地下水概论第2部分岩石中的孔隙与水分上.ppt

1、,第二部分 岩石中的空隙与水The Interstices and Water in Rocks,Hydrogeoloy 水文地质学,Company Logo,2.1 岩石中的空隙,2.2 空隙中的水,2.3 岩石的水理性质,本章内容,Company Logo,2.1 岩石中的空隙,1岩石空隙在地球上的分布 岩石中空隙的存在地下水的赋存提供了必要的空间条件 2岩石空隙的水文地质意义及空隙特征 岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。岩石空隙的特征（也叫岩石的空隙性）主要有：形状、大小、多少、连通性和分布规律。岩石空隙的这些特征对地下水的储存与运动具有重要的影响。,Company Logo,2.1

2、岩石中的空隙,岩石水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层 空隙岩、土中各种类型的空洞的总称 空隙是地下水赋存场所（places）和运移通道（conduits） 空隙分为 1. 孔隙（pore）-unconsolidated soil-（第四纪地质学） 2. 裂隙（fissure）- hard rock -（构造地质学） 3. 溶穴（cavity）- dissoluble rock -（岩溶地貌学） 工程地质学是从土层的物理力学指标（性能）来讨论，如土的压缩性或强度变形。 下面以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念，参数 （指标）和分析方法。,Company Logo,孔隙（pore, void）

3、 土体孔隙的描述有：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 1、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 ？ 提问：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、 排列立方体或四面体 、分选、胶结与充填等 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）,2.1.1 孔隙,What are the Types of Pores (Openings)?,Granular (P

4、rimary),Sand,Clay,Peat,Secondary,Fractures,Dissolution (dissolved matrix),Primary A function of grain size distribution, also packing Decreases with depth compaction and pressure solution,Porosity increases as depth decreases. This is on account of the weight on top of the deeper materials. Porosity

5、 also tends to increase with grainsize. Why?,Company Logo,a砾石(模型) b砂土样品 c砂砾混合样品,孔隙与粒径关系,Company Logo,松散砂砾石孔隙大小与分选的关系好、坏？,黄 土,沙 丘,洪积物,粒径 mm,含 量 %,Company Logo,立方体排列与四面体排列,立方体排列 四面体排列,Company Logo,2.1.1 孔隙,2、砂砾石的孔隙度（porosity）及其影响因素 孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标 定义：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占的比例。通常用 n 表示 ？问：孔隙度的大小

6、与什么有关？与颗粒大小有关？ a. 与排列有关紧密与疏松 理想最疏松孔隙为47.64%，最紧密排列孔隙为25.95%。 b. 与分选有关下面试样哪个孔隙度大？哪个小？ 试样：砾石 砂石 混合样 c. 完全混合试样时，孔隙度 n混=n砾n砂 （请自己推导证明） 影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度。,Total Porosity,1 unit volume,Total Porosity (nt) =,= fraction,2.1.1 孔隙,Sand and gravel 0.1-0.2,Clay, 0.7,2.1.1 孔隙,Company Logo,不同颗粒大小的试样孔隙度？,(2) 是孔隙

7、比。 岩石的孔隙比(e，简称隙比)是指某一体积岩石内孔隙的体积(Vn)与固体颗粒体积(Vs)的比值。 孔隙比： 因为Vt=Vn+Vs，故孔隙度与孔隙比之间有如下关系e=n/(1-n)。松散岩石压缩(或膨胀变形)时，孔隙体积(Vn)发生变化，而颗粒体积(Vs)不变，故孔隙比与孔隙体积变化成正比，在涉及变形时，采用孔隙比方便些，而涉及水的储容与流动时，则采用孔隙度。,(3)EFFECTIVE Porosity,Effective Porosity (ne) =,V connected pores,Vtotal,Clay, 0.7,ne,n t,0.1,Company Logo,自然界中松散岩石的孔

8、隙度与上述讨论的还有些不同 P17表2-1 表2-1 松散岩石孔隙度参考数值 矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？ 矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的47.64% 达到70%,2.1.1 孔隙,Company Logo,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

9、痕等,2.1.1 孔隙粘土,Company Logo,蒙脱石、片状粘土矿物淤泥粘土,2000,Company Logo,36,240,800,粘性土的结构，不同比例电镜扫描片,Company Logo,松散孔隙 | 粘土 孔隙 | 裂隙溶隙,Company Logo,裂隙 （ fissure fracture ） 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

10、度和密度） 2) 张开性（裂隙宽度） 3) 裂隙率等,2.1.2 裂隙,裂隙率有如下三种： 体裂隙率（KV）： 面裂隙率（Ka）： 线裂隙率(Kl)：,Company Logo,风化（卸荷）裂隙、 成岩裂隙、 构造裂隙,Company Logo,砂岩岩芯中的空隙,Company Logo,溶穴（solution cavity） cavern 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,Company Logo,溶穴（solution cavity） cavern,2.1.3 溶穴,以岩溶率Kk表示 Kk= 式中： VK：溶穴体积 V：包含溶穴在内的可溶岩体积,Company Logo,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