水文地质学基础：第十一章 裂隙水

1、第十一章 裂隙水 fracture water 11.1 裂隙水的特点11.2 裂隙水成因类型11.4 断层带的水文地质意义11.3 裂隙介质的研究方法12概念 储存于非可溶性基岩裂隙介质中的地下水。 成岩过程中形成成岩裂隙； 经历构造变动产生构造裂隙； 风化作用可形成风化裂隙。 11.1 裂隙水的特点3裂隙介质的特点 裂隙发育的不均匀性和方向性，使裂隙介质具有明显的不均匀性和各向异性 ；裂隙一般随深度的增加，岩石塑性的加强，数量减少，张开程度减弱，使裂隙介质的渗透性随深度增加而减弱。 11.1 裂隙水的特点4裂隙水的一般特点 埋藏分布不均匀 渗透性具有不均匀性和各向异性 形态多种多样：层状、

2、带状、脉状 运动性质十分复杂 11.1 裂隙水的特点511.1 裂隙水的特点611.1 裂隙水的特点711.2.1成岩裂隙水 成岩裂隙岩石在形成过程中由于冷凝、压实脱水等原因引起岩石体积的收缩而产生的裂隙叫成岩裂隙。沉积岩中的脱水收缩裂隙 岩浆岩中的冷凝收缩裂隙 侵入岩体边缘发育有横裂隙（与流线垂直）纵裂隙（与流线平行）、层裂隙（与流面平行）；陆地喷发的玄武岩浆冷凝收缩形成六角形直立网格状裂隙；熔岩流冷凝时，产生孔道和孔洞11.2 裂隙水的类型8侵入岩体裂隙发育示意图11.2 裂隙水类型-成岩裂隙水9成岩裂隙的特点 不随深度增加而数量减少或消失 一般为张性裂隙 裂隙的连通性好，尤其是柱状节理发

3、育的玄武岩成岩裂隙水特点 层状、脉状和带状 潜水，上覆有粘性土覆盖时可成为承压水 陆地喷发的玄武岩和熔岩流裂隙发育地带，水的连通性好，水量丰富，常形成强大的潜水流，径流较强，水质好，HCO3型水 侵入岩体边缘的裂隙，多为闭合裂隙，一般不含水或微含水11.2 裂隙水类型10如图示：为内蒙某地第三纪玄武岩，柱状节理发育，含有丰富的裂隙水（单泉流量0.5-6、7L/S）水质为重碳酸钙镁型水。11.2 裂隙水类型1111.2.2 风化裂隙水 风化裂隙 暴露于地表的岩石，在温度、水、空气和生物等作用下产生的裂隙叫风化裂隙。风化裂隙特点 分布于基岩表层，随深度增加数量减少或消失 发育程度受岩性、气候、地形

4、控制密度大 一般为张性裂隙，特别是卸荷减压裂隙地带 无明显的方向性，为连通性好的网格状。11.2 裂隙水类型1211.2 裂隙水类型13风化裂隙水特点 埋藏浅，分布广 分布较均匀且无方向性，具有统一的地下水位，层状裂隙水 多为裂隙潜水 水质较好，为低矿化HCO3型淡水 水量小，补给源为大气降水，就地补给就地排泄，水动态季节变化明显。11.2 裂隙水类型1411.2 裂隙水类型1511.2.3构造裂隙水 构造裂隙岩石在构造应力作用下破裂错位而产生的劈理、裂隙和断层叫构造裂隙。构造裂隙特点 裂隙的方向、宽度、密度、延伸方向均受应力、岩层性质控制。 应力包括大小、方向、性质 岩层性质包括岩性、单层厚

5、度、相邻岩层 构造裂隙的空间分布具有不均匀性和明显的方向性。11.2 裂隙水类型1611.2 裂隙水类型11.2.3构造裂隙水17纵裂隙走向与层面一致，褶皱核部张开度大延伸远。褶皱翼部为压剪性裂隙斜裂隙横裂隙层面裂隙一组发育（裂面粗糙），一组不发育（裂面平直），张开度小两端尖灭透镜状，延伸不远张开度大，裂面粗糙薄层沉积岩，裂隙密集均匀。厚层或块状岩层，裂隙稀疏不均匀11.2 裂隙水类型11.2.3构造裂隙水11.2 裂隙水类型11.2.3构造裂隙水裂隙发育规律的控制因素岩石（层）力学性质受力后的破坏（脆，塑）结构（厚层，互层等）构造应力 大小，应力频率，性质（张，拉） 构造部位11.2 裂隙水

6、类型11.2.3构造裂隙水1911.2 裂隙水成因类型20构造裂隙水特点 具有裂隙水的一般特点 可形成层状、带状、脉状构造裂隙水 可形成潜水或承压水 运动特征：局部流向往往与整体流向不一致，甚至相反。平面上，局部流向多不垂直于等水位（压）线剖面上，裂隙水水位以及平面上裂隙水等水位线，除若干点外，其余都是虚拟的。构造裂隙水的主要特征是空间分布不均匀，具有明显的方向性，应力集中部位富水条件好，导水、透水能力随深度增加而减弱。11.2 裂隙水类型21 1、裂隙的富水特征：纵裂隙（尤其是褶皱的核部）富水性强，导水能力最大的方向是裂隙的延伸方向。横裂隙富水性强，延伸不远。在野外斜裂隙发育的一组富水性较好

7、，不发育的一组几乎不含水。层面裂隙控制了其它裂隙的发育程度，在有层面裂隙存在时，增强了其富水程度。11.2 裂隙水类型11.2.3构造裂隙水2211.3.1 裂隙及裂隙网络 不同规模、不同方向的裂隙通道相互连能为导水裂隙网络形成裂隙含水系统。 组成这一网络的裂隙按其规模可划分为三个级别： 微小裂隙 （原生和次生的） ：几十十几条/m ，隙宽小，这些裂隙导水能力很差，但由于数量众多，具有一定的贮水意义 ；中裂隙（顺层的）：几条/m 隙宽达几mm ，是野外肉眼观察所能见到的最普遍的裂隙；大裂隙（巨裂隙）： 空间一定延伸，宽度大， （包括断层，在岩层中数量很少，但张开宽度大，延伸远，在裂隙网络传输地

8、下水的功能上起主要控制作用正断层，1条/ 几米中11.3 裂隙介质及其渗流不同级次裂隙的作用作用微裂隙储水，裂隙率较大中裂隙连通作用，储水导水作用大裂隙传输地下水中起控制作用应用：矿坑基坑排水、洞室开挖文物保护、供水2411.3 裂隙介质及其渗流(a)单个裂隙(b)裂隙网络2511.3.2 裂隙水流的基本特征 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。 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

9、向与整体流向往往不一致。有时甚至与整体流向正好相反。11.3 裂隙介质及其渗流2611.3 裂隙介质及其渗流2711.3 裂隙介质及其渗流裂隙渗流场与孔隙渗流场的比较裂隙渗流场：等效多孔介质裂隙水运动平面图裂隙水运动剖面图裂隙水流动系统与孔隙水流动系统裂隙介质小结：(1)空隙网络是复合的树状结构(脉、枝、干构成)(2)打在脉上只能抽取或排出有限的水(3)打在干上才能抽取或排出大量的水裂隙水流系统与孔隙水流系统的比较30断层带有糜棱岩、构造角砾岩张性断层发育于脆性岩层发育于塑性岩层断裂带有疏松多孔的构造角砾岩两侧增强带裂隙发育，张开度大断裂带的构造角砾岩含有大量泥质两侧增强带裂隙不发育，张开度小

10、压性断层发育于脆性岩层发育于塑性岩层断裂带有细碎紧密的构造岩两侧发育张开性较好的扭张裂隙断裂带为糜棱岩、断层泥两侧增强带有张开性差的扭节理断层扭性断层两侧羽毛状裂隙密集或低序次断裂1、断裂带的裂隙发育特征11.5 断层带的水文地质意义312、断裂带的富水特征同一断层，由于两盘岩性和力学性质的变化，导水能力发生变化。例如：一条断层切穿脆、塑性岩层，导水能力由大变小甚至隔水；原来导水的断层，后期因胶结作用降低导水能力，也可因后期溶滤作用增强导水性。张性断裂发育于脆性岩层发育于塑性岩层断裂带本身富水，导水能力强断裂带两侧增强带富水，导水能力强断裂带本身富水性变差断裂带两侧增强带导水不良，富水性差压性

11、断裂发育于脆性岩层发育于塑性岩层断裂带本身透水性差断裂带两侧增强带导水、富水性较好断裂带不透水断裂带两侧增强带通常隔水断裂带扭性断裂导水性介于张性断裂与压性断裂之间11.2 裂隙水成因类型一、断裂带的导水性影响因素断层两盘岩性：脆/脆导水；脆/塑部分导水；塑/塑不导水 断层的力学性质：张性断裂带导水；压性断裂带不导水11.5 断层带的水文地质意义33 断层带宽达数百米，穿切若干岩层，构成具有特殊意义的水文地质体。 作为储水空间、集水廊道、导水通道 作为储水空间 作为集水廊道 作为导水通道 作为隔水边界 断裂带的水文地质性能取决于断裂的力学性质、两侧围岩岩性及充填情况11.5 断层带的水文地质意义3435裂隙的发育与裂隙水36直线状线性构造卫星影像37裂隙水的井位确定38等效多孔介质方法 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 可以虚拟一个等效的多孔介质场来近似代替复杂的裂隙介质场 有比较严格的应用条件 大范围内两种介质系统总体导水能力等效 11.3 裂隙介质的研究方法3911.3 裂隙介质的研究方法40双重介质方法 适用于两种导水能力相差悬殊的空隙空间 用两种等效的多孔介质去近似代替大小两种空