第12章裂隙水

1、 第12章 裂隙水n概述概述n裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类型及其中的地下水n裂隙介质及其渗流裂隙介质及其渗流n裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法n断层的水文地质意义断层的水文地质意义 12.1 12.1 概概 述述n概念概念 储存于非可溶性基岩裂隙中的地下水。储存于非可溶性基岩裂隙中的地下水。 成岩过程中形成成岩裂隙；成岩过程中形成成岩裂隙； 经历构造变动产生构造裂隙；经历构造变动产生构造裂隙； 风化作用可形成风化裂隙；风化作用可形成风化裂隙； 斜坡地带的卸荷裂隙；斜坡地带的卸荷裂隙； 12.1 12.1 概概 述述n裂隙介质的特点裂隙介质的特点 裂隙介质中的空隙：裂隙介

2、质中的空隙： 结晶岩中只有裂隙结晶岩中只有裂隙 碎屑岩中既有裂隙，也有空隙碎屑岩中既有裂隙，也有空隙 岩溶不发育的碳酸盐岩中裂隙、溶蚀裂隙和溶穴岩溶不发育的碳酸盐岩中裂隙、溶蚀裂隙和溶穴共存共存 裂隙发育的不均匀性和方向性，使裂隙介质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具有明显的不均匀性和各向异性 ； 12.1 12.1 概概 述述 裂隙一般随深度的增加，岩石塑性的加强，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。透性随深度增加而减弱。n裂隙水特点裂隙水特点 埋藏分布不均匀

3、埋藏分布不均匀 渗透性具有不均匀性和各向异性渗透性具有不均匀性和各向异性 裂隙含水系统形态多样：层状、带状、脉状；裂隙含水系统形态多样：层状、带状、脉状； 一个含水系统内部具有统一的水力联系；一个含水系统内部具有统一的水力联系； 同一岩层可以包含若干个规模不同无水力联系的含同一岩层可以包含若干个规模不同无水力联系的含水系统；水系统； 运动性质十分复杂：流态、流速、流向变化大运动性质十分复杂：流态、流速、流向变化大 12.1 12.1 概概 述述 12.1 12.1 概概 述述 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类型及其中的地下水n成岩裂隙水成岩裂隙水 成岩裂隙是岩石成岩

4、过程中形成的原生裂隙。成岩裂隙是岩石成岩过程中形成的原生裂隙。 沉积岩中的脱水收缩裂隙：泥岩中的龟状裂隙沉积岩中的脱水收缩裂隙：泥岩中的龟状裂隙 岩浆岩中的冷凝收缩裂隙：玄武岩柱状节理岩浆岩中的冷凝收缩裂隙：玄武岩柱状节理 成岩裂隙的特点成岩裂隙的特点 不随深度增加而数量减少或消失不随深度增加而数量减少或消失 一般为张性裂隙，但沉积岩和深成岩浆岩的多闭一般为张性裂隙，但沉积岩和深成岩浆岩的多闭合合 裂隙的连通性好，尤其是柱状节理发育的玄武岩裂隙的连通性好，尤其是柱状节理发育的玄武岩 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类型及其中的地下水 成岩裂隙水特点成岩裂隙水特点 层状

5、含水系统层状含水系统 潜水，上覆有粘性土覆盖时可成为承压水潜水，上覆有粘性土覆盖时可成为承压水 水质好，水质好，HCO3型水型水 水量丰富：云南腾冲坝派巨泉流量水量丰富：云南腾冲坝派巨泉流量3.46.7m3/s 海南岛琼山县侵入接触带的熔岩孔道海南岛琼山县侵入接触带的熔岩孔道n风化裂隙水风化裂隙水 风化裂隙特点风化裂隙特点 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、构造控制发育程度受岩性、气候、地形、构造控制 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类型及其中的地下水 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中

6、的地下水裂隙水成因类型及其中的地下水 单一稳定矿物组成的岩层风化裂隙难发育，多种单一稳定矿物组成的岩层风化裂隙难发育，多种矿物组成的粗粒结晶岩风化裂隙发育；矿物组成的粗粒结晶岩风化裂隙发育； 气候干燥温差大的地区，物理风化为主，易形成气候干燥温差大的地区，物理风化为主，易形成导水裂隙；湿热气候地区化学风化为主，泥质次导水裂隙；湿热气候地区化学风化为主，泥质次生矿物及化学沉淀物质充填，导水性差；生矿物及化学沉淀物质充填，导水性差； 地形比较平坦，剥蚀及堆积作用微弱的地区，有地形比较平坦，剥蚀及堆积作用微弱的地区，有利于风化壳的发育与保存；利于风化壳的发育与保存； 构造破碎带易形成风化深槽；构造破

7、碎带易形成风化深槽； 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类型及其中的地下水 密度大密度大 一般为张性裂隙，特别是卸荷减压裂隙地带一般为张性裂隙，特别是卸荷减压裂隙地带 风化裂隙水特点风化裂隙水特点 埋藏浅，分布广埋藏浅，分布广 层状裂隙水层状裂隙水 裂隙潜水裂隙潜水 HCO3型淡水型淡水 水量小，就地补给就地排泄，旱季泉流量减小或水量小，就地补给就地排泄，旱季泉流量减小或干枯干枯 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类型及其中的地下水n构造裂隙水构造裂隙水 构造裂隙特点构造裂隙特点 裂隙的方向、宽度、密度、延伸长度均受应力、裂隙的方向、宽度、密度、

8、延伸长度均受应力、岩层性质控制。岩层性质控制。 应力包括大小、方向、性质应力包括大小、方向、性质 岩层性质包括岩性、单层厚度、相邻岩层的岩层性质包括岩性、单层厚度、相邻岩层的 组合情况组合情况 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类型及其中的地下水应力场：有方向性，一期应力场发育应力场：有方向性，一期应力场发育12组组裂隙；多期作用下一般有裂隙；多期作用下一般有35组裂隙；组裂隙；塑性岩层发育的裂隙：闭合，但密度大，改塑性岩层发育的裂隙：闭合，但密度大，改造后有储水意义；造后有储水意义； 脆性岩层发育的裂隙：稀疏，密度小，延伸脆性岩层发育的裂隙：稀疏，密度小，延伸远，导水

9、性好；远，导水性好； 横裂隙：一般张开，延伸短横裂隙：一般张开，延伸短 纵裂隙：延伸长，在褶皱的不同部位性质纵裂隙：延伸长，在褶皱的不同部位性质不同；与层面裂隙共同作用下，成为岩层导不同；与层面裂隙共同作用下，成为岩层导水能力最大的方向水能力最大的方向 斜裂隙：两组共轭节理，或发育斜裂隙：两组共轭节理，或发育1组或发组或发育育2组组 层面裂隙：延伸范围最广、连通性最好的层面裂隙：延伸范围最广、连通性最好的裂隙，裂隙网络的主要通道。裂隙，裂隙网络的主要通道。 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类型及其中的地下水 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类

10、型及其中的地下水单层厚度越小，层面裂隙越发育（密集），单层厚度越小，层面裂隙越发育（密集），次生应力分布越均匀次生应力分布越均匀薄层脆性岩层中裂隙密集而均匀薄层脆性岩层中裂隙密集而均匀 厚层或块状岩层中裂隙稀疏而不均匀厚层或块状岩层中裂隙稀疏而不均匀岩性无明显变化的岩体，裂隙发育及透水性岩性无明显变化的岩体，裂隙发育及透水性通常随深度增大而减小。通常随深度增大而减小。 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类型及其中的地下水 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类型及其中的地下水 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类型及其中的地

11、下水 构造裂隙水特点构造裂隙水特点 具有裂隙水的一般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层状、带状、脉状构造裂隙水 可形成潜水或承压可形成潜水或承压 水水 运动特征：局部流向往往与整体流向不一致，甚运动特征：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（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。水等水位线，除若干点外，其余都是虚拟的。 12.2 12.2 裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水成因类型及其中的地下水 12.3

12、 12.3 裂隙介质及其渗流裂隙介质及其渗流n裂隙及裂隙网络裂隙及裂隙网络 不同规模、不同方向的裂隙相互切割贯通才能成为不同规模、不同方向的裂隙相互切割贯通才能成为裂隙网络；导水并饱水的裂隙网络才能形成裂隙含裂隙网络；导水并饱水的裂隙网络才能形成裂隙含水系统。水系统。 多级次裂隙网络系统，由不同级别的裂隙构成：多级次裂隙网络系统，由不同级别的裂隙构成： 微小裂隙，延伸性和张开性差导致导水能力很差，微小裂隙，延伸性和张开性差导致导水能力很差，但数量多，具有一定的贮水意义但数量多，具有一定的贮水意义 中裂隙，是野外肉眼观察所能见到的最普遍的裂中裂隙，是野外肉眼观察所能见到的最普遍的裂隙隙 大裂隙（

13、包括断层），数量少，但张开宽度大，大裂隙（包括断层），数量少，但张开宽度大，延伸远，在裂隙网络中起导水作用延伸远，在裂隙网络中起导水作用 12.3 12.3 裂隙介质及其渗流裂隙介质及其渗流 12.3 12.3 裂隙介质及其渗流裂隙介质及其渗流n裂隙水流的基本特征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，一裂隙含水系统通常具有树状或脉状结构，一些大的导水裂隙作用突出，使裂隙水表现出些大的导水裂隙作用突出，使裂隙水表现出明显的不均匀性，有时甚至突变性。明显的不均匀性，有时甚至突变性。 裂隙水流只发生在组成导水网络的各裂隙通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

14、，裂隙水的流场实道内，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若干点外都是虚拟的 裂隙中的水流流向与整体流向往往不一致。裂隙中的水流流向与整体流向往往不一致。有时甚至与整体流向正好相反。有时甚至与整体流向正好相反。 12.4 12.4 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法n裂隙野外调查统计裂隙野外调查统计 裂隙产状统计及分组：统计窗，赤平投影画裂隙极裂隙产状统计及分组：统计窗，赤平投影画裂隙极点密度图点密度图 12.4 12.4 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法 统计每组裂隙的线密度、裂隙

15、间距统计每组裂隙的线密度、裂隙间距 裂隙迹线长度统计裂隙迹线长度统计 裂隙在二维露头上表现出来的或直或弯的线的长度裂隙在二维露头上表现出来的或直或弯的线的长度 裂隙宽度（张开度）统计裂隙宽度（张开度）统计 用专用的塞尺测量，最小厚度的塞尺用专用的塞尺测量，最小厚度的塞尺0.02mm； 测量原始宽度，非次生变化后的宽度；测量原始宽度，非次生变化后的宽度； 裂隙的导水能力裂隙的导水能力 通过裂隙的张开宽度推算导水能力（定量），但精度低；通过裂隙的张开宽度推算导水能力（定量），但精度低； 观测裂隙的流水痕迹，定性分析导水能力观测裂隙的流水痕迹，定性分析导水能力 利用钻孔孔内电视及分段压水试验，精确定

16、量确定导水能利用钻孔孔内电视及分段压水试验，精确定量确定导水能力力 12.4 12.4 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法 单个大裂隙（断层）的专门调查单个大裂隙（断层）的专门调查 除了通常的调查统计外，还需要孔内电视、压水试除了通常的调查统计外，还需要孔内电视、压水试验以及示踪试验等验以及示踪试验等 裂隙统计数据的校正裂隙统计数据的校正 12.4 12.4 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法 关于裂隙长度统计误差：关于裂隙长度统计误差： 短小裂隙被忽略，使裂隙平均长度偏大，裂隙密短小裂隙被忽略，使裂隙平均长度偏大，裂隙密度偏小；要统一规定，避免人为统计差异；度偏小；要统一

17、规定，避免人为统计差异； 大裂隙在观测线或观测面上出现的概率大，使统大裂隙在观测线或观测面上出现的概率大，使统计值偏大；计值偏大； 难以找到范围足够大且适合测量裂隙完整长度的难以找到范围足够大且适合测量裂隙完整长度的空间；空间； 12.4 12.4 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法n裂隙水的模型化方法裂隙水的模型化方法 等效多孔介质方法等效多孔介质方法 把裂隙介质近似概化为孔隙介质，用连续的多孔把裂隙介质近似概化为孔隙介质，用连续的多孔介质的理论来研究非连续裂隙介质的问题。介质的理论来研究非连续裂隙介质的问题。 条件：条件：大范围内两种介质系统总体导水能力相大范围内两种介质系统总体

18、导水能力相等等 （流量及水头损失都相等）（流量及水头损失都相等） 12.4 12.4 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法水力学中，平直光滑裂隙的导水能力用立方体定水力学中，平直光滑裂隙的导水能力用立方体定律计算：律计算：q: 单宽流量单宽流量 I：水力梯度：水力梯度 ：水的密度：水的密度g: 重力加速度重力加速度 ：水的动力粘滞系数：水的动力粘滞系数B：裂隙张开宽度：裂隙张开宽度312BgIq 12.4 12.4 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法 此方法中，介质仍保留各向异性。此方法中，介质仍保留各向异性。 各向异性的处理：渗透椭圆和渗透椭球体各向异性的处理：渗透椭圆和渗

19、透椭球体 12.4 12.4 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法 12.4 12.4 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法 双重介质方法双重介质方法 适用于适用于两种导水能力相差悬殊的空隙空间并存的两种导水能力相差悬殊的空隙空间并存的裂隙介质裂隙介质 分别用两种等效的多孔介质去近似代替大小悬殊分别用两种等效的多孔介质去近似代替大小悬殊的两种空隙的两种空隙 ，称为双重介质方法称为双重介质方法 两种空隙空间分别刻画，各自有独立的参数，但两种空隙空间分别刻画，各自有独立的参数，但两种空隙存在水力联系，可以进行水量交换两种空隙存在水力联系，可以进行水量交换 仍属于连续介质方法范畴仍属于连续介质方法范畴 12.4 12.4 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法 非连续裂隙网络方法非连续裂隙网络方法 在精确描述裂隙，特别是导水裂隙的基