地下水的赋存

地下水的赋存第1页/共57页2.1.1孔隙

孔隙:描述有：孔隙的大小，多少，形状，连通与分布松散土体宏观上可以分为2大类：砂性土与粘性土类一、砂砾石孔隙大小及其影响因素试样

a—砾石(模型)，试样b—砂土样品，试样c—砂砾混合样品？试样a与b构成的孔隙哪种大？哪种小？颗粒大小----有关？简单归纳---砂砾石土孔隙大小与什么有关？

颗粒大小、排列方式（立方体或四面体）、分选程度、胶结程度、颗粒形状孔隙大小特征的描述：孔喉(d)d=0.414D

孔腹(d’)d’=0.732D(上述为：立方体排列的理想等径园球颗粒）下一页第2页/共56页

牛牛文库文档分享第2页/共57页孔隙与粒径关系a—砾石(模型)b—砂土样品c—砂砾混合样品第3页/共56页

牛牛文库文档分享第3页/共57页颗粒排列-等径圆球最疏松和最紧密排列第4页/共56页

牛牛文库文档分享第4页/共57页立方体排列与四面体排列第5页/共56页

牛牛文库文档分享第5页/共57页立方体排列与

四面体排列DdDd第6页/共56页

牛牛文库文档分享第6页/共57页二、砂砾石的孔隙度及其影响因素

孔隙度：一定体积岩石中的孔隙体积与该岩石总体积（包括颗粒骨架与空隙在内）之比。。通常用n表示：孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标？问：孔隙度的大小与什么有关？——与颗粒大小有关？

a.排列方式——紧密与疏松

b.分选程度——下面试样哪个孔隙度大？哪个小？

试样：①砾石②砂石③混合样完全混合试样时，孔隙度n混=n砾×n砂（自己推导证明）

C.颗粒形状

D.胶结情况影响孔隙度大小的主要因素是试样的排列和分选程度。孔隙度的测定方法下一页第7页/共56页

牛牛文库文档分享第7页/共57页不同颗粒大小的试样——孔隙度？不同排列：最松散排列：n=47.64%最紧密排列：n=25.95%第8页/共56页

牛牛文库文档分享第8页/共57页孔隙大小和孔隙多少对地下水的影响？孔隙大小：孔喉——地下水的运动孔腹孔隙多少：孔隙度——地下水的赋存第9页/共56页

牛牛文库文档分享第9页/共57页2.1.1孔隙自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同松散岩石孔隙度参考数值矛盾：孔隙度超过最疏松排列的47.64%—达到70%第10页/共56页

牛牛文库文档分享第10页/共57页3、粘性土的孔隙与孔隙度粘土颗粒粘性土是指土体颗粒＜0.005mm的直径“粘性土由于颗粒细小，比表面积大，连结力强粘粒在悬浮推移互相接触时，就会连结起来形成“粘粒团”细小粘粒集合（团）构成（称为）颗粒集合体。集合体与集合体结合构成粘性土的沉积结构特征粘土孔隙粘性土如同海绵、峰窝或絮状结构结构孔隙——集合体与集合体、粘粒与粘粒之间次生孔隙——虫孔、根系孔、裂隙裂痕等2.1.1孔隙——粘土下一页第11页/共56页

牛牛文库文档分享第11页/共57页蒙脱石、片状粘土矿物——淤泥粘土×2000第12页/共56页

牛牛文库文档分享第12页/共57页×36×240×800粘性土的结构，不同比例电镜扫描片第13页/共56页

牛牛文库文档分享第13页/共57页2.1.2裂隙裂隙：是坚硬岩石中的空隙。

固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，而存在有各种内外力作用下产生的裂缝（缝隙） 风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙裂隙：空间形态是两向延伸长，横向延伸短的“饼状”空隙单个裂隙是孤立的裂隙岩体：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括：

1)裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）

2)张开性（裂隙宽度）

3)裂隙率第14页/共56页

牛牛文库文档分享第14页/共57页

裂隙率：Kr就是岩石中的裂隙体积（Vr）与岩石总体积（V）之比：Kr、Ka

、Kl—裂隙率、面裂隙率、线裂隙率。第15页/共56页

牛牛文库文档分享第15页/共57页裂隙率的测量水泡法测体积裂隙率：在岩石露头或巷道中测量面裂隙率利用钻探岩芯测线裂隙率第16页/共56页

牛牛文库文档分享第16页/共57页溶穴在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果

——是扩大了的裂隙溶穴：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等岩溶岩体：要描述裂隙特征及岩溶发育特征（裂隙+溶洞）1）岩溶发育方向2）溶蚀率--钻孔岩溶发育程度3）溶洞（方向、规模等）2.1.3溶穴

第17页/共56页

牛牛文库文档分享第17页/共57页空隙特征的比较含水介质——由各类空隙所构成的岩石称为含水介质，也称为介质场。含水介质的空间分布与连通特征（孔隙含水介质、裂隙含水介质、溶质含水介质）是不同的，三种主要类型的含水介质比较：连通性—孔隙介质最好，其它较差空间分布—孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不均匀孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊空隙渗透性—孔隙介质-各向同性，裂隙与溶穴-各向异性造成空隙介质上述差异的主要原因：沉积物形成和空隙形成的环境2.1.4空隙特征的对比第18页/共56页

牛牛文库文档分享第18页/共57页孔隙、裂隙和溶穴的区别

孔隙裂隙溶穴分布较均匀各向同性连通性好分布不均各向异性连通性不好分布最不均匀各向异性更强连通性最差第19页/共56页

牛牛文库文档分享第19页/共57页2.2岩石中水的存在形式存在形式：气态固态液态设想实验：材料（玻璃珠子、细管）+水（水杯）2个玻璃珠子之间滴上几滴水在饱水试样中取1颗和2个颗粒将玻璃细管插入水中，取出，管中残留水？通过上述3例及图示→空隙中水的存在形式：结合水重力水毛细水气态水固态水第20页/共56页

牛牛文库文档分享第20页/共57页第21页/共56页

牛牛文库文档分享第21页/共57页2.2.1结合水结合水定义：受到固相表面的吸引力大于其自身重力的水。附着于固体表面，在自身重力下不能运动。即结合水具有一定的抗剪强度？抗剪强度的产生与大小与什么有关

表面引力—服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱性质结合水具有固态和液态水的双重性质；即自身重力作用下不能运动，在外力作用下能够移动（运动）及变形；具有抗剪强度。结合水第22页/共56页

牛牛文库文档分享第22页/共57页2.2.1结合水分类强结合水（吸着水）——最靠近颗粒表面的结合水 厚度为几个到几百个水分子厚，静电引力达1000MPa，密度为2g/cm3,冰点为-78℃；粘滞性、抗剪强度、弹性大。弱结合水（薄膜水）——位于强结合水外侧 厚度为几十个到几千个水分子厚，静电引力小于1000MPa，密度为1.3-1.7g/cm3,冰点仍低于0℃； 粘滞性抗剪强度、弹性小于强结合水。意义

1.只要有固相表面就存在结合水，存在范围广，其量很小（结合水膜很薄），当孔隙直径小于2倍结合水膜厚度时，孔隙中只含有不能自由运动的结合水（又称无效空间）。

2.弱结合水可以慢慢地流动，弱结合水的这个性质对岩石中地下水的分布有一定的意义，它能使水分从湿度大的地方向湿度小的地方运动。结合水与重力水结合水第23页/共56页

牛牛文库文档分享第23页/共57页结合水与重力水

表面引力—服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱重力水第24页/共56页

牛牛文库文档分享第24页/共57页重力水远离固相表面，水分子受固相表面吸引力的影响极其微弱，主要受重力影响。重力影响下可以自由运动地层内岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通过泉，或井流出（抽出）重力水是水文地质学研究的主要对象，也是勘察的主要对象2.2.2重力水第25页/共56页

牛牛文库文档分享第25页/共57页1.毛细力的产生：凹液面在气压下产生表面张力，使水向上运动重力使水向下运动当二者平衡时，液面不再上升毛细力的方向：作用方向始终指向弯曲液面的凹侧凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的毛细力的大小：

一根毛细管子，管径越小，毛细力越大；反之亦然2.2.3毛细水第26页/共56页

牛牛文库文档分享第26页/共57页2.2.3毛细水2.毛细上升高度及其影响因素上升高度：影响因素：毛细孔隙的大小——孔隙直径或裂隙宽度（粘土：6-12m）岩石的矿物成分：D=0.25-0.1mm，云母砂：65.8cm，石英砂：56cm，长石砂49.2cm水的温度（粘滞性）毛细上升速度及其影响因素

毛细孔隙的大小上升时间水的矿化度：一般情况下，毛细上升速度虽矿化度的增大而减小。

L是随着时间的增大而增大的，t小时，L很小，所以v很大。第27页/共56页

牛牛文库文档分享第27页/共57页3.毛细水的存在形式（分类）在岩石空隙中，毛细水的存在形式可分为三种：a)支持毛细水

在地下水面支持下存在的（附着水面上的），随地下水升降而升降。b)悬挂毛细水（suspensioncapillarywater）

脱离水面，岩石细小孔隙中保留的水分，称为悬挂毛细水

思考：一个等径园管，如果支持毛细水高度为

hc，悬挂毛细水高度？c)孔角毛细水（触点毛细水）2.2.3毛细水支持与悬挂毛细水孔角毛细水第28页/共56页

牛牛文库文档分享第28页/共57页毛细水，孔角毛细水第29页/共56页

牛牛文库文档分享第29页/共57页支持毛细水与悬挂毛细水第30页/共56页

牛牛文库文档分享第30页/共57页2.2.4气态水运动：岩石空隙中的气态水和大气中的气态水类似，性质也是相同的。这些气态水受到蒸汽张力差，也就是水汽压的作用，由水汽压大的地方向水汽压小的地方运动。凝结：空气中的水汽过饱和之后就会形成降水，岩石内的水汽也一样。当水汽达到饱和状态，或者是温度下降达到露点时，水汽便开始凝结，成为液态水。——改变地下水的分布第31页/共56页

牛牛文库文档分享第31页/共57页2.2.5固态水固态水：以固体冰形式存在于岩石空隙中的水称为固态水。注意，冻结岩石中不是所有的水都成固态状态，结合水尤其是强结合水，冰点比较低，在没有达到冰点之前，仍以结合水的形式存在。第32页/共56页

牛牛文库文档分享第32页/共57页2.2.6矿物水矿物水：存在于矿物晶体内部或者晶格之间的水，又称为化学结合水，包括沸石水、结晶水、结构水等。沸石水：以水分子形式存在于矿物晶格孔隙之中的水。结晶水：以水分子的形式进入矿物的晶格骨架，并成为某些矿物的组成成分时，叫结晶水结构水：结构水是以H+和OH—的形式存在于矿物结晶格架中的水，在矿物中并保持水分子的结构。

第33页/共56页

牛牛文库文档分享第33页/共57页2.2空隙中的水——小结小结岩石空隙中的水——有三种存在形式三种形式的水有差异——与受力状态有关自己总结、比较——加深理解____有比较就会有记忆第二节空隙中的水结束第34页/共56页

牛牛文库文档分享第34页/共57页2.3岩石的水理性质

岩石（包括骨架与空隙在内的总称）岩石的水理性质：岩石与水接触过程中，岩石表现出来的控制水分活动的各种性质。（容水性、持水性、给水性和透水性） 就是水文地质学主要涉及到与水分储容、释出与运移有关的性质2.3.1容水性：岩石具有能容纳一定水量的性能称为岩石的容水性。

容水度（Wn）是岩石所能容纳水的体积（Vn）与岩石总体积（V）之比：

反映岩石最大含水能力

容水度和孔隙度：

孔隙度——n;容水度——Wn？

Wn=n

注意：膨胀粘土

含水量—： 岩石样实际保留水分的状况，（是某岩样某时的含水状态）第35页/共56页

牛牛文库文档分享第35页/共57页2.3.2持水性持水性：岩石在重力作用下，排出重力水后仍能保持一定水量的性能称为岩石的持水性。持水度（Wm）：在重力作用下岩石空隙所能保持的水的体积与（Vm）与岩石的总体积（V）之比：影响因素：岩石颗粒对水的吸引力（颗粒大小）重力排水后岩石能够保持的水：主要是结合水、孔角毛细水、有时有支持毛细水、悬挂毛细水）第36页/共56页

牛牛文库文档分享第36页/共57页2.3.3给水性给水性：饱水岩石在重力作用下能自由流出（排出）一定水量的性能，称为岩石的给水性。给水度：在重力作用下，从饱水岩石中自由流出的水的体积与岩石总体积之比。给水度、容水度及持水度有如下关系：给水度（µ）=容水度（Wn）－持水度（Wm）第37页/共56页

牛牛文库文档分享第37页/共57页影响因素：

砾石、粗砂、细砂、粉砂，哪种样给水度大？岩性：空隙大的样品，给水度大，μ≈n

砾＞粗砂＞…＞粉砂——（与粒径有关）地下水位初始埋深（H0）当地下水位初始埋深大于支持毛细水带高度时H0＞＞hc,可达最大μ值H0＜＜hc时，地下水位下降时，原重力水大多转化为支持毛细水，土层给水量大大降低，μ变小。与地下水位下降速度有关 地下水位下降快慢会影响到μ的大小

——（下降快μ<μ理、下降慢μ→μ理）

这是因为释水滞后，而导致的释水量减少

d）土层结构（均质、非均质）第38页/共56页

牛牛文库文档分享第38页/共57页均质土包气带水分分布第39页/共56页

牛牛文库文档分享第39页/共57页给水度小结——野外实际测定时：颗粒越小，μ↓初始埋深小于hc时，埋深愈浅，μ↓水位降速愈快，μ↓给水度小结第40页/共56页

牛牛文库文档分享第40页/共57页2.3.4透水性透水性：岩石允许水透过的性能称为岩石的透水性。渗透系数反映土透过水的能力决定透水性强弱的因素：空隙的大小

空隙的数量第41页/共56页

牛牛文库文档分享第41页/共57页小结一般来说，空隙越大，给水性越好，透水性就越强，持水性就越弱，（水都给出去了，当然持有的水就少了）；相反空隙越小，持水性越好（水都留在了里面），给水性及透水性就减弱了。注意：同一种岩石在不同的方向上透水性也会不同。第42页/共56页

牛牛文库文档分享第42页/共57页2.4含水层与隔水层

岩层的含水性，根据岩层给水与透水能力而进行划分的2.4.1含水层与隔水层的概念

含水层：

是能够透过并给出相当数量水的岩层——各类砂土，砂岩等（储存、运动）

隔水层：不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层——裂隙不发育的页岩、粘土（致密）

弱透水层：

渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层——松散岩土的亚粘土层第43页/共56页

牛牛文库文档分享第43页/共57页含水层的构成构成含水层的必要条件，也就是含水层的三要素

具有储存重力水的空间具备储存地下水的地质构造

有两种基本形式： （1）透水—含水—隔水 （2）隔水—含水—隔水具备充足的补给来源第44页/共56页

牛牛文库文档分享第44页/共57页储存重力水的空间构成含水层，首先要具有良好的储水空间。岩层的空隙愈大、数量愈多、连通性愈好，则透水性能就愈好，重力水就愈易渗入及流动，有利于形成含水层。对于孔隙度较大，但孔隙细小的粘性土，多为结合水不能构成含水层，只有当粘性土中发育有较好的裂隙时，才有可能构成含水层。如河南驻马店一带粘土岩是农业灌溉供水较好的含水层；又如山东济南附近的粘土，其质地非常坚硬，干裂收缩之后，裂隙很发育，成为很好的含水层。第45页/共56页

牛牛文库文档分享第45页/共57页具备储存地下水的地质构造岩层具备了储水空间，有良好的透水性，还必须具备地质构造条件，利于地下水的聚集及储存。要：有隔水（不透水或弱透水）层存在，以免重力水向下、向侧向流失。如分布于向斜构造的透水层与隔水层组合，往往构成良好的含水层。透水层：透水而不含水的岩层。如南京雨花台砾石层；石灰岩地区的干溶洞，强烈透水但不储水

第46页/共56页

牛牛文库文档分享第46页/共57页第47页/共56页

牛牛文库文档分享第47页/共57页充足的补给来源岩层具备了良好的储水空间和构造条件，但如果水源不足，仍不能成为含水层。如果一个岩层中的地下水量有限，不能作为大型供水水源，但对小型供水，特别是在缺水地区有一定供水意义时，仍可划为含水层。第48页/共56页

牛牛文库文档分享第48页/共57页2.4.2概念的相对性隔水层只是相对含水层而言的，并没有截然的界限，自然界中没有绝对的不透水层，只有透水性强弱之分，对那些透水性小，含水少的岩层就可以划分为隔水层。（实际应用）含水层的相对性还表现在它所给出的水是不是有实际价值：如果一个岩层中的地下水量有限，不能作为大型供水水源，但对小型供水，特别是在缺水地区有一定供水意义时，仍可划为含水层（理论）含水与隔水的相对性还表现在，在外界条件发生变化时，含水层和隔水层可以互相转化。（时空概念）

现在进行水文地质计算、模拟时，不再简单二分了，而是用模糊学的研究方法，给个隶属度1，0之间，可以为0.8,0.7,…0.3,表示“透水性”？第49页/共56页

牛牛文库文档分享第49页/共57页时间的相对性①②③④54321第50页/共56页

牛牛文库文档分享第50页/共57页2.4.3含水带、含水段、含水岩组与含水岩系含水带和含水段在含水极不均匀的岩层中，如果简单地把它们划归为含水层或隔水层，不合实际，特别是在裂隙或岩溶发育的基岩山区。应划分含水带或含水段。含水带：局部的、呈条带状分布的含水地段含水段：同一厚度较大的含水层，按其含水程度在剖面上划分的区段。如穿越不同时代、不同成因岩性的饱水断裂破碎带，可以划为一个含水带；又如某些含水很弱，厚度较大的岩层，在剖面上某些地段水量富集，划为含水段。如中奥陶统石灰岩，总厚度几百米，从上到下均含水，无典型隔水层存在，勘探阶段划为一个统一的含水层。在生产中却发现该石灰岩层含水并不均匀，有些地段裂隙、岩溶比较发育，水量也较大。进一步划分出强含水段、弱含水段及隔水段更符合客观实际。第51页/共56页

牛牛文库文档分享第51页/共57页2.4.3含水带、含水段、含水岩组与含水岩系含水岩组和含