表1地球淺部層圈水的分布課件

1、第二節(jié) 裂隙水概 述裂隙水的類型裂隙介質(zhì)及其滲流裂隙介質(zhì)的研究方法斷裂帶的水文地質(zhì)意義本 章 內(nèi) 容第一節(jié) 概述堅(jiān)硬基巖在應(yīng)力作用下產(chǎn)生各種裂隙：成巖裂隙構(gòu)造裂隙風(fēng)化裂隙基巖裂隙的特征： 裂隙率較低； 分布很不均勻； 在空間上的展布具有明顯的方向性； 裂隙巖層一般不形成具有統(tǒng)一水力聯(lián)系、水量均勻分布的含水層，而常由部分裂隙在巖層中某些局部范圍內(nèi)連通構(gòu)成若干帶狀或脈狀裂隙含水系統(tǒng)（圖1）。裂隙水的一般特征：分布特征： 裂隙水分布不均； 裂隙水的分布既有層狀，又有脈狀： 層狀裂隙水：裂隙水層狀分布，具有良好的水力聯(lián)系和統(tǒng)一的地下水面，稱為層狀裂隙水； 脈狀裂隙水：發(fā)育不均，連通性差的脈狀含水系統(tǒng)，

2、水力聯(lián)系差，無統(tǒng)一的地下水面，稱脈狀裂隙水。 裂隙水的分布和富集受構(gòu)造控制運(yùn)動(dòng)特征 運(yùn)動(dòng)狀況復(fù)雜，呈明顯的各向異性； 有局部承壓現(xiàn)象； 運(yùn)動(dòng)速度不大，多呈層流狀態(tài)，在寬大的裂隙中也可呈紊流狀態(tài)。第二節(jié) 裂隙水的類型不同成因裂隙中的地下水風(fēng)化裂隙水成巖裂隙水構(gòu)造裂隙水一、成巖裂隙水成巖裂隙的概念： 巖石在成巖的過程中受內(nèi)部應(yīng)力作用而產(chǎn)生的原生裂隙。 沉積巖固結(jié)脫水、巖漿巖冷凝收縮等均可產(chǎn)生成巖裂隙。成巖裂隙水的水文地質(zhì)意義： 沉積巖及深成巖漿巖的成巖裂隙通常多是閉合的，含水意義不大。 噴出巖、侵入巖的成巖裂隙具有水文地質(zhì)意義二、風(fēng)化裂隙水風(fēng)化裂隙的概念： 暴露于地表的巖石 ，在溫度變化和水、空氣

3、、生物等風(fēng)化營(yíng)力作用下形成風(fēng)化裂隙。風(fēng)化裂隙的特征： 常在成巖裂隙與構(gòu)造裂隙的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)育，形成密集均勻、無明顯方向性、連通良好的裂隙網(wǎng)絡(luò)。風(fēng)化裂隙的控制因素： 風(fēng)化裂隙的發(fā)育受巖性、氣候及地形的控制。但一穩(wěn)定的礦物組成的巖層（如石英巖）風(fēng)化裂隙很難發(fā)育。 泥質(zhì)巖石雖易風(fēng)化，但裂隙易被土狀風(fēng)化物充填而不導(dǎo)水。 粗粒結(jié)晶巖（花崗巖、片麻巖等），多種礦物組成，不同礦物熱脹冷縮不一，風(fēng)化裂隙發(fā)育，風(fēng)化裂隙水主要發(fā)育于此類巖石中。風(fēng)化營(yíng)力決定著風(fēng)化裂隙層呈殼狀包裹于地面，一般厚度數(shù)米到數(shù)十米，未風(fēng)化的母巖往往構(gòu)成相對(duì)隔水底板，故風(fēng)化裂隙水一般為潛水，被后期沉積物覆蓋的古風(fēng)化殼可賦存承壓水（圖）。風(fēng)

4、化裂隙水的特征： a.多為潛水，埋藏淺，成層分布，水力聯(lián)系好，具有統(tǒng)一的地下水面； b.分布、動(dòng)態(tài)受氣候、巖性、地形等因素的影響； c.分布廣泛，水質(zhì)較好，易于開采，但一般水量不大。三、構(gòu)造裂隙水構(gòu)造裂隙： 在地殼運(yùn)動(dòng)過程中，巖石在構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂隙。 最常見、分布范圍最廣、在一定條件下大量富集。構(gòu)造裂隙水： 具有強(qiáng)烈的非均勻性、各向異性、隨機(jī)性等特點(diǎn)。構(gòu)造裂隙的特征： 張開寬度、延伸長(zhǎng)度、密度以及導(dǎo)水性等在很大程度上受巖層性質(zhì)（巖性、厚度、相鄰巖層的組合等）的影響。 塑性巖石中常形成閉合乃至隱蔽的裂隙。 脆性巖石中構(gòu)造裂隙一般比較稀疏，但張開性好、延伸遠(yuǎn)，具有較好的導(dǎo)水性。 沉積巖的裂

5、隙發(fā)育情況與膠結(jié)物成分及顆粒的粒度有一定的關(guān)系： 鈣質(zhì)膠結(jié)顯示脆性巖石特性； 泥質(zhì)及硅質(zhì)膠結(jié)的與塑性巖石相近。 粗顆粒的砂礫巖裂隙張開性優(yōu)于細(xì)粒的粉砂巖。 如圖，云南永仁三疊紀(jì)煤系地層： 自南向北巖性由礫巖、粗砂巖漸變?yōu)榧?xì)砂巖； 裂隙率、裂隙寬度及鉆孔涌水量由大變小。構(gòu)造裂隙的特點(diǎn)： 具有明顯而又比較穩(wěn)定的方向性，這種方向性主要由構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制，不同巖層在同一構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)下形成的裂隙通常具有相同或相近的方向。 一般在一個(gè)地區(qū)巖層中主要裂隙可劃分為3-5組（圖）。構(gòu)造裂隙按裂隙與地層走向關(guān)系的分類： 縱裂隙、橫裂隙、斜裂隙 層狀巖石中還包括：層面裂隙、順層裂隙層面裂隙的特征：層面裂隙比較密集的巖層

6、中的應(yīng)力分布比較均勻，當(dāng)層面裂隙較稀疏時(shí)，巖層中應(yīng)力往往集中釋放。層面裂隙的多少取決于巖層的單層厚度，單層越薄，層面裂隙越密集。薄層沉積巖中的裂隙往往密集而均勻，而巨厚或塊狀巖層中的裂隙一般稀疏而不均勻（圖）。構(gòu)造裂隙按照力學(xué)性質(zhì)的分類及其水文地質(zhì)特征： 張性裂隙張開性好，為導(dǎo)水裂隙； 剪性裂隙平整閉合，一般不導(dǎo)水； 壓性裂隙擠壓強(qiáng)烈，一般為隔水裂隙。構(gòu)造裂隙的發(fā)育和分布主要受巖性和構(gòu)造的控制：從巖性上分析： 塑性巖石，常形成閉合的細(xì)微裂隙構(gòu)成隔水層； 脆性巖石，形成的裂隙張開性好，延伸遠(yuǎn)，導(dǎo)水性好，常形成含水層； 粗粒碎硝巖，其含水性要看其粒度及膠結(jié)物。從巖石所受的應(yīng)力來看： 張性裂隙張開性

7、好，為導(dǎo)水裂隙； 剪性裂隙平整閉合，一般不導(dǎo)水； 壓性裂隙擠壓強(qiáng)烈，一般為隔水裂隙。 第三節(jié) 裂隙介質(zhì)及其滲流一、裂隙及裂隙網(wǎng)絡(luò)一個(gè)獨(dú)立的裂隙可以看作兩壁之間的一個(gè)窄縫（圖a），在自身所在平面的兩個(gè)方向上延伸較長(zhǎng)，而在第三個(gè)方向上延伸很短。單個(gè)裂隙只有不同方向的裂隙相互交切構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)水網(wǎng)絡(luò)時(shí)（圖b），才能在一定范圍內(nèi)具有傳輸?shù)叵滤墓δ?。裂隙網(wǎng)絡(luò) 二、裂隙水流的基本特征 裂隙含水系統(tǒng)：具有樹狀或脈狀結(jié)構(gòu)，一些大的導(dǎo)水通道作用突出，使裂隙水表現(xiàn)出明顯的不均勻性，有時(shí)表現(xiàn)出突變性。裂隙水流只發(fā)生在組成導(dǎo)水網(wǎng)絡(luò)的各裂隙通道內(nèi)，通常以外沒有水流，裂隙水的流場(chǎng)實(shí)際上是不連續(xù)的，滲流場(chǎng)的勢(shì)除了裂隙中的若干

8、點(diǎn)外都是虛擬的（圖7a，b）；裂隙水運(yùn)動(dòng)平面圖裂隙水運(yùn)動(dòng)剖面圖水流被限制在曲折的網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)動(dòng)，其局部流向與整體流向往往不一致，甚至與整體流向正好相反（圖7b）。孔隙水運(yùn)動(dòng)平面圖孔隙水運(yùn)動(dòng)剖面圖第四節(jié) 裂隙介質(zhì)的研究方法裂隙介質(zhì)滲流研究方法的分類： 等效多孔介質(zhì)方法 雙重介質(zhì)方法 非連續(xù)介質(zhì)方法一、等效多孔介質(zhì)法等效多孔介質(zhì)方法 用連續(xù)的多孔介質(zhì)的理論來研究非連續(xù)孔隙介質(zhì)中的問題。圖8（a）非連續(xù)的裂隙含水系統(tǒng)： 裂隙水流運(yùn)移于曲折的裂隙網(wǎng)絡(luò)中，研究困難很大。 虛擬一個(gè)等效的多孔介質(zhì)場(chǎng)（圖8b）來近似代替復(fù)雜的裂隙介質(zhì)場(chǎng)。真實(shí)的裂隙介質(zhì)場(chǎng)與虛擬的孔隙介質(zhì)場(chǎng)所控制下的兩個(gè)地下水流場(chǎng)在整體上明顯不同，

9、如水頭、流向、流速、孔隙水壓力等均存在明顯的差別。但仍可用虛擬的介質(zhì)來近似代替真實(shí)的裂隙介質(zhì)，不要求兩個(gè)水動(dòng)力場(chǎng)完全相似，只要求某些方面相近。 例如，可通過調(diào)整多孔介質(zhì)的滲透系數(shù)K，使兩個(gè)系統(tǒng)的泉流量相等。這時(shí)稱這個(gè)孔隙介質(zhì)裂隙介質(zhì)的等效多孔介質(zhì)。等效多孔介質(zhì)方法具有比較嚴(yán)格的應(yīng)用條件。等效時(shí)含水系統(tǒng)的補(bǔ)、徑、排條件不能改變，如這些條件變化，等效便不再成立；等效是兩種介質(zhì)在特定功能上的等效，像上面要求泉流量相等，實(shí)際上是要求介質(zhì)系統(tǒng)總體導(dǎo)水能力等效，其它方面未必等效。 二、雙重介質(zhì)法有些介質(zhì)（如未充分膠結(jié)的中粗粒砂巖、經(jīng)過溶蝕的灰?guī)r、白云巖等），存在兩種導(dǎo)水能力相差懸殊的空隙空間。其中的大空隙

10、（如裂隙、溶蝕裂隙、溶蝕孔隙等）導(dǎo)水能力較強(qiáng)；小空隙（如原生孔隙、微小裂隙、溶蝕小孔等）導(dǎo)水能力很低，但為數(shù)眾多，貯存能力不可忽略。為了比較準(zhǔn)確地刻畫這一類介質(zhì)，可以分別用兩種等效的多孔介質(zhì)近似代替大小兩種空隙，這種方法稱為雙重介質(zhì)方法。在雙重介質(zhì)法中，兩種空隙空間是分別刻畫的，各有自己獨(dú)立的參數(shù)(如滲透系數(shù)K、孔隙度n、給水度等)，但兩種空隙存在水力聯(lián)系，可以進(jìn)行水量交換（如抽水引起地下水位下降，大空隙導(dǎo)水能力強(qiáng)而優(yōu)先釋水，在大空隙中形成低水頭，小空隙中的水流向大空隙）。雙重介質(zhì)法仍屬于連續(xù)介質(zhì)方法的范疇，它的基本原理是等效多孔介質(zhì)法，區(qū)別僅在于對(duì)大小空隙進(jìn)行了分別的描述。三、非連續(xù)的介質(zhì)法

11、等效多孔介質(zhì)法和雙重介質(zhì)法都是宏觀、粗略地處理裂隙介質(zhì)的方法，沒有詳細(xì)刻畫裂隙介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。而有些水文地質(zhì)參數(shù)（如水頭、孔隙水壓力、流速等）與介質(zhì)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)存在密切的關(guān)系。為準(zhǔn)確計(jì)算這些參數(shù)，需要詳細(xì)地刻畫裂隙通道及其構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，則用非連續(xù)的介質(zhì)方法。非連續(xù)的介質(zhì)法對(duì)裂隙網(wǎng)絡(luò)中每條具有實(shí)際導(dǎo)水意義的裂隙進(jìn)行精確地描述，包括每條裂隙的張開寬度、延伸長(zhǎng)度、產(chǎn)狀、中點(diǎn)坐標(biāo)，并要求作出實(shí)測(cè)的裂隙網(wǎng)絡(luò)圖。非連續(xù)介質(zhì)方法的優(yōu)缺及其適用范圍：優(yōu)點(diǎn)：可準(zhǔn)確計(jì)算出裂隙網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一點(diǎn)的水頭、空隙水壓力、滲透速度、流量等，是研究裂隙滲流的一種比較理想的方法。缺點(diǎn)：對(duì)實(shí)際資料要求很高，計(jì)算復(fù)雜，要求用網(wǎng)絡(luò)模擬或計(jì)算

12、機(jī)模擬。常用于：針對(duì)裂隙滲流本質(zhì)的理論研究，實(shí)際工作中主要用于需要確定孔隙水壓力與流速的情況。適用于：研究區(qū)域較小、工作程度較高的問題(如巖體高邊坡穩(wěn)定性、地下硐室圍巖穩(wěn)定性等)研究。實(shí)際工作中三種方法的選用：大范圍的流量問題可采用等效多孔介質(zhì)方法。若介質(zhì)中存在兩種導(dǎo)水能力相差懸殊的空隙，可采用雙重介質(zhì)方法。小范圍的以求解孔隙水壓力、流速為主的問題可采用非連續(xù)介質(zhì)方法 第五節(jié) 斷裂帶的水文地質(zhì)意義斷裂帶是應(yīng)力集中釋放造成的破裂形變，大的斷層延伸數(shù)十至數(shù)百公里，斷層帶寬達(dá)數(shù)百米，穿切若干巖層，構(gòu)成具有特殊意義的水文地質(zhì)體。例如：新華夏構(gòu)造體系斷層兩盤的巖性及斷層力學(xué)性質(zhì)，控制著斷層的導(dǎo)水貯水特征； 同一條斷層，由于兩盤巖性、力學(xué)性質(zhì)的變化，不同部位的導(dǎo)水性很不相同； 導(dǎo)水?dāng)鄬訋怯刑厥馑牡刭|(zhì)意義的水文地質(zhì)體，可以起到貯水空間、集水廊道、導(dǎo)水通道的作用； 發(fā)育于透水圍巖中的導(dǎo)水?dāng)鄬?，既是貯水空間，還具集水廊道的功能； 導(dǎo)水?dāng)鄬訙贤ㄈ舾珊畬踊虻乇硭w時(shí)，斷層帶具貯水空間、集水廊道、導(dǎo)水通道的功能； 當(dāng)存在厚層隔水層且斷層斷距較大的，原來連通的含水層可被切割成為相對(duì)獨(dú)立的塊段。由于這種含水塊斷與外界的水力聯(lián)系減弱或斷絕，故不利于供水。 由于這種阻隔作用，大的斷層往往構(gòu)成地下含水系統(tǒng)的邊界（圖）。褶皺構(gòu)造的軸部 向斜的核部 背斜的軸部