10.孔隙水、裂隙水、岩溶水

1、第十章 不同含水介质中的地下水,Fundamentals of Hydrogeology 水文地质学基础,水资源与环境工程学院,Company Logo,本章内容,10.2 岩溶水,10.3 裂隙水,10.1 孔隙水,Company Logo,孔隙水的特点,一般呈层状分布（与岩层分布一致） 水量空间分布均匀，连续性好 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位 孔隙水的流动通常呈层流流态，符合达西定律,Company Logo,孔隙水赋存于松散沉积物的孔隙之中。 在我国，第四系与部分第三系属未胶结或半胶结的松散沉积物，赋存孔隙地下水。下面主要讨论第四系松散沉积物中的孔隙水。,

2、10.1 .1 孔隙水特征,Company Logo,第四纪松散沉积物分布： 平原和盆地中普遍发育；砂砾构成含水层，粘性土构成弱透水层；赋存的孔隙水，为主要供水水源。 第四系松散沉积物存在多种成因类型，如洪积、冲积、坡积等，成因类型不同，其分布、地貌形态及内部地质条件差异较大，由此也决定了其中水文地质条件存在较大差异。故而，以下按成因类型来分析其中的水文地质特征。,Company Logo,水流沉积物是分布最广、最有水文地质意义 包括：洪积物、冲积物、湖积物、滨海三角洲沉积物以及冰水沉积物 洪积物呈扇状 河道堆积物呈条状 湖泊堆积物的平面展布呈同心圆状,Company Logo,孔隙水赋存于松

3、散沉积物的孔隙之中。 在我国，第四系与部分第三系属未胶结或半胶结的松散沉积物，赋存孔隙地下水。下面主要讨论第四系松散沉积物中的孔隙水。 洪积物中的地下水 （1） 典型地区洪积扇(Alluvial fan)的形成 （2）洪积扇中地下水赋存条件与特征 从沉积物形成时的水动力条件入手，分析沉积岩性的变化规律，到地下水的赋存条件与特征。 水动力条件控制沉积作用控制岩性地貌控制地下水,10.1.2 洪积物中的地下水,Company Logo,10.1.3 典型地区洪积扇(Alluvial fan)的形成,水动力条件 水流集中 分散 流速快（高能区） 慢（低能区） 地形地貌 地形高，陡（扇顶 ） 地形低缓

4、（扇缘）,Company Logo,典型地区洪积扇沉积物的分带性,沉积物粒度 粗（砾，粗砂） 中砂 细 极细、粘土 沉积特征 分选 差 中等 好,Company Logo,10.1.3 地下水赋存条件与特征赋存,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）,Company Logo,10.1.3 地下水赋存条件与特征补给与排泄,补给 好 差 流速水交替 V大，交替快 V小，交替慢 排泄 径流排泄 蒸发排泄,Company Logo,10.1.3地下水赋存条件与特征水化学,形成作用 溶滤作用 蒸发浓缩作用 矿化度（TDS） 低 中 高 成分与类

5、型 HCO3 SO4 Cl,Company Logo,10.1.3 地下水赋存条件与特征动态与均衡,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,Company Logo,10.1.4洪积物中地下水赋存条件小结,综合上述分析： 分析不同沉积物类型的地下水赋存、运动和水化学特征等（简称水文地质条件），应从沉积物形成时的水动力场到沉积物沉积规律，再到地下水的分带性特征来进行 掌握分析问题的思路与方法比死记更重要,即： 普通地质作用-地质地貌-水文地质条件 例如： 西北某些新构造运动影响的洪积扇 山西霍县-新构造运动结果有多个溢出带,Company Logo

6、,西北某些新构造运动影响的洪积扇,山前水位埋深 深 浅 深 浅,Company Logo,10.1.5 冲积物（fluvial plain）中的地下水,河流沉积物与洪积物相比： 经常性水流作用的结果 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）：,见后页图,郑州剖面,Company Logo,冲积平原中的河道变迁及砂层的几何形态,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。,Company Logo,10.1.

7、6 黄土高原的地下水（风成作用）,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。 黄土特征：厚度大，结构疏松，粉土含量大于60%，含钙质结核，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）,Company Logo,10.1.7 黄土地区的地貌形态,黄土地区的地貌形态： 黄土塬：原始地貌保持较好的规模较大的黄土平台 黄土梁：长条状的垅岗 ；黄土峁：浑圆形的土丘； 黄土杖（撑）地：梁与峁之间

8、宽浅谷地,Company Logo,山西黄土地区实景照片,右上黄土杖地 左下黄土塬、梁 右下黄土塬上,黄土峁,黄土杖地,黄土梁,黄土塬,黄土梁,黄土塬,Company Logo,本章内容,10.2 岩溶水特征,Company Logo,岩溶（喀斯特） ：是水与可溶岩发生化学作用和机械破坏作用而产生的各种（地质、地蚀、水文等）现象的总称。 岩溶水(喀斯特水) ：赋存并运移于岩溶化岩层中的水 。 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：,10.2 .1 岩溶及其研究意义,Company Logo,山水甲天下

9、的桂林,九马山,烟雨漓江,塔山,象鼻山,Company Logo,可溶岩分布约占全国面积的1/3,Company Logo,岩溶水的奇特又使人无可耐何消积不利,华北的大多数煤层，下伏O2灰岩水承压水头之高，带来开采风险巨大 云南、广西、贵州省岩溶山区，缺水严重，阻碍发展，生活赤贫现象 岩溶区的库水渗漏，处理困难 在基本建设中，地下施工，燧道施工困难重重,Company Logo,10.2 .2 岩溶发育的基本条件,一、发育的基本条件 1、可溶岩层的存在： 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、可溶岩必须透水 裂隙发育（初始裂隙）岩溶

10、系统; 断层发育决定了溶洞形成 可溶岩必须透水，水才能进入产生溶蚀作用,Company Logo,10.2.2 岩溶发育的基本条件,3、水具侵蚀性 纯水对碳酸盐岩的溶蚀作用很弱，只有水中含有 大量二氧化碳，或其他酸类，其侵蚀性才能增强。 4. 水的流动性 如果水是停滞的，最终会因溶解饱和而丧失侵蚀能力。 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） 二、影响因素（略） 自学,Company Logo,10.2.3 岩溶水系统的改造与演变,10.2.3 地下水流对介质的改造（机理） 岩溶水与孔隙水、裂隙水最大的不同，就是其

11、介质可以被改造，水流特征不断变化，介质特征也不断变化 初始介质场 K0 V0 K1 V1 K2 V2 . Kn Vn,具体表现为：不均匀介质不均匀水流差异溶蚀更不均匀介质更不均匀水流进一步差异溶蚀如此循环往复，便形成一个岩溶演化的正反馈过程。,Company Logo,补给： a:总体上来讲，岩溶介质吸收降水的能力很强，南方岩溶降水入渗系数可达0.8以上，北方岩溶区降水入渗系数在0.3以上。 b:补给方式：不仅存在渗入式的补给且存在通过落水洞、竖井、溶蚀漏斗等的灌入式补给。,10.2.4岩溶水特征,Company Logo,排泄： 北方岩溶水集中以岩溶大泉形式排泄； 南方岩溶水主要以地下暗河、

12、泉、基流形式排泄。,10.2.4岩溶水特征,Company Logo,南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源,Company Logo,岩溶山区分布的落水洞,Company Logo,动态： 由于存在“灌入式”补给，径流通畅，集中排泄，类似于地表水，故而地下水动态受外界气象因素影响较大，动态变化较为显著。,Company Logo,本章内容,10.3 裂隙水,Company Logo,10.3 概述,1、裂隙的类型 成岩裂隙 （original fracture 如玄武岩的柱状节理） 构造裂隙 （tectonic fracture 断层（裂）带） 风化裂隙（weathering fracture

13、） 2、裂隙水的特点： 水量分布不均匀 有的地方打井有水，有的地方无水 水力联系不统一性 裂水含水系统的迭置与独立 渗透的各向异性 KXKY,裂隙水特点,转下页,Company Logo,水量分布不均匀 有的地方打井有水，有的地方无水 水力联系不统一性 裂水含水系统的迭置与独立 渗透的各向异性 KXKY,裂隙水的特点、裂隙水含水系统,Company Logo,10.3.1 概述,3、裂隙水的类型 （1）成岩裂隙水：赋存于成岩裂隙中的水 （2）风化裂隙水：赋存于风化裂隙中的水 （3）构造裂隙水：赋存于构造裂隙中的水，主要研究对象 。,Company Logo,10.3.2.1 成岩裂隙水 成岩裂

14、隙的富水特点 （1）沉积岩及深成岩浆岩的成岩裂隙通常多是闭合的，含水意义不大； （2）喷出地表的岩浆岩玄武岩成岩裂隙最为发育：常形成柱状节理和层面节理。此类成岩裂隙大多张开且密集均匀，连通良好，常构成贮丰富、导水通畅的层状裂隙含水系统； （3）岩脉及侵入岩接触带张开裂隙发育，常形成带状裂隙含水系统； （4）熔岩流冷凝时，下部常形成熔岩孔洞或管道，钻孔遇到时会出现掉钻、泥浆大量流失等，往往可以获得可观的水量。,10.3.2 裂隙的成因类型及其中的地下水,Company Logo,10.3.2 风化裂隙水 （1）风化裂隙的基本特点 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

15、明显方向性、连通良好的裂隙网格。 （2）风化裂隙水的基本特点 一般为潜水（未风化的母岩往往构成相对隔水底板）；被后期沉积物覆盖的古风化壳可赋存承压水。通常情况下，风化壳规模相当有限，风化裂隙含水层水量不大，就地补给、就地排泄，旱季泉流量变小或干涸。 （3）影响风化裂隙发育的因素 风化裂隙的发育受岩性、气候及地形的控制。,10.3.2 裂隙的成因类型及其中的地下水,Company Logo,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）,Company Logo,10.3.2.2 构造裂隙水 1、裂隙发育规律的控制因素 岩石（层）力学性质 岩性：受力后

16、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，压） 构造部位 应力集中的部位，裂隙常较发育，岩层透水性也好。 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。,10.3.2 裂隙的成因类型及其中的地下水,Company Logo,层状夹层脆性岩层裂隙发育特征,10.3.3 构造裂隙水,Company Logo,裂隙水流系统与孔隙水流系统的比较,裂隙水流系统 孔隙水流系统,Company Logo,断层的水文地质意义,断层的导水性影响因素 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,Co