第十二章裂隙水

第十二章裂隙水（fracturewater）本章内容11.1成岩裂隙水11.2风华裂隙水11.3构造裂隙水11.4裂隙介质及其渗流11.5裂隙野外调查方法11.6裂隙水的研究方法11.7断层的水文地质意义第十二章裂隙水概述裂隙水:

贮存并运动在基岩裂隙系统中的地下水。强烈的不均匀性和各向异性；水力联系的统一性比较差。第十二章裂隙水1、裂隙水的分类坚硬基岩在应力作用下产生各种裂隙：成岩过程中形成成岩裂隙－成岩裂隙水；构造应力产生构造裂隙－构造裂隙水；风化作用可形成风化裂隙－风化裂隙水。

2、裂隙水的特征（与孔隙水相比）①、裂隙水空间分布不均匀，局部发育，呈脉状分布，导致同一岩层中相距很近的钻孔，水量悬殊；②、一般第三方向不发育，空间展布具有方向性（不同方向发育差异）；③、水力联系不连续（裂隙连通性较差，很难形成统一的含水层。当不同方向相连通时—裂隙网络。若岩层中裂隙密集，裂隙网络发育时形成层状裂隙水）。④、坚硬基岩的裂隙率，要比松散岩石的孔隙度小一到两个数量级。

12-1成岩裂隙水

一、成岩裂隙岩石在成岩过程中受内部应力作用而产生的原生裂隙。二、成岩裂隙的基本特征

1、陆地喷溢的玄武岩成岩裂隙最为发育。岩浆冷凝收缩时，由于内部张力作用产生垂直于冷凝面的六方柱状节理及层面节理。裂隙张开且密集均匀，连通良好，构成层状裂隙含水层。玄武岩致密块状构成隔水层，柱状节理发育时透水，而气孔发育连通性差的多构成隔水层。

2、侵入岩接触带处形成的裂隙含水层。岩浆冷凝收缩，以及运动产生应力，常形成近乎垂直的带状裂隙含水层。熔岩冷凝时留下喷气孔道，或表层凝固下部熔岩流逝而形成熔岩孔洞或管道。孔道洞穴最大直径可达数米，会出现掉钻，可获可观水量。

3、孤立的成岩气孔经过后期改造后可以成为统一的含水层。

4、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。12-2风化裂隙水

一、风化裂隙暴露于地表的岩石，在温度和水、空气、生物等风化营力作用下，形成的裂隙。

二、风化壳与风化裂隙水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、连通性好的裂隙网络。风化裂隙带呈壳状分布，一般厚数米到数十米。母岩构成隔水底板，所以风化裂隙水一般为潜水；被后期沉积物履盖的古风化壳，可为承压水或半承压水。12-2风化裂隙水

有些情况下，表层风化带的渗透性小于深部风化带，可能形成风化裂隙承压水。12-2风化裂隙水三、风化裂隙的发育受岩性、气候和地形的控制

1.岩性：单一矿物组成的岩石不易风化，所以裂隙很难发育，多种矿物组成的岩石（花岗岩、片麻岩等）易于风化，裂隙水较多。泥质岩石虽易风化，但风化后裂隙易被土状风化物充填因而也不导水。

2.气候：干燥而温差大地区易于形成风化裂隙，而潮湿炎热气候区不易形成风化裂隙。

3.地形：地形平缓，剥蚀和搬运作用微弱地区有利于风化壳发育和保存，再加上地形利于汇水，则能形成规模较大能常年提供一定水量的风化裂隙含水层。四、特征风化裂隙含水层水量不大，就地补给、就地排泄，旱季泉流量变小甚至干涸，雨季泉流量增大甚至冒出。此外，由于水流切割和人工开挖，以前深埋的闭合裂隙可能由于上部荷载减小而形成张开性好、裂隙率高的风化裂隙，构成风化裂隙水，这类水的透水性也比较好。12-3构造裂隙水

一、构造裂隙岩石在构造应力作用下形成的裂隙。它是最常见、分布最广的裂隙，也是构造裂隙水研究的主要对象，具有强烈的非均匀性和各向异性。二、构造裂隙的分类

1、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，常形成闭合的乃至隐蔽的裂隙。这类岩石的构造裂隙往往密度很大但张开性差，缺少贮存及传输的“有效裂隙”，多构成相对隔水层。只有当其暴露于地表，经过卸荷及风化改造后才具有一定的贮水及导水能力。

2、块状致密石灰岩和钙质胶结砂岩可作为脆性岩石的代表。岩石主要呈现弹性形变，破坏时以拉断为主；裂隙稀疏，但张开性好，延伸远，导水能力好。

构造裂隙的渗透性与岩相有关，岩石颗粒越粗，裂隙越发育，渗透性越大。3、粗粒碎屑岩的裂隙发育取决于粒度及胶结物。

粒度：粗颗粒的砂砾岩，裂隙张开性优于细粒的粉砂岩。

胶结物：钙质胶结者显示脆性岩石特征；泥质及硅质胶结的与塑性岩石相近；

三、应力集中，裂隙发育，岩层透水性也好

1、背斜轴部常较两翼富水；

2、断层带附近往往格外富水；

3、夹于塑性岩层中的薄层脆性岩层，往往发育密集而均匀的张开裂隙。褶皱时被拉断形成张裂隙。

4、透水性通常随深度增大而减弱。深度大，围压增大，地温上升，岩石的塑性加强，裂隙张开性较差。

层状岩石裂隙的发育方向、张开度和密集程度，与构造部位密切相关。横裂隙1—张性的，张开宽度最大，延伸不远，呈两端尖灭的透镜体状。斜裂隙2—延伸长度和张开性都较差，一般为两组共轭剪节理，而且是一组发育，另一组不发育。纵裂隙3—导水性好，延伸远，裂隙密集。层面裂隙4和顺层裂隙5。

夹于塑性岩层中的薄层脆性岩层，往往发育密集而均匀的张开裂隙。褶皱时被拉断形成张裂隙。

四、裂隙含水层及特征主干裂隙延伸广阔，可连通不同层面裂隙和大范围小裂隙，水量较大。如果存在更高级次的导水断裂，将若干主干裂隙串通，则可形成更大规模的含水裂隙网络。应力集中的部位，裂隙常较发育，岩层透水性良好。同一裂隙含水层中，背斜轴部常较两翼渗透性好，倾斜岩层较平缓岩层渗透性好，断层带附近往往格外富水。岩性无明显变化的岩体（例如典型的花岗岩、片麻岩等），裂隙发育状况及透水性通常随深度增大而减弱（如P132图12.5所示的锦屏地区水电站右岸大理岩渗透系数随深度变化曲线）。12-4裂隙介质及其渗流一、裂隙及其裂隙网络单个裂隙可概化为一个椭圆形饼状的三维空间。单独裂隙很难构成连续导水空间，只有当不同方向裂隙相互交切形成裂隙网络时，才构成能够传输地下水的导水介质。12-4裂隙介质及其渗流鉴于裂隙具有定向性，所以在进行裂隙观察、测量、试验和统计分析时，一定要注意避免失真。大多数情况下，构造裂隙含水系统，在空间上呈现为张开性及延伸性不同的裂隙构成的多级次裂隙网络。组成导水网络的裂隙大体分为3个级别：微小裂隙—起储水功能，中裂隙—储水导水功能，大裂隙—导水功能。12-4裂隙介质及其渗流二、裂隙水流的基本特征

裂隙水量经常表现出明显的不均匀性和突发性。

裂隙水量之所以相差悬殊，正是由于裂隙含水系统是不同级次裂隙的集合体，而同一岩层有可能包含着若干个规模不同、互不联系的裂隙含水系统。

所以在裂隙岩层中打两个相距很近的钻孔用来确定地下水的水力梯度、流向和流速等都不可靠。12-5裂隙野外调查方法一、岩层（岩体）裂隙野外调查统计：

1裂隙产状统计及裂隙分组：先选统计窗，再测每条裂隙的产状，然后赤平投影，最后把测量数据整理成裂隙极点密度图（见课本）。

2统计每组裂隙的线密度：统计垂直裂隙方向上每米的裂隙数，倒数即为裂隙间距。

3裂隙迹线长度统计：多数是从二维露头测量裂隙迹线的长度，由于裂隙多成椭圆饼状，不同露头上得到的迹线长度不等。

4裂隙宽度（张开度）统计：利用塞尺，但注意后期卸荷、开挖原因引起的裂隙不在统计之列，统计原始宽度，小于0.02mm为闭合裂隙。

5裂隙的导水能力：露头和巷道精度较低；是否流水和流水痕迹，定性说明导水能力；孔内电视和钻孔分段压水试验，可靠真实。12-5裂隙野外调查方法二、岩层裂隙误差原因

1.实际观测时，短小裂隙被忽略，使统计得到的裂隙平均长度偏大，裂隙密度偏小。其中忽略一定规模以下的裂隙引起的误差不严重，但是人为引起的误差很大。

2.大的裂隙在观测线或观测面上出现的概率大，使其统计值偏大。

3.野外或工程开挖面，往往难以满足范围足够大而又适合于测量裂隙完整长度的空间，这是裂隙长度统计缺乏可信性的最大原因。三、裂隙统计误差裂隙在观测面上有3种出露情况：要么裂隙两个端点都落在观测窗内，这时测得裂隙迹线长度准确，要么一个在，一个因为截断而不见，要么两端均被观测窗边界截断而不可见，这两种都只能推测裂隙实际长度。12-6裂隙水的研究方法

一、等效多孔介质方法把非连续的裂隙系统假设为连续的孔隙系统。

12-6裂隙水的研究方法

二、双重介质方法强渗透性裂隙系统----连续介质1

微裂隙和基岩孔隙----连续介质2

双重介质

=

连续介质1+连续介质2

两者存在水力交换12-6裂隙水的研究方法

三、非连续介质方法建立裂隙网络模型，计算每条裂隙的水流状态。12-7断层的水文地质意义断裂带是应力集中释放造成的破裂形变，大的断层延伸数百千米，宽达数百米，切穿若干岩层，构成具有特殊意义的水文地质体。发育于脆性岩层中的张性断裂，中心部分多为疏松多孔的角砾岩，两侧一定范围都为张开度和裂隙率都增大的裂隙增强带，导水能力很好。发育于含泥质较多的塑性岩层中的张性断裂，构造岩加有大量泥质，两侧的裂隙增加不如