2地下水的赋存.pptx

2.1 岩石的空隙岩石的空隙v岩石岩石水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层v空隙空隙岩、土中各种类型的空洞的总称岩、土中各种类型的空洞的总称空隙空隙是地下水是地下水储存场所储存场所和和运动通道运动通道。意义意义v空隙分类：空隙分类：松散岩石中的松散岩石中的孔隙孔隙(松散沉积物及某些胶结不好的半坚硬岩石中的空隙松散沉积物及某些胶结不好的半坚硬岩石中的空隙)坚硬岩石中的坚硬岩石中的裂隙裂隙可溶岩石中的可溶岩石中的溶穴溶穴 下面以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念，参数下面以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念，参数（指标）和分析方法。（指标）和分析方法。第1页/共56页2.1.1 孔隙孔隙 孔隙孔隙:描述有：孔隙的描述有：孔隙的大小大小，多少多少，形状，连通与分布，形状，连通与分布松散土体宏观上可以分为松散土体宏观上可以分为2大类：砂性土与粘性土类大类：砂性土与粘性土类一、砂砾石孔隙大小及其影响因素一、砂砾石孔隙大小及其影响因素试样试样 a砾石砾石(模型模型)，试样，试样b砂土样品，试样砂土样品，试样c砂砾混合样品砂砾混合样品？试样试样a与与b构成的孔隙哪种大？哪种小？构成的孔隙哪种大？哪种小？颗粒大小颗粒大小-有关？有关？简单归纳简单归纳-砂砾石土孔隙大小与什么有关？砂砾石土孔隙大小与什么有关？颗颗粒粒大大小小、排排列列方方式式（立立方方体体或或四四面面体体）、分分选选程程度度、胶结程度、颗粒形状胶结程度、颗粒形状孔隙大小特征的描述孔隙大小特征的描述孔隙大小特征的描述孔隙大小特征的描述：孔喉孔喉(d)d=0.414D 孔腹孔腹(d)d=0.732D (上述为：立方体排列的理想等径园球颗粒）上述为：立方体排列的理想等径园球颗粒）下一页下一页第2页/共56页孔隙与粒径关系孔隙与粒径关系 a砾石砾石(模型模型)b砂土样品砂土样品 c砂砾混合样品砂砾混合样品第3页/共56页颗粒排列颗粒排列-等径圆球最疏松和最紧密排列等径圆球最疏松和最紧密排列第4页/共56页立方体排列与四面体排列立方体排列与四面体排列第5页/共56页立方体排列与立方体排列与四面体排列四面体排列D dDd第6页/共56页二、砂砾石的孔隙度及其影响因素二、砂砾石的孔隙度及其影响因素v孔孔隙隙度度：一一定定体体积积岩岩石石中中的的孔孔隙隙体体积积与与该该岩岩石石总总体体积积（包包括颗粒骨架与空隙在内）之比。通常用括颗粒骨架与空隙在内）之比。通常用 n 表示：表示：孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标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？问：孔隙度的大小与什么有关？与颗粒大小有关？与颗粒大小有关？a.排列方式排列方式紧密与疏松紧密与疏松 b.分选程度分选程度下面试样哪个孔隙度大？哪个小？下面试样哪个孔隙度大？哪个小？试样：试样：砾石砾石 砂石砂石 混合样混合样v完全混合试样时，孔隙度完全混合试样时，孔隙度 n混混=n砾砾n砂砂（自己推导证明）（自己推导证明）C.颗粒形状颗粒形状 D.胶结情况胶结情况v影响孔隙度大小的主要因素是试样的排列和分选程度。影响孔隙度大小的主要因素是试样的排列和分选程度。v孔隙度的测定方法孔隙度的测定方法下一页下一页第7页/共56页不同颗粒大小的试样孔隙度？不同排列：不同排列：最松散排列：最松散排列：n=47.64%n=47.64%最紧密排列：最紧密排列：n=25.95%n=25.95%第8页/共56页孔隙大小和孔隙多少对地下水的影响？孔隙大小和孔隙多少对地下水的影响？v孔隙大小：孔喉孔隙大小：孔喉地下水的运动地下水的运动 孔腹孔腹v孔隙多少：孔隙度孔隙多少：孔隙度地下水的赋存地下水的赋存第9页/共56页2.1.1 孔隙孔隙v自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同不同松散岩石孔隙度参考数值松散岩石孔隙度参考数值v矛矛盾盾：孔孔隙隙度度超超过过最最疏疏松松排排列列的的47.64%达达到到70%第10页/共56页3、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度v粘土颗粒粘土颗粒粘性土是指土体颗粒粘性土是指土体颗粒 0.005mm 的直径的直径“粘性土由于颗粒细小，比表面积大，连结力强粘性土由于颗粒细小，比表面积大，连结力强 粘粘粒粒在在悬悬浮浮 推推移移 互互相相接接触触时时，就就会会连连结结起起来来 形形成成“粘粘粒粒团团”细小粘粒集合（团）构成（称为）细小粘粒集合（团）构成（称为）颗粒集合体颗粒集合体。集合体与集合体结合构成集合体与集合体结合构成粘性土粘性土粘性土粘性土的沉积结构特征的沉积结构特征vv粘土孔隙粘土孔隙粘土孔隙粘土孔隙粘性土如同海绵、峰窝或絮状结构粘性土如同海绵、峰窝或絮状结构结构孔隙结构孔隙集合体与集合体、粘粒与粘粒之间集合体与集合体、粘粒与粘粒之间次生孔隙次生孔隙虫孔、根系孔、裂隙裂痕等虫孔、根系孔、裂隙裂痕等2.1.1 孔隙孔隙粘土粘土下一页下一页第11页/共56页蒙脱石、片状粘土矿物蒙脱石、片状粘土矿物淤泥粘土淤泥粘土2000第12页/共56页36240800粘性土的结构，不同比例电镜扫描片粘性土的结构，不同比例电镜扫描片第13页/共56页2.1.2 裂隙裂隙v裂隙：裂隙：是坚硬岩石中的空隙。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）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、构造裂隙风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙裂裂隙隙：空空间间形形态态是是两两向向延延伸伸长长，横横向向延延伸伸短短的的“饼饼状状”空空隙隙 单个裂隙是孤立的单个裂隙是孤立的 裂隙岩体裂隙岩体：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括：1)1)裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）2)2)张开性（裂隙宽度）张开性（裂隙宽度）3)3)裂隙率裂隙率第14页/共56页v 裂隙率：裂隙率：Kr就是岩石中的裂隙体积（就是岩石中的裂隙体积（Vr）与）与岩石总体积（岩石总体积（V）之比：）之比：Kr、Ka、Kl裂隙裂隙率、面裂隙率、线裂隙率。率、面裂隙率、线裂隙率。第15页/共56页裂隙率的测量裂隙率的测量v水泡法测体积裂隙率：水泡法测体积裂隙率：v在岩石露头或巷道中测量面裂隙率在岩石露头或巷道中测量面裂隙率v利用钻探岩芯利用钻探岩芯 测线裂隙率测线裂隙率 第16页/共56页溶穴溶穴在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果 是是扩大了的裂隙扩大了的裂隙溶穴溶穴：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等岩溶岩体岩溶岩体：要描述裂隙特征及岩溶发育特征：要描述裂隙特征及岩溶发育特征 （裂隙（裂隙+溶洞）溶洞）1 1）岩溶发育方向）岩溶发育方向 2 2）溶蚀率）溶蚀率-钻孔岩溶发育程度钻孔岩溶发育程度3 3）溶洞（方向、规模等）溶洞（方向、规模等）2.1.3 溶穴溶穴 第17页/共56页空隙特征的比较空隙特征的比较v含含水水介介质质由由各各类类空空隙隙所所构构成成的的岩岩石石称称为为含含水水介介质质，也也称称为为介介质质场场。含含水水介介质质的的空空间间分分布布与与连连通通特特征征（孔孔隙隙含含水水介介质质、裂裂隙隙含含水水介介质质、溶溶质质含含水水介介质质）是是不不同同的的，三三种种主主要要类类型型的的含含水水介介质比较：质比较：v连连 通通 性性 孔隙介质最好，其它较差孔隙介质最好，其它较差v空间分布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，溶穴极悬殊孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊v空隙渗透性空隙渗透性孔隙介质孔隙介质-各向同性，裂隙与溶穴各向同性，裂隙与溶穴-各向异性各向异性造成空隙介质上述差异的主要原因：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沉积物形成和空隙形成的环境2.1.4 空隙特征的对比空隙特征的对比第18页/共56页孔隙、裂隙和溶穴的区别孔隙、裂隙和溶穴的区别 孔隙孔隙裂隙裂隙溶穴溶穴分布较均匀分布较均匀各向同性各向同性连通性好连通性好分布不均分布不均各向异性各向异性连通性不好连通性不好分布最不均匀分布最不均匀各向异性更强各向异性更强连通性最差连通性最差第19页/共56页2.2 岩石中水的存在形式岩石中水的存在形式v存在形式：气态存在形式：气态 固态固态 液态液态v设想实验设想实验：材料：材料（玻璃珠子、细管玻璃珠子、细管）+水（水杯）水（水杯）2个玻璃珠子之间滴上几滴水个玻璃珠子之间滴上几滴水在饱水试样中取在饱水试样中取1颗和颗和2个颗粒个颗粒将玻璃细管插入水中，取出，管中残留水？将玻璃细管插入水中，取出，管中残留水？通过上述通过上述3例及图示例及图示空隙中水的存在形式：空隙中水的存在形式：v结合水结合水v重力水重力水v毛细水毛细水v气态水气态水v固态水固态水第20页/共56页第21页/共56页2.2.1 结合水结合水结合水结合水v定定义义：受受到到固固相相表表面面的的吸吸引引力力大大于于其其自自身身重重力力的水。的水。附着于固体表面，在自身重力下不能运动。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即结合水具有一定的抗剪强度抗剪强度？抗剪强度的产生与大小与什么有关抗剪强度的产生与大小与什么有关 表面引力表面引力服从库仑定律，随固体表面的距服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱离加大而减弱v性质性质 结结合合水水具具有有固固态态和和液液态态水水的的双双重重性性质质；即即自自身身重重力力作作用用下下不不能能运运动动，在在外外力力作作用用下下能能够够移移动动（运运动）及变形；具有抗剪强度。动）及变形；具有抗剪强度。结合水结合水第22页/共56页2.2.1 结合水结合水v分类分类强结合水（吸着水）强结合水（吸着水）最靠近颗粒表面的结合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，静电引力达厚度为几个到几百个水分子厚，静电引力达1000MPa，密度密度 为为2g/cm3,冰点为冰点为-78；粘滞性、抗剪强度、弹性大。；粘滞性、抗剪强度、弹性大。弱结合水（薄膜水）弱结合水（薄膜水）位于强结合水外侧位于强结合水外侧厚度为几十个到几千个水分子厚，静电引力小于厚度为几十个到几千个水分子厚，静电引力小于1000MPa，密度，密度 为为1.3-1.7g/cm3,冰点仍低于冰点仍低于0；粘滞性抗剪强度、弹性小于强结合水。粘滞性抗剪强度、弹性小于强结合水。v意义意义 1.只只要要有有固固相相表表面面就就存存在在结结合合水水，存存在在范范围围广广，其其量量很很小小（结结合合水水膜膜很很薄薄），当当孔孔隙隙直直径径小小于于2倍倍结结合合水水膜膜厚厚度度时时，孔孔隙隙中中只只含含有有不不能能自自由由运运动动的的结结合合水水（又又称称无无效效空空间）。间）。2.弱弱结结合合水水可可以以慢慢慢慢地地流流动动，弱弱结结合合水水的的这这个个性性质质对对岩岩石石中中地地下下水水的的分分布布有有一一定定的的意意义义，它它能能使使水水分分从从湿湿度度大大的地方向湿度小的地方运动。的地方向湿度小的地方运动。结合水与重力水结合水与重力水结合水结合水第23页/共56页结合水与重力水 表面引力表面引力服从库仑定律，服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱随固体表面的距离加大而减弱重力水第24页/共56页重力水重力水v远远离离固固相相表表面面，水水分分子子受受固固相相表表面面吸吸引引力力的的影影响响极极其其微微弱弱，主主要要受受重重力力影影响响。重重力力影影响响下下可可以自由运动以自由运动v地地层层内内岩岩石石空空隙隙中中如如果果存存在在一一定定的的重重力力水水，就就可以通过泉，或井流出（抽出）可以通过泉，或井流出（抽出）v重重力力水水是是水水文文地地质质学学研研究究的的主主要要对对象象，也也是是勘勘察的主要对象察的主要对象2.2.2 重力水重力水第25页/共56页1.毛细力的毛细力的产生产生：v凹液面在气压下产生表面张力，使水向上凹液面在气压下产生表面张力，使水向上运动运动v重力使水向下运动重力使水向下运动v当二者平衡时，液面不再上升当二者平衡时，液面不再上升毛细力的毛细力的方向方向：作用方向始终指向弯曲液面的凹侧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凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的 毛细力的毛细力的大小大小：一根毛细管子，管径越小，毛细力越大；反之亦然一根毛细管子，管径越小，毛细力越大；反之亦然2.2.3 毛细水毛细水第26页/共56页2.2.3 毛细水毛细水2.2.毛细上升高度及其影响因素毛细上升高度及其影响因素v上升高度：上升高度：v影响因素：影响因素：毛细孔隙的大小毛细孔隙的大小 孔隙直径或裂隙宽度（粘土：孔隙直径或裂隙宽度（粘土：6-12m）岩石的矿物成分岩石的矿物成分：D=0.25-0.1mm，云母砂：，云母砂：65.8cm，石英砂：，石英砂：56cm，长石砂，长石砂49.2cm 水的温度水的温度（粘滞性）（粘滞性）v毛细上升速度及其影响因素毛细上升速度及其影响因素 毛细孔隙的大小毛细孔隙的大小上升时间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。大而减小。L是随着时间的增大而增大的，是随着时间的增大而增大的，t小时，小时，L很小，所以很小，所以v很大很大。第27页/共56页3.毛细水的存在形式（毛细水的存在形式（分类分类）在岩石空隙中，毛细水的存在形式可分为三种：在岩石空隙中，毛细水的存在形式可分为三种：a)支持毛细水支持毛细水 在在地地下下水水面面支支持持下下存存在在的的（附附着着水水面面上上的的），随随地地下下水水升升降而升降。降而升降。b)悬挂毛细水悬挂毛细水（suspension capillary water）脱离水面，岩石细小孔隙中保留的水分，称为悬挂毛细水脱离水面，岩石细小孔隙中保留的水分，称为悬挂毛细水 思思考考：一一个个等等径径园园管管，如如果果支支持持毛毛细细水水高高度度为为 hchc，悬悬挂毛细水高度挂毛细水高度？c)孔角毛细水孔角毛细水（触点毛细水）（触点毛细水）2.2.3 毛细水毛细水支持与悬挂毛细水支持与悬挂毛细水孔角毛细水第28页/共56页毛细水，孔角毛细水毛细水，孔角毛细水第29页/共56页支持毛细水与悬挂毛细水支持毛细水与悬挂毛细水第30页/共56页2.2.4 气态水气态水v运动：运动：岩石空隙中的气态水和大气中的气态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。压大的地方向水汽压小的地方运动。v凝结：凝结：空气中的水汽过饱和之后空气中的水汽过饱和之后 就会形成降就会形成降水，岩石内的水汽也一样。当水汽达到饱和水，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。开始凝结，成为液态水。v改变地下水的分布改变地下水的分布第31页/共56页2.2.5 固态水固态水v固态水：固态水：以固体冰形式存在于岩石空隙中的水称为以固体冰形式存在于岩石空隙中的水称为固态水固态水。注意，冻结岩石中不是所有的水都成固态状态，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。到冰点之前，仍以结合水的形式存在。第32页/共56页2.2.6 矿物水矿物水v矿物水：矿物水：存在于矿物晶体内部或者晶格之间的水，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、结构水又称为化学结合水，包括沸石水、结晶水、结构水等。等。沸石水：以水分子形式存在于矿物晶格孔隙之中的水。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，叫结晶水某些矿物的组成成分时，叫结晶水 结构水：结构水是以结构水：结构水是以H+和和OH的形式存在于矿物结晶格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。架中的水，在矿物中并保持水分子的结构。第33页/共56页2.2 空隙中的水空隙中的水小结小结小结小结岩石空隙中的水岩石空隙中的水有有三种存在形式三种存在形式三种形式的水有差异三种形式的水有差异与与受力状态受力状态有关有关自己总结、比较自己总结、比较加深理解加深理解_有比较就会有记忆有比较就会有记忆第二节第二节 空隙中的水空隙中的水 结束结束第34页/共56页2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质v 岩石（包括骨架与空隙在内的总称）岩石（包括骨架与空隙在内的总称）岩岩石石的的水水理理性性质质：岩岩石石与与水水接接触触过过程程中中，岩岩石石表表现现出出来来的的控控制制水水分活动的各种性质。（容水性、持水性、给水性和透水性）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就是水文地质学主要涉及到与水分储容、释出与运移储容、释出与运移有关的性质有关的性质 2.3.1 容水性：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。岩石具有能容纳一定水量的性能称为岩石的容水性。容容水水度度（Wn）是是岩岩石石所所能能容容纳纳水水的的体体积积（Vn）与与岩岩石石总总体体积积（V）之比：）之比：反映岩石最大含水能力反映岩石最大含水能力容水度和孔隙度：容水度和孔隙度：孔隙度孔隙度n;容水度容水度Wn？Wn=n注意：膨胀粘土注意：膨胀粘土含水量含水量：岩岩石石样样实实际际保保留留水水分分的的状状况况，（是是某某岩岩样样某时的含水状态）某时的含水状态）第35页/共56页2.3.2 持水性持水性v持水性：持水性：岩石在重力作用下，排出重力水后仍能保岩石在重力作用下，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。持一定水量的性能称为岩石的持水性。持水度（持水度（Wm）：）：在重力作用下岩石空隙所能保在重力作用下岩石空隙所能保持的水的体积与（持的水的体积与（Vm）与岩石的总体积（）与岩石的总体积（V）之比：之比：影响因素：岩石颗粒对水的吸引力（颗粒大小）影响因素：岩石颗粒对水的吸引力（颗粒大小）v重力排水后岩石能够保持的水：主要是结合水、孔角毛细水、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）有时有支持毛细水、悬挂毛细水）第36页/共56页2.3.3 给水性给水性v给给水水性性：饱饱水水岩岩石石在在重重力力作作用用下下能能自自由由流流出出（排排出出）一一定定水水量量的的性性能能，称称为为岩岩石石的的给给水水性。性。给水度给水度：在重力作用下，从饱水岩石中自由流出：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。的水的体积与岩石总体积之比。v给水度、容水度及持水度有如下关系：给水度、容水度及持水度有如下关系：给水度（给水度（）=容水度（容水度（Wn）持水度（）持水度（Wm）第37页/共56页v影响因素：影响因素：砾石、粗砂、细砂、粉砂，哪种样给水度大？砾石、粗砂、细砂、粉砂，哪种样给水度大？a)岩性：岩性：空隙大的样品，给水度大，空隙大的样品，给水度大，n砾砾 粗砂粗砂 粉砂粉砂（与粒径有关）（与粒径有关）b)地下水位初始埋深地下水位初始埋深（H0）当当地地下下水水位位初初始始埋埋深深大大于于支支持持毛毛细细水水带带高高度度时时H0 hc,可可达达最大最大值值H0 hc 时时，地地下下水水位位下下降降时时，原原重重力力水水大大多多转转化化为为支支持持毛毛细细水，土层给水量大大降低，水，土层给水量大大降低，变小。变小。c)与地下水位下降速度有关与地下水位下降速度有关地下水位下降快慢会影响到地下水位下降快慢会影响到 的大小的大小 （下降快（下降快理理、下降慢、下降慢理理）这是因为释水滞后，而导致的释水量减少这是因为释水滞后，而导致的释水量减少d）土层结构（均质、非均质）土层结构（均质、非均质）第38页/共56页均质土包气带水分分布均质土包气带水分分布第39页/共56页给水度小结给水度小结野外实际测定时野外实际测定时：颗粒越小，颗粒越小，初始埋深小于初始埋深小于hc时，埋深愈浅，时，埋深愈浅，水位降速愈快，水位降速愈快，给水度小结给水度小结第40页/共56页2.3.4 透水性透水性v透水性：透水性：岩石允许水透过的性能称为岩石的透水性。岩石允许水透过的性能称为岩石的透水性。渗透系数渗透系数反映土透过水的能力反映土透过水的能力v决定透水性强弱的因素：决定透水性强弱的因素：空隙的大小空隙的大小 空隙的数量空隙的数量 第41页/共56页小结小结v一般来说，空隙越大，给水性越好，透水性一般来说，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，就越强，持水性就越弱，（水都给出去了，当然持有的水就少了）当然持有的水就少了）；相反空隙越小，持；相反空隙越小，持水性越好（水都留在了里面），给水性及透水性越好（水都留在了里面），给水性及透水性就减弱了。水性就减弱了。v注意：同一种岩石在不同的方向上透水性也注意：同一种岩石在不同的方向上透水性也会不同。会不同。第42页/共56页2.4 含水层与隔水层含水层与隔水层 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2.4.12.4.1含水层与隔水层的概念含水层与隔水层的概念v 含水层含水层：是是能能够够透透过过并并给给出出相相当当数数量量水水的的岩岩层层各各类类砂砂土土，砂砂岩等（储存、运动）岩等（储存、运动）v 隔水层隔水层：不不能能透透过过与与给给出出水水或或透透过过与与给给出出的的水水量量微微不不足足道道的的岩岩层层裂隙不发育的页岩、粘土（致密）裂隙不发育的页岩、粘土（致密）v 弱透水层弱透水层：渗渗透透性性很很差差，给给出出的的水水量量微微不不足足道道，但但在在较较大大水水力力梯梯度度作作用用下下，具具有有一一定定的的透透水水能能力力的的岩岩层层松松散散岩岩土土的的亚亚粘土层粘土层第43页/共56页含水层的构成含水层的构成v构成含水层的必要条件，也就是含水层的构成含水层的必要条件，也就是含水层的三要素三要素 具有储存重力水的空间具有储存重力水的空间具备储存地下水的地质构造具备储存地下水的地质构造有两种基本形式：有两种基本形式：（1）透水）透水含水含水隔水隔水（2）隔水隔水含水含水隔水隔水具备充足的补给来源具备充足的补给来源第44页/共56页储存重力水的空间储存重力水的空间v构成含水层，首先要具有良好的储水空间。岩层的构成含水层，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，有利于形成含水愈好，重力水就愈易渗入及流动，有利于形成含水层。层。v对于孔隙度较大，但孔隙细小的粘性土，多为结合对于孔隙度较大，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，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。裂隙很发育，成为很好的含水层。第45页/共56页具备储存地下水的地质构造具备储存地下水的地质构造v岩层具备了储水空间，有良好的透水性，还必须具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：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。水层组合，往往构成良好的含水层。透水层：透水层：透水而不含水的岩层。透水而不含水的岩层。v如南京雨花台砾石层；石灰岩地区的干溶洞，强烈如南京雨花台砾石层；石灰岩地区的干溶洞，强烈透水但不储水透水但不储水 第46页/共56页第47页/共56页充足的补给来源充足的补给来源v岩层具备了良好的储水空间和构造条件，但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。如果水源不足，仍不能成为含水层。v如果一个岩层中的地下水量有限，不能作为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，仍可划为含水层水地区有一定供水意义时，仍可划为含水层。第48页/共56页2.4.2 概念的相对性概念的相对性v隔水层只是相对含水层而言的，并没有截然的界限，自然界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。性小，含水少的岩层就可以划分为隔水层。v（实际应用）含水层的相对性还表现在它所给出的水是不是（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，仍可划为含水层水层v（理论）含水与隔水的相对性还表现在，在外界条件发生变（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）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，给个隶属度是用模糊学的研究方法，给个隶属度1 1，0 0之间，可以为之间，可以为 0.8,0.7,0.8,0.7,0.3,0.3,表示表示“透水性透水性”？第49页/共56页时间的相对性54321第50页/共56页2.4.3 含水带、含水段、含水岩组与含水岩系含水带、含水段、含水岩组与含水岩系v含水带和含水段含水带和含水段 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。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。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；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。段、弱含水段及隔水段更符合客观实际。第51页/共56页2.4.3 含水带、含水段、含水岩组与含水岩系含水带、含水段、含水岩组与含水岩系v含水岩组和含水岩系含水岩组和含水岩系含水岩组：把几个水文地质特征基本相同（或相似）且含水岩组：把几个水文地质特征基本相同（或相似）且不受地层层位限制的含水层归并在一起，称为一个含水不受地层层位限制的含水层归并在一起，称为一个含水岩组。岩组。含水岩系：几个水文地质条件相近的含水岩组化为一个含水岩系：几个水文地质条件相近的含水岩组化为一个含水岩系。含水岩系。v地层时代和岩石成因类型相同的几个含水层，其间有厚度不大的弱含水地层时代和岩石成因类型相同的几个含水层，其间有厚度不大的弱含水层或隔水层，它们对生产的实际影响意义大体相同，可以归并为一个含层或隔水层，它们对生产的实际影响意义大体相同，可以归并为一个含水组。如我国北方晚古生代煤田，其中石盒子组砂页岩互层，多达数十水组。如我国北方晚古生代煤田，其中石盒子组砂页岩互层，多达数十层，总厚度数百米，可将其归并为几个含水组。有些第四系松散沉积物层，总厚度数百米，可将其归并为几个含水组。有些第四系松散沉积物的砂层中，常夹有薄层粘性土（或呈透镜状），它们有时有水力联系，的砂层中，常夹有薄层粘性土（或呈透镜状），它们有时有水力联系，有统一的地下水位，化学成分也相近，可划归为一个含水组。有统一的地下水位，化学成分也相近，可划归为一个含水组。v 对于同一构造中的几个含水组，彼此之间可以有相同的补给来源，或对于同一构造中的几个含水组，彼此之间可以有相同的补给来源，或有一定的水力联系。当在大范围内研究区域的含水性时，可把它划为一有一定的水力联系。当在大范围内研究区域的含水性时，可把它划为一个含水岩系，如第四系含水岩系等。个含水岩系，如第四系含水岩系等。第52页/共56页2.4.4 含水系统含水系统地下水含水系统：地下水含水系统：v地地下下水水含含水水系系统统：是是指指由由隔隔水水或或相相对对隔隔水水岩岩层层圈圈闭闭的的，具具有统一水力联系的含水岩系统。有统一水力联系的含水岩系统。v含水系统：包含多个含水层和弱透水层，或局部隔水层含水系统：包含多个含水层和弱透水层，或局部隔水层v含水系统：可以进行子系统划分含水系统：可以进行子系统划分v含含水水系系统统是是从从大大的的空空间间尺尺度度研研究究含含水水层层、隔隔水水层层、与与弱弱透透水水层层的的组组合合关关系系，是是从从地地质质成成因因角角度度对对岩岩层层的的水水文文地地质质特特征进行划分的分析方法征进行划分的分析方法(或给出的概念或给出的概念)含水系统的划分第53页/共56页含水系统层次划分含水系统层次划分系统与子系统系统与子系统第54页/共56页冲洪积平原地下水含水系统冲洪积平原地下水含水系统丘陵丘陵倾斜平原区倾斜平原区低平原低平原第55页/共56页作业作业 1.研究岩石孔隙的意义是什么？空隙有哪些类型？研究岩石孔隙的意义是什么？空隙有哪些类型？2.什么叫孔隙度？孔隙大小和孔隙度大小分别与什么有关？什么叫孔隙度？孔隙大小和孔隙度大小分别与什么有关？3.结合水分为结合水分为 和和 ，毛细水分为，毛细水分为 、和和 三种？三种？4.什么是岩石的水理性质？岩石的水理性质有哪些，？什么是岩石的水理性质？岩石的水理性质有哪些，？5.含水层、隔水层、弱隔水层的定义？含水层、隔水层、弱隔水层的定义？6.含水层的构成需要哪些条件？含水层的构成需要哪些条件？7.如何理解含水层与隔水层的相对性？如何理解含水层与隔水层的相对性？8.地下水含水系统的定义？地下水含水系统的定义？第56页/共56页