第十三章-地下水及其地质作用(2011).ppt

1、第十三章 地下水地质作用,第一节 地下水概述 第二节 地下水的类型 第三节 地下热水 第四节 地下水的地质作用 第五节 地下水的开发与利用,地下水是指存在于地表以下松散沉积物和岩石孔隙中的水。,第一节 地下水概述,一、地下水的赋存条件,1、岩石的空隙,地下水存于岩石(以及松散沉积物)的孔隙中，并在其中运动，因此岩石孔隙度的大小、形状、数量及连通情况，对地水的储量及运动特点有很大的影响。,孔隙：岩石颗粒之间的空隙。 裂隙：岩石的裂隙。 洞穴：可溶性岩石受溶蚀后形成的孔洞（溶洞）。,空隙,沉积物及岩石的各种空隙,空隙度：指一定体积岩石中空隙体积所占的比例。 地下水的分布、储量及运动均受岩石空隙的多

2、少（空隙度）支配 。,n=Vn/V 100% 以n表示空隙度，Vn表示空隙体积，V表示岩石体积,决定孔隙度大小的因素： （1）颗粒的粗细：粗者孔隙度低，细者孔隙度高； （2）分选程度：分选好者高，分选差者低； （3）颗粒的形状：近球形者高，不规则形状者低； （4）胶结程度：胶结程度差者高，胶结程度好者低。,2、岩石的透水性,透水性：岩石被水透过的性能。,空隙较大，且相互连通的岩石，地下水可以在岩石中流动。能透水的岩层称透水层。透水层中如饱含地下水，则称为含水层。 洞隙大，且相互连通的石灰岩和白云岩以及孔隙大的砾石层和砂层是良好的透水层。 有些岩石虽有很高空隙度，但空隙不连通的岩石和空隙过小，且

3、连通性不好的粘土和泥岩，地下水也很难在其中流动，称为不透水层或隔水层。 粘土岩、粉砂质泥岩及节理不发育的岩浆岩和块状变质岩可视为隔水层。,3、地下水面,水井挖到某一深度，水从井壁和井底渗出，汇成一个水面。相邻水井的水面构成一个连续的面，即地下水面。此面以上的岩石其空隙被气体充滞，液态水不饱和，称为包气带。地下水面以下的岩石其空隙充满水，称为饱水带。,包气带,饱水带,地下水面,地下水长期在地下运动，可从岩石中获得大量可溶性的物质成分，使之成为成分复杂的溶液 。 地下水中含大量的离子、分子和化合物，其矿化度高。,地下水中常见的气体成分：O2、N2、CO2及H2S。 地下水中还含有大量的胶体物质：F

4、e(OH)3、Al(OH)3、SiO2及以胶体形式存在的有机质。,二、地下水的化学成分,三、地下水的补给和排泄,含水层从外界获得水，称为补给。大气降水是主要的补给水源。水位高于地下水面的河流与湖泊。 含水层失去水，称为排泄。排泄的主要渠道是泉、蒸发以及人工排泄与开采。,泉：地下水的天然露头。具有压力向上运动的泉，称为上升泉。不具压力仅受重力趋势而向下运动的泉称为下降泉。,成因： 含水层被侵蚀 地下水在流动中遇到透水性弱的岩石或隔水层的阻拦 断层充当隔水层阻拦地下水流、地下水沿导水断层上升等。,浙江虎跑泉（下降泉）,济南趵突泉（上升泉）,敦煌月牙泉（上升泉）,包气带中的水是气体状态存在的气态水，

5、或是因静电引力而吸附于颗粒、裂隙、溶洞表面的结合水。或是因毛细管作用而存在的毛细管水，以及“过路”重力水。,第二节 地下水的类型,一、根据地下水埋藏条件的划分,1、包气带水,岩石颗粒表面和空隙壁面在静电吸引作用下，会吸附水分子 。这类水束缚于颗粒表面及空隙壁面，不能在自身重力作用下运动。而且还可逆重力而运动（毛细运动）,在自身重力作用下产生运动的水。在岩石和松散物质的空隙中，重力水在重力作用下产生运动称渗流。,2、潜水,地面以下第一个稳定隔水层上面的饱和水称为潜水。其上没有稳定的隔水层，主要是通过包气带和大气相通。,潜水面,潜水层厚度,潜水的埋藏深度,潜水存在于孔隙、裂缝或洞穴中，分布广泛。潜

6、水水面高低起伏，水顺着潜水面的倾斜方向从高处向低处流动，流速取决于潜水面的坡度和岩石空隙的大小。,3、承压水,充满于上下两个稳定隔水层间的含水层中的水。,承压水因被围限在两个隔水层之间，承受着静水压力。承压水适宜的地质构造是向斜盆地或单斜盆地。 承压水含水层面积达、水量较丰富、排泄范围有限且动态比较稳定，是比较理想的地下水源。,上升泉,自流井,二、根据含水层空隙性质划分,1、孔隙水,存在于空隙中。呈均匀而连续的层状分布，构成具有同一水力联系的含水层。,2、裂隙水,存在于岩石裂缝中。水力联系较差，水的运动受裂隙方向及其连通程度制约和补给条件的影响。故在不同部位的富集程度不同。,存在与可溶性岩石的

7、溶蚀裂隙、洞穴、暗河中。,3、喀斯特水,第三节 地下热水,地下热水：温度高的地下水。,分为：低温热水（2040）、中温热水（4060）、高温热水（60100）和过热水（100）。,地下热水出露地表形成温泉。富集有大量地下热水并可供开采利用的地区称为地热田。,地下水在岩石孔隙、裂缝中流动十分缓慢，动能较小，故而机械作用十分微弱。但内于地下水与岩石、矿物的接触时间长，加之溶有一定量的酸类物质(如H2CO3、H2SO4及有机酸)，对地下岩石、矿物具有强烈的溶解作用。就整个地下水的地质作用而言，以化学作用为主。,第四节 地下水的地质作用,地下水的剥蚀作用发生在地面以下，故称之潜蚀作用。,一、地下水的剥

8、蚀作用及喀斯特,1、剥蚀作用,（1）冲刷：一般比较微弱。洞隙较大时，地下水流速加快，冲刷力增强。 （2）溶蚀：比较明显。湿热地区可形成喀斯特地貌。,2、喀斯特,指水流（主要指地下水）与可溶性岩石 相互作用的过程及其所产生的各地质、地貌现象的总称。,3、喀斯特地貌,（1）溶沟和石芽 （2）落水洞 （3）溶斗 （4）干谷和盲谷 （5）峰丛、峰林和孤峰 （6）溶洞 （7）溶蚀谷与天然桥 （8）喀斯特洼地与喀斯特平原,基本条件： 喀斯特发育首先应具备具有溶蚀性水和具有可溶性岩石。 可溶性岩石： 包括卤化物类岩石(食盐、钾盐、镁盐等)，硫酸盐类岩石(石膏、芒硝 等)及碳酸盐类岩石(石灰岩、白云岩、大理岩

9、等)。,（1）溶沟和石芽,在包气带，地下水在可溶性岩石的裂缝中向下渗流，使裂缝不断加深加宽，形成石芽，形成的沟槽称为溶沟。,石芽,（2）落水洞,地表水沿近垂直的裂隙向下溶蚀，形成直立或陡倾斜的洞穴，下接地下河或溶洞，是地表水转入地下河或溶洞的通道。,（3）溶斗（漏斗）,地表水流沿垂直裂隙向下渗漏、溶蚀时，现在松散沉积物之下的及严重形成隐伏的小洞，随后空洞发展扩大，导致上部堆积体和基岩崩落、塌陷，形成溶斗。,（4）干谷和盲谷,当一条河流侵蚀下切的河道下有暗河或溶洞，河水大量流入地下河，下游就成了有河床但没河水的干河即干谷。如果这个河再经过许多年，继续侵蚀下切河床，有河水的半截河就会与干谷相连，河

10、谷就好像进入死胡同，这种向前没有通路的河谷称为盲谷。,（5）峰丛、峰林和孤峰,峰顶尖锐或呈圆锥状突出，而基部相连，宏观上似簇状者称为峰丛。峰体上部挺立高大，基部仅稍许相连者，称为峰林。耸立于喀斯特平原上的孤立山峰称为孤峰。,峰丛,峰林,孤峰,（6）溶洞,在潜水面附近，地下水在重力作用下沿层面、节理面和断裂带从高水位向低水位作近于水平方向的流动，常形成近于水平的洞穴称溶洞 。,（7）溶蚀谷与天然桥,溶洞或地下暗河因其洞顶塌陷而暴露于地表，成为两壁陡峭的谷地，称为溶蚀谷。地下河洞顶如有局部残留就构成天然桥。,（8）喀斯特洼地与喀斯特平原,溶斗扩大，相邻溶斗连接合并，形成统一的盆状洼地，称为喀斯特洼

11、地。如地壳长期保持稳定，侧向溶蚀作用就能充分进行，喀斯特洼地可进一步发展成为高程低、面积大的广阔平原，称为喀斯特平原。,喀斯特洼地,喀斯特平原,（1）气候：炎热多雨地区，地下水丰富，潜蚀作用强。 （2）岩石性质：可溶性岩石-碳酸盐岩、石膏、石盐易形成喀斯特地貌。粗、中粒晶质结构的岩石比细微晶粒易形成。 （3）地质构造：断裂破碎带有利于喀斯特发育。断裂交汇处易形成溶斗、溶洞。 （4）水的作用：温度高、CO2含量高、流速快、流量大交替循环强，有利于喀斯特的形成。 （5）构造运动：构造运动的稳定性决定着喀斯特地貌的演化进程。早期（溶沟、石芽、落水洞、溶斗）中期（喀斯特洼地、干谷、地下水系）晚期（溶蚀

12、谷、天然桥、喀斯特洼地、峰林）末期（孤峰、喀斯特平原）。,4、影响发育的因素,二、地下水的搬运作用及沉积作用,1、搬运作用,地下水动能小，故机械搬运弱，只能搬运细小泥沙。以化学搬运(溶运)为主，即以真溶液或成胶体状态进行搬运。搬运物包括：重碳酸盐、氯化物、硫酸盐、氢氧化物、二氧化硅、磷酸盐、氧化锰、氧化铁等。,2、沉积作用,大洞穴地下河内有类似河流的机械沉积。大部分是以化学沉积为主。地下水流出地表或渗入岩石的空隙时，因压力降低，导致水中CO2的逸出，或因水温降低和蒸发等使溶液达到过饱和后发生沉淀。,（1）孔隙沉积 （2）裂隙沉积 （3）溶洞沉积 （4）温泉沉积,（1）孔隙沉积：松散沉积物中的沉积，对沉积物起胶结作用。可形成结核。,（2）裂隙沉积：在岩石的裂隙中沉积，可形成脉状沉积体。如方解石脉、石英脉