南京大学_普通地质学_13普地地下水.ppt

1、普通地质学,南京大学地球科学系 舒良树,第十三章 地下水及其地质作用,第十三章 地下水及其地质作用 地下水 underground water， 水文 Hydrology定义:赋存在地表以下岩层空隙中的水。是水资源重 要的组成部分。 地下水与生命密切相关；水是社会文明的标志。 第一节 地下水的基本概念一. 地下水的赋存条件1.岩石空隙：孔隙(松散沉积物或沉积岩颗粒之间的 空间)；裂隙(岩石中的破裂)；洞穴(Cave 可溶性 岩石溶蚀后形成的空洞) =Vn/V100% ，孔隙度(孔隙的数量)；Vn，孔隙体积；V，沉积物或岩石总体积影响孔隙度的4因素：颗粒粗则低、颗粒形态不规 则则低、分选性差则低

2、、胶结好则低。,2.岩石的透水性perviousness :岩石的透水能力 取决于空隙大小与贯通程度（能否自由透水）以及空隙大小（透水多少）透水层：水能自由通过的地层。隔水层：(不透水层)水不能自由通过的地层含水层：饱含地下水的隔水层。3.地下水面:某地区内地下彼此连通连续的水 面,为饱水带顶面。地下水位：地下水的出露高度(不同地方地下 水位高度并不同，与地表起伏无关)。包气带：地下水面以上部分岩层空隙中的气 体与大气相通，含不饱和液态水。饱水带saturated zone ：地下水面以下的部 分,岩石空隙中充满了水。,泉水的各种形成条件,a,b,c,i: 含水层被 侵蚀；d,e,f,g: 水

3、流被隔水层阻挡； h:水流被断层阻挡; j:水流沿导水断层上升,1, 隔水层 2, 透水层 3, 致密基岩 4,裂隙岩石 5, 断层 6, 地下水面 7, 下降泉 8, 上升泉,二地下水的化学成分1.自然界中绝大多数元素在地下水均被发现。2.O K Na Ca Mg Cl等以离子状态大量存在于 水中。 O K Na Ca Mg克拉克值大,溶解度也大，水 中含量就高。 Cl克拉克值小,但溶解度大,故水中含量高。 Si，Fe克拉克值大,但溶解度小,故水中含 量就小。3.矿化度:地下水中诸元素的总量,单位:克/升矿泉水（mineral water）：含有对人体有益矿 物质的地下水。degree of

4、 mineralization 如地下水中含无益的矿物质，则会形成人体结石 （类似于玛瑙）和马宝（动物体内结石）。,三.地下水的补给与排泄1.含水层失去水量称排泄(drainage)，含水层 从外界获得水称补给(recharge)。 流动的地下水称地下径流(run off）。它从 补给区向排泄区流动。 2.补给来源：大气降水、地表水。3.地下水的露头：地下水的人工露头为井well， 天然露头为泉 spring（上升急喷的泉即喷泉， 重力向下者为下降泉）。 台湾和云南有“蝴蝶泉”;南京有“珍珠泉”、“江南 第二泉”(南宋陆游题）;济南有“趵(bao)突泉”。,第二节 地下水的类型一.根据埋藏条件

5、分类1.包气带水：包括气态水、结合水、毛细管水、 过路重力水、上层滞水(局部隔水层中蓄的水)2.潜水(phreatic water)：地面下第一个稳定 隔水层上的饱和水(saturated water)。 潜水层厚度=潜水面至下伏隔水层顶板的距离 潜水埋藏深度=潜水面至地表的距离 潜水面的特征：波状起伏、随季节而变化。3.承压confined水：充满于二个隔水层中间的 含水层中的地下水。承受着一定的静水压力， 形成环境主要为向斜盆地（图13-7）,包气带与 饱水带,压力水 头高度,补给区,承压区,排泄区,自溢区,二.根据含水层空隙性质划分的类型1.孔隙pore水2.裂隙fissure水（裂隙发

6、育贯通性好者为层状 裂隙水；裂隙稀疏局部贯通者为脉状裂隙水。3.喀斯特karst水 第三节 地下热水1.低温20-40度,中温40-60度,高温60-100度, 过热100度。高温热泉(需具备较大的空隙、 较热的岩体、通向地表的不规则裂隙系统）2.地下热水分布区常是地热异常区；出露地表 即成为温泉（hot spring）。 西藏羊八井、南京汤山、西安临潼华清池；冰岛、 新西兰、美国黄石Yellow Stone老实泉(Old Faithful)3.地下热水的成因：与断裂有关、与地热有关、与水文地质条件有关。,四川巴塘的 温泉,第四节 地下水的地质作用一.地下水的剥蚀作用及喀斯特1.剥蚀(潜蚀su

7、ffosion)： 机械冲刷scour(水冲力小,故颗粒细); 化学溶蚀chemical corrosion(对象是可溶性岩石)。2.喀斯特karst：含二氧化碳的地下水对灰岩进行的以化学溶蚀为主、机械冲刷为辅的地质作用及其地貌称之。中国译为岩溶。喀斯特地区，风景优美，石林壮观。所拍电影赏心悦目:阿诗玛,刘三姐。 以下结构名称自学a.溶沟、石牙：表面溶蚀冲刷，形成沟槽（溶沟）、 突起（石牙，发育成石林）。b.落水洞：地表向下与地下河相连的近直立的洞穴。 二组直立裂隙交会处最易形成。c.溶斗(漏斗)：深度较小的凹坑，可连地下河。,岩溶( Karst)地貌示意图,d.干谷、盲谷：河床中的落水洞，使

8、下游断流成干 谷；上游下蚀且流水入洞成为盲谷。e.峰丛、峰林、孤峰f.溶洞：石灰岩地区的地下洞.层面、节理面、断裂 面最易发育。 地壳上升潜水面下降溶洞干涸。 溶洞一般形成于大片石灰岩分布区，如瑶林仙境、 灵山幻境、宜兴善卷洞（上洞、中洞为干洞，下洞 有水可通舟楫）。g.溶蚀谷地、天然桥：地下暗河暴露地表,为溶蚀谷 地.未塌陷部分叫天然桥。h.喀斯特洼地、喀斯特平原：溶斗扩大形成洼地， 进一步发展则成为喀斯特平原（地壳稳定、侧向 溶蚀充分）。 岩溶（karst，喀斯特）,3.影响岩溶（karst）发育的因素a.气候：潮湿、降雨量大、常年气温高。b.岩石：可溶性岩石，纯的石灰岩更好。c.构造：断

9、层、节理发育有利于karst的形成。d.流水：溶蚀性强、流动性好，有利于karst 的形成。e.环境：地质环境稳定,有利于karst的形成。二.地下水的搬运作用1.搬运：在地下进行。其余与河流无异。2.沉积：机械沉积、化学沉积，后者重要。2.1 引起化学沉积的因素：压力降低、水温 降低、水分蒸发，CaCO3浓度增加而沉淀。,2.2 沉积方式孔隙沉积产物像胶结块。裂隙具梳状构造的方解石脉。溶洞钟乳石，石钟乳:同心环状的空心体。 石笋:同心环状实心体。 流水中的CaCO3沉淀石帘、石瀑布。温泉泉华，包括钙硅华即石灰华、硅华。 第五节 地下水的开发利用1.寻找更多更好的地下水。2.要求科学开采（上海过量开采，造成地面下降；后向地下注水，地面回升）。3.中科院桂林岩溶研究所、中科院水文研究所,岩 溶 谷 - 沟 - 脊,云 南 路 南 石 林,广 西 鹿 寨 石 芽,广西阳朔黑岩石盾,泉华柱-西藏,泉华蘑菇-云南,热泉蒸气凝结的冰