鑽探取樣方法及介質材料

1. 鑽探方法

地質鑽探工作目的主要有二：一為利用鑚機及岩心管(core barrel) 採取岩心，以供研判鑽探深度範圍內之地下地質情況及滑動面位 置，並將所取之岩心進行各項力學試驗；二為利用鑚孔進行各種現 地孔內試驗如孔內造影、孔內波速量測等。一般地滑調查時，至少 應於滑動體的頭、中央及趾部各鑽一孔，若因受現場地形、土地利 用及經費等因素所限，使鑽探孔位佈設無法盡如理想，則選取鑽探 資料較缺乏處補鑽，並與鑽探資料較充足具正確性之地方作連結，

但鑽孔佈設亦須注意日後地物調查所需之工作範圍及限制。

鑽探方法依使用的鑽頭機器設備、機械操作方式及現地地質環 境狀況，如地下水的位置、是否為崩積土、岩層破碎程度等，而有 沖洗法(wash boring)、螺鑚法(auger drilling)、衝擊法(percussion)以及 旋轉法(rotary drilling)等四種方式(謝敬義，1990)。此處針對普遍使 用亦為本次研究將採用之旋轉法作整理。

旋轉法(rotary drilling)

旋鑚法為地質鑽探中最普遍使用亦為較新的方式。最初於 1863 年法國土木工程師李斯科(Leschot)所使用。

利用鑚機以高速旋轉方式，帶動鑽桿、岩心筒及鑽頭的旋轉鑽 入地層中，在其施工過程中需不斷灌入水或泥漿，目的除了冷卻鑽 頭外，更可以藉由循環水的流動將鑽屑帶出，此外泥漿水的流動可 保持孔內之壓力、穩固孔壁以防止垮孔，其鑽探深度可達數百公尺。

停止鑽進後即可開始提取岩心，取岩心時，因岩心筒在最前端，所 以需提起所有鑽桿，主要由鋼索經孔架頂端之滑輪連結捲揚器將鑽 桿提升，則可將岩心筒取出。

2. 取樣方法

一般取樣方式有兩種，一為傳統取岩心方式(conventional coring method)，一則為鋼索取岩心方式(wireline drilling system)。傳統取岩 心方式需將所有鑚桿抽拔，方能將置於鑚桿底部之取樣器中的岩樣 取出；鋼索取岩心方式則不須抽拔所有鑚桿，僅需卸下鑚機鑚桿接 合處，利用鋼索將置於鑚桿底部之岩心取樣器吊掛出，過程對岩樣 擾動程度甚低(劉武志，1995)其鑽孔取樣步驟如圖 2-31。

取樣用之岩心筒為鑚進時，岩樣儲存之場所。在鑽探時需用水 冷卻鑽頭並將岩屑沖出地表，若鑽探所需深度愈深，則此循環水之 水壓與流速相對較大，若與岩心直接接觸，對於較軟弱岩石，如頁 岩、泥岩或劈理發達之板岩，將影響岩心之提取率，為避免岩心全 面與水接觸，岩心筒可分為單層岩心筒(single tube core barrel)、雙層 岩心筒(double tube core barrel)，及三層岩心筒(Treble tube core barrel) 如圖2-32 所示。

單層岩心筒因水流經鑚桿直接流入岩心管，易與岩心接觸故不 適用於軟弱破碎地層。雙層岩心管之設計使岩心管之前端沿外管與 內管間之空隙流入鑽頭之水槽，不致於與岩心直接接觸，故對於軟 弱破碎之地層可獲得較佳之提取率。岩心管提出地面後岩心儲存在 內管與內管壁緊緊相黏，取出岩心須大力敲打岩心管而損害岩心之 完整，因此又發展出三層岩心管，將內管分為兩層，而最內層為可 分裂式，岩心可直接剝開取出，其岩心之完整性最高。

3. 介質材料

鑽探時須使用循迴水，循迴水可冷卻鑽頭與鑚具，並將鑽屑排 出孔外。循迴水本身的黏性、比重影響鑽探時岩屑排出的效率。一 般鑽探以清水作為循迴水即可獲得清除岩屑的良好效果(假定孔內

不漏水)。過去梨山崩積地區之鑽探取樣大多採用清水為循迴水進行 傳統旋鑽法鑽探，並用三套管進行取樣，但其岩心取樣率甚低。工 研院(1993)針對梨山崩積層施作鑽探亦採用鋼索取樣，鑽探孔徑為 NX，但對軟弱層之取樣率相當低。而中風化板岩及弱風化板岩應有 少量黏土膠結物存在，但觀其岩心照片研判應為鑽探水洗消失如圖 2-33。依黃玉麟(2006)論文當中針對循迴水之使用做改良，經研究採 用超泥漿®高分子穩定液作為鑽探循迴水，由岩心照片圖 2-34 看出 提取率極高。陳賀瑞(1997)曾將數種介質材料之比較並增加黃玉麟 (2006)之改良方法作整理如表 2-16。

本研究取樣方式為鋼索取岩心法取樣，搭配三層岩心筒並採用 超泥漿®高分子穩定液作為鑽探循迴水，來克服梨山地區板岩劈理 發達、岩層破碎的特性，確保鑽探岩心品質以供岩心判釋及室內試 驗，與維持孔壁完整性供現地孔內試驗之施作。

表2-16 鑽探介質材料之比較(修改自黃玉麟，2006) (Neat Vis)

1.拌合後即達到功效，即拌即用且不需設置預拌池

圖2-31 鋼索取樣法鑽孔取樣步驟示意圖(摘自侯秉承、黃俊鴻，1995)

圖 2-32 岩心筒種類(摘自劉武志，1979)

圖 2-33 鑽探水洗造成膠結物消失(摘自黃玉麟，2006)

圖2-34 提取率極高之岩心照片(摘自黃玉麟，2006)