随着现代地球科学,特别是环境科学的发展,土壤环境问题越来越受到人们的关注。地质环境调查项目和国土资源“十三五”规划的实施,对土壤环境调查和保护职能提出了新要求,以支撑生态文明建设、服务民生为目标,需要开展土壤环境调查工作。浅层土壤环境取样技术是土壤环境调查不可或缺的技术方法。浅层土壤环境取样主要的技术特点为:取样地层为第四纪覆盖层;对取得的样品质量要求高;取样一般不超过30m。浅层取样钻探是获取浅层土壤样品最有效的手段,其技术难点为:回转钻探方法会对土壤样品造成扰动和污染、取心率不足;现有的设备,重量和体积大,不利于移动和运输,环境适应能力差。本文以满足土壤环境取样的技术特点和要求为目标,结合浅层钻探的技术难点,开展了声频振动、冲击钻进机理的研究和轻便化取样设备及工艺的研究,形成了一套解决30m以内土壤环境取样的钻探设备和工艺方法,解决了土壤环境的原状取样困难和缺少轻便化设备的难题。针对绝大多数的土壤环境调查,取样深度在10m以内,地层为松散粘土、砂土层,依据轻便、高质、高效实施钻探取样的设计思路,研制了采用声频振动的方式进行高效取样的钻机、配套钻具及工艺方法。钻机的体积小、重量轻,钻进效率高。针对30m以内的密实粘土层及砂土层,研制了冲击式取样钻机、配套钻具及工艺方法。采用液压低频冲击器进行冲击取样,配套单管及双管取样钻具,可以实现30m以内的土壤样品的非扰动取样。钻机采用模块化组合结构设计,模块重量100Kg以内,轻便、解体性好,便于搬运。声频振动式、冲击式两款轻便钻机,结合项目进行了应用示范,均验证了钻机的性能达到了设计要求,钻机的取样质量好、取样效率高,且充分发挥了钻机轻便的优势。两款钻机的研制,解决了轻便化钻机实现非扰动环境取样的关键技术,填补了国内土壤环境取样缺少轻便非扰动取样设备的空白,提高了浅层取样钻探为土壤环境调查工作的服务水平和技术支撑能力。