第9章-裂隙水课件

第九章裂隙水第一节裂隙水的特点第二节

构造裂隙水第三节

断层带的水文地质意义第四节

裂隙介质的研究方法裂隙水：赋存于坚硬、半坚硬岩石裂隙中的重力水。特点：（1）埋藏和分布具有不均一性和一定的方向性——有的地方打井有水，有的地方无水（2）基岩裂隙含水层的形态多种多样——裂隙水含水系统的迭置与独立（3）明显受地质构造因素控制——地质构造发育地带是富水地段（4）水动力条件比较复杂——KX≠KY裂隙水特点第一节裂隙水的特点按含水裂隙的产状脉状裂隙水层状裂隙水当岩层中张开裂隙比较密集均匀且相互连通时，其中水的分布较为均匀，性质上与孔隙水接近。（1）埋藏和分布具有不均一性和一定的方向性（2）基岩裂隙含水层的形态多种多样——裂隙水含水系统的迭置与独立（3）明显受地质构造因素控制——地质构造发育地带是富水地段（4）水动力条件比较复杂——KX≠KY裂隙水的特点、裂隙水含水系统岩石裂隙类型按开裂程度分类开裂隙闭裂隙隐裂隙按成因分类成岩裂隙构造裂隙风化裂隙应力释放裂隙人工裂隙成岩裂隙发育的，风化裂隙层明显的裂口张开，含水空间大，水量多侵入岩沉积岩岩浆岩Q节理（横节理）S节理（纵节理）参见风化裂隙L节理（层节理）喷发岩的裂隙常呈层状分布，当其出露地表接受大气降水补给时，多形成潜水。岩脉及侵入岩体接触带，成岩裂隙特别发育，常构成成岩裂隙承压水。如安微马鞍山铁矿坑道掘进遇到铁矿脉与闪长岩接触带，坑道涌水量由200吨／昼夜增加到1400吨／昼夜，穿过此带，涌水量又恢复到原有大小。成岩裂隙水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）风化裂隙水河北宣化，风化裂隙深度20～50m，其中泉水出露较为普遍，涌水量一般为0.1~3升/秒，常年涌水。福建漳州花岗岩中有一钻孔，0－25米强风化带裂隙被充填，此段涌水量仅为0.125升/秒，25—45米为半风化带，涌水量增至0.45升/秒，45m以下为弱风化带，涌水量又降到0.16升/秒。补给来源主要是大气降水，受气候、植被、地形的影响。矿化度较低，属HCO3-型水。影响因素：

岩性

气候

地形

以化学风化为主时，分为三带：

（1）全风化带

（2）半风化带

（3）微风化带风化裂隙水透水性及含水性比较强由于地壳中的岩石部分解除应力，失去平衡所产生的破坏裂隙。

（1）卸荷裂隙（减压裂隙）

（2）塌陷裂隙

（3）滑坡裂隙

应力释放裂隙裂隙组合形式网状组合脉状组合网脉状组合第二节构造裂隙水构造裂隙：在地壳运动过程中岩石在构造应力作用下产生的，是裂隙水研究的主要对象。张性裂隙扭性裂隙压性裂隙受力张应力剪应力压应力和剪应力节理张节理扭节理劈理板理片理特点开裂隙闭裂隙隐裂隙断层张性断层扭性断层压性断层特点正断层平移断层逆、逆掩断层含水空间大含水空间小导水能力强导水能力弱岩石（层）力学性质——决定了受力后的破坏形式。性质—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

脆性岩石：以块状致密石灰岩、非泥质胶结的砂岩为代表,岩石主要呈现弹性形变，破坏时以拉断为主

结构（厚层，互层等）构造应力——应力集中，裂隙发育，岩层透水性好的部位

大小，应力频率，性质(压剪性\张拉性)

构造部位层状破坏层状受力一、裂隙发育规律的控制因素岩性变化与裂隙率及涌水量的关系层状夹层脆性岩层裂隙发育特征图中-岩层：脆性岩层（厚层状与薄层状）；塑性岩层；张开裂隙；井及地下水位；无水干井；脉状裂隙水

层状裂隙水

脉状裂隙水

层状裂隙水

岩性变化与裂隙率及涌水量的关系1-横裂隙;2-斜裂隙;3-纵裂隙;4-层面裂隙;5-顺层裂隙层状岩层构造裂隙示意图裂隙含水系统：是指一定范围内相互连通的不同级次的裂隙所构成的空隙网络二、裂隙含水系统裂隙网络(a)单个裂隙(b)裂隙网络裂隙级次：微小裂隙（原生和次生的）几十~十几条/m隙宽小中裂隙（顺层的）几条/m隙宽达几mm大裂隙（巨裂隙）空间一定延伸，隙宽度大，如断层，可达1条/几米二、裂隙含水系统——裂隙级次发育不同级次的裂隙岩体三、不同级次裂隙的作用作用

§微裂隙→储水，裂隙率较大

§中裂隙→连通作用，储水导水作用

§大裂隙→传输地下水中起控制作用应用：

§矿坑\基坑排水、洞室开挖\文物保护、供水在官厅水库一带的震旦纪雾迷山灰岩中进行群孔抽水试验时，发现不同方向上渗透系数相差很大，有的方向上小于3米／昼夜，有的方向上却大于69米／昼夜。因此仅仅用裂隙率或平均渗透系数描述裂隙岩层的透水也往往不足以说明问题。四、裂隙渗流场与孔隙渗流场的比较裂隙渗流场：——等效多孔介质

裂隙水运动平面图裂隙水运动剖面图

裂隙水流动系统与孔隙水流动系统裂隙渗流场等效多孔介质

(a)-(c)平面等效

(b)-(d)剖面等效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裂隙介质小结(1)空隙网络是复合的树状结构(脉、枝、干构成)(2)打在脉上只能抽取或排出有限的水(3)打在干上才能抽取或排出大量的水第三节断层带的水文地质意义一、断裂带的导水性——影响因素断层两盘岩性：（张性断层）脆/脆——导水

发育于脆性岩层中的张性断裂，断裂带为疏松多孔的构造角砾岩，两侧为张开度及裂隙率都增大的裂隙增强带，具良好的导水能力。

脆/塑——部分导水塑/塑——不导水

发育于塑性岩层中的张性断裂，构造岩夹有大量泥质，两侧的裂隙增强不明显，往往导水不良甚至隔水。

断层的力学性质：张性断裂带导水（与断层两盘岩性有关）

压性断裂带不导水二、断裂带的水文地质意义贮水空间作用由断层及其裂隙增强带构成的局部的带状贮水空间钻孔或坑道揭露此类断层时，初期涌水量及水压可能较大，但迅即衰减，以至干涸。

集水廓道作用发育在透水围岩中的断层，不仅是贮水空间，还兼具集水廊道的功能。钻孔或坑道揭露断层带时，水位下降波及整个断层带，形成延展相当长的水位低槽，断层带就像集水廊道，汇集广大范围岩体裂隙中的水，往往涌水量大而稳定。

导水通道作用隔水屏障作用---阻水作用（隔水边界）二、断裂带的水文地质意义导水通道作用导水断层沟通若干个含水层或（及）地表水体时，断层带兼具贮水空间、集水廊道与导水通道的功能。钻孔或坑道揭露时，断层带将各个水源的水量，源源不断地导入，形成涌水量极大且长期保持稳定的特点。

隔水屏障作用---阻水作用（隔水边界）在厚层状隔水层且断层断距较大的，原来连通的含水层被切割成为相对独立的块段。这种含水块段与外界的水力联系减弱，甚至断绝，而有利于排水疏干而不利于供水。

二、断裂带的水文地质意义山东淄博盆地，1935年3月，开采石炭纪煤层的巷道遇到一个大断层，奥陶纪灰岩中丰富的岩溶水沿着断层喷涌，迅速淹没全矿，在20公里以外的大泉因补给水源转入矿坑而一时断流。此时，断层兼具贮水空间，集水廊道与导水通道的作用，而以导水通道的作用为主褶曲伴生裂隙的导水作用

(1)平行主应力的横张裂隙导水性强；

(2)褶曲轴部，特别是向斜轴部的纵张裂隙常常是底板突水的通道，张裂隙常常是底板突水的通道。

(3)褶曲形成过程中产生的层间裂隙有利于灰岩中岩溶的发育和地下水的汇集与运移。

不适宜的煤层开采，会使采动导水裂隙带发育到地表，砂层中的水全部漏入地下采空区，地下水位急剧下降，地面沙漠化加剧（大柳塔矿某工作面）

第四节裂隙介质的研究方法1、裂隙的测量①现场水力试验法②裂隙测量法……等等2、岩体空隙类型与裂隙级次分析①原生空洞与裂隙——微小-中小②次生裂隙与断裂——小-特大（构造裂隙\风化裂隙）

由微小~中大~特大多级裂隙系统3、裂隙岩体渗透系数的计算与变化规律分析

4、裂隙系统的三维构建5、裂隙水流分析与模拟本章小结（1）裂隙水的特征与不同类型的裂隙成因有关。（2）风化裂隙与成岩裂隙的主要特征是它们分布的局限性。风化裂隙近地表一定深度，规模有限；有水文地质意义的成岩裂隙，一般限于火成岩的侵入或喷发岩类，也包括岩脉