水文地质学裂隙水

1、1.分选良好，排列疏松的砂；2.分选良好，排列紧密的砂3.分选不良的，含泥、砂的砾石；4.经过部分胶结的砂岩5.具有结构性孔隙的粘土6.经过压密的粘土7.具有裂隙的岩石8.具有溶隙及溶穴的可溶岩岩石中的各种空隙1第十一章 裂隙水11.1 概述定义：储存并运移于岩层裂隙中的地下水。同一岩层中相距很近的钻孔，水量悬殊，甚至一孔有水而邻孔无水；在相距很近的井孔测得的地下水位差别很大，水质与动态也有明显不同；在裂隙岩层中开挖矿井，通常涌水量不大的岩层中局部可能大量涌水；某一方向上离抽水井很远的观测孔水位已明显下降，而在另一方向上离抽水井很近的观测孔水位却无变化。2含水系统简单的流动系统（A）区域流动系

2、统（Br）中间流动系统（Bi）局部流动系统（B1）流动系统复杂的流动系统（B）级次性3第十一章 裂隙水 部分裂隙在岩层中某些局部范围内连通构成若干带状或脉状裂隙含水系统）基岩的裂隙率比较低赋存空间在岩层中分布很不均匀裂隙通道在空间上具有明显的方向性 裂隙岩层一般并不形成具有统一水力联系、水量分布均匀的含水层 【特殊】夹于厚层塑性岩层中的薄层脆性岩层、规模比较大的风化裂隙岩层等。这些岩层中裂隙往往密集均匀，使整个含水层具有统一的水力联系，在其中布井几乎处处可取到水。各向异性不均匀性给水度低地下水含水系统：指由隔水或相对隔水岩层（弱透水层）圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系。4第十一章 裂隙水裂隙

3、岩层中进行地表或地下开挖（采矿、隧道工程、基坑、地下空间）时，涌水不均匀而突然，导致岩体破坏。水利、交通工程设施的岩体失稳破坏，多与裂隙水的活动密切相关。裂隙极不发育、渗透性极低的结晶岩体，是高放射性核废料储存有限考虑的备选场所。地下水封石洞油库：在稳定地下水位以下的岩体中开挖出的用来储存原油、汽油、柴油的地下空间系统。简称水封洞库。GB 50455-2088地下水封石洞油库设计规范5第十一章 裂隙水11.2 裂隙的成因类型及其中的地下水11.2.1 成岩裂隙水 陆地喷溢的玄武岩成岩裂隙最为发育。 岩浆冷凝收缩时，由于内部张力作用产生垂直于冷凝面的六方柱状节理及层面节理，裂隙大多张开且密集均匀

4、，连通良好，常构成贮水丰富、导水通畅的层状裂隙含水系统。 沉积岩及深层岩浆岩的成岩裂隙通常多是闭合的，含水意义不大。 成岩裂隙是岩石在成岩过程中受内部应力作用而产生的原生裂隙：沉积岩固结脱水、岩浆岩冷凝收缩6第十一章 裂隙水 岩脉及侵入岩接触带，由于冷凝收缩，以及冷凝较晚的岩浆流动产生应力，张开裂隙发育，常形成近乎垂直的带状裂隙含水系统。 不均匀冷凝：熔岩流冷凝时，留下喷气孔道，或表层凝固，下部未冷凝的熔岩流走而形成熔岩孔洞或管道，这类孔道洞穴最大直径可达数米，钻孔遇到时会出现掉钻、泥浆大量漏失等，往往可以获得可观的水量。7第十一章 裂隙水11.2.2 风化裂隙水8第十一章 裂隙水 暴露于地表

5、的岩石，在温度变化和水、空气、生物等风化营力作用下形成风化裂隙。 风化裂隙常在成岩裂隙与构造裂隙的基础上进一步发育，形成密集均匀、无明显方向性、连通良好的裂隙网络。 风化营力决定着风化裂隙层呈壳状包裹于地面，一般厚度数米到数十米，未风化的母岩往往构成相对隔水底板，故风化裂隙水一般为潜水，被后期沉积物覆盖的古风化壳可赋存承压水。9第十一章 裂隙水岩性 单一稳定的矿物组成的岩层（如石英岩）风化裂隙很难发育。 泥质岩石虽易风化，但裂隙易被土状风化物充填而不导水。 由多种矿物组成的粗粒结晶岩（花岗岩、片麻岩等），不同矿物热胀冷缩不一，风化裂隙发育，风化裂隙水主要发育于此类岩石中。10第十一章 裂隙水气

6、候 气候干燥而温差大的地区，岩石热胀冷缩及水的冻胀等物理风化作用强烈，有利于形成导水的风化裂隙。 湿热气候区以化学风化为主，泥质次生矿物及化学沉淀常充填裂隙而降低其导水性。 这类地区上部强风化带的导水性有时反而不如下部半风化带。如福建漳州花岗岩中一个钻孔资料，地面以下25m内强风化带的涌水量仅为0.0125L/s，而2545m半风化带涌水量增到0.45L/s。11第十一章 裂隙水地形 地形比较平缓，剥蚀及堆积作用微弱的地区，有利于风化壳的发育与保存；如果地形条件也利于汇集降水，则可能形成规模稍大，常年能提供一定水量的风化裂隙含水层。 在水流切割或人工开挖的影响下，岩体侧向压力减小，原有闭合及隐

7、蔽的成岩裂隙与构造裂隙因减压而扩张，形成所谓减压（卸荷）裂隙。 在沟谷两侧常可见到与边岸平行的减压裂隙，有时可宽达数厘米至十数厘米。剥蚀作用使原来处于深部的岩层卸去上覆地层的荷载，因而浅部的裂隙扩张，张开性及裂隙率均较深部大，透水性也比深部好。11.2.3减压（卸荷）裂隙12第十一章 裂隙水 塑性岩石（页岩、泥岩等）中常形成闭合乃至隐蔽的裂隙。 裂隙往往密度很大，但张开性差，延伸不远，缺少对地下水贮存特别是传导有意义的“有效裂隙”，多构成相对隔水层；只有在暴露于地表之后经过卸荷及风化才具有一定的贮水及导水能力。11.2.4 构造裂隙水 脆性岩石（致密石灰岩、岩浆岩等），裂隙一般比较稀疏，但张开

8、性好、延伸远，具有较好的导水性。 沉积岩的裂隙发育情况与其胶结物成分及颗粒的粒度有一定的关系。钙质胶结者显示脆性岩石特性，泥质及硅质胶结的与塑性岩石相近。粗颗粒的砂砾岩裂隙张开性优于细粒的粉砂岩。13第十一章 裂隙水3 1横裂隙；2斜裂隙；3纵裂隙；4层面裂隙；5顺层裂隙 应力集中的部位，裂隙常较发育，岩层透水性也好。同一裂隙含水层中，背斜轴部常较两翼富水，倾斜岩层较平缓岩层富水，断层带附近往往格外富水。14第十一章 裂隙水 夹于塑性岩层中的薄层脆性岩层，往往发育密集而均匀的张开裂隙。 褶皱时，塑性岩层沿层面方向流展，对夹于其间的脆性岩层施加一个顺层的拉张力，脆性岩层被拉断而形成张裂隙。 脆性

9、岩层夹层越薄，抗拉能力越小，张开裂隙就越密集。这样的夹层常是山区找水的理想布井层位。深度围岩地温岩石塑性裂隙张开性15第十一章 裂隙水 裂隙含水系统通常具有树状或脉状结构，一些大的导水通道作用突出，使裂隙水表现出明显的不均匀性，有时表现出突变性。11.3 裂隙水流的基本特征 钻孔或坑道如未揭露系统中的主干裂隙，由于次一级裂隙的集水能力有限，水量不大，只揭露微小裂隙时便基本无水。但一旦钻孔或坑道揭露含水裂隙网的主干裂隙，就如在干渠中取水一般，广大范围内裂隙网络中的水便逐级汇于主干通道，出现相当大的水量。 在同一裂隙岩层中打井或开挖坑道时，水量之所以相差悬殊，正是由于一个裂隙含水系统是不同级次裂隙

10、的集合体，而同一岩层中又可能包含着若干个规模不同互不联系的裂隙含水系统的缘故。16第十一章 裂隙水例如: 北京西山侏罗纪变玄武岩是门头沟煤系的底板。多年来在该层中掘进时仅出现少量涌水，一直被看作相对隔水层或弱含水层。 1978年5月，城子煤矿开拓-250m水平南石门时，揭露了8条不大的破碎带，涌水量出入意料地高达0.64m3/s。 经地面及井下调查确定，涌水点位于本区次一级倒转向斜轴部。此处应力集中，裂隙普遍扩容；坑道揭露的破碎带依次贯通层面裂隙、其它组裂隙及细小的成岩裂隙，广大范围内裂隙含水系统中的水逐级汇流，故而造成水量相当大的坑道涌水。17第十一章 裂隙水a）裂隙水运动平面图b）裂隙水运

11、动剖面图c）孔隙水运动平面图d）孔隙水运动剖面图1-裂隙水2-砂3-地下水等水头线（m）4-剖面中的地下水位5-包气带水流向6-饱水带流向7-泉18第十一章 裂隙水 在整个岩体中，裂隙通道所占的空间的比例很低，一般为千分之几至千分之十几。 裂隙水流只发生在组成导水网络的各裂隙通道内，通道以外没有水流，裂隙水的流场实际上是不连续的，渗流场的势除了裂隙中的若干点外都是虚拟的； 水流被限制在迂回曲折的网络中运动，其局部流向与整体流向往往不一致，有时甚至与整体流向正好相反。 理解上述两个特征在实际中具有很大意义，例如，在裂隙岩层中打两个相距很近的钻孔用来确定地下水的水力梯度、流向、流速等是非常不可靠的

12、。19第十一章 裂隙水1）裂隙水埋藏、分布不均匀。 由裂隙的不均匀造成。2）裂隙含水形态多重多样。 层状、带状、脉状，网脉状。3）地质构造对裂隙水的控制作用非常明显。 即使是外力（风化）作用下产生的裂隙，也多是沿着已有的构造裂隙发展。4）基岩地下水的动力性质比较复杂。 裂隙的发育程度、大小、形态、充填情况不同，裂隙水的运动性质（水压力、流速等）均不同。裂隙水特征20第十一章 裂隙水11.4 裂隙介质的研究方法11.4.1 等效多孔介质方法定义：等效多孔介质方法就是用连续的多孔介质的理论来研究非连续裂隙介质中的问题。 不同之处：水头分布、地下水流向、流速、孔隙水压力等等效的前提：不要求两个水动力

13、场完全相似，只要求某些方面相近。例如，可通过调整多孔介质的渗透系数K，使两个系统的泉流量相等。黑箱系统结构21第十一章 裂隙水 应用条件：等效时含水系统的补、径、排条件不能改变 等效是两种介质在特定功能上的等效，如上诉要求泉流量相等，实际上是要求介质系统总体导水能力等效，其它方面未必等效。 图a、b中，在两个介质系统相对应的位置上打两个取水井，按多孔介质场分析可以取到一定数量的地下水，而在裂隙介质场中的井则完全可能是一个干井。 裂隙介质与多孔介质本质上存在差别，一些与介质结构细节存在密切关系的地下水参数（地下水水头、孔隙水压力、流速等）是难以等效的，大范围内导水能力等效是等效多孔介质方法的最常

14、用原则。 适用范围：求解大范围的水量问题22第十一章 裂隙水11.4.2 双重介质方法 未充分胶结的中粗粒砂岩、经过溶蚀的灰岩、白云岩等，存在两种导水能力相差悬殊的空隙空间： 大空隙如裂隙、溶蚀裂隙、溶蚀孔隙等，导水能力比较强； 小空隙如原生孔隙、微小裂隙、溶蚀小孔等，导水能力很低，但为数众多，贮存能力不可忽略。23第十一章 裂隙水11.4.2 双重介质方法 为了比较准确地刻画这一类介质，可以分别用两种等效的多孔介质去近似代替大小两种空隙，这种方法称为双重介质方法。 在双重介质方法中，两种空隙空间是分别刻画的，各有自己独立的参数（如渗透系数K、孔隙度n、给水度等），但两种空隙存在水力联系，可以

15、进行水量交换。 如抽水引起地下水位下降，大空隙导水能力强而优先释水，在大空隙中形成低水头，小空隙中的水流向大空隙。24第十一章 裂隙水11.4.3 非连续介质方法 等效多孔介质方法和双重介质方法都是宏观地、粗略地处理裂隙介质的方法，没有详细刻画裂隙介质的内部结构。而有些水文地质参数如地下水水头、孔隙水压力、流速等与介质的结构细节存在密切关系。 为了准确地计算这些参数，需要详细地刻画裂隙通道及其构成的网络，只有非连续介质方法才能够满足这一要求。它对裂隙网络中每条具有实际导水意义的裂隙进行精确地描述，包括每条裂隙的张开宽度、延伸长度、产状、中点坐标，要求做出实测的裂隙网络图。25第十一章 裂隙水 目前常用于针对裂隙渗流本质的理论研究，实际工作中主要用于需要确定孔隙水压力与流速的情况。 适用：研究区域比较小、工作程度比较高的水文地质