水文与工程地质专业131岩石的空隙

地下水的赋存条件及特征岩石的空隙性地壳表层10km范围内，或多或少都存在着空隙，特别是浅部1~2km以内，空隙分布较为普遍。这就为地下水的赋存提供了必要的空间条件。按维尔纳茨基的形象说法，“地球表层就好似饱含着水的海绵〞。岩石空隙既是地下水的储存场所，又是地下水的运动通道。岩石空隙的大小、多少、连通程度及分布状况等性质，统称为岩石的空隙性〔图1-7〕。而正是这岩石的空隙性，决定着地下水的分布和运动特点，因而研究岩石的空隙性就成为研究地下水形成及其运动的根底。而空隙岩层又被称为介质。图1-7岩土的空隙1—分选良好，排列疏松的砂；2—分选良好，排列紧密的砂；3—分选不良的，含泥砂的砾石；4—经过局部胶结的砂岩；5—具有结构性孔隙的粘土；6—经过压缩的粘土；7—发育裂隙的基岩；8—具有溶隙及溶穴的可溶岩岩石空隙的差异，取决于空隙的成因。根据岩石空隙成因和空间形态的不同，空隙可以分为三类：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙，可溶岩石中的溶穴。孔隙松散〔半松散〕岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗粒集合体之间的空隙称为孔隙。孔隙的多少，决定了岩石储容水的能力，在一定条件下还影响向着岩石保持、释出和传输水的能力。岩石孔隙的多少用孔隙度〔孔隙率〕表示。孔隙度〔n〕是单位体积岩石〔包括孔隙在内〕中孔隙所占的比例。n表示孔隙度，V表示包括孔隙在内的岩土体积，Vn表示岩石中孔隙体积，那么：n=Vn或n=VnX100% 〔1-10〕V V孔隙度是个比值，通常用百分比表示，也可用小数表示。粗粒土〔砂、砾〕孔隙度的大小，孔隙度大小主要取决于颗粒排列情况及分选程度；另外，颗粒形状及胶结情况也影响孔隙度。对于粘性土，结构及次生孔隙常是影响孔隙度的重要因素。1排列方式图1-8颗粒的排列形式a一立方体排列；b—四面体排列为了说明颗粒排列方式对粗粒土孔隙度的影响，可以假设一种理想的情况，即颗粒均为大小相等的圆球。当其为立方体排列时〔图1-8,a〕，可算得孔隙度为％作四面体排列进，孔隙度仅为％〔图l-8,b〕。颗粒受力排列发生变化时，可使其密集程度不同。由几何学可知，六方体排列为最松散排列，四面体排列为最紧密排列，而自然界中松散岩石的孔隙度与此大体相近，或介于两者之间〔表1-3〕。表1-3松散岩石孔隙度参考数值〔据弗里泽等，1987〕_岩石名称砾石砂粉砂粘土孔隙度变化区间125%-40%1125%-50%1135%-50%1140%-70%应当注意的是，上述讨论并未涉及圆球的大小，因为孔隙度的大小与颗粒大小无关〔图1-9〕。图1-9不同粒度等粒岩石的孔隙度与孔隙大小（棒可白A.H.CeMnxaTOB,1954：（转引自）分选程度自然界并不存在完全等粒的松散岩石。分选性愈差，颗粒大小愈不相等，孔隙度便愈小。这是因为细小颗粒充填于粗大颗粒之间的孔隙中，自然会大大降低孔隙度〔图1-7，3〕。我们可以假设一种极端的情况：如果一种等粒砾石孔隙度叫=40%，另一种等粒的极细砂的孔隙度n2=40%，而极细砂完全充填与砾石空隙中，那么此混合砂砾石的孔隙度n3=n1Xn2=16%o颗粒形状自然界中岩石的颗粒形状也多是不规那么的。组成岩石的颗

粒形状越是不规那么,棱角越明显,孔隙度就越大,因为这时突出局部相互接触,会使颗粒架空。胶结充填松散沉积物受到不同程度的胶结,由于胶结物的充填,孔隙度有所降低〔图1-7,4〕。粘性土粘土的孔隙度往往可以超过上述最大孔隙度值。因为粘土颗粒外表常带电荷,在沉积过程中粘土颗粒聚合而形成颗粒集合体可形成直径比颗粒还大的结构孔隙〔图1-7,5、6〕。此外,粘性土中往往还发育有虫孔、根孔、干裂缝等次生孔隙,有时也有胶结物。孔隙大小对地下水的运动影响极大,孔隙通道最细小的局部称作孔喉,最宽大局部称作孔腹〔图1-10〕；孔喉对地下水流动的影响更大,讨论孔隙大小时可以用孔喉直接进行比拟。图2-4孔吼（直径为d）与孔腹（直径为dT图1-10孔喉〔D'〕与孔腹d 图1-11排列方式与孔隙大小关系通过孔隙通道中心切面图 a—立方体排列；b—四面体排列影响孔隙大小的主要因素是颗粒大小。颗粒大那么孔隙大，颗粒小那么孔隙小。需要注意的是，对分选不好，颗粒大小悬殊的松散沉积物来说，孔隙大小并不取决于颗粒的平均直径，而主要取决于细小颗粒的直径。原因是，细小颗粒把粗大颗粒的孔隙充填了〔图1—7〔3〕〕。颗粒排列方式也影响孔隙大小。仍以理性等粒圆球状颗粒为例，设颗粒直径为D,孔喉直径为d,那么做四方体排列时