南京大学普通地质学13普地地下水.pptx

第十三章第十三章 地下水及其地地下水及其地质作用作用 地下水地下水 underground waterunderground water，水文水文 HydrologyHydrology定定义:赋存在地表以下岩存在地表以下岩层空隙中的水。是水空隙中的水。是水资源重源重 要的要的组成部分。成部分。地下水与生命密切相关；水是社会文明的地下水与生命密切相关；水是社会文明的标志。志。第一第一节 地下水的基本概念地下水的基本概念一一.地下水的地下水的赋存条件存条件1.1.岩石空隙岩石空隙：孔隙孔隙(松散沉松散沉积物或沉物或沉积岩岩颗粒之粒之间的的 空空间)；裂隙裂隙(岩石中的破裂岩石中的破裂)；洞穴洞穴(Cave(Cave 可溶性可溶性 岩石溶岩石溶蚀后形成的空洞后形成的空洞)=Vn/V100%=Vn/V100%，孔隙度，孔隙度(孔隙的数量孔隙的数量)；VnVn，孔隙体，孔隙体积；V V，沉，沉积物或岩石物或岩石总体体积影响孔隙度的影响孔隙度的4 4因素因素：颗粒粗粒粗则低、低、颗粒形粒形态不不规 则则低、分低、分选性差性差则低、胶低、胶结好好则低。低。2.2.岩石的透水性岩石的透水性perviousnessperviousness :岩石的岩石的透水能力透水能力 取决于空隙大小与取决于空隙大小与贯通程度（能否自由透水）通程度（能否自由透水）以及空隙大小（透水多少）以及空隙大小（透水多少）透水透水层：水能自由通：水能自由通过的地的地层。隔水隔水层：(不透水不透水层)水不能自由通水不能自由通过的地的地层含水含水层：饱含地下水的隔水含地下水的隔水层。3.3.地下水面地下水面:某地区内地下彼此某地区内地下彼此连通通连续的水的水 面面,为饱水水带顶面。面。地下水位地下水位：地下水的出露高度：地下水的出露高度(不同地方不同地方地下地下 水位水位高度高度并不同，与地表起伏无关并不同，与地表起伏无关)。包气包气带：地下水面以上部分岩：地下水面以上部分岩层空隙中的气空隙中的气 体与大气相通，含不体与大气相通，含不饱和液和液态水。水。饱水水带saturated zonesaturated zone ：地下水面以下的部：地下水面以下的部 分分,岩石空隙中充岩石空隙中充满了水。了水。泉水的各种形成条件泉水的各种形成条件a,b,c,i:含水层被含水层被 侵蚀；侵蚀；d,e,f,g:水流被水流被隔隔水层阻挡；水层阻挡；h:水流被水流被断层阻挡断层阻挡;j:水流水流沿沿导水断层导水断层上升上升1,隔水层隔水层2,透水层透水层3,致密基岩致密基岩4,裂隙岩石裂隙岩石5,断层断层6,地下水面地下水面 7,下降泉下降泉 8,上升泉上升泉二二地下水的化学成分地下水的化学成分1.1.自然界中自然界中绝大多数元素在地下水均被大多数元素在地下水均被发现。2.2.O K Na Ca Mg ClO K Na Ca Mg Cl等以离子状等以离子状态大量存在于大量存在于 水中。水中。O K Na Ca MgO K Na Ca Mg克拉克克拉克值大大,溶解度也大，水溶解度也大，水 中含量就高。中含量就高。ClCl克拉克克拉克值小小,但溶解度大但溶解度大,故水中含量高。故水中含量高。SiSi，FeFe克拉克克拉克值大大,但溶解度小但溶解度小,故水中含故水中含 量就小。量就小。3.3.矿化度化度:地下水中地下水中诸元素的元素的总量量,单位位:克克/升升矿泉水泉水（mineral watermineral water）：含有：含有对人体有益人体有益矿 物物质的地下水。的地下水。degree of mineralizationdegree of mineralization 如地下水中含无益的如地下水中含无益的矿物物质，则会形成人体会形成人体结石石 （类似于似于玛瑙）和瑙）和马宝（宝（动物体内物体内结石）。石）。三三.地下水的地下水的补给与排泄与排泄1 1.含水含水层失去水量称失去水量称排泄排泄(drainage)(drainage)，含水，含水层 从外界从外界获得水称得水称补给(recharge)(recharge)。流流动的地下水称地下的地下水称地下径流径流(run off(run off）。它从。它从 补给区向排泄区流区向排泄区流动。2.2.补给来源来源：大气降水、地表水。：大气降水、地表水。3.3.地下水的露地下水的露头：地下水的人工露：地下水的人工露头为井井wellwell，天然露天然露头为泉泉 springspring（上升急（上升急喷的泉即的泉即喷泉泉，重力向下者重力向下者为下降泉下降泉）。）。台湾和云南有台湾和云南有“蝴蝶泉蝴蝶泉”;南京有南京有“珍珠泉珍珠泉”、“江南江南 第二泉第二泉”(南宋南宋陆游游题）;济南有南有“趵趵(bao)(bao)突泉突泉”。第二第二节 地下水的地下水的类型型一一.根据埋藏条件分根据埋藏条件分类1.1.包气包气带水水：包括气：包括气态水、水、结合水、毛合水、毛细管水、管水、过路重力水、上路重力水、上层滞水滞水(局部隔水局部隔水层中蓄的水中蓄的水)2.2.潜水潜水(phreatic water)(phreatic water)：地面下第一个地面下第一个稳定定 隔水隔水层上的上的饱和水和水(saturated watersaturated water)。潜水潜水层厚度厚度=潜水面至下伏隔水潜水面至下伏隔水层顶板的距离板的距离 潜水埋藏深度潜水埋藏深度=潜水面至地表的距离潜水面至地表的距离 潜水面的特征：波状起伏、随季潜水面的特征：波状起伏、随季节而而变化。化。3.3.承承压confinedconfined水：充水：充满于二个隔水于二个隔水层中中间的的 含水含水层中的地下水。中的地下水。承受着一定的静水承受着一定的静水压力，力，形成形成环境主要境主要为向斜盆地（向斜盆地（图13-713-7）包气带与包气带与 饱水带饱水带压力水压力水头高度头高度补给区补给区 承压区承压区排泄区排泄区 自溢区自溢区二二.根据含水根据含水层空隙性空隙性质划分的划分的类型型1.1.孔隙孔隙porepore水水2.2.裂隙裂隙fissurefissure水水（裂隙（裂隙发育育贯通性好者通性好者为层状状 裂隙水；裂隙稀疏局部裂隙水；裂隙稀疏局部贯通者通者为脉状脉状裂隙水。裂隙水。3.3.喀斯特喀斯特karstkarst水水 第三第三节 地下地下热水水1.1.低温低温20-4020-40度度,中温中温40-6040-60度度,高温高温60-10060-100度度,过热100100度。高温度。高温热泉泉(需具需具备较大的空隙、大的空隙、较热的岩体、通向地表的不的岩体、通向地表的不规则裂隙系裂隙系统）2.2.地下地下热水分布区常是地水分布区常是地热异常区；出露地表异常区；出露地表 即成即成为温泉温泉（hot springhot spring）。）。西藏羊八井、南京西藏羊八井、南京汤山、西安山、西安临潼潼华清池；冰清池；冰岛、新西新西兰、美国黄石、美国黄石Yellow StoneYellow Stone老老实泉泉(Old Faithful)(Old Faithful)3.3.地下地下热水的成因水的成因：与断裂有关、与地：与断裂有关、与地热有关、有关、与水文地与水文地质条件有关。条件有关。四四川川巴巴塘塘的的温温泉泉 第四第四节 地下水的地地下水的地质作用作用一一.地下水的剥地下水的剥蚀作用及喀斯特作用及喀斯特1.1.剥剥蚀(潜潜蚀suffosion)suffosion)：机械冲刷机械冲刷scourscour(水冲力小水冲力小,故故颗粒粒细););化学溶化学溶蚀chemical corrosionchemical corrosion(对象是可溶性岩石象是可溶性岩石)。2 2.喀斯特喀斯特karstkarst：含二氧化碳的地下水：含二氧化碳的地下水对灰岩灰岩进行的以行的以化学溶化学溶蚀为主、机械冲刷主、机械冲刷为辅的地的地质作用及其地貌称作用及其地貌称之。中国之。中国译为岩溶。岩溶。喀斯特地区，喀斯特地区，风景景优美，石林壮美，石林壮观。所拍。所拍电影影赏心悦目心悦目:阿阿诗玛,刘三姐。刘三姐。以下以下结构名称自学构名称自学a.a.溶沟、石牙溶沟、石牙：表面溶：表面溶蚀冲刷，形成沟槽（溶沟）、冲刷，形成沟槽（溶沟）、突起（石牙，突起（石牙，发育成石林）。育成石林）。b.b.落水洞落水洞：地表：地表向下与地下河相向下与地下河相连的近直立的洞穴。的近直立的洞穴。二二组直立裂隙交会直立裂隙交会处最易形成。最易形成。c.c.溶斗溶斗(漏斗漏斗)：深度：深度较小的凹坑，可小的凹坑，可连地下河。地下河。岩溶岩溶(Karst)地貌示意图地貌示意图d.d.干谷、盲谷干谷、盲谷：河床中的落水洞，使下游断流成干：河床中的落水洞，使下游断流成干 谷；上游下谷；上游下蚀且流水入洞成且流水入洞成为盲谷。盲谷。e.e.峰峰丛、峰林、孤峰、峰林、孤峰f.f.溶洞溶洞：石灰岩地区的地下洞：石灰岩地区的地下洞.层面、面、节理面、断裂理面、断裂 面最易面最易发育。育。地壳上升地壳上升潜水面下降潜水面下降溶洞干涸。溶洞干涸。溶洞一般形成于大片石灰岩分布区，如瑶林仙境、溶洞一般形成于大片石灰岩分布区，如瑶林仙境、灵山幻境、宜灵山幻境、宜兴善卷洞（上洞、中洞善卷洞（上洞、中洞为干洞，下洞干洞，下洞 有水可通舟楫）。有水可通舟楫）。g.g.溶溶蚀谷地、天然谷地、天然桥：地下暗河暴露地表：地下暗河暴露地表,为溶溶蚀谷谷 地地.未塌陷部分叫天然未塌陷部分叫天然桥。h.h.喀斯特洼地、喀斯特平原喀斯特洼地、喀斯特平原：溶斗：溶斗扩大形成洼地，大形成洼地，进一步一步发展展则成成为喀斯特平原（地壳喀斯特平原（地壳稳定、定、侧向向 溶溶蚀充分）。充分）。岩溶（岩溶（karstkarst，喀斯特喀斯特）3.3.影响岩溶（影响岩溶（karstkarst）发育的因素育的因素a.a.气候气候：潮湿、降雨量大、常年气温高。：潮湿、降雨量大、常年气温高。b.b.岩石岩石：可溶性岩石，：可溶性岩石，纯的石灰岩更好。的石灰岩更好。c.c.构造构造：断：断层、节理理发育有利于育有利于karstkarst的形成。的形成。d.d.流水流水：溶：溶蚀性性强、流、流动性好，有利于性好，有利于karstkarst 的形成。的形成。e.e.环境境：地：地质环境境稳定定,有利于有利于karstkarst的形成。的形成。二二.地下水的搬运作用地下水的搬运作用1.1.搬运搬运：在地下：在地下进行。其余与河流无异。行。其余与河流无异。2.2.沉沉积：机械沉：机械沉积、化学沉、化学沉积，后者重要。，后者重要。2.1 2.1 引起化学沉引起化学沉积的因素的因素：压力降低、水温力降低、水温 降低、水分蒸降低、水分蒸发，CaCOCaCO3 3浓度增加而沉淀。度增加而沉淀。2.2 2.2 沉沉积方式方式孔隙孔隙沉沉积产物像物像胶胶结块。裂隙裂隙具具梳状构造的方解石脉梳状构造的方解石脉。溶洞溶洞钟乳石，石乳石，石钟乳乳:同心同心环状的空心体。状的空心体。石笋石笋:同心同心环状状实心体。心体。流水中的流水中的CaCOCaCO3 3沉淀沉淀石帘、石瀑布石帘、石瀑布。温泉温泉泉泉华，包括，包括钙硅硅华即即石灰石灰华、硅、硅华。第五第五节 地下水的开地下水的开发利用利用1.1.寻找更多更好的地下水。找更多更好的地下水。2.2.要求科学开采（上海要求科学开采（上海过量开采，造成地面量开采，造成地面下降；后向地下注水，地面回升）。下降；后向地下注水，地面回升）。3.3.中科院桂林岩溶研究所、中科院水文研究所中科院桂林岩溶研究所、中科院水文研究所岩岩 溶溶 谷谷-沟沟-脊脊 云云 南南 路路 南南 石石 林林广广 西西 鹿鹿 寨寨 石石 芽芽广广西西阳阳朔朔黑黑岩岩石石盾盾 泉华柱泉华柱-西藏西藏泉泉华华蘑蘑菇菇-云云南南 热泉蒸气凝结的冰塔热泉蒸气凝结的冰塔 本章重点本章重点一、基本概念一、基本概念 孔隙度；矿化度；地下径流；盲谷、落孔隙度；矿化度；地下径流；盲谷、落 水洞；包气带水、潜水、承压水、空隙水洞；包气带水、潜水、承压水、空隙 水、裂隙水、水、裂隙水、KarstKarst水水二、基本特征二、基本特征 1 1 影响水质的因素、影响孔隙度的影响水质的因素、影响孔隙度的4 4因素因素 2 2 水的富集、运移特征水的富集、运移特征 3 3 温泉和地热水的形成条件温泉和地热水的形成条件:构造、地构造、地 热、水文地质热、水文地质 4 4 影响岩溶（影响岩溶（karstkarst）发育的因素）发育的因素