不同含水介质中地下水课件

孔隙水特点：水量在空间分布上相对均匀，连续性好。在孔隙含水层中打井，均能获得地下水。孔隙水一般呈层状分布。同一含水层中的孔隙水具有密切的水力联系，并具有统一的地下水面。第1页/共79页赋存于不同空隙中的地下水特征——与地质环境有关（一）典型地区洪积扇的形成（二）典型地区洪积扇沉积物的分带性

（由扇顶—扇缘（前））的分带性（三）地下水的特征具明显的分带性

一洪积物中的地下水第2页/共79页（一）、典型地区洪积扇的形成

集中的洪水流出山口堆积而成第3页/共79页（一）、典型地区洪积扇的形成地形地貌

地形高，陡（扇顶）

地形低缓（扇缘）水动力条件

水流集中

分散

流速快（高能区）

慢（低能区）山区平原扇顶

扇缘（前）

第4页/共79页（二）典型地区洪积扇沉积物的分带性（由扇顶—扇缘（前））的分带性砂砾石带粗粒沉积交错带黏性细土带第5页/共79页（三）、地下水的特征具明显的分带性—赋存

透水性（K）

好

差水位埋深

深

浅

渐深（或承压）

赋存

深埋区

溢流区

下沉区第6页/共79页（三）地下水的特征具明显的分带性—补给与排泄

补给

好

差流动交替

Ｖ大，交替快

V小，交替慢

排泄

径流排泄

蒸发排泄山区平原扇顶

扇缘（前）

第7页/共79页（三）地下水的特征具明显的分带性—水化学

形成作用

溶滤作用

浓缩作用

矿化度（TDS)

低

中

高

成分与类型

HCO3

SO4

Cl山区平原扇顶

扇缘（前）

第8页/共79页（三）地下水的特征具明显的分带性—动态与均衡

动态

变幅大

小

均衡

整体、统一的均衡区景观（环境）

缺水区

泉，沼泽

盐渍化区山区平原扇顶

扇缘（前）

第9页/共79页青海湖哈尔盖河及其洪水期携带的砾质沉积物河流的搬运作用，经由经常性河流所沉积下来的。二、冲积物中的地下水第10页/共79页上、中下游沉积特点第11页/共79页——青海湖哈尔盖河河流粗粒沉积物第12页/共79页河流沉积物与洪积物相比：①经常性水流作用的结果②河流是线状或带状分布的，横向与纵向差异大；在冲积平原区往往发育有多条河流，呈交织状、发生改道且长期作用冲积平原砂层的几何形态特征冲积物的特征，从垂直河流横向切剖面来分析（郑州黄河中下游为例）：

郑州剖面第13页/共79页A-A’，B-B’横切剖面砂层多为小透镜体C-C’，D-D’纵向剖面砂层可以延伸很长冲积平原中的河道变迁及砂层的几何形态第14页/共79页第15页/共79页一、郑州黄河中下游剖面—水文地质剖面古河道河间洼地

在冲积平原上，古河道与现代河道，地势最高，沉积颗粒较粗的砂，向外，随着地势变低依次堆积亚砂土、亚粘土，在河间洼地的中心部位则堆积粘土。由地势较高（堆积粗粒沉积）的现代与近代古河道，到地势低洼（堆积粘性土）的河间洼地，显示着良好的微地貌—岩性—地下水分带。

亚粘土细砂粉砂第16页/共79页二、古河道——河间洼地：地形与岩性

古、现代河道—

河间洼地

地形

高—

低

岩性（粒度）

粗—

细现代河道河间洼地古河道第17页/共79页三、古河道——河间洼地：地下水赋存、补给与排泄地下水埋深

深—

浅

补给条件好—

差

排泄径流—

蒸发排泄现代河道河间洼地古河道第18页/共79页三、古河道——河间洼地：地下水化学特征水化学作用溶滤作用

浓缩作用

水型HCO3

Cl

矿化度（TDS）低

高现代河道河间洼地古河道第19页/共79页湖积物的特征及其地下水属于静水沉积。特征：颗粒分选良好，层理细密；岸边沉积物颗粒较粗，向中心逐渐过渡为细粒物质；能够构成含水层的粗粒物质，一般延展较远，在剖面中多呈较稳定的层状。随地形、气候、湖的规模不同，湖积物的结构及粒度均有变化1、湖积物的特征第20页/共79页三、湖积物的特征及其地下水典型湖泊沉积物的分带特征1、湖积物的特征第21页/共79页2、湖积物含水层的补给1）现在湖泊周围与湖水有水力联系。从含水层中取水使其水位降落低于湖水位时，湖水即成为含水层固定的补给源。和傍河取水的情况相似。2）湖泊已经消失，仅遗留下湖泊沉积，这跟遗留古河道的情况相似。三、湖积物的特征及其地下水第22页/共79页四、滨海沉积物中的地下水三角洲沉积：河流注入海洋时，水流分散，流速顿减，河水所携带的泥砂在入海口附近沉积下来。第23页/共79页三角洲的搬运与沉积作用

——青海湖布哈河现代三角洲（远眺）第24页/共79页四、滨海沉积物中的地下水三角洲沉积物特征：属于海陆交互沉积物，主要岩性为细沙和粉细砂。地下水的赋水性差潜水受海水影响，含盐量高，矿化度高滨海区有些深层的承压水，其含水量丰富，水质良好。第25页/共79页黄土是特定地质历史时期的沉积物在我国西北部广泛、大面积分布，西北部地区又是我国干旱半干旱气候区，水资源严重匮乏，基本上无常年性河流（或地表水），地下水水量也不丰富。赋存于黄土孔隙与裂隙中的地下水是当地人民生活的主要水源。

五、黄土高原的地下水第26页/共79页黄土特征：厚度大，结构疏松，粉土含量大于60%，含钙质结合，呈棕黄，微红，棕黑色。

黄土形成时期：第四纪中、下更新世（Q2与Q3黄土）五、黄土高原的地下水第27页/共79页五、黄土高原的地下水黄土塬

黄土梁

黄土杖地

（一）黄土地区的地貌形态

塬、梁峁，黄土杖（撑）地1—隔水基岩；2—下中更新世黄土；3—上更新世黄土；4—地下水位；5—示意地下水流线；6—降水入渗；7—蒸发；8—泉；9—井第28页/共79页山西黄土地区实景照片黄土杖地黄土塬、梁黄土塬上第29页/共79页黄土塬潜水等水位线示意图

〔据黄河中游地区水文地质研究小组，1978〕1—长期采水孔；2—季节性采水孔；3—民井；4—下降泉；5—潜水等水位线；6—黄土冲沟；7—地下水流向西峰塬黄土（QⅡ）渗透系数随深度变化曲线第30页/共79页（二）黄土高原的地下水特征黄土塬

黄土梁

黄土杖地

塬中—

塬边（杖地）水位埋深中—

大—

较小

补给有利于—

不利于

排泄弱—

较强，强

水化学溶滤—

浓缩

矿化度中—

矿化度大

有利打井取水区为塬中心，或边坡地带第31页/共79页二、黄土高原的地下水特征黄土塬

黄土梁

黄土杖地

塬中—

塬边（杖地）水位埋深中—

大—

较小

补给有利于—

不利于

排泄弱—

较强，强

水化学溶滤—

浓缩

矿化度中—

矿化度大

有利打井取水区为塬中心，或边坡地带第32页/共79页思考题

1)在洪积扇地区，从山前到平原区，含水层的结构、渗透性和地下水运动特征如何变化？

2)山前冲洪积扇中地下水从山前向平原具有盐分增多的分带现象，试分析其原因。

3)黄土的垂向渗透系数远大于水平渗透系数，试分析一下这对黄土高原地下水的影响。第33页/共79页六、冰川沉积物中的地下水冰川分布：高纬度区和低纬度的高山区冰川沉积物：刨蚀冰床及两侧的产物、冰川在运移中所携带的大小石块沉积物大小混杂，分选性差。冰川沉积物中的地下水特征：在不同的地形地貌下，形成洪积物、冲积物及湖积物中的含水层。水量丰富，水质良好，可作为优质的地下水水源。第34页/共79页裂隙水一裂隙水的特点二风化裂隙水三成岩裂隙水四构造裂隙水第35页/共79页裂隙水：赋存于坚硬、半坚硬岩石裂隙中的重力水。特点：（1）埋藏和分布具有不均一性和一定的方向性——有的地方打井有水，有的地方无水（2）基岩裂隙含水层的形态多种多样——裂隙水含水系统的迭置与独立（3）明显受地质构造因素控制——地质构造发育地带是富水地段（4）水动力条件比较复杂——KX≠KY裂隙水特点第一节裂隙水的特点按含水裂隙的产状脉状裂隙水层状裂隙水当岩层中张开裂隙比较密集均匀且相互连通时，其中水的分布较为均匀，性质上与孔隙水接近。第36页/共79页（1）埋藏和分布具有不均一性和一定的方向性（2）基岩裂隙含水层的形态多种多样——裂隙水含水系统的迭置与独立（3）明显受地质构造因素控制——地质构造发育地带是富水地段（4）水动力条件比较复杂——KX≠KY裂隙水的特点、裂隙水含水系统第37页/共79页二、风化裂隙水风化裂隙一般在地面以下数米至几十米，因此所形成的地下水主要为潜水。风化裂隙水的含水性主要气候、岩性和地形影响。

1.气候条件的影响：在干燥而温差大的地区：风化裂隙大而张开，含水量大，且随深度增加而水量减少。湿热地区：特别是风化强烈的地区以化学风化为主，泥质次生矿物和化学沉淀物常常充填于裂隙中，降低导水性，反而不如微风化或半风化中的裂隙含水量丰富。第38页/共79页二、风化裂隙水 2.岩性的影响坚硬的岩石，若其结构致密、成分均匀且以稳定矿物为主，则其风化裂隙不发育，因此风化裂隙水极不丰富。坚硬岩石，若其颗粒粗大，且不同矿物的热胀冷缩程度差异性明显，其所形成的风化裂隙开启好，风化裂隙水相对较为丰富。软质岩石：由于风化后的产物以细颗粒的土状，透水性差，且堆积于风化裂隙中，导致地下水的渗透性减小，因而造成地下水量小甚至没有地下水第39页/共79页二、风化裂隙水3.地形对风化裂隙水的影响山区：剥蚀强烈，风化壳发育多不全，厚度较小分布不连续，地形坡度大，不利于汇水入渗。水量少。地形低洼区：剥蚀作用微弱，有利于风化壳的发育和保存，也利于地表水的汇集，可形成一定规模的风化裂隙水。古风化壳：被上部堆积物覆盖，裂隙水承受一定压力，而成为承压水，水质受后期沉积物及径流影响，变化大。第40页/共79页二、风化裂隙水风化裂隙水总体而言，分布广、埋藏浅，水质较好，但水量都不是很大。第41页/共79页风化裂隙深度有限局部形成层状裂隙含水层动态变化大风化裂隙水示意图——层状裂隙水（局部性）第42页/共79页二、风化裂隙水河北宣化，风化裂隙深度20～50m，其中泉水出露较为普遍，涌水量一般为0.1~3升/秒，常年涌水。福建漳州花岗岩中有一钻孔，0－25米强风化带裂隙被充填，此段涌水量仅为0.125升/秒，25—45米为半风化带，涌水量增至0.45升/秒，45m以下为弱风化带，涌水量又降到0.16升/秒。补给来源主要是大气降水，受气候、植被、地形的影响。矿化度较低，属HCO3-型水。第43页/共79页喷发岩的裂隙常呈层状分布，当其出露地表接受大气降水补给时，多形成潜水。岩脉及侵入岩体接触带，成岩裂隙特别发育，常构成成岩裂隙承压水。如安微马鞍山铁矿坑道掘进遇到铁矿脉与闪长岩接触带，坑道涌水量由200吨／昼夜增加到1400吨／昼夜，穿过此带，涌水量又恢复到原有大小。三、成岩裂隙水第44页/共79页四、构造裂隙水构造裂隙：在地壳运动过程中岩石在构造应力作用下产生的，是裂隙水研究的主要对象。张性裂隙扭性裂隙压性裂隙受力张应力剪应力压应力和剪应力节理张节理扭节理劈理板理片理特点开裂隙闭裂隙隐裂隙断层张性断层扭性断层压性断层特点正断层平移断层逆、逆掩断层含水空间大含水空间小导水能力强导水能力弱第45页/共79页

岩石（层）力学性质——决定了受力后的破坏形式。性质—塑性岩石：以页岩、泥岩、凝灰岩、千枚岩等为代表，受力后发生塑性形变

脆性岩石：以块状致密石灰岩、非泥质胶结的砂岩为代表,岩石主要呈现弹性形变，破坏时以拉断为主

结构（厚层，互层等）构造应力——应力集中，裂隙发育，岩层透水性好的部位

大小，应力频率，性质(压剪性\张拉性)层状破坏

（一）裂隙发育规律的控制因素第46页/共79页层状夹层脆性岩层裂隙发育特征图中-岩层：脆性岩层（厚层状与薄层状）；塑性岩层；张开裂隙；井及地下水位；无水干井；脉状裂隙水

层状裂隙水

脉状裂隙水

层状裂隙水

第47页/共79页岩性变化与裂隙率及涌水量的关系第48页/共79页1-横裂隙;2-斜裂隙;3-纵裂隙;4-层面裂隙;5-顺层裂隙层状岩层构造裂隙示意图第49页/共79页思考题：断层或断层带起到什么作用?试分析下图中两条断层的水文地质意义如何？第50页/共79页岩溶水岩溶发育基本条件和影响因素岩溶含水介质的演化和分带性岩溶水的特征我国岩溶充水主要水文地质问题第51页/共79页岩溶对大多数人来说都不陌生，岩溶现象对许多人来说是很神密的（含部分专业人员），岩溶现象的壮观奇特，岩溶水的神出鬼末，有着积极的一面：济南泉城—世界著名：蕴育滋养了该城文明与发展

山西自北向南沿太行山脉的名泉：晋祠泉，娘子关泉，洪山泉，郭庄泉，广胜寺胜泉，龙子祠泉，是山西盆地的工农业发展的主要支柱广西桂林山水甲天下，奇特岩溶景观云南的路南石林，壮观与气势，让游人流涟忘返第52页/共79页山水甲天下的桂林

九马山

烟雨漓江

塔山

象鼻山

第53页/共79页一岩溶发育基本条件和影响因素第54页/共79页一、岩溶发育的基本条件发育的基本条件（水与岩土两大类）1、岩石的可溶性可溶岩的成分与结构是控制岩溶发育的内因溶解度：卤盐>硫酸盐>碳酸盐碳酸盐岩：灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩；结构：豹皮灰岩，生物碎屑灰岩，厚层状，薄层状

2、岩石的透水性——裂隙发育（初始裂隙）→岩溶系统断层发育决定了→溶洞形成如，云南丘北六郎河有三条规模巨大的暗河流向六郎洞泉，这三条暗河都是沿大断层发育的3、水的侵蚀性——？？

从开放体系中的平衡（碳酸）过程来分析第55页/共79页一、岩溶发育的基本条件4、水的流动性→

地下水的循环交替是岩溶发育的充分必要条件其作用：不断更替补充具侵蚀性的水；将溶解与侵蚀的物质带走----留下空洞（岩溶）

第56页/共79页二、影响岩溶发育的因素气候-----通过补给影响水流条件。地形条件-有利于汇集降水的地方。水文-------水流集中处溶蚀作用非常强烈。岩性构造-岩溶发育的两个必要条件。水交替条件--最活跃的因素，控制上述各因素。可溶岩与非可溶岩相间分布时，在接近下伏非可溶岩的界面上，可溶岩中岩溶格外发育。第57页/共79页二、影响因素第58页/共79页不同构造开启程度岩溶含水系统中岩溶发育条件1—非可溶岩隔水层；2—石灰岩；3—导水断层；4—不导水断层；5—潜水面；6—地下水流线；7—泉cabb第59页/共79页石灰岩地区发育的溶洞中，钟乳、石笋、石柱地下水的作用第60页/共79页美国西部风蚀地貌海蚀作用第61页/共79页水平分带：①河流中上游及远离河谷的分水岭地区，降水入渗后作垂直运动，多发育垂直岩溶，如漏斗、落水洞、溶蚀竖井等。②到达地下水面以后，水流作水平运动，形成水平溶洞。多出现溶蚀洼地、孤峰等。第62页/共79页三岩溶水的特征第63页/共79页岩溶水系统是一个能够通过水与介质相互作用不断自我演化的动力系统；演化初期－快速发展－停滞衰亡阶段；不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征；

1.岩溶水的运动特征

2.岩溶水的补给、排泄与动态特征

3.岩溶水系统的边界特征三岩溶水的特征第64页/共79页（一）岩溶含水层的含水介质特征岩溶含水介质实际上是尺寸不等的空隙构成的多级次空隙系统。岩溶水水量分布极不均匀、宏观上统一的水力联系与局部性水力联系不好，是由岩溶含水介质的多级次性与不均质性决定的。

第65页/共79页双重含水介质第66页/共79页岩溶水系统空隙网络的强烈非均质的特性所决定：

岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩溶裂缝和岩溶孔隙等岩溶水运动特征：层流与紊流共存有压与无压共存统一水流、孤立水流并存明流、伏流并存（二）岩溶水的运动特征第67页/共79页典型岩溶水系统结构概化图土壤层

表层岩溶带

岩溶沟谷地下河管道

岩溶漏斗

地表水系

由表层岩溶带、浅部的岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩溶裂缝和岩溶孔隙等多种岩溶空隙介质体组成的多重复合体系，具有高度的非均质性。第68页/共79页岩溶介质中的地下水流动旱季情况下雨季情况下运动特征：层流与紊流共生、有压与无压共存、运动方向的不同步（局部与整体不一致）、缺乏统一的区域地下水水位

第69页/共79页运动特征：层流与紊流共生、有压与无压共存、运动方向的不同步（局部与整体不一致）、缺乏统一的区域地下水水位

在横向上双重介质的双向流，造成水位面在不同季节的变化：第70页/共79页（三）岩溶水的补给、排泄与动态

补给源——大气降水是岩溶水的主要、甚至是唯一的补给源，基本来自上边界