔内地球物理试验（孔底到地面或两个孔之间）。地面部分则包括从孔口和泥浆测试装置取得的固体和液相样品，包含首次与初步地质描述，化学与物理分析。测井项目则是雄心勃勃、费时的。钻导孔时，钻探费用等于测井计划的费用。测井程序要逐个孔段进行，为减少漏采信息的危险。钻探结束之后，还要进行长期测量与试验（图3）。

图3

按照KTB经验野外信息资料整理后直至提出科研报告，均在野外实验室完成，钻孔则建成长期观测站

3《地质超深钻探（科学钻探）技术》国家专业实验室

3.1实验室的性质和任务

中国地质大学（北京）所属的《地质超深钻探技术》国家专业实验室，是经国家计划委员会、国家教育委员会于1989年6月批准投资新建的国家级专业实验室，同时亦是地质矿产部开放研究实验室，在学术上是一个相对独立的研究实体。这个实验室是开展本学科及相关学科的基础研究和应用基础性研究工作的重要基地，也是培养本学科高级科技人才的摇篮。

实验室按照“开放、流动、联合”的原则，面向国内外同行业开放，欢迎国内外专家学者在本实验室发布的《课题指南》范围内申请研究课题，经学术委员会评审批准资助后，来实验室开展科学研究。也可自带课题和经费及配套仪器和设备来开放研究实验室进行科研活动。

3.2实验室的课题研究领域

（1）大陆科学钻探

·中国大陆科学钻探工程的建设与准备工作

·东亚大陆环境科学钻探工程

·高温高压地学模拟实验装置（又称HTHP井筒）（图4）

图4高温高压地学模拟实验装置

（2）钻探新技术新方法

以岩石力学研究为基础，采用电子计算机等高新技术，研究新的钻探技术装备与方法

·交流变频调速型钻机

·绳索取心与不提钻换钻头技术

·碎岩工具的设计与研究

·高温热熔法钻进新技术

3.3研究设施与装备

碎岩机理与工具研究部分：主要从事岩石物理机械特性，岩石破碎机理，破碎岩石工具以及井下钻探工具的新技术研究。主要的设备是美国MTS公司的岩石力学试验机和0～8000赫兹连续可调的中频感应烧结设备。

计算机应用技术研究部分：主要从事计算机在钻井工程及其它相关部门中应用技术的研究。主要的设备是计算机控制的钻井实验系统，微机群与其外围设备，以及HP9000系列的计算机工作站。

除上述几项设施外，实验室内还专门建立了一个热熔法钻井实验台。

为了实现国际交流，实验室内还设立了小型学术厅和专家工作室。

岩石圈构造和深部作用

3.4实验室的管理与组织

《地质超深钻探技术》国家专业实验室由国家教育委员会和地质矿产部双重领导，行政管理属于中国地质大学（北京）。

本实验室实行主任负责制。实验室主任全面负责组织和领导开放研究实验室的科学研究、学术活动、人员聘任、人才培养、资金使用和行政管理等工作。

实验室设学术委员会，是学术评审机构。其主要职责是：确定本实验室的研究方向，制定《课题指南》，审批研究课题，评审科技成果，审议实验室的经费计划和组织重大学术活动。

实验室的固定人员以及客座研究人员均由实验室主任聘任。并实行任期制，工作成绩突出的可连聘。

3.5实验室的主要研究成果

（1）微机自控钻进实验台。

（2）钻井工艺技术的微机分析系统。

（3）金刚石钻进原理及最优化钻进技术的研究。

（4）地质钻机新型电驱动系统研究。

（5）改善钻柱工作性状及井底载荷有效控制方法研究。

（6）不提钻井底换钻头技术。

（7）热熔法钻孔新技术。

（8）高温钻井液研究。

管理与研究人员

岩石圈构造和深部作用

学术委员会组成

岩石圈构造和深部作用

『伍』 帷幕灌浆检查孔、先导孔钻孔、灌浆的具体做法是什么

检查孔主要是为了检查灌浆质量，它一般布置在帷幕中心线上、地质复杂部位、认为帷幕灌浆不理想的部位，检查孔数量宜为灌浆孔总数的0.1。检查孔压水试验一般在灌浆结束后14D后进行；采用自上而下分段卡塞进行压水试验。

设计

设计前需做好工程地质和水文地质勘探，掌握岩性、岩层构造、裂隙、断层及其破碎带、软弱夹层、岩溶分布及其充填物、岩石透水性、砂或砂卵石层分层级配、地下水埋藏及补给条件、水质及流速等情况。

进行坝体补强灌浆设计时，摸清裂缝、架空洞穴大小及分布情况。规模较大的灌浆工程需进行现场灌浆试验，以便确定灌浆孔的孔深、孔距、排距、排数，选定灌浆材料、 压力、 顺序、施灌方法、质量标准及检查方法等。灌浆压力是一项重要参数，既要保证灌浆质量，又要不破坏或抬动被灌地层和建筑物。一般先用公式算出初定数值，通过灌浆试验最后选定灌浆压力。

『陆』 德国KTB先导孔取心钻进技术

联邦德国大陆深钻计划（KTB）是德国第一个大规模地学研究计划。该计划的目的是通过施工科学超深井获取地学信息，“进行关于地壳较深部位的物理、化学状态和过程的基础性调查和评价，以了解内陆地壳的结构、成分、动力学和演变”。KTB由德国联邦研究与技术部提供总计5亿马克的资助，执行时间为1985～1994年。项目的钻探施工包括两口钻孔，即4000m深的KTB先导孔和9101m深的KTB主孔。施工先导孔主要是为了减轻主孔施工在技术和经济方面的风险。在先导孔的施工过程中，对拟在主孔中使用的钻探技术、测井技术、测量技术进行试验，为主孔施工技术方案的精确设计提供依据。

KTB先导孔钻进的地层为片麻岩和角闪岩，采用连续取心方法施工。KTB先导孔采用“组合式”钻探技术进行施工，即在石油转盘钻机上加装一套高速回转的顶驱系统，并采用金刚石绳索取心钻进工艺方法。科学深孔和超深孔钻探中，在钻孔内要进行大量的科学测试和地球物理原位测井，终孔直径一般都较大，现有的岩心钻探设备因其回转扭矩和大钩负荷、提升能力较低，满足不了科学钻探，特别是科学深钻对钻机能力的要求。因此，在科学钻探中，普遍采用石油转盘钻机作为钻进的主要设备。但石油钻机的转盘转速太低，不能满足金刚石钻进的高转速的要求。为了确保金刚石钻头能有效地克取岩石，必须在转盘钻机上加装一套高速回转的顶驱系统。因此，KTB先导孔施工前，对钻机进行了改装：

1）加装了高转速的RB130、RB135顶部驱动系统（表6.4）；

2）加装了绳索取心绞车；

3）加装高压、小排量泥浆泵；

4）加装高精度的自动送钻系统。

表6.4 RB135型顶驱的技术性能参数

KTB先导孔参照了前苏联科学钻探施工常用的“超前孔裸眼钻进方法”，即在一较大的套管内，悬挂一层活动套管（7in），然后以较小口径（6in）钻进。若岩层稳定，可一直钻至终孔深度。若岩层不稳定，需要下套管护壁，则可回收活动套管，以in口径扩孔，钻穿过不稳定层后，再下7in套管。KTB先导孔钻进技术、经济指标见表6.5。

表6.5 KTB先导孔钻进技术、经济指标

『柒』 地球科学前沿研究

利用先进的地球物理探测技术，重点对青藏高原进行了深部地球物理调查，进一步加深了对岩石圈深部结构、组成与演化的认识，提出了一系列大陆碰撞的地球动力学模型，深化了大陆动力学研究。在地球生命的早期演化研究等方面，获得了一些重要新发现和新突破。

中国大陆科学钻探工程研究

中国大陆科学钻探自2001年6月25日正式开钻，于2002年4月9日13时30分，先导孔以2028.17米深度胜利终孔。该井从地表至井深101米为全面钻进，通过岩屑录井来获取岩层资料。从井深101米处开始连续取心钻进，至2028.17米，取心进尺1927.17米，平均日进尺7.2米，平均机械钻速0.93米/小时，平均回次取心长度2.94米，平均采取率88.66%。200米处井斜角为4.1°。利用中国大陆科学钻探工程提供的2000米连续的极为珍贵的岩心、流体及其气体样品、1300米的岩屑样品和2000米的原位测井资料，建立了岩性剖面、构造剖面、岩石物性剖面、岩石伽马异常剖面、矿化剖面、流体地球化学剖面以及十多种类型的测井剖面，完成了孔区三维地震探测，沿钻孔的垂直VSP地震剖面已经建立，揭示了孔区精细的地壳结构。

岩心深度及方位归位

2000米的钻孔岩心中，具有特殊地学意义的超高压金红石榴辉岩（绿色）的累计厚度为1000米以上，地幔橄榄岩（紫色）的厚度为80余米，部分熔融形成的片麻岩（深红色）厚度达400米，在原定的金红石榴辉岩矿体下又发现了400米厚的达到工业品位的金红石矿体。结合测井资料，解决了岩心的定向和归位问题，建立了1200米可信度高的构造柱状剖面图。通过对先导孔100～1200米岩心物理性质的系统测定，已经查明先导孔500米岩心的7项物理参数（密度、电阻率、地震波速度、热导率、平均磁化率、孔隙度、渗透率）以及部分物性参数的各向异性信息。

长江中下游地区地球动力学演化与成矿模式图

a.扬子与华北克拉通对接后，在秦岭造山带南侧发育坳陷带b.构造应力场大转换地幔隆起、岩浆底侵形成的斑岩型－夕卡岩型－Manto型铜金铁矿成矿系统；c.岩石圈大减、薄软流层物质上侵大规模岩浆－火山活动和120百万年的玢岩铁矿成矿系统

专栏6

北京首都地区大气、水、土环境污染机理与调控原理

本项目为国家重点基础研究发展规划项目，首席科学家由国家地质实验测试中心黄怀曾研究员和中国气象科学研究院徐祥德研究员担任。2002年本项目取得的主要进展如下：

（1）在大气污染方面，采用单点激光雷达，太阳光度计，系留汽艇，TOVS、TOMS和MODIS多类卫星遥感综合探测手段，对空气污染物连续监测，获取了北京冬季城市边界层大气动力结构综合观测数据，初步建立了北京城郊南北剖面城市边界层大气动力三维结构。

密云水库底积物沉积状况图

（2）在水污染方面，密云水库流域土壤侵蚀、小型矿山开采、农业活动等点源和面源污染所携带的化学物质对水库水质已造成影响，水体中污染物含量逐年增加，但尚未超过污染容量，水质目前还算洁净，但水库底泥内已蓄积了一定量相对稳定的污染物。对官厅水库研究表明，多年来点源排放活性磷，排污渠道积淀与析出活性磷，不断流入水库。水库内常年积累的活性磷，通过生物、物理、化学作用，形成一个循环体系，水体中无机的和有机的不同形态磷彼此间的转化，可不断供给藻类繁衍所需的活性磷，这是导致水华的主要原因；水库蓄水量减少，磷浓度增加，有利于藻类繁殖，这是引发水华的另一因素；底积物中磷的贮存与释放以及流通量是诱发富营养化的另一重要原因。

（3）在地下水污染研究方面，以城市近郊地下水为例，排污河渠对地下水污染的影响不大，垃圾填埋场淋滤液对地下水污染有一定程度的影响；污水草地中氮的动态分布特征表明，渗灌比滴灌更易造成硝态氮污染。

（4）在土壤污染方面，详细确定了北京城近郊区较大范围内重金属、持久性含氯有机污染物等的种类，圈定了空间分布范围，发现了严重污染点。通过土壤钻孔精细剖面，确定了重金属污染物的主要累积层位。研究表明，尽管已禁止使用有机氮农药DDT，但仍存在区域性的污染。

（5）为防治加油站的污染，驯化出具有较强降解多环芳烃能力的优势菌种，对芳烃、非烃、饱和烃和沥青质降解率分别达30%～80%。针对重金属镉污染，培育、驯化了富镉微生物酵母菌和丝状真菌各一株，丝状真菌干菌体镉含量达28%，明显高于国外细菌富集能力20%。

『捌』 帷幕灌浆的先导孔指什么

所谓先导孔，就是在灌浆时，先相隔一定距离打孔灌浆，这些孔的间距远大于实际灌浆孔的孔距，可作为一序灌浆孔，其目的是核对勘察结果，根据先导孔的结果，调整相关设计参数，比如孔距，压力，灌浆深度。由于勘察阶段勘察钻孔数目相对稀少，先导孔可以起到补充勘察和灌浆试验的作用。

『玖』 科学钻探中的测井应用

科学钻探的目的主要是通过钻孔获取岩心、岩屑、岩层中的流体(气体和液体)、实施地球物理测井和在钻孔中安放仪器进行长期观测，以获取地下岩层中的各种地学信息，进行地学研究。它可以分为大洋科学钻探、大陆科学钻探、极地钻探。

最早实施的深海钻探计划DSDP(1968～1983年)和大洋钻探计划ODP(1985～2003年)，30余年来在全球各大洋钻井近3000口，取心近30×10⁴m，验证了板块构造理论，创立了古海洋学揭示了洋壳结构和海底高原的形成，证实了气候演变的轨道周期和地球环境的突变事件，分析了汇聚大陆边缘深部流体的作用，发现了海底深部生物圈和天然气水合物。当ODP计划于2003年10月结束时，规模更大的综合大洋钻探计划IODP(2003～2013年)开始实施。

大洋钻探计划的成功，使人们的眼光转向了大陆。与海洋相比，大陆地壳要复杂得多。大陆岩石圈的形成、结构与演化历史都比大洋要复杂得多。要想揭开大陆动力学过程的规律性，只有通过大陆上系统的科学钻探来取得地球深部的岩心和数据，验证现有科学假说的真伪及不足。自20世纪70年代开始，先后有苏联、美、英、法、德等14个国家开展大陆科学钻探。

欧洲10个国家(德国、比利时、丹麦、法国、意大利、挪威、荷兰、英国、瑞典和瑞士)于1991年合作开展的欧洲南极冰芯钻探项目(EPICA)，拉开了极地钻探的序幕。

1996年由德、美、中三国发起的国际大陆科学钻探组织成立，中国开始进入大陆科学钻探领域。“中国大陆科学钻探工程”项目于1997年6月获国家科技领导小组批准，1999年9月27日获国家计委批准;于2001年8月4日开钻，2005年4月18日完钻(终孔深度5158m)，并在该孔建立了科学钻探长期观测基地。目前，仍在实施的中国大陆科学钻探项目有青海湖国际环境钻探项目(ICDP项目)、汶川地震断裂带科学钻探WFSD项目、白垩纪松辽盆地大陆科学钻探项目(973项目)。

地球是一个复杂系统，地球科学的发展已经越来越要求将大气圈、岩石圈、生物圈、水圈与深部地球和空间作为一个整体研究，需要地球科学各学科的交叉渗透。过去几十年，科学技术的发展为地球科学的交叉和融合创造了条件，地球科学的各分支学科系统科学地结合起来。

在科学钻探领域也不例外，在同一地质环境下地震、测井、岩心测量等获得的不同比例尺资料是描述地下地质情况极好的相互补充。地震剖面是区域描述的基础，测井比例尺中等且能给出钻孔周围区域连续的信息，岩样测量则给出详细的物理性质和年代。岩样在取心过程中经常受到各种扰动，测井可获得更大的岩石体积的一组连续信息;岩心深度和方向需根据测井资料确定，缺失岩心的井段岩性和地质构造可通过岩心和测井剖面对比恢复。相对地震测量，测井具有高得多的垂直分辨率和很小的横向分辨率，两者结合研究地下地质构造比任一种单一方法好得多。据1997年的统计，近25年的DSDP计划中仅有14%的钻孔实施测井，而1985年开始的ODP项目中实施测井的钻孔已占56%。近十几年来在德国、日本、美国、俄罗斯和乌克兰等国的大陆科学钻探中，测井发挥了重要的作用。

10.5.1大洋科学钻探中的测井

在综合大洋钻探计划(IODP)中，深度超过400m的井都必须进行地球物理测井。如果同一区域的相同层段已经测过井，可以不再测井;否则，必须经过测井部门负责人的认可。另外，每一次航行规划都会指定一名测井科学家负责与该航次的首席科学家及测井服务部门联系。

斯仑贝谢测井公司是国际大洋钻探计划(IODP)的合作伙伴，主要采用该公司的常规测井仪器和特种测井仪器，有时也采用其他几个测井公司的仪器。航次期间，部分测井资料(成像测井数据量太大，不便传输)被传送到岸上进行处理，然后再返回到船上。航次结束后一个月，可从测井服务部门得到全部可用的测井资料。Splicer和Sagan是现用的两个岩心与测井资料对比的软件包，Splicer主要用于岩心集成，Sagan主要用于测井－岩心对比解释。

在大洋钻探计划中，测井资料主要用于以下几方面的研究:

1)经济地质学;

2)地球化学;

3)地热学;

4)水文地质学;

5)古气候学;

6)岩石学。

10.5.2大陆科学钻探中的测井

科学钻探工程的目的不仅仅是打一口钻井，而是要取得来自于地球深部的直接证据以认识地球，验证已有的理论与假说。在钻探至地球深部后，辅以地球物理测井测量地下岩层的电、声、核、力学性质，以便评价地质构造、研究地壳热结构、研究地下流体及其运动机制、阐明地壳的结构及其演化、确定地壳应力场等。将钻探与地球物理测井相结合，便构成了伸入地球内部的“望远镜”，这便是大陆科学钻探的全面含义。可以说，测井在大陆科学钻探中具有举足轻重的作用。下面介绍几个代表性的大陆科学钻探项目。

10.5.2.1德国的大陆科学钻探计划(KTB)

德国的大陆深钻井(KTB)于1987年9月开钻，于1994年10月终孔，深度为9101m。KTB通过直接探测、原位测量，研究深部岩石的地球物理异常性质，调查与评价深部大陆地壳的物理与化学条件，以了解大陆地壳的结构、成分、动力学，演化及正在进行的过程与古过程。在该项目的实施过程中，在其先导孔的钻探中共使用了65种不同类型、不同方法的测井仪器，共测井398次;在主孔的钻探中，使用了50种不同类型、不同方法的测井仪器，共测井266次。KTB的地球物理测井，采用了当时世界上最先进的测井方法和技术，获得了大量的深部现场原位数据，为地球科学研究提供了丰富的、极为可靠的资料，图10.5.1为德国大陆深钻井7800～8600m测井实例。

图10.5.1 德国大陆深钻井7800～8600m测井实例

KTB计划的成功，与测井发挥的重要作用密不可分，该计划取得了以下成果:①研究地层热事件;②地质构造识别与定向;③地应力场测量;④岩性剖面重建。

10.5.2.2 科拉半岛的SG－3号大陆科学钻探计划

地球上的最深井———苏联科拉半岛的SG－3号深钻的钻探研究中，测井也发挥了重要的作用。在钻探的第一阶段(0～7000m)，曾采用较多的测井方法研究钻孔，其目的不仅是解决地质问题，而且要对各种测井方法所获得的信息进行比较，为钻探的第二阶段(井深>7000m)测井方法的优化组合创造条件。根据有关文字资料的不完全统计，该孔的测井方法组合达25种以上，测井方法包括声波、自然伽马、中子伽马、中子－中子、井中三分量磁测，以及井径、井斜、磁定位(套管接箍)、井液采集等方法。测量深度达7000m时使用了测井24种方法，达11500m时还有15种。图10.5.2为SG－3号深钻测井实例。

该科学深钻计划取得了以下成果:①建立了该钻孔反映的地壳上部构造的地球物理与岩石物理剖面模型;②根据所揭示的岩石物理性质垂直分带，对地壳构造获得了新的认识;③确定地球内部的温度规律;④研究了该钻孔揭露地层的应力状态。另外，该超深井面向超高压、超高温的测井环境，推动了测井技术的进步与发展。

图10.5.2 SG－3号深钻测井实例

10.5.2.3 中国大陆科学钻探计划———科钻一井

在中国的第一口大陆科学钻探工程钻孔的钻探工作中，实施了8次综合测井，采集到全井段的综合测井信息;实施了73次工程测井。主要的测井方法有:双侧向、微球聚焦、自然电位、自然伽马、自然伽马能谱、岩性密度、补偿中子、多极阵列声波、超声成像和微电阻扫描成像、井径、井温、井液电阻率、井斜、分区水泥胶结、套管接箍。

科钻一井的钻探工作中取得的主要测井成果如下:①变质岩测井响应特征分析和岩性识别;②岩心定向归位;③成像测井地质应用;④测井综合剖面;⑤变质岩测井解释的频谱分析方法;⑥中国大陆科学钻探测井信息系统;⑦主孔井眼三维可视化系统;⑧测井地震联合解释;⑨井中地球物理场分析。

无论是在大洋科学钻探领域，还是在大陆科学钻探领域，测井都发挥着不可或缺的作用，而且随着测井技术与方法的完善与进步，这一作用将越来越大。

『拾』 大陆科学钻探概述

刘宝林

科学钻探是为地学研究目的而实施的钻探，是通过钻孔获取岩心、岩屑、岩层中的流体（气体和液体）以及进行地球物理测井和在钻孔中安放仪器进行长期观测，来获取地下岩层中的各种地学信息，进行地学研究。在陆地上施工的科学钻探称为大陆科学钻探。

国际地球科学界认为只有通过钻探直接观察和研究地壳内部正在活跃进行的物理、化学和生物的作用、特征及其过程，才能取得对地球科学真实的、精细的认识，验证远距离探测的论断，提高探测的可靠性。

按1993年9月在德国召开的国际大陆科学钻探会议商定，科学钻孔深度的定义是：浅孔为2000～4000m（用深型岩心钻机施工），深孔为4000～6000m（用旋转钻机施工），超深孔为6000～15000m（用巨型钻机施工）。此外，湖泊钻探也是科学钻探的一部分，钻孔深度一般在10～500m。

大陆科学钻探是当代地球科学具有划时代意义的大型科学工程，是解决当代人类面临的人口、资源、环境等问题的必由之路，是带动21世纪地球科学和相关学科技术发展的大科学。大陆科学钻探是由地质超深钻探发展而来的，预期目标主要是为了研究深部地质学问题。实际上，经过科学选址而实施一些浅钻孔同样可以研究某些重大地球科学问题以及与人类生存密切相关的诸如气候、环境、地震以及有毒废料的安全处理等课题。

1 ICDP（International Continental Scientific Drilling Program）简介

1.1 成立背景

1992年11月，经济合作发展组织（OECD）举办的大科学论坛评述了大洋和大陆钻探全面进行国际合作的问题。1993年8月31日到9月1日，在德国Potsdam国际大陆科学钻探会议上提出了ICDP框架；9月2日，在KTB现场“国际大陆科学钻探会议管理者会议”上，15个国家的代表参加，决定成立ICDP筹备组，由德国地学研究中心的R.Emmermann教授负责草拟ICDP的有关章程。1996年2月正式发布“ICDP发起书”。

1.2 ICDP的任务

获得可靠的资金，进行有效的规划，履行可行的对全局有重大意义的计划；

确认适合科学钻探的国际合作场址；

确保进行适宜的前期场址调查；

为钻探项目提供技术支撑核心；

确保对计划进行恰当的监控；

确保项目成果有效地发布传播。

1.3 ICDP的准则

国际性——地质科学、工程技术、资金等进行国际合作；

全球性——开展具有全球意义的大课题；

必须经过钻探——必须通过钻探才能解决的问题；

社会需要——如解决能源、矿产、地质灾害、气候、环境等问题；

钻孔深度与成本——在满足科学目标的前提下，尽量降低钻探难度；

活动的过程——研究目前活动的地质现象。

1.4 ICDP与ODP的差别

ICDP——钻探地点在某个国家，首先获益；研究世界级的科学问题；研究38亿年的地球历史；必须冠以“Scientific”。

ODP——钻探地点、条件、孔深和工艺技术多样化；在公海钻探，是全球性的计划；研究1.8亿年的地球历史；本身就是科学目的，不必冠以“Scientific”；主要设备为钻探船，工艺技术比较成熟。

2 大陆科学钻探的作用

研究地震、火山喷发的物理化学过程以及降低其影响的最佳方法；

研究近期地球气候变化的模式和原因；

研究陨击事件对气候和集群灭绝的影响；

研究深层生物圈的性质及其与碳氢化合物和矿床的形成、生物演化等地质过程的关系；

放射性和其他有毒废料的安全处理；

沉积盆地和碳氢化合物的来源及演化；

矿床在各种地质体中是如何形成的；

研究板块构造、热力学、物质和流体在地壳中运移的基本物理学过程；

如何更好地解释用于了解地壳结构和性质的地球物理数据。

3 大陆科学钻探的现状

目前美国、俄罗斯、德国、加拿大、日本、法国、英国、瑞典、新西兰、比利时、冰岛、澳大利亚、奥地利和瑞士等国家都开展了科学钻探。全世界计划完成近百口科学钻孔，其中深钻孔10余口。具有代表性的科学钻探计划如下：

已经完成的有：

1960年，美国提出国际上地幔计划（IUMP）。

1965年，开始实施深海钻探计划（DSDP）。

1970年，苏联开始SG-3大陆超深钻孔施工。

1983年，开始实施大洋钻探计划（ODP）。

1984年，美国组建DOSECC，计划完成29口科学钻孔。

1987年，德国开始KTB先导孔施工，1989年完成，终孔深度4000.1m。

1990年，KTB主孔开始施工，1994年9月完成，终孔深度9101m。

2001年，ICDP计划已批准的项目及执行情况（见下表）。

地球科学进展

3.1 原苏联

原苏联的大陆科学钻探实施最早，钻孔最多，开始于第二次世界大战后，实施了几十口基准井。1965年确立了超深钻实施步骤，地质学家别科亚耶夫斯基等根据深部地球物理资料提出，为获得完整的地壳剖面，至少要在6个地区打科学超深孔。原苏联国家科委为这一庞大规划组建了“地球地下资源与超深钻探部门科学委员会”，有95个单位参加，由原地质部部长E·A·科兹洛夫斯基任主席。设计施工超深孔18口，其中SG-1孔设计深度12000m，SG-2、SG-3孔深15000m，其他15口是深6000m左右的先导孔（卫星孔）。1970年SG-3超深井开钻，设计15000m，1986年3月终孔深度12262m，为目前世界第一深井。1988年在亚罗斯拉夫国际科学钻探学术会议上公布原苏联科学钻探取得了40项重大科研成果。

3.2 美国

从1961年开始至今，执行了一系列海上科学钻探计划，如莫霍计划、DSDP深海钻探计划、ODP大洋钻探计划等，都取得了辉煌的成就。但海上钻探设备复杂、费用昂贵。1993年他们提出了一个口号：“把船开到陆地上来”，要大力发展大陆科学钻探。

美国大陆科学钻探计划（US/CSDP）：

已经完成的钻探项目有：伊尼欧（INYO）井1～4号、巴耶斯破火山口1号、伊利诺斯井（VC1，VC2A，VC2B）、索尔顿湖、长谷、卡洪山口及上地壳项目。

计划实施的项目有30多个，深度超过6km的有：阿巴拉契亚深部取心钻孔、伊利诺斯盆地超深孔、得克萨斯海湾海岸超深孔、夏威夷岛深钻项目（正在实施中）。

90年代美国将主要实施五个项目：即卡特迈的诺瓦拉普塔、卡洪山口第三阶段、巴耶斯破火山新项目、纽克克盆地钻、基础钻探项目等。

1974年美国在俄克拉何马钻成了大陆科学钻孔罗杰斯1号孔（Betha Rogers N0.1），孔深9583m。1985年在国家科学基金会领导下，制定“大陆科学钻探计划”（CSDP），选定孔位29处，陆续取得重大成果：①1985年在索尔顿S2-14＃孔执行以研究高温地热为中心的科学钻探（SSSDP）计划，1986年3月钻到3220m，贯穿沉积层到达下部闪长岩相角岩，中靶温度为353℃，为世界第一口高温地热井；②1986年陆续沿圣安得烈斯大断层施工10口科学钻孔，平均深度为5000m，以监测研究加利福尼亚州大地震发生机制。在卡洪隘口（Cajon Pass Hole）施工的第一孔经岩心磁法定向（占10%）、热导率、热辐射、应力场、波速等测试，发现断层带摩擦应力近100MPa，产生局部热导率异常1HFU（=40 MW/m²），美国地调局以此孔作地震观测孔，以上述量化临界数据提供多次地震预报，均大大减少了灾害损失；③美国Los Alamos国家实验室用10年时间在Fenton Hill在水平相距30m处钻两口以勘探与开发“干热岩”直接发电的科学钻孔，深度分别达3200m、4500m，直达火山岩体，用水力压裂使两孔相通，形成“热仓”，孔底温度达300℃，一孔注入冷水，另一孔排出温度为200℃以上的干蒸气，并用此蒸气直接发电。④沿圣安得烈斯施工的科学钻孔在2000m处的结晶岩基底岩中发现嗜温菌（Thermophilic bacteria），为研究地表以下生物活动提供依据。它的分布、总的数量、对油气生成的关系、它同地表生物活动的关系、以至同生物起源的关系、地下生物圈边界等等，留待科学钻探去勘探解决。

3.3 瑞典和西欧各国

在原苏联科学钻探发现深部地下有碳氢化合物等流体的成果鼓舞下，瑞典以及欧洲共同体等缺乏石油的国家，建立了OECD（欧洲经合与开发组织）将科学钻探列为大科学项目（Mega-Science）。瑞典首先在锡利扬（Silijan）大陨石坑施工Gravberg 1号孔，深6350m，取得油气样品85桶（约合18.5 t），化验后，其成分无异于普通石油天然气，并含有极细磁铁矿粉末，引起世界瞩目。科学家们推断油气来自上地幔裂隙，属非生物源油气，其后又布置另一口Stanberg No.1号科学钻孔。

3.4 德国

德国大陆深部钻探（KTB）到1993年9月2日钻深为8312.5m，（在孔深为8008.6m时，地温为215℃）。KTB目前获得的主要科学成果是：①证实了深部的温度变化和热转移，查明了深达6km多的地壳热结构；②修正了深部地球物理探测资料（反射地震、地电、重磁异常等），查明了地球物理结构性质和非均一性；③发现了地壳中流体的来源、成分和运动规律，对于开拓新的能源和探讨矿床成因有重要的意义；④测出了深达6km、目前世界上最深的应力分布资料，对于预测地震、火山等灾害有重要意义；⑤发现在莫霍面以下还存在地球磁场，在理论上这是一个重大突破。

KTB在实践中还研发了一系列的新技术和新工艺，其中最主要的是：①研制和使用了巨型钻机，在钻探设备自动化上取得重大进展。KTB的钻探设备主要技术指标：钻塔高度83m，设备总重2500t，10000m钻杆重400t，最大大钩负荷800t，总功率9500kW，泥浆泵流量1000～4000L/min，工作泵压350bar，泥浆箱总体积450m³；②研制和使用一套垂直钻进系统（VDS），KTB的主孔通过采用这一技术，使钻孔深度达到7000m时钻孔顶角不超过2°，钻孔水平移距不超过20m。而先导孔由于没有采用VDS系统，钻孔深度为4000m时水平移距达到了180多m；③在施工的组织管理，信息的获取、利用、发布和现场实验室等方面也积累了宝贵的经验。

4 大陆科学钻探在技术上面临的挑战

孔深大——需要重型设备、钻孔结构复杂、管材强度极限、钻孔弯曲严重、回转阻力增大、辅助时间长等；

结晶岩——钻进效率低、钻头寿命短、钻孔弯曲严重、纠斜困难等；

高温高压——泥浆性能变坏、管材强度下降、孔壁稳定性差、测井仪器性能降低等；高信息量——高取心率和取心质量、泥浆录井系统、流体样品的获取、深部现场实验室等。

5 中国大陆科学钻探（CCSD）简况

5.1 历史回顾

1988年，开始建议制定中国大陆科学钻探计划。

1991年，原地矿部开始组织进行“中国大陆科学钻探先行研究和选址研究”。

1992年，地质科学钻井工程列入“国家中长期科学技术发展纲要”。

1995年11月，国务院领导批准中国加入“国际大陆科学钻探计划（ICDP）”。

1996年2月中国正式成为ICDP三个发起国之一。

1996年8月，原地矿部与德国地学中心签订了在大别-苏鲁进行科学钻探的合作协议书。

1997年6月，国家科技领导小组批准“中国大陆科学钻探工程”列入“九五”国家重大科学工程项目。

1997年8月，由ICDP资助的“大别-苏鲁超高压变质带大陆科学钻探选址国际研讨会”召开，中外专家一致赞同在江苏北部东海县实施5000m的科学深钻。

1998年4月，国际大陆钻探计划组织（ICDP）审议通过了“中国大别-苏鲁超高压变质带大陆科学钻探”项目正式建议书，并予以150万美元经济资助。

1998年12月至1999年6月，在江苏东海县毛北镇境内完成了1000m深的预先导孔施工，目的是为CCSD的施工设计和主孔施工提供必要的信息，并积累了施工经验。

1999年9月底，经历近10年的努力，在建国五十周年大庆前夕国家计委正式批准了中国大陆科学钻探工程项目立项建议书，这标志着该工程项目正式开始实施。

2000年3月28日至3月29日，由国家计委中咨公司组织十余位专家在北京对《中国大陆科学钻探工程工程可行性研究报告》（工程部分）进行了专家论证，与会十余位专家一致同意通过此报告，从此，中国大陆科学钻探工程正式进入设计施工阶段。

2001年6月25日中国大陆科学钻探工程先导孔终于在江苏省东海县开始试钻。

2001年8月2日，国家计委批准了中国大陆科学钻探工程的初步设计和开工。

2001年8月4日，中国大陆科学钻探工程在江苏东海钻探现场举行了开工仪式，全国政协副主席万国权等出席，各新闻单位竞相报道。

2002年4月15日，井深2046.5m，结束了取心钻进，先导孔完工。

2002年5月7日开始主孔的扩孔钻进。

2002年8月27日零时45分扩孔深度2028m，扩孔完工。

2002年10月10日开始主孔取心钻进。

2005年3月8日胜利完钻，终孔深度5158m。

2005年4月18日在中国大陆科学钻探施工现场举行了竣工典礼，国务院副总理曾培炎出席典礼仪式并发表重要讲话。

2006年3月18日，国际大陆科学钻探中国委员会（ICDP-CHINA）在北京成立。孟宪来任主任，许志琴、安芷生和黄宗理等任副主任。刘东生院士、孙枢院士、刘光鼎院士、李庭栋院士、刘广志院士等被聘为该委员会顾问组专家。

5.2 施工基本要求和条件

设计井深：5000m

终孔直径：

in（157mm）

取心要求：全井连续采取岩心

地层条件：坚硬的结晶岩，如片麻岩、榴辉岩、角闪岩等

温度梯度：2.5℃/100m

5.3 CCSD的目的

通过最短的钻距获取最深部的垂向连续变化信息，建立真实的深部物质组成、结构、流变学、地球化学、岩石物理、流体、地热、地应力及现代微生物剖面，并校正地球物理遥测的结果，建立世界性的深部结晶岩地区地球物理标尺。

揭示超高压变质带形成与折返机制的奥秘，研究会聚陆壳边部的动力学，为大陆动力学理论的创立奠定基础。

研究超高压变质带中金刚石和金红石（国防及航天材料）等资源形成的地质背景和成矿机理，开拓新的找矿方向。

发现来自地幔深处的新矿物和新物质，探究超高压物理条件下的矿物化学和结构行为。

研究现代地壳流体的富集、分布及迁移规律，探索其深部来源，揭示深部水圈的活动及水-岩作用对成岩和成矿的影响；

通过地下深处存活的现代微生物的研究，揭示地下生物圈在极端条件下（高温高压）的生物钟时限、微生物的潜育条件及其对成岩、成矿和生油作用影响。

在钻孔中放置各种探测仪器，监测地震活动、研究发震机制，揭示现代地壳活动及地球深部正在进行的各种物理、化学及生物作用，同时可将钻孔作为一个长期的、动态的、高温高压的成岩成矿实验室和矿物合成腔，完成在地表条件下所不能进行的多种重要科学实验。

促进我国钻探工程技术和相关领域的发展。促进我国钻探技术的发展，其技术成果将使众多的钻探应用领域迅速赶上世界先进水平，并带动工程科学、实验测试、机械工艺及超硬材料等技术的开发与发展。大陆科学深钻系统将发展和提高深部地球物理遥测方法与技术，并成为检验深部地球物理正、反演理论的实验场。

培养造就上百名跨世纪的地学研究与管理专家，满足21世纪我国开展经常性科学钻探工程及相关科学研究的人才需求，促进地球科学与物理学、化学、生物学、工程学、经济学和管理科学的联合与交叉，为发展新学科生长点提供机遇。

5.4 CCSD的八大科学目标

（1）揭示超高压变质岩形成与折返机理。

（2）再造大陆板块会聚边界的深部物质组成与结构。

（3）建立结晶岩地区地球物理模型和解释标尺。

（4）研究板块会聚边缘的地球动力学和壳幔相互作用。

（5）揭示超高压变质成矿机理，发现新矿物与新物质。

（6）探索现代地壳流体-岩石相互作用与成矿机理。

（7）研究现代地壳中微生物类型和潜育条件。

（8）为资源开发及地震发生机制的探索提供科学依据。

5.5 工程选址及钻探子工程

选址原则：瞄准具重大关键地学意义的地区；服务于人类社会面临的资源、环境及灾害三大问题；地质及地球物理研究程度较高；地层尽可能平缓，能穿越尽量多的层位，无花岗岩干扰；技术上可行（特别是地温梯度应较低）；交通便利，地势相对平坦，通讯方便。

1997年8月，由ICDP资助在中国青岛举行了“大别-苏鲁超高压变质带大陆科学钻探选址国际研讨会”，中外专家一致赞同在江苏北部东海县毛北镇实施5000m的科学深钻。钻孔位于具有全球地学意义的大别苏鲁超高压变质带上，可以通过最短距离的钻探或取最深部的地学信息；东海县及附近地区的经济发达，交通与通讯便利，水电供应充足，是大陆钻探的理想场所。

5.5.1 钻探施工面临的技术难题

硬地层钻进（扩孔）效率问题、深孔硬岩大直径全孔取心技术、大倾角硬地层防斜纠斜技术、深孔小间隙孔段水力学设计及钻井液技术、难以预料的复杂情况等。

5.5.2 技术目标

形成一套完整的硬岩深孔（5000m）大直径（终孔直径不小于156mm）金刚石绳索取心钻进技术体系；使独具中国特色的液动锤钻进技术更加完善，进一步巩固我国在液动锤技术领域中的领先地位；研究与开发新型的以绳索取心为基础的组合式取心钻进系统，如孔底马达/绳索取心二合一钻具、液动锤/绳索取心二合一钻具及其相应的钻进工艺，其成果将居国际领先地位；带动我国钻探器具和钻探材料生产制造技术与使用技术的进一步发展，使其赶超世界先进水平。

5.5.3 双孔钻进方案：先导孔+主孔

钻先导孔后，主孔上部采用大直径液动锤全面钻进，有利于防止孔斜；先导孔小直径取心，代替主孔上部大直径取心，节省施工费用；获得主孔钻探技术方案精确设计所需的地下岩层信息；可在先导孔中试验将在主孔中使用的钻探器具和材料。

5.5.4 组合式钻探技术：石油转盘钻机+地质岩心钻探工艺

以金刚石绳索取心钻探技术为主体；采用金刚石取心钻头，回转速度高；孔壁间隙小，泵压高，排量小；采用低固相冲洗液；对钻压控制有较高要求。

5.5.5 先导孔钻进工艺

螺杆马达+金刚石双管取心钻进、螺杆马达+液动锤+金刚石双管取心钻进、转盘+金刚石双管取心钻进、螺杆马达+金刚石单管取心钻进。其中特别突出的是螺杆马达+液动锤+金刚石取心钻进工艺，属世界首创，效果显著，可显著提高机械钻速，延长回次取心进尺长度。

5.5.6 主孔钻进工艺

原设计拟采用金刚石绳索取心钻进，并加装了液压动力头装置。由于绳索取心钻杆加工质量问题以及动力头输出扭矩不足，放弃了绳索取心钻进工艺；主孔基本上还是以螺杆马达+液动锤+金刚石取心钻进工艺为主。

5.5.7 钻机-ZJ70D

宝鸡石油机械厂生产的新一代电驱动钻机。钻深范围5000～7000m；最大钩载：4500kN；最大钻柱重220t；绞车最大输入功率1470kW；大钩提升速度为0～1.6m/s；绞车档数为2+2R，无级变速；绞车档数为4+4R，无级变速；钻台高度9m；钻架高度45m。

5.5.8 钻具、钻头和冲洗液等（略）

5.6 地学成果

完成了5158m的系列金柱子包括岩性剖面、地球化学剖面、构造剖面、岩石伽马异常剖面、矿化剖面、岩石物性剖面、流体剖面等。

首次在国内完成了长井段岩心深度和方位测井归位。

首次完成结晶岩区的三维地震探测，揭示了精细的地壳结构。

中国大陆科学钻探主孔5000m岩性剖面揭示50多种丰富多彩的岩石类型。在原有的金红石矿体下又发现了400m厚的达到工业品位的新的金红石矿体。

证实了苏鲁地区2亿年前发生过巨量物质超深俯冲的壮观地质事件。证实了苏鲁地体在晚三叠纪发生超高压变质后经历了一个快速抬升的动力学演化过程。

查明了超高压榴辉岩的主要矿物都含有以OH存在的结构水

氧同位素研究表明超高压变质岩的原岩在近地表与大气降水发生交换“花岗岩体的侵入为其提供热源”为新元古代全球性雪球事件提供重要证据

建立了苏鲁高压-变质超高压构造格架，确定岩石-构造单元、构造边界的大型韧性剪切带系

涉及几何学、运动学、动力学。

揭示含金红石榴辉岩中锐钛矿、板钛矿、榍石和金红石的产出状态及其可能的相互转化关系。

发现了极端生存条件下的地下微生物。

5.7 钻探技术成果

完成了一口在坚硬的结晶岩中施工的、终孔直径为156mm、终孔深度为5158mm的连续取心科学钻探孔。

研究开发了具有自主知识产权的孔底马达驱动的冲击回转取心钻井方法及其钻进系统。

形成一套完整的、独具中国特色的硬岩深孔（大于5000m）钻井施工技术体系。包括：大直径（终孔直径不小于156mm）取心钻进技术、硬岩扩孔钻进技术、强致斜地层防斜纠斜技术、新型硬岩钻井液体系、硬岩小间隙套管固井技术、活动套管技术等。使独具中国特色的液动锤钻进技术更加完善，进一步巩固了我国在液动锤技术领域中的领先地位。

研究并开发了多种新型的以绳索取心为基础的组合式取心钻进系统，如：孔底马达（螺杆马达或涡轮马达）+绳索取心二合一钻具、液动锤+绳索取心二合一钻具、螺杆马达+液动锤+绳索取心三合一钻具，及其相应的钻进工艺，成果居国际领先地位；极大地推动了我国钻探器具和钻探材料生产制造技术的进一步发展。

6 墨西哥Chicxulub大陆科学钻探（CSDP）简介

其科学目标是研究陨击事件和生物集群灭绝。钻孔位于墨西哥的Chicxulub陨击坑，距离撞击中心约60～80km，设计孔深2500～3000m。计划实施周期为1998～2005年，已经完成了几个浅钻，实际实施时间有些延后，2000年开始700m深的先导孔钻探。ICDP将资助100万美元。

大约在6500万年前，一个直径约10～15km的小行星或彗星撞击在当时的浅海区域（现今的尤卡坦地台），突然爆发释放出的能量约有100万亿吨梯恩梯当量，形成了直径200km的巨大陨击坑。引发大火，粉尘蔽日，使全球气候持续变冷；并喷发出大量的CO₂和SO₂气体，造成陆地和海洋生物大量窒息死亡。恐龙就是在这个地质年代突然消失。因此，科学家推测，这次撞击可能是造成恐龙灭绝的直接原因。撞击所抛出的尘埃、灰烬和小球体在空中形成的离散物质在白垩纪-第三纪界限的年代遍布全球。

CSDP预期解决的基本问题包括：陨击事件的基本性质，冲击变形的基本性质，陨击坑形成的基本性质和喷出过程的基本性质。

7 湖泊钻探

全球变化（Global Change）研究是ICDP的科学目标之一。目前全世界科学家非常重视。地球气候和环境的演化过程在海洋、湖泊、冰川、黄土、珊瑚、钟乳石等沉积物中以及树的年轮中都有记录。如果通过一些浅层科学钻探采集这些原状的沉积物样品等，利用现代的测试分析仪器进行多方面的研究，从而比较客观地建立全球变化模型。世界上开展全球变化研究的机构非常多，而且十分活跃，浅层科学钻探项目也很多。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）等海洋钻探之外，其中湖泊钻探占据主导位置。

参考文献

Mark D.Zoback，Rolf Emmermann.1993.Scientific Rationale for Establishment of an International Program of Continental Scientific Drilling，Report of the International Meeting on Continental Scientific Drilling，Potsdam，Germany，Aug.30 Sept.1

Mark D.Zoback，Rolf Emmermann 主编.1995.国际大陆科学钻探计划（ICDP）：科学基础与科学目标（地质矿产部科学技术司、中国大陆科学钻探研究中心译）

赵国隆，刘广志.2003.中国勘探工程技术发展史集.北京：中国物价出版社

刘振铎等.2003.刘广志文集.北京：地质出版社

刘广志编著.汤风林，周国荣审校.2005.刘广志论科学钻探.北京：地质出版社

张良弼，吴荣庆.1999.国外地质勘探技术大陆科学钻探文集

大陆科学钻探工程专辑，中国地质大学学报，地球科学，2005年1月第30卷增刊

王达.2006.新型科学钻探技术体系的产生及其意义.探矿工程（岩土钻掘工程），第1期

许志琴，杨经绥等.2005.中国大陆科学钻探终孔及研究进展.中国地质，第32卷第2期

王达，张伟.2005.科钻一井钻探施工技术概览.中国地质，第32卷第2期

王达.2002.中国大陆科学钻探工程项目进展综述.探矿工程（岩土钻掘工程），第6期

赵国隆.2002.中国大陆科学钻探工程发展历程（上）.探矿工程（岩土钻掘工程），第4期

赵国隆.2002.中国大陆科学钻探工程发展历程（下）.探矿工程（岩土钻掘工程），第5期

张伟.2002.大陆科学钻探施工用钻探技术和施工战略.探矿工程（岩土钻掘工程），第3期

王达.2001.中国大陆科学钻探工程“科钻一井”钻探工程设计精要.探矿工程（岩土钻掘工程），增刊

张晓西.2001.论中国大陆科学钻探工程项目实施对我国钻探技术的推动作用.探矿工程（岩土钻掘工程），增刊

左汝强.2000.GLAD800型全球湖泊钻探系统及在大陆科学钻探中的应用计划.探矿工程（岩土钻掘工程），第4期

左汝强.2000.墨西哥奇克休罗伯陨石撞击构造科学钻探项目（CSDP）的实施.探矿工程（岩土钻掘工程），第6期

张伟.1999.夏威夷科学钻探项目的钻探技术和施工情况.探矿工程（岩土钻掘工程），第4期

http://www.ccsd.org.cn/（国际大陆科学钻探中国委员会、中国大陆科学钻探工程网站）

http://www.icdp-online.de/或http://icdp.gfz-potsdam.de（国际大陆科学钻探计划网站）