水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)課件

1.1水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)

埋藏在地表下面土中孔隙、巖石孔隙和裂隙中的水，稱為地下水。地下水分布很廣，與人們的生產(chǎn)、生活和工程活動(dòng)的關(guān)系也很密切。它一方面是飲用、灌溉和工業(yè)供水的重要水源之一，是寶貴的天然資源。但另一方面，它與土石相互作用，會(huì)使土體和巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低，產(chǎn)生各種不良的自然地質(zhì)現(xiàn)象和工程地質(zhì)現(xiàn)象，如滑坡、巖溶、潛蝕、地基沉陷、道路凍脹和翻漿等，給工程的建筑和正常使用造成危害。因此，在工程的設(shè)計(jì)與施工中，當(dāng)考慮隧道圍巖的強(qiáng)度與穩(wěn)定性、地下開采及礦井涌水等問(wèn)題時(shí)，都必須研究地下水的問(wèn)題，研究地下水的埋藏條件，地下水的類型及其活動(dòng)的規(guī)律性，以便采取相應(yīng)措施，保證建筑物的穩(wěn)定和正常使用。此外，如果在地下水的化學(xué)成分中，侵蝕性c02或s02—4、Cl4含量過(guò)多，地下水還會(huì)對(duì)工程上用的普通水泥混凝土產(chǎn)生侵蝕作用，使混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞。所以工程上對(duì)地下水問(wèn)題向來(lái)是很重視的，并常把與地下水有關(guān)的問(wèn)題稱為水文地質(zhì)問(wèn)題；把與地下水有關(guān)的地質(zhì)條件稱為水文地質(zhì)條件。1.1水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)埋藏在地表下面土中孔隙、巖石孔隙和裂1水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)一、含水層、隔水層特征

二、主要含水層含水性的研究

三、水文地質(zhì)邊界、補(bǔ)給、逕流、排泄特征及主要逕流帶分布

四、降水、地表水與地下水的聯(lián)系及各含水層之間的聯(lián)系特征五、巖溶分布規(guī)律及陷落柱的調(diào)查研究

六、各含水體水化學(xué)特征的研究七、地質(zhì)構(gòu)造特征及規(guī)律的調(diào)查研究

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)一、含水層、隔水層特征2

一、含水層、隔水層特征㈠含水層（帶）的特征貯存有可以自由流動(dòng)的重力水的巖體，稱為含水層（帶）。它有兩種主要形式，一種是巖石空隙主要受巖層等地質(zhì)體所控制，并隨巖層呈層狀均勻分布的含水層，如礫巖和砂巖組成的碎屑巖層，裂隙巖溶發(fā)育的石灰?guī)r和白云巖等巖層。另一川是巖石的空隙主要受地質(zhì)構(gòu)造或風(fēng)化帶所控制，而不受巖層界面限制的含水帶，如風(fēng)化含水帶，斷裂含水帶巖漿巖中裂隙發(fā)育含水部位，侵入巖與石灰?guī)r接觸破碎帶等。因此，一個(gè)含水帶可以切穿不同的巖層或巖體，或在同一個(gè)巖體、巖層中裂隙發(fā)育的部位含水，而裂隙不發(fā)育的部位不含水，所以含水帶的形狀各不相同，有層狀、帶狀、脈狀或管狀帶體。一、含水層、隔水層特征㈠含水層（帶）的特征3

1．含水層的構(gòu)造條件：構(gòu)成含水層必備以下三個(gè)條件：⑴蓄水空間：構(gòu)成含水層的巖石必須有一定的蓄水空間，儲(chǔ)存一定量的水，蓄水空間應(yīng)該連通，便于地下水的運(yùn)動(dòng)和補(bǔ)償，蓄水空間地下水形成的先決條件。⑵儲(chǔ)存地下水的地質(zhì)結(jié)構(gòu)：地下水活動(dòng)受地質(zhì)構(gòu)造和隔水層的控制。隔水層可做為含水層的頂?shù)装澹瑢?duì)含水層起控制作用，也能起良好的封閉作用。⑶充足的補(bǔ)給水源。地下水補(bǔ)給量大小，決定含水層水量大小和保證程度，若補(bǔ)給不足，排泄量過(guò)大，在一定條件下含水層由于水不斷消耗而變?yōu)橥杆畬印?．含水層的構(gòu)造條件：構(gòu)成含水層必備以下三個(gè)條件：4

2．含水層分類

自然界的含水層是相當(dāng)復(fù)雜的，為了深入研究含水層的特征性，有必要從中找出一些共同特征，將其分類。每一類給予適當(dāng)?shù)男g(shù)語(yǔ)，以便于人們更明顯的了解它的特征。從不同角度可以把含水層劃分為不同類型。⑴根據(jù)含水層空隙類型劃分為：孔隙含水層：大多數(shù)為松散沉積物，如砂礫石含水層，各種砂粒含水層等。裂隙含水層：主要為各種堅(jiān)硬巖石所構(gòu)成的含水層，如砂巖裂隙含水層等。巖溶含水層：是指可溶巖層溶蝕發(fā)育而構(gòu)成的含水層，以碳酸鹽類巖石為主，如石灰?guī)r含水層。2．含水層分類5⑵根據(jù)含水層貯藏條件及水力狀態(tài)劃分為：承壓含水層：是兩個(gè)不透水層或弱透水層之間所夾的完全飽水的含水層，承壓含水層中任一點(diǎn)的水壓力都大于大氣壓。潛水含水層（又稱無(wú)壓含水層）：其巖性較單一。為散體粒狀或塊狀結(jié)構(gòu)，呈統(tǒng)一含水層體。含水層之上沒有邊疆穩(wěn)定的隔水層復(fù)蓋，具有自由水面可做為潛水含水層上界面。⑵根據(jù)含水層貯藏條件及水力狀態(tài)劃分為：6⑶據(jù)巖層含水性可分為：《礦井水文地質(zhì)規(guī)程（試行）》表5-5含水層富水性的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)含水層富水性單位涌水量（q）L／s·m含水極豐富的含水層>=10含水豐富的含水層<10-2含水中等的含水層<2-0.1含水小的含水層<0.1一般：富含水層：其鉆孔平均單位涌水量q≥2L/s.m，泵水最大流量Q>30L/S，如砂礫石含水層，強(qiáng)巖溶化含水層等。弱含水層：如粉砂、細(xì)砂土和裂隙不發(fā)育的砂頁(yè)巖等。

⑶據(jù)巖層含水性可分為：7⑷按巖層透水性在空間變化可分為：均質(zhì)含水層：指透水性能與區(qū)域坐標(biāo)位置無(wú)關(guān)，含水層中滲透系數(shù)變化不大的含水層。均質(zhì)含水層中，同一點(diǎn)滲透系數(shù)在空間各方向上都是相同的，稱之為各向同性含水層。反之，稱為各向異性含水層。

非均質(zhì)含水層：含水層的透水性能隨區(qū)域坐標(biāo)而變化，即滲透系數(shù)在含水層不同空間位置數(shù)值不同。⑷按巖層透水性在空間變化8

3．含水層水文地質(zhì)特征的定量表示

滲透系數(shù)（K）：表示含水層過(guò)水能力的大小。

導(dǎo)水系數(shù)（T）：即T=KM式中：M——含水層厚度。

貯水系數(shù)（S）：承壓含水層中，承壓水頭下降1米時(shí)從單位面積含水層中釋放的彈性水量。

給水度（u）：指疏干潛水含水層時(shí)，單位體積的巖石內(nèi)流出的水量。3．含水層水文地質(zhì)特征的定量表示9

㈡隔水層（帶）的特征自然界中隔水界面有兩種形式，即隔水層和隔水帶。由不透水巖石組成的巖層，稱為隔水層，如頁(yè)巖、泥巖、泥灰?guī)r以及裂隙不發(fā)育的基巖。它們具有阻隔地下水的通過(guò)和減弱水流運(yùn)動(dòng)的性能，分布范圍受某一地質(zhì)體限制，隔水帶是指不受某一巖層所限，并呈帶狀分布，如空隙不發(fā)育的完整帶狀巖石（體）及壓性結(jié)構(gòu)面等。

㈡隔水層（帶）的特征10隔水層對(duì)地下水的阻隔作用，稱為隔水作用。自然界中巖石的隔水作用是相對(duì)的，對(duì)于單位厚度的隔水層，當(dāng)水壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，沒有一種是不透水的。因而，在實(shí)際工作中對(duì)隔水層的確定與確定含水層一樣，都是結(jié)合工作區(qū)巖層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，進(jìn)行相對(duì)比較而確定的。例如：含煤地層中的亞砂土相對(duì)粘土是含水的，但相對(duì)于富含水的砂礫石可視為隔水層。砂巖相對(duì)富含水的巖溶化灰?guī)r可視為隔水層，而相對(duì)于頁(yè)巖又可作為含水層。如峰峰某礦石灰?guī)r層，在標(biāo)高+50～-100米時(shí)，巖溶發(fā)育，分布有構(gòu)造溶蝕破碎帶，標(biāo)高為-100～-250米時(shí)，巖溶不發(fā)育，屬弱含水帶。一般把下部的弱含水帶，作為上部強(qiáng)含水帶的相對(duì)隔水層。隔水層的隔水作用應(yīng)從隔水層厚度，構(gòu)成隔水層巖石的密度性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，以及巖層的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等多因素分析。厚度越大，巖石密度越大，力學(xué)性質(zhì)越強(qiáng)，其隔水性能越好。隔水層對(duì)地下水的阻隔作用，稱為隔水作用。自然界中巖石11二、主要含水層含水性的研究

研究含水層的含水性，對(duì)評(píng)價(jià)水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度，擬定防治水方案及地下水綜合利用等都有著重要的意義。主要含水層可分為三類：1．第四系松散含水層主要為第四系松散含水層及少量第三系半膠結(jié)含水層。進(jìn)行上復(fù)松散含水層含水性的研究對(duì)開拓井筒及開采上限的合理確定有著主要作用。松散含水層若有地表水體補(bǔ)給則水量豐富且不易疏干。若有飽水流砂層，則對(duì)建井和開采極為不利。松散含水層多為層狀或透鏡狀，粘土層分隔成若干含水層組形成復(fù)雜的含水體。這時(shí)應(yīng)查明整個(gè)含水體的主要含水層層數(shù)、結(jié)構(gòu)、水量及其相互間水力聯(lián)系等。特別要查清最底部含水層的含水性及其補(bǔ)給條件，以使決定留設(shè)煤柱類型（防水煤柱或防砂煤柱）和煤柱尺雨。二、主要含水層含水性的研究122.巖層內(nèi)部砂巖裂隙含水層或薄層灰?guī)r含水層

對(duì)砂巖裂隙含水層要研究其含水裂隙的分布規(guī)律及最大出水量，以便鑿井時(shí)不致遇裂隙出水淹井，如開采前采取頂板疏放水措施，改變采面勞動(dòng)條件，避免因大裂隙出水沖倒棚子等。對(duì)煤層頂?shù)装灞踊規(guī)r含水性的研究主要為確定疏干方案提供依據(jù)。

3．厚層巖溶含水層

厚層巖溶含水層雖然含水豐富，但其含水性并不均一。通常在一個(gè)井田范圍內(nèi)可明顯存在強(qiáng)含水區(qū)和弱含水區(qū)。在強(qiáng)含水區(qū)中，又有均勻含水的部位和集中逕流帶。2.巖層內(nèi)部砂巖裂隙含水層或薄層灰?guī)r含水層13從區(qū)域來(lái)看，巖溶水具有明確的水平和垂直分帶規(guī)律。在水平方向上，強(qiáng)含水帶在褶皺軸部，斷層破碎帶，可溶巖與非可溶巖接觸帶呈脈帶體分布，具有明顯的方向性。強(qiáng)含水帶中的巖溶水，水力聯(lián)系密切，彼此連通具有統(tǒng)一的地下水面，但在強(qiáng)含水帶外圍，一般含水較小。在垂直方向上，由于巖溶發(fā)育具有向深部減弱的規(guī)律，但并不絕對(duì)。因此淺部巖溶發(fā)育，富水性強(qiáng)，為強(qiáng)水帶，深部巖溶發(fā)育較弱，含水性差，為弱含水帶。

例如：某礦巖溶礦床主要含水層——中奧灰?guī)r，通過(guò)大量鉆孔的裂隙巖溶率統(tǒng)計(jì)和抽水資料分析，表明含水性具有明顯的差異性。在水動(dòng)力條件控制下，呈垂向分帶規(guī)律。強(qiáng)帶（地下水面到-50米）q>4～10升/米·秒中帶（-50米到-200米）q=1.5～4升/米·秒弱帶（-200米到-500米）q<1.5升/米·秒隔水帶（-500米以下）q→0

由于構(gòu)造的分割作用，造成含水層在平面分布上被抬起或深陷，可使上述垂向分帶轉(zhuǎn)為平面分區(qū)。從區(qū)域來(lái)看，巖溶水具有明確的水平和垂直分帶規(guī)律。在水平方向上14三、水文地質(zhì)邊界、補(bǔ)給、逕流、排泄特征及主要逕流帶分布

礦區(qū)的水文地質(zhì)邊界條件對(duì)礦區(qū)地下水的補(bǔ)給和水量有控制作用。當(dāng)其位置和性質(zhì)不同時(shí)，對(duì)地下水的約束作用也不同。水文地質(zhì)邊界，可按巖石水文地質(zhì)性質(zhì)及水文地質(zhì)邊界的表現(xiàn)形式進(jìn)行分類如下。

按巖石水文地質(zhì)性質(zhì)的不同，可分為隔水邊界與透水邊界。透水邊界是由透水巖石組成，它對(duì)地下水起補(bǔ)給或排泄作用，對(duì)地下水起補(bǔ)給作用的透水邊界。一般位于地下水補(bǔ)給區(qū)的上游邊界，如地下分水嶺，地表水體滲漏補(bǔ)給段，以及人工補(bǔ)給段。排泄邊界一般位于地下水排泄區(qū)的起始界面，如泉溢出帶排泄地下水的河段，地表水體和人工取水，礦井排水地帶等都為排泄邊界。隔水邊界，是指隔水層（帶）或隔水巖體，對(duì)礦區(qū)地下水起封閉作用，它既阻隔了礦區(qū)外的補(bǔ)給，又阻擋了礦區(qū)內(nèi)地下水的排泄。如隔水層（帶）的分界面、阻水?dāng)鄬?、阻水巖體等。補(bǔ)給邊界與排泄邊界并不都是絕對(duì)的，在人工流場(chǎng)下可以互相轉(zhuǎn)化。三、水文地質(zhì)邊界、補(bǔ)給、逕流、排泄特征及主要逕流帶分布

礦區(qū)15水文地質(zhì)邊界的表現(xiàn)形式，一般有下列四類：地形邊界地質(zhì)邊界水文邊界人工邊界礦區(qū)水文地質(zhì)邊界決定著礦區(qū)是否接受礦區(qū)外的地下水補(bǔ)給，是否向礦區(qū)外排泄地下水，決定著礦區(qū)井下涌水量的大小。

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)課件16地下水的補(bǔ)給地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要有大氣降水，地表水的滲入和含水層之間的互相補(bǔ)給。大氣降水的滲入為潛水的主要補(bǔ)給來(lái)源。1．補(bǔ)給形式大氣降水對(duì)地下水的補(bǔ)給主要有兩種形式，即滲入和流入。1滲入：大氣降水流經(jīng)孔隙巖石和微小裂隙巖石而對(duì)地下水進(jìn)行的補(bǔ)給。補(bǔ)給過(guò)程中，首先形成結(jié)合水，多余的水分繼續(xù)向下滲透，充填毛細(xì)空隙形成毛細(xì)水，若水還有多余，則下滲形成重力水，最后到達(dá)地下飽水帶。其過(guò)程為：結(jié)合水下滲階段—毛細(xì)水下滲階段——重力水下滲階段。滲入有兩種情況：一是活塞式滲入，即入滲水的濕潤(rùn)鋒面整體向下推進(jìn)，老水先達(dá)到地下水面，新水后達(dá)到地下水面；二是捷徑式滲入，即入滲水沿較大的空隙通道向下滲透，新水可以比老水先到達(dá)地下水面。沙礫土中主要為活塞式入滲，粘性土中兩者均有發(fā)生，裂隙巖石以捷徑式為主。2流入：發(fā)生于大裂隙、大孔隙及巖溶發(fā)育的巖石中。流入過(guò)程中不形成結(jié)合水和毛細(xì)水，而是直接流向地下水形成地下水。流入的效率很高，巖溶地區(qū)大氣降水的90%可以流入地下。地下水的補(bǔ)給17大氣降水2．影響補(bǔ)給的因素1降水的特點(diǎn)降水量大?。航邓霛B的一部分要補(bǔ)足包氣帶巖石的水分虧缺，因此，降水量大，補(bǔ)給地下水的量相對(duì)就多。降水強(qiáng)度：暴雨延續(xù)時(shí)間較短，由于入滲率是基本不變的，所以滲入地下的水量不大，多數(shù)降水形成地表徑流流走；細(xì)雨的降水量小，延續(xù)時(shí)間短暫，多形成結(jié)合水和毛細(xì)水，且部分蒸發(fā)，對(duì)地下水補(bǔ)給幾乎沒有意義；淫雨的降水強(qiáng)度小沒，但延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，有利于對(duì)地下水的補(bǔ)給。降水形式：雨、雪等對(duì)補(bǔ)給有利。大氣降水18大氣降水2．影響補(bǔ)給的因素

（2）包氣帶巖石的透水性和厚度包氣帶巖石透水性好，有利于降水的入滲補(bǔ)給。透水性差，降水容易形成地表徑流。厚度越大，包氣帶滯留水分越多，不利于補(bǔ)給。太薄，地下水調(diào)節(jié)空間不足，也不利于降水入滲。（3）地形地形坡度平緩，降水形成的徑流在地表滯留時(shí)間長(zhǎng)，補(bǔ)給量就多。反之，補(bǔ)給量就小。所以，在不同的地貌部位，補(bǔ)給量是不同的。（4）植被覆蓋植被發(fā)育，可起調(diào)節(jié)作用，延緩徑流途徑，并可改善巖石的透水性。值得注意的是各因素是相互制約、互為條件的整體，不能孤立地割裂開來(lái)進(jìn)行分析。大氣降水19地表水的補(bǔ)給地表水體入河流、湖泊等沿岸地帶的地下水可接受地表水的補(bǔ)給。發(fā)生補(bǔ)給的條件是兩者之間有水力聯(lián)系且地表水水位高于地下水水位。1．地表水補(bǔ)給地下水的地區(qū)河流下游地區(qū)：地表水水位總是高于地下水，常年補(bǔ)給。如黃河下游地區(qū)，形成地上懸河。河流中上游地區(qū)：洪水季節(jié)地表水位高于地下水水位，發(fā)生補(bǔ)給，季節(jié)性補(bǔ)給。沖洪積扇頂部地區(qū)：地表水水位高于地下水水位，常年補(bǔ)給。干旱地區(qū)：干旱地區(qū)降水少，河流主要由周圍山區(qū)的冰雪融化補(bǔ)給，形成沖積扇，透水性好，地下水位低于河流水位，地表水總是補(bǔ)給地下水。實(shí)際上，干旱地區(qū)降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，降水對(duì)地下水的補(bǔ)給作用很小，主要由河流補(bǔ)給。地表水的補(bǔ)給20地表水的補(bǔ)給2．影響因素地下水與地表水之間存在水位差；沿岸地帶巖石透水性。透水性好，補(bǔ)給有利；河流中上游決定于洪水延續(xù)時(shí)間及洪水位高低；地表水的補(bǔ)給21

含水層水也可以互相補(bǔ)給。例如承壓水可以接受潛水的補(bǔ)給，或通過(guò)越流補(bǔ)給等。1．形成條件含水層之間要存在水力聯(lián)系，即兩者之間有通道。含水層之間存在一定的水位差。2．補(bǔ)給方式直接補(bǔ)給：含水層之間直接接觸發(fā)生的補(bǔ)給，高水位補(bǔ)給低水位。也可以是通過(guò)天窗形式接觸發(fā)生補(bǔ)給，在洪積扇中普遍。

間接補(bǔ)給：通過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬?、弱透水層、止水不良鉆孔等的補(bǔ)給。含水層水也可以互相補(bǔ)給。例如承壓水可以接受潛水的補(bǔ)給，或通22

地下水的排泄是含水層失去水量的過(guò)程。其排泄方式主要有：泉的溢出、向地表水泄流蒸發(fā)及人工排泄等。在煤礦中，人工排泄即礦井的排水、疏放水等都為主要排泄方式。地下水從補(bǔ)給向排泄區(qū)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，稱為徑流。它主要受到補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)的水位差、含水層的透水性及地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響。在礦井中，當(dāng)井巷揭露含水層時(shí)，含水層水在壓力差作用下向井巷產(chǎn)生徑流，含水層透水性越強(qiáng)，高程差越大，水的徑流就越快。地下水的排泄是含水層失去水量的過(guò)程。其排泄方式主要23各種類型的地下水，其補(bǔ)給、排泄、逕流條件各不相同，主要徑流帶分布也不相同。山前傾斜平原的地下水，主要接受大氣降水，地表逕流和山區(qū)來(lái)的地下逕流，主要逕流帶分布在近山區(qū)處，此處巖石透水性好，而巖溶水其徑流條件一般較好，但隨深度增加，徑流條件會(huì)逐漸變差，并有垂直分帶的特征。主要徑流帶一般分布在靠近排泄區(qū)。因此處水交替強(qiáng)烈，巖溶發(fā)育。地下水的主要徑流帶也可位于構(gòu)造帶，因?yàn)闃?gòu)造帶巖石破碎、透水性好，只有在適宜條件下也可構(gòu)成主要逕流帶。在礦井中，構(gòu)造帶被揭露時(shí)形成涌水，則此時(shí)構(gòu)造帶就變成了主要徑流帶。要查清主要含水層的富（透）水性能在水平和垂直方向上的分布規(guī)律，編制礦區(qū)強(qiáng)、弱徑流帶分布的平面和剖面圖，從而找出主要徑流帶，對(duì)巷道布置、防治隧道突水具有指導(dǎo)作用。各種類型的地下水，其補(bǔ)給、排泄、逕流條件各不相同，主要徑流帶24四、降水、地表水與地下水的聯(lián)系及各含水層之間的聯(lián)系特征

大氣降水、地表水與地下水是礦井涌水的主要水源。在生產(chǎn)過(guò)程中，了解它們之間的水力聯(lián)系，對(duì)于計(jì)算礦井涌水量，預(yù)測(cè)涌水的可能性，以及制定防水措施都具有重要的意義。降水、地表水與地下水發(fā)生水力聯(lián)系，一般有如下幾種形式：1．通過(guò)第四紀(jì)松散層及基巖露頭，滲入補(bǔ)給地下水。2．通過(guò)構(gòu)造破碎帶或古井直接補(bǔ)給地下水。3．在水體下開拓巷道時(shí)，由于巖層開采后，頂板巖層冒落和產(chǎn)生裂隙，使降水、地表水進(jìn)入井下，補(bǔ)給地下水。

四、降水、地表水與地下水的聯(lián)系及各含水層之間的聯(lián)系特征25地表水、大氣降水能否進(jìn)入地下，其滲入量的多少，與煤層上覆巖層的透水性有直接的關(guān)系。覆巖的透水性好，則補(bǔ)給水量和井下涌水也大。

如山東淄博煤田的淄河，流經(jīng)巖溶發(fā)育的石灰?guī)r，流量的97%轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵聫搅?，成為礦井水的主要補(bǔ)給來(lái)源。若礦區(qū)內(nèi)分布有一定厚度穩(wěn)定的相對(duì)隔水層（一般>5米），就可有效地阻止地表水和大氣降水的滲入。如安徽閘河煤田，由于煤系地層上部普遍覆蓋有10～15米粘土隔水層，地表雖有岱河、龍河通過(guò)，但對(duì)礦井影響不大。地表水、大氣降水與地下水聯(lián)系密切時(shí)，流入井巷的水主要為動(dòng)儲(chǔ)量，其涌水量長(zhǎng)期穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值上，且不易防治。反之，地下水與之無(wú)聯(lián)系，缺乏補(bǔ)給來(lái)源。涌水主要為靜儲(chǔ)量，水量由大變小，較易防治。地表水、大氣降水能否進(jìn)入地下，其滲入量的多少，與煤層上覆巖層26因此，當(dāng)?shù)V區(qū)附近存在地表水體時(shí)，應(yīng)查明地表水體的分布、規(guī)模大小、動(dòng)態(tài)特征。與煤層頂?shù)装鍘r層或充水?dāng)鄬佑袩o(wú)水力聯(lián)系等。注又紅又專礦區(qū)的地表水應(yīng)觀測(cè)有無(wú)滲漏，通常是在河流流入或流出礦區(qū)（采空區(qū)、塌陷區(qū)、含水層露頭區(qū)等）處設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)定河流徑量，其滲露量可由下式求得：V=V上游-V下游式中：V——地表水滲入量；V上游——上游入口處的水量；V下游——下游出口處的水量。因此，當(dāng)?shù)V區(qū)附近存在地表水體時(shí)，應(yīng)查明地表水體的分布、規(guī)模大27

在松散沉積物中，粘性土層構(gòu)成半含水半隔水層。一方面含水層之間可通過(guò)粘性土層中的“天窗”發(fā)生聯(lián)系。（例如，沖積物中前后兩期古河道疊置的地方，就可以構(gòu)成這種“天窗”。另外，當(dāng)上下含水層具有足夠的水頭差時(shí)，水頭市制含水層可以通過(guò)半隔水層越流補(bǔ)給水頭較低的一層。當(dāng)然，半隔水層愈薄，隔水性能愈弱。兩層水頭差愈大，則越流補(bǔ)給便越大。單位面積上的越流補(bǔ)給量是比較小的，但是由于其補(bǔ)給面積很大，因此總量是可觀的。由基巖構(gòu)成的隔水層也可能有“天窗”，但在一般情況下，基巖隔水層比較穩(wěn)定，隔水性能較好。因此，切穿隔水層的導(dǎo)水?dāng)鄬?，往往溝通含水層，使之發(fā)生水力聯(lián)系。

穿過(guò)數(shù)個(gè)含水層的鉆孔，可以人為地溝通含水層，使之發(fā)生水力聯(lián)系。在礦區(qū)、井、巷也有可能使含水層發(fā)生水力聯(lián)系。另外，含水層之間的聯(lián)系，還有其它方式（如：第四紀(jì)松散沉積巖中的潛水對(duì)下伏含水層的補(bǔ)給，等等）。在松散沉積物中，粘性土層構(gòu)成半含水半隔水層。一方面含水層之28

在碳酸巖礦區(qū)，由于巖溶塌陷，形成巖溶陷落柱，如果穿過(guò)數(shù)個(gè)含水層，也可使之發(fā)生水力聯(lián)系。查明含水層之間的補(bǔ)給關(guān)系及其聯(lián)系特征，是很有實(shí)際意義的。供水利用某一含水層時(shí)，如果該含水層的其它含水層獲得補(bǔ)給，則可開采利用的水量將有所增加。礦區(qū)疏干排水時(shí)，如果不考慮這種關(guān)系那將作出錯(cuò)誤的排水設(shè)計(jì)，則達(dá)不到預(yù)期的疏干降之目的。在碳酸巖礦區(qū)，由于巖溶塌陷，形成巖溶陷落柱，如果穿過(guò)數(shù)個(gè)含29五、巖溶分布規(guī)律及陷落柱的調(diào)查研究

我國(guó)許多煤田位于巖溶發(fā)育地區(qū)或其附近地段，如華北石炭二疊紀(jì)煤田中，其下部普遍分布著奧陶紀(jì)灰?guī)r。由于巖溶礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜。同時(shí)，巖溶含水層中賦存著數(shù)量可觀的巖溶水，它對(duì)采礦影響很大，常以突水形式威脅礦井生產(chǎn)和安全。另一方面，由于巖溶水往往水量大，水質(zhì)好，是礦區(qū)良好的供水水源。因此，了解巖溶的分布規(guī)律是很有必要的。巖溶體的空隙形成、發(fā)展、分布是有規(guī)律的。巖溶發(fā)育的兩個(gè)基本條件：其一，具有溶蝕巖石能力和不斷循環(huán)于巖石空隙中的地下水，它是巖溶形成的動(dòng)力條件。其二，具有裂隙發(fā)育且透水的可溶巖，它是巖溶形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，二者缺一不可。五、巖溶分布規(guī)律及陷落柱的調(diào)查研究

我國(guó)許多煤田位于巖溶發(fā)育30

1．巖溶主要分布在質(zhì)純的可溶巖地段可溶巖的存在是巖溶發(fā)育的先決條件，其成分和結(jié)構(gòu)在很大程度上控制巖溶的發(fā)育程度，質(zhì)純、層厚的可溶巖巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，而質(zhì)不純的可溶巖，由于非可溶巖成分的存在，不僅減低了巖石的溶解速度，而且也降低了巖石的溶解度，不利于巖溶發(fā)育。如廣東、曲塘礦區(qū)壺天群白云質(zhì)石灰?guī)r及白云巖、質(zhì)純、層厚，平均巖溶率為8.9%，溶洞多且規(guī)模大，發(fā)育深度大。而天嶺組泥炭石灰?guī)r巖溶發(fā)育則弱，巖溶率<2.4%，且發(fā)育在淺部。就巖性而言，巖溶發(fā)育由強(qiáng)到弱順序大致是：純石灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r，白云巖，大理巖。1．巖溶主要分布在質(zhì)純的可溶巖地段312．巖溶主要分布在斷裂帶部位地質(zhì)構(gòu)造控制巖溶發(fā)育的空間分布規(guī)律。由于地質(zhì)構(gòu)造破壞了巖石的完整性，增加巖石的滲透性能，擴(kuò)大水與巖石接觸可溶機(jī)會(huì)，加強(qiáng)了巖溶發(fā)育規(guī)律。構(gòu)造裂隙對(duì)巖溶的形成和發(fā)育最有意義，如峰峰礦區(qū)，一般溶洞發(fā)育的標(biāo)高在±0～10米，而在構(gòu)造斷裂附近，溶洞發(fā)育為-100米～-150米。在斷層附近和褶曲軸部位，為構(gòu)造裂隙最為發(fā)育地段，巖石透水性好，地下水交替循環(huán)迅速，因而巖溶最為發(fā)育。構(gòu)造體系的復(fù)合部位，由于多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用，應(yīng)力集中，裂隙極為發(fā)育，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。2．巖溶主要分布在斷裂帶部位323．巖溶主要分布在可溶巖與非可溶巖接觸部位，由于非可溶巖的阻擋，地下水沿接觸部位的可溶巖中匯集或沿著非可溶巖以及裂隙改變流動(dòng)狀態(tài)，因而加強(qiáng)地下水對(duì)可溶巖的溶解沖蝕能力，使這里的巖溶發(fā)育。如廣東某矽卡巖型鉛鋅礦床，中生代花崗巖與石炭系石灰?guī)r接觸，該部位斷裂較發(fā)育，溶洞深達(dá)百米。4．巖溶主要分布在巖層近地表的部位：巖溶礦區(qū)巖溶發(fā)育程度，均反映出隨深度的增加而逐漸減弱，即淺部巖溶發(fā)育強(qiáng)，深部發(fā)育弱的特征。在淺部由于風(fēng)化裂隙發(fā)育，故巖溶沿現(xiàn)代風(fēng)化裂隙最發(fā)育。5．地下水天然排泄區(qū)巖溶發(fā)育：排泄區(qū)通道集中，透水性強(qiáng)，水量大，巖溶特別發(fā)育。3．巖溶主要分布在可溶巖與非可溶巖接觸部位，由于非可溶巖的阻33有時(shí)可見到煤層和巖層的塌陷現(xiàn)象，這是由于埋藏在煤系地層下部的可溶性巖（礦）體，在地下水的物理化學(xué)作用下形成了大量的巖溶空洞，其上覆巖層，礦層受重力作用而塌陷，因?yàn)樗蒹w的剖面形狀似一柱狀，故稱“巖溶塌陷柱”。陷落柱具有以下特征：陷落柱出露地表時(shí)，被塌陷的巖體與周圍正常巖層的層位、產(chǎn)狀，與巖性都不一樣。同時(shí)，該處地貌呈現(xiàn)各種異常，在井下，陷落柱總的形態(tài)是一個(gè)上小下大的圓錐體，在水平切面上多呈圓形或橢圓形，直徑大小不一。陷落柱高度是有限度的，陷落柱內(nèi)塌陷的巖石碎塊，主要來(lái)自上覆巖層，棱角顯著，形狀不規(guī)則，排列紊亂，大小混雜，陷落柱與圍巖接觸面多呈不規(guī)則鋸齒狀，界限明顯，接觸處的圍巖產(chǎn)狀基本正常。陷落柱的錐形體的中心軸與巖層層面近似垂直。傾斜巖層，陷落柱也發(fā)生歪斜。有時(shí)可見到煤層和巖層的塌陷現(xiàn)象，這是由于埋藏在煤系地層下部的34

調(diào)查巖溶陷落柱，首先要進(jìn)行地表預(yù)測(cè)，主要有：地貌地形異常區(qū)的位置、形狀、大小、巖層產(chǎn)狀變化、巖層的破碎情況等。在井下揭露陷落柱，要認(rèn)真觀測(cè)陷落柱與圍巖的接觸面破碎的巖體和陷落柱周圍正常巖層產(chǎn)狀變化情況，據(jù)已被認(rèn)識(shí)的規(guī)律，結(jié)合地表上開采水平的資料，判斷遇到陷落柱的形狀、大小、高度等。在水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜的地區(qū)，還應(yīng)該調(diào)查陷落柱內(nèi)充填物的特性，陷落柱有無(wú)切穿強(qiáng)大含水層，與地表水有無(wú)聯(lián)系。如果充填物為碎塊、礫石等，透水性大，而陷落柱切穿過(guò)強(qiáng)含水層，或與地表水有聯(lián)系，在井下開采時(shí)可能造成突水的陷落柱，要特別引起注意及早做出預(yù)防措施，以免引起突水。目前，井上下采用物探方法探測(cè)巖溶陷落柱正在試驗(yàn)開展，地面采用電法及引進(jìn)地電儀探測(cè)，井下采用坑透儀，地質(zhì)雷達(dá)等都取得一定成效，但距安全要求尚不能滿足，還需繼續(xù)研究提高探測(cè)實(shí)效。調(diào)查巖溶陷落柱，首先要進(jìn)行地表預(yù)測(cè)，主要有：地貌地形異常區(qū)35六、各含水體水化學(xué)特征的研究

地下水化學(xué)成分的形成，決定于區(qū)域地質(zhì)發(fā)展史，地下水埋藏深度補(bǔ)給逕流條件，以及地下水與巖石、礦床的相互作用。礦區(qū)進(jìn)行地下水化學(xué)成分及其變化規(guī)律的調(diào)查研究，目的在于分析各個(gè)含水體之間的水力聯(lián)系和礦井水的來(lái)源，確定水的綜合利用，防治水的侵蝕等。

六、各含水體水化學(xué)特征的研究36六、各含水體水化學(xué)特征的研究

地下水化學(xué)成分的形成，決定于區(qū)域地質(zhì)發(fā)展史，地下水埋藏深度補(bǔ)給逕流條件，以及地下水與巖石、礦床的相互作用。礦區(qū)進(jìn)行地下水化學(xué)成分及其變化規(guī)律的調(diào)查研究，目的在于分析各個(gè)含水體之間的水力聯(lián)系和礦井水的來(lái)源，確定水的綜合利用，防治水的侵蝕等。各種起源和各種環(huán)境含水體其水的化學(xué)成分是各不相同的。大氣降水是海洋和陸地所蒸發(fā)的水蒸汽凝結(jié)而成。它的成分取決于地區(qū)條件，變幅較大，在靠近海洋處的降水成分以Na+Cl-為主，而在內(nèi)陸，其成分與河水相似，以HCO3-Ca2+為主。總之，雨和雪是雜質(zhì)較小而礦化度很低的軟水，一般含鹽量從數(shù)毫克/升～50mg/l，PH值一般在5.5～7.0之間。

六、各含水體水化學(xué)特征的研究37地下水化學(xué)成分的形成作用

地下水的化學(xué)成分很復(fù)雜，不同成因的地下水有不同的原始成分，地下水形成過(guò)程中以及形成后與周圍巖土不斷發(fā)生作用，使水的成分隨之發(fā)生變化，其結(jié)果是地下水成分與原始成分往往產(chǎn)生很大的差別。因此，現(xiàn)在所遇到的地下水成分，都是在一定的自然歷史過(guò)程中，在各種因素影響下，各種作用的綜合結(jié)果。由于所處的條件不同，各種作用的主次也不同。其中，對(duì)于地下水化學(xué)成分的形成最有意義的作用主要有：溶濾作用、濃縮作用、脫碳酸作用、脫硫酸作用、陽(yáng)離子交替吸附作用、混合作用以及人類活動(dòng)的影響。地下水化學(xué)成分的形成作用38地下水化學(xué)成分的形成作用1．溶濾作用在水和巖土相互作用下，巖土中一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入地下水中，這種作用稱為溶濾作用。其結(jié)果是巖土失去部分可溶的物質(zhì)，地下水則補(bǔ)充了新的組分。廣義的溶濾作用包含兩種作用，即溶濾作用和溶解作用：狹義的溶濾作用是在不破壞礦物結(jié)晶結(jié)構(gòu)的情況部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入水中的作用，一般是礦物的風(fēng)化水解作用。溶解作用是組成礦物的各部分按同樣的比例全部進(jìn)入水中的作用，結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞。一般來(lái)說(shuō)，碳酸鹽、硫酸鹽巖、鹵化物等礦物溶解作用為主，硅酸鹽類等礦物以溶濾作用為主。溶濾作用的強(qiáng)烈程度取決于組成巖石的礦物的溶解度，溶解度越大，溶濾作用越強(qiáng)。礦物的溶解度大小與礦物的結(jié)構(gòu)、混入的物質(zhì)以及地下水的溫度、PH、EH（氧化還原電位）、成分的飽和度、溶解氣體等等有關(guān)。地下水化學(xué)成分的形成作用392．濃縮作用在干旱半干旱地區(qū)，氣溫高，地下水位埋深淺，蒸發(fā)作用是地下水的主要排泄方式。由于蒸發(fā)作用只能排走水分，鹽分仍保留在水中，隨著時(shí)間的延續(xù)，地下水溶液得到濃縮，礦化度越來(lái)越高，化學(xué)成分也發(fā)生了改變，這種作用稱為濃縮作用。在地下水埋深不深，巖石透水性不好，毛細(xì)作用大的情況下，也可發(fā)生濃縮作用。深部地下水也可在地?zé)岬淖饔孟掳l(fā)生濃縮作用。

產(chǎn)生濃縮作用的條件：氣溫高，地勢(shì)低平，地下水埋深淺，包氣帶松散巖石有利于毛細(xì)作用，地下水的排泄區(qū)。2．濃縮作用403．脫碳酸作用水中二氧化碳的溶解度受環(huán)境溫度和壓力的控制。當(dāng)溫度升高或壓力降低時(shí)，一部分二氧化碳可從水中逸出，這種作用稱為脫碳酸作用。脫碳酸作用的結(jié)果使水中的鈣、鎂、碳酸氫根離子含量減少，礦化度降低。（寫出化學(xué)反應(yīng)式）泉口附近的泉華以及溶洞中的石筍、石鐘乳、石幔、石柱等都是脫碳酸作用的結(jié)果。4．脫硫酸作用在還原環(huán)境下，當(dāng)有有機(jī)質(zhì)存在時(shí)，脫硫酸細(xì)菌能使硫酸根離子還原成硫化氫，從而使水中硫酸根離子減少甚至消失而碳酸氫根離子增加的作用稱為脫硫酸作用。（寫出化學(xué)反應(yīng)式）這是一種生物化學(xué)作用，多發(fā)生于封閉的地質(zhì)構(gòu)造的地下水中，如油田水。

3．脫碳酸作用415．陽(yáng)離子交替吸附作用巖土顆粒表面一般帶負(fù)電荷，能夠吸附陽(yáng)離子。一定條件下，顆粒將吸附地下水中某些陽(yáng)離子，而將其原吸附的部分陽(yáng)離子轉(zhuǎn)為地下水中的組分，這種作用稱為陽(yáng)離子交替吸附作用。這種作用大小取決于：

1離子電價(jià)大小和離子半徑：不同的陽(yáng)離子，吸附于巖土表面的能力不同，按吸附能力，自大而小順序?yàn)椋篐+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+，離子價(jià)越高，離子半徑越大，水化離子半徑越小，吸附能力越強(qiáng)，H+是例外。2離子的濃度：水中某些離子的相對(duì)濃度越大，則這種離子的交替吸附能力也隨之增大。如，當(dāng)?shù)叵滤蠳a含量高，而巖土中原來(lái)吸附有較多的Ca，則水中的Na將反過(guò)來(lái)置換巖土吸附的部分Ca。海水入侵陸相沉積物時(shí)就會(huì)發(fā)生這種作用。

3巖土的吸附能力：巖土的吸附能力取決于巖土的顆粒大小，顆粒越細(xì)小，交替吸附的規(guī)模越大。所以，粘性土最容易產(chǎn)生陽(yáng)離子交替吸附作用，而粗粒土和巖石實(shí)際不會(huì)發(fā)生陽(yáng)離子交替吸附作用。5．陽(yáng)離子交替吸附作用426．混合作用成分不同的兩股水匯合在一起，形成化學(xué)成分和礦化度于原來(lái)兩種水都不同的水的作用稱為混合作用。如：含SO42-、Na+的地下水與含HCO3-、Ca2+的水混合時(shí)，會(huì)發(fā)生反應(yīng)，石膏析出，形成以HCO3-、Na+為主的地下水。7．人類活動(dòng)在地下水化學(xué)成分形成中的作用人類活動(dòng)產(chǎn)生的廢棄物污染地下水。大量抽排地下水改變地下水動(dòng)力條件，使水化學(xué)成分發(fā)生改變。6．混合作用43地下水化學(xué)成分的分析和水化學(xué)類型的劃分

一、地下水化學(xué)成分分析內(nèi)容地下水化學(xué)成分的分析是研究地下水化學(xué)成分的基本手段。在實(shí)際工作中，根據(jù)目的和要求不同，對(duì)水質(zhì)分析的項(xiàng)目和精度要求也不相同。在一般性水文地質(zhì)調(diào)查中，主要有簡(jiǎn)分析、全分析，有時(shí)為了配合專門任務(wù)，還要進(jìn)行專門分析。

簡(jiǎn)分析用于了解區(qū)域地下水化學(xué)成分的概貌。它的特點(diǎn)是分析項(xiàng)目少，精度要求低，但要快且及時(shí)。這種分析可在野外利用專門的水質(zhì)分析箱，即可就地進(jìn)行。分析項(xiàng)目除物理性質(zhì)外，還需定量分析、pH值，定性分析及游離。根據(jù)差數(shù)計(jì)算。

全分析用于較全面地了解地下水的化學(xué)成分。它的特點(diǎn)是分析項(xiàng)目多，精度要求高。通常，在簡(jiǎn)分析的基礎(chǔ)上，選取有代表性的地段取水樣進(jìn)行全分析。全分析一般是定量分析，

以及可溶性游離，耗氧量、pH值等，計(jì)算總硬度、水久硬度、暫時(shí)硬度及干涸殘余物。以及可溶性游離，耗氧量、pH值等，計(jì)算總硬度、水久硬度、暫時(shí)硬度。地下水化學(xué)成分的分析和水化學(xué)類型的劃分44

專門分析為了某種目的對(duì)地下水中某一種或某些元素專門進(jìn)行的分析。如在燃礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查中，是對(duì)Cu、Pb、Zn、Co、U、F等稀有元素和有害離子成分進(jìn)行專門分析。必須指出，任何目的的專門分析，都必須在取得全分析成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行。在以后的水質(zhì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)工作中，才允許在一定期間內(nèi)只作一些增選項(xiàng)目的測(cè)定。進(jìn)行地下水的化學(xué)分析的同時(shí)，還應(yīng)對(duì)有關(guān)的地表水體取樣分析。這是由于地表水體可能是地下水的補(bǔ)給來(lái)源，或是排泄去路。前一種情況，地表水的成分將影響地下水；后一種情況，地表水反映了地下水化學(xué)變化的最終結(jié)果。對(duì)于作為地下水主要補(bǔ)給來(lái)源的大氣降水，其化學(xué)成分也值得注意。

專門分析為了某種目的對(duì)地下水中某一種或某些元素專門進(jìn)45二、水分析成果的表示方法

1)離子毫克數(shù)表示法即一升水中所含離子的毫克數(shù)(mg／L)。這種方法只表征離子的絕對(duì)含量，不易顯示水的化學(xué)性質(zhì)。2)百萬(wàn)分含量(ppm)表示法相當(dāng)于1000g水中含某離子的毫克數(shù)。當(dāng)水的比重為1時(shí)，其值與每升水中含離子的毫克數(shù)相同。

3)離子毫克當(dāng)量數(shù)表示法即一升水中所含離子的毫克當(dāng)量(meq／L)。這種方法可以反映各種離子間的數(shù)量關(guān)系和水的化學(xué)性質(zhì)，檢查水分析成果的正確性。4)離子摩爾數(shù)表示法即一升水中所含離子的摩爾(mol／L)。5)離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)表示法將一升水中陰、陽(yáng)離子的毫克當(dāng)量總數(shù)各作為100％，按陰、陽(yáng)離子分別計(jì)算。即用這種方法可以獲得水中各種離子含量百分比例的概念，以便對(duì)不同水質(zhì)類型的地下水進(jìn)行比較。

二、水分析成果的表示方法46

6)庫(kù)爾洛夫式表示法將離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)不小于10%的陰陽(yáng)離子按遞減順序分別排列在橫線上、下方，再將水的總礦化度(M)、氣體成分和特殊元素(如I-等)寫在式前(單位用g／L表示)，式末列入水溫(tC)和涌水量(Q，單位為L(zhǎng)／s)，各種含量標(biāo)在相應(yīng)符號(hào)位置的右下角，而原子數(shù)移至右上角。如

7)圖示表示法采用不同的圖形，來(lái)表示水中主要離子的相對(duì)含量及總礦化度等。常用的圖形有以下三種：(1)圓形指示燈圖根據(jù)主要陰、陽(yáng)離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)繪制成的圓形圖。圓直徑大小表示礦化度等級(jí)(圖2—3a)。(2)柱狀圖根據(jù)主要陰、陽(yáng)離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)繪制成的柱狀圖(圖2—3b)。(3)水化學(xué)玫瑰圖根據(jù)主要陰、陽(yáng)離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)繪制成圓形圖，后將圓分成6等分，圖中6根半徑分別表示地下水中常見的6種離子，并將每根半徑分為100等分，然后按各離子的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)分別在半徑上定點(diǎn)，聯(lián)接各點(diǎn)，便顯示出該水樣特有的攻瑰花圖形(圖2—4)。

6)庫(kù)爾洛夫式表示法將離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)不小于147水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)課件48

三、地下水化學(xué)類型的劃分

區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查獲得的水分析資料，必須加以整理分類，以便闡明一個(gè)地區(qū)地下水化學(xué)成分的特征和變化規(guī)律。為此，人們根據(jù)不同原則和不同實(shí)際用途，提出了多種分類方案。這里僅舉三種加以說(shuō)明。1．舒卡列夫分類法舒卡列夫分類，是根據(jù)地下水中常見的6種離子(如Cl-、SO2-

4、HCO-3、Na+、Mg2+、Ca2+等)及礦化度劃分的。將含量大25％毫克當(dāng)量的陰、陽(yáng)離子進(jìn)行組合，共分成49種類型(表2—9)。按礦化度又劃分為四組，即：A組礦化度小于1．5g／L，B組礦化度為1．5～10g／L；C組為10～40g／L，D組大于40g／L。分類表中，從左上角至右下角的方向大體表示由低礦化水轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩V化水。將一個(gè)地區(qū)的水分析結(jié)果，按其化學(xué)成分投落在分類喪中，以便進(jìn)行分析。若分析結(jié)果均投落在左上角，如1-A型水，這種類型水為低礦化的HC03=-Ca型水，且往往是溶濾作用形成的；若投落在右下角，如49-D型水，它為高礦化的Cl-Na型水，這種類型水可能是與海水及海相沉積有關(guān)的地下水或干旱地區(qū)強(qiáng)烈蒸發(fā)條件下的地下水。

三、地下水化學(xué)類型的劃分49

這種分類法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)明易懂，可以利用此表系統(tǒng)整理水分析資料。其缺點(diǎn)：以毫克當(dāng)量大于25％作為劃分類型的依據(jù)不充分，此外。劃分出的49種水型是由組合方法得到的，其中有些水型在自然界中實(shí)際上很少見到，因此也難于解釋它的形成過(guò)程。2．布羅德斯基分類法布羅德斯基分類法與舒卡列夫法相似，都是考慮六種主要離子成分及礦化度，兩者間所不同的是將陰、陽(yáng)離子備取一對(duì)進(jìn)行組合，便得出36種地下水類型；礦化度按圖2—5進(jìn)行分類。布羅德斯基法的優(yōu)點(diǎn)，即可用來(lái)分析地下水形成的規(guī)律和循環(huán)條件。例如在典型的山前傾斜平原的地下水，其化學(xué)成分的形成和作用方向具有一定的規(guī)律：在逕流帶內(nèi)，地下水運(yùn)動(dòng)比較強(qiáng)烈，巖石中的可溶性鹽類大部分被溶解，剩下的只是鈣、鎂的碳酸鹽，所以在這一帶的地下水為淡水(礦化度小于1g／L)；到了溢出帶，地下水的礦化度逐漸增高；當(dāng)?shù)叵滤髦链怪苯惶鎺r(shí)，不僅運(yùn)動(dòng)緩慢，而且消耗于蒸發(fā)，故地下水礦化度極高。這種礦化度由低逐漸增高的作用，布羅德斯基稱它為總礦化作用。由這種作用所產(chǎn)生的地下水化學(xué)成分的變化，見圖2—5。

這種分類法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)明易懂，可以利用此表系統(tǒng)整理水50水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)課件513．阿廖金分類法

以上述六個(gè)主要的陰離子為基礎(chǔ)，按含量占多數(shù)的陽(yáng)離子(毫克當(dāng)量)分為三大類，即：重碳酸水；硫酸水；氯水。每一類再按占多數(shù)的陽(yáng)離子分為三組，即：鈣質(zhì)的、鎂質(zhì)的和鈉質(zhì)的。每一組又按陰、陽(yáng)離子相對(duì)含量關(guān)系，將各組水又分為四個(gè)型(圖2—6)。第I型水。這型水是由火成巖地區(qū)溶濾作用形成的，含有相當(dāng)數(shù)量的鈉和鉀，它也可以由水中的鈣同巖石中鈉之間的交替作用形成。該型水是堿性的聾水。礦化度低(在內(nèi)陸湖中或某些油田水中，可以出現(xiàn)高礦化度)。第Ⅱ型水。該類型水與各種沉積巖和風(fēng)化產(chǎn)物有關(guān)。屬于這型水的有大部分地表水、淺層地下水及低礦化和中等礦化的地下水。

3．阿廖金分類法52

第Ⅲ型水。該類型水為封閉盆地水和因子交換而發(fā)生顯著變化的高礦化水。這型水多出現(xiàn)于油田水、湖水和地下鹽水，還可以在河水、海水、第四系淺層地下水中見到。第Ⅳ型水HCO-3=O。這水型為酸性水。屬于該類型的有礦井水、沼澤水、火山水及工業(yè)污染的水。按照阿廖金的分類，水的類別是用主要陰離子的化學(xué)符號(hào)(即C、S、C1)表示，組別用主要陽(yáng)離子的化學(xué)符號(hào)(即Ca、Mg、Na)表示，而型別用腳碼表示。如CN2m，表示重碳酸鹽類鈉組第Ⅲ型水。此分類法是兼顧了主要離子及離子間對(duì)比的劃分原則，在一定程度上反映水質(zhì)特點(diǎn)變化的規(guī)律性。如礦化度的變化，礦化度逐漸增大的方向是：[c]<[s]<[c1]，ca<Mg<Na，I<Ⅱ<Ⅲ。阿廖金分類法具有許多優(yōu)點(diǎn)，它適用于絕大部分天然水，簡(jiǎn)明易于記憶，而且能將多數(shù)的離子之間的對(duì)比恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合，使水型用來(lái)判斷水的成因、化學(xué)性質(zhì)及其質(zhì)量。

第Ⅲ型水。該類53河水，一般礦化度較低（<1g/l），其主要陰離子為HCO3->SO2-4>CL-，湖水要比河水成分復(fù)雜得多，因湖水特殊性有的緩慢水交替和蒸發(fā)作用，礦化度很高，可達(dá)35g/l。埋藏于松散沉積層中的孔隙水，由于其成因不同，補(bǔ)給徑流條件不同，造成了化學(xué)成分也各不相同。洪積扇的上部逕流帶，礦化度低（<1g/e）屬HCO3-型水。中部溢出帶，礦化度較高，可達(dá)10～20g/e，常為SO42—HCO3-或HCO3-—SO42-型水，而在下部垂直交替帶，逕流條件差，排泄主要為蒸發(fā)作用，礦化度急劇增大（可達(dá)50g/e），水化學(xué)類型多為CL-—SO42-或SO42—CL-型水。河流上游沖積物中的地下水，由于接受河水補(bǔ)給，礦化度低，多為HCO3-型水，再往下游，水質(zhì)依次變?yōu)镾O42-或CL-型水。河水，一般礦化度較低（<1g/l），其主要陰離子為HCO3-54巖溶水，主要決定于可溶巖的巖性及化學(xué)成分。石灰?guī)r地區(qū)的地下水多為低礦化的HCO3-——Ca2+型。白云巖地區(qū)的地下水多為低礦化的HCO3—Ca2+Mg2+型水。但是，環(huán)境不同，成分也不同。上述情況一般在近地表處，大氣降水補(bǔ)給，逕流條件好，氧化環(huán)境下才出現(xiàn)。而在逕流微弱的地區(qū)，則可能出現(xiàn)SO42-型或CL-，SO42-型水。例如：華北石炭二迭紀(jì)煤田中，奧陶紀(jì)喀斯特殊性水與煤系中灰?guī)r夾層中的喀斯特水，有明顯的差別，前者多為HCO3Ca水或HCO3—CaMg水，而后者多為SO4—HCO3水或SO4—Ca水。但當(dāng)有水力聯(lián)系時(shí)，其差別則不甚明顯。循環(huán)于煤層中的地下水，由于所處的環(huán)境以及形成地下水化學(xué)成分的作用不同，因此煤礦區(qū)地下水成分不是單一的而是復(fù)雜多變的。

巖溶水，主要決定于可溶巖的巖性及化學(xué)成分。石灰?guī)r地區(qū)的地下水55酸性礦坑水

是煤礦區(qū)常見的，與周圍地下水化學(xué)特征有明顯的區(qū)別，PH值較低，常在2～4之間。硫酸根離子含量高，常在數(shù)百～數(shù)千mg/e，重金屬離子少，（Fe、Ca、Rb等）含量高。煤礦地下水中常見到黃褐色的沉淀，俗稱為水銹，是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中含鐵物質(zhì)析出所致。由氧化作用生成的酸性水，對(duì)金屬設(shè)備及炭酸鹽類構(gòu)筑物有侵蝕作用，與含Ca物質(zhì)反應(yīng)后可轉(zhuǎn)化為中性或弱堿性水。但Fe和SO4含量均高。酸性礦坑水56酸性礦坑水位于深部的含煤地層，常常是缺氧的還原環(huán)境，煤層頂、底板為海相粘土巖時(shí)，富含有Na+、Na+與地下水中的Ca2+發(fā)生陽(yáng)離子交替作用，使地下水類型由硫酸鈣轉(zhuǎn)化為硫酸鈉水，然后在還原環(huán)境下發(fā)生脫硫酸作用，SO42-被還原成H2S，使SO42-含量減少，H2SO4、HCO3-含量增高。此時(shí)，地下水轉(zhuǎn)為重碳酸鈉水，具堿性水特征。在更深的地層中，礦化度大大增加，逐漸變成氯化物重碳酸水。03:11:38酸性礦坑水07:04:4357七、地質(zhì)構(gòu)造特征及規(guī)律的調(diào)查研究

地質(zhì)構(gòu)造是影響地下水賦存的重要因素，它不僅是地質(zhì)變化的控制因素，同時(shí)，對(duì)地下水的埋藏、徑流條件也具有明顯的控制作用，它的存在常常造成突水事故、巷道巖體失穩(wěn)。因此，地質(zhì)構(gòu)造是工程水文地質(zhì)條件調(diào)查的主要內(nèi)容。七、地質(zhì)構(gòu)造特征及規(guī)律的調(diào)查研究581、總的構(gòu)造類型可以分為單斜構(gòu)造、褶曲構(gòu)造、斷塊構(gòu)造等。從地質(zhì)力學(xué)觀點(diǎn)可用構(gòu)造體系要領(lǐng)來(lái)分析。如以褶曲為主要構(gòu)造類型，要了解其次級(jí)褶曲的規(guī)模、數(shù)目、組合、分布及主要構(gòu)造線方向等；又如以斷塊為主要構(gòu)造類型，則要了解各級(jí)斷裂的性質(zhì)、斷塊規(guī)模、數(shù)目、斷裂組合及分布規(guī)律，主延展方向等。如主要屬多字型新華夏系構(gòu)造體系類型，則要了解新華夏的主干構(gòu)造包括其配套的構(gòu)造以及次級(jí)構(gòu)造和更低序次的構(gòu)造，分析其配套、組合、分布的規(guī)律等等。1、總的構(gòu)造類型可以分為單斜構(gòu)造、褶曲構(gòu)造、斷塊構(gòu)造等。591、總的構(gòu)造類型可以分為單斜構(gòu)造、褶曲構(gòu)造、斷塊構(gòu)造等。在進(jìn)行礦區(qū)工程水文地質(zhì)條件的調(diào)查研究中，首先掌握了總體構(gòu)造格局，則其他問(wèn)題即可進(jìn)一步深入逐個(gè)解決。真正掌握研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的格局特征是非常重要的，但也不是輕而易舉的，必須在廣泛占有資料基礎(chǔ)上進(jìn)行整體和部分宏觀和微觀的統(tǒng)一分析，才能得出符合客觀實(shí)際的認(rèn)識(shí)。1、總的構(gòu)造類型可以分為單斜構(gòu)造、褶曲構(gòu)造、斷塊構(gòu)造等。60

二、構(gòu)造力學(xué)性質(zhì)及構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征構(gòu)造力學(xué)性質(zhì)對(duì)地下水的存、移及其導(dǎo)水、阻水性起著決定作用。對(duì)工程地質(zhì)條件也有所影響，常構(gòu)成各種巖體結(jié)構(gòu)面，如斷層、節(jié)理、劈理等。斷層按受力形式不同，可分為張性、壓性、扭性、張扭及壓扭性五種類型。一般張性結(jié)構(gòu)面有利于地下水的賦存和運(yùn)移，壓性則反之。扭性或剪切結(jié)構(gòu)面易導(dǎo)致巖體沿其結(jié)構(gòu)面滑移。故在實(shí)際工作中，見到斷層、節(jié)理等。首先要鑒別其力學(xué)性質(zhì)。這對(duì)研究其工程水文地質(zhì)條件有重要作用。

地殼巖體內(nèi)長(zhǎng)期存在著構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的內(nèi)力，即構(gòu)造應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力在一定的地質(zhì)時(shí)期，在空間上有規(guī)律的分布狀態(tài)，稱為構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。研究構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)可以揭示造成這些巖石變形的地殼運(yùn)動(dòng)方式，有助于我們從總體上，成因上深入地認(rèn)識(shí)地質(zhì)構(gòu)造的特征及發(fā)育規(guī)律，從而對(duì)礦區(qū)因地質(zhì)構(gòu)造而產(chǎn)生的工程水文地質(zhì)問(wèn)題的預(yù)測(cè)提供了依據(jù)。

二、構(gòu)造力學(xué)性質(zhì)及構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征61研究地質(zhì)歷史過(guò)程中的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)只能先從局部的點(diǎn)、小型構(gòu)造入手，測(cè)定其主應(yīng)力方向，然后匯總在一起，就可以看出全井田或全礦區(qū)構(gòu)造應(yīng)力方向的變化，從而掌握該區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。對(duì)地下工程影響最大的為現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)?，F(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的研究除了應(yīng)用地質(zhì)力學(xué)方法進(jìn)行一般分析外，主要是應(yīng)用某些特殊方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)定，如采用應(yīng)力解除法、水壓致裂法等。測(cè)得的原應(yīng)力大小及最大主應(yīng)力方向?qū)r體工程的穩(wěn)定性及控水構(gòu)造的分析都具有重要的意義。研究地質(zhì)歷史過(guò)程中的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)只能先從局部的點(diǎn)、小型構(gòu)造入手62三、構(gòu)造控水特征

地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水賦存和運(yùn)移具有明顯的控制作用。這種控制作用主要是由透水巖層的導(dǎo)水作用和隔水巖層的阻水作用而構(gòu)成的，地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巖層含水性隔水性的控制作用主要表現(xiàn)在：

1．地質(zhì)構(gòu)造控制巖層裂隙巖溶的發(fā)育程度。2．控制含水層分布埋藏特征。3．控制地下水的運(yùn)動(dòng)特征。對(duì)地下水賦存和運(yùn)動(dòng)起著控制作用的地質(zhì)構(gòu)造，稱為控水構(gòu)造。主要表現(xiàn)為蓄水作用。導(dǎo)水作用、阻水作用和匯水作用。故分別稱之為蓄水構(gòu)造、導(dǎo)水構(gòu)造、阻水構(gòu)造和匯水構(gòu)造?？厮畼?gòu)造主要有褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造，另外，單斜構(gòu)造及其它構(gòu)造對(duì)地下水也有一定的控制作用。三、構(gòu)造控水特征

地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水賦存和運(yùn)移具有明顯的控制作63㈠褶皺控水作用在褶皺構(gòu)造中，如果同時(shí)分布有透水巖層（或巖石透水帶）與相對(duì)隔水巖層時(shí)，相對(duì)隔水層構(gòu)成隔水邊界。透水巖層成為含水介質(zhì)。這種褶皺構(gòu)造在適宜補(bǔ)給條件下，即形成蓄水構(gòu)造，它包括向斜蓄水構(gòu)造和背斜蓄水構(gòu)造。向斜蓄水構(gòu)造就是能夠富集和儲(chǔ)存地下水的向斜盆地。其蓄水條件：1．向斜中分布有透水巖層，作為儲(chǔ)水的空間條件。2．在透水巖層之下分布有相對(duì)隔水層，或隔水層與透水層互層，作為隔水邊界條件。㈠褶皺控水作用64

3．地下水從向斜翼部透水層出露地表的地形較高地區(qū)接受補(bǔ)給，向地形較低的核部或翼部匯集，構(gòu)成良好的地下水富集條件。4．向斜構(gòu)造有利于地下水的匯集，起到匯水作用，賦存地下水，形成地下水資源。在褶皺構(gòu)造中，不同構(gòu)造部位的巖層，由于受力狀態(tài)和應(yīng)力強(qiáng)度不同而產(chǎn)生不同程度的破裂或壓密。使巖層透水性和給水性增強(qiáng)或減弱，因此各部位的富水性也不相同。例如：軸部張應(yīng)力帶里，因裂隙發(fā)育而特別富水，而在擠壓帶，富水性則減弱。背斜蓄水構(gòu)造，必須具備含水層，相對(duì)隔水層，同時(shí)地形上又具備有利的補(bǔ)給條件，例如：背斜軸部出露含水巖層的背斜谷，兩翼仍被不透水或弱透水巖層覆蓋，背斜谷中的含水層成為匯集和儲(chǔ)藏地下水的最良好的場(chǎng)所。3．地下水從向斜翼部透水層出露地表的地形較高地區(qū)接受補(bǔ)給，65

㈡斷層控水作用斷層對(duì)地下水的控制作用，與斷層的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。張性、張扭性斷層：其構(gòu)造巖帶疏松且多孔隙，透水性和含水性強(qiáng)，常構(gòu)成富水帶或?qū)畮В蛘咝纬尚钏畼?gòu)造壓性及壓扭性斷層：結(jié)構(gòu)面緊密，構(gòu)造巖多為壓片巖、糜棱巖，斷層泥及構(gòu)造透鏡體等物質(zhì)，并常有不同的動(dòng)力變質(zhì)作用，如硅化蛇紋石化等，透水性和含水性都很低，構(gòu)成相對(duì)隔水層，起阻水作用。㈡斷層控水作用66

1．?dāng)鄬有钏饔靡詳鄬悠扑閹楹臻g條件，以斷層兩盤的巖石作為相對(duì)隔水層在適宜的補(bǔ)給條件下能夠富集和儲(chǔ)藏地下水，形成斷層蓄水構(gòu)造。斷層地下水賦存于斷裂破碎帶內(nèi)，其含水帶呈帶狀或脈狀。含水帶寬度從數(shù)米到數(shù)百米不等，變化很大，含水帶沿?cái)鄬幼呦蜓由斓拈L(zhǎng)度和沿?cái)鄬觾A向延伸的深度取決于斷層規(guī)模的大小。

由于斷層出露地表接受降水或第四紀(jì)含水層的補(bǔ)給，同時(shí)，又切穿含水層隔水層，使含水層溝通得到充沛的補(bǔ)給，形成很大的補(bǔ)給量

1．?dāng)鄬有钏饔?7

2．?dāng)鄬訉?dǎo)水作用

發(fā)育在強(qiáng)透水巖層與弱透水或不透水巖層互層的地層之中的數(shù)層可以溝通各含水層水。這種斷層其本身是含水的，由于它切穿了不同層位的含水層與隔水層，使含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系。導(dǎo)水構(gòu)造是溝通不同含水體的地質(zhì)構(gòu)造，呈狹長(zhǎng)的強(qiáng)透水通道。導(dǎo)水?dāng)鄬拥牡叵滤赞熈髁繛橹?，斷層帶本身含水層不多，地下水主要?lái)自它所切割的兩盤含水體。在煤礦生產(chǎn)中，斷層的存在往往造成突水事故。構(gòu)造斷裂對(duì)礦井的涌水影響，一方面表現(xiàn)在它本身的富水性，另一方面又往往是各種水源進(jìn)入井下采、掘工作面的良好通道。2．?dāng)鄬訉?dǎo)水作用68

3．?dāng)鄬拥淖杷饔?/p>

壓性斷層，特別當(dāng)其發(fā)育于柔性巖層中時(shí)通常不透水或透水性較弱成為阻水?dāng)鄬?。將原?lái)統(tǒng)一的含水層切割分離，形成互不連通的塊段。這種情況下，常常使地下水徑流受阻，水位抬高，利于地下水的匯集。在地下水深埋以至缺水的山區(qū)，阻水層常使地下水滯流匯水。

新構(gòu)造形成的斷層，一般都是富水的，特別是北北東，北西西兩組活動(dòng)性斷層，它們?cè)谄矫嫔隙寄苎由旌苓h(yuǎn)，可以把很遠(yuǎn)的水導(dǎo)入井下。構(gòu)造密集帶，應(yīng)力集中部位，斷層交叉點(diǎn)、收斂處、尖來(lái)端，這些部位往往裂隙發(fā)育，含有豐富的水量。同時(shí)，由于這些部位裂隙發(fā)育，在巖溶地區(qū)則加速了巖溶的進(jìn)行，促使溶洞的形成，構(gòu)成富水帶。3．?dāng)鄬拥淖杷饔?9

構(gòu)造對(duì)地下水的控制作用，還表現(xiàn)在控制地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件及其運(yùn)動(dòng)特征。

例如：切穿承壓含水層的斷層，即可接受地表水淺部地下水的補(bǔ)給。同時(shí)又可在承壓水壓力作用下排泄地下水，使原來(lái)地下水徑流條件改變，阻水?dāng)鄬拥拇嬖诳梢允固幱诹鲃?dòng)的承壓水變成封存水?？傊貏e注意控水構(gòu)造，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行力學(xué)分析，查清構(gòu)造形跡及力學(xué)性質(zhì)，確定其主構(gòu)造線。一個(gè)礦區(qū)，有幾組構(gòu)造線時(shí)，要區(qū)分構(gòu)造序次，建立構(gòu)造體系并分析各構(gòu)造體系之間的關(guān)系，掌握地下水的空隙發(fā)育規(guī)律及地下水富集規(guī)律。

70結(jié)束結(jié)束71第一節(jié)地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分

由于地下水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與各種巖石相互作用、溶解巖石中可溶物質(zhì)等原因，使地下水形成為一種復(fù)雜的溶液。研究地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分，對(duì)于了解地下水的成因與動(dòng)態(tài)，確定地下水對(duì)混凝土等的侵蝕性，進(jìn)行各種用水的水質(zhì)評(píng)價(jià)等，都有著實(shí)際的意義。第一節(jié)地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分

由于地下水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中72一、地下水的物理性質(zhì)地下水的物理性質(zhì)包括溫度、顏色、透明度、嗅(氣味)、味(味道)和導(dǎo)電性等。地下水的溫度變化范圍很大。地下水溫度的差異，主要受各地區(qū)的地溫條件所控制。通常隨埋藏深度不向而異，埋藏越深的，水溫越高。地下水一般是無(wú)色、透明的，但當(dāng)水中含有某些元素或含有較多的懸浮物質(zhì)時(shí)，便會(huì)帶有各種顏色和顯得混濁。如含高鐵的水為黃褐色，含腐植質(zhì)的水為淡黃色。地下水一般是無(wú)嗅、無(wú)味的，但當(dāng)水中含有硫化氫氣體時(shí)，水便具有臭蛋味，含氯化鈉的水味咸，含氯化鎂或硫酸鎂的水味苦。地下水的導(dǎo)電性取決于所含電解質(zhì)的數(shù)量與性質(zhì)(即各種離子的含量與離子價(jià))，離子含量越多，離子價(jià)越高，則水的導(dǎo)電性越強(qiáng)。由于地下水具有導(dǎo)電性，因而為勘探地下水應(yīng)用電測(cè)法創(chuàng)造了條件。一、地下水的物理性質(zhì)地下水的物理性質(zhì)包括溫度、顏色、透明度、73二、地下水的化學(xué)成分

(一)地下水中常見的成分

地下水中含有多種元素，有的含量很大，有的含量甚微。地殼中分布廣、含量高的元素，如02、Ca、Mg、Na、K等在地下水中最常見。有的元素如Si、Fe等在地殼中分布很廣，但在地下水中卻不多；有的元素如Cl等在地殼中極少，但在地下水中卻大量存在。這是因?yàn)楦鞣N元素的溶解度不同的緣故。所有這些元素是以離子、化合物分子和氣體狀態(tài)存在于地下水中，而以離子狀態(tài)為主。地下水中含有數(shù)十種離子成分，常見的陽(yáng)離子有H+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe2+、Mn2+等；常見的陰離子有0H-、Cl-、S024-、NO2、HC0-2、C023-、Si023-、P024-等。上述離子中的Cl—、S024-、HC0-2、K+、Na+、Ca2+、Mg2+七種是地下水的主要離子成分，它們分布最廣，在地下水中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，它們決定了地下水化學(xué)成分的基本類型和特點(diǎn)。地下水中含有多種氣體成分，常見的有02、N2、C02、H2S。地下水中呈分子狀態(tài)的化合物(膠體)有Fe2O3、Al2O3和和H2Si03等。二、地下水的化學(xué)成分

(一)地下水中常見的成分74(二)氫離子濃度(PH值)

氫離子濃度是指水的酸堿度，用PH值表示。PH＝lg[H+]。根據(jù)PH值可將水分為五類(表7—1)。PH:<55`7,7,7~9>9

地下水的氫離子濃度主要取決于水中HC0-3、C023-和H2C03的數(shù)量。自然界中大多數(shù)地下水的PH值在6．5—8。5之間。氫離子濃度為一般酸性侵蝕指標(biāo)。酸性侵蝕是指酸可分解水泥混凝土中的caC03成分，其反應(yīng)式為：(二)氫離子濃度(PH值)

氫離子濃度是指水的酸堿度，用PH75(三)總礦化度

水中離子、分子和各種化合物的總量稱為總礦化度，以g／L表示。它表征水的礦化程度。通常以在105—110℃溫度下將水蒸干后所得干涸殘余物的含量來(lái)確定。根據(jù)礦化程度可將水分為五類(表7—2)。礦化度與水的化學(xué)成分之間有密切的關(guān)系：淡水和微咸水常以HC03為主要成分，稱碳酸鹽水；咸水常以S024—為主要成分，稱硫酸鹽水；鹽水和鹵水則往往以Cl—為主要成分，稱氯化物水。高礦化水能降低水泥混凝土的強(qiáng)度，腐蝕鋼筋，促使混凝土表面風(fēng)化，故拌合混凝上時(shí)不允許用高礦化水，在高礦化水中的混凝土建筑亦應(yīng)注意采取防護(hù)措施。(三)總礦化度

水中離子、分子和各種化合物的總量稱為總礦化度76根據(jù)總礦化度的大小，天然水分為五類：淡水<1g/L弱礦化水1～3g/L中等礦化水3~10g/L強(qiáng)礦化水10~50g/L鹽水>50g/L根據(jù)總礦化度的大小，天然水分為五類：772．電導(dǎo)率電導(dǎo)率是物體傳導(dǎo)電流的能力。電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理是將兩塊平行的極板，放到被測(cè)溶液中，在極板的兩端加上一定的電勢(shì)，然后測(cè)量極板間流過(guò)的電流。根據(jù)歐姆定律，電導(dǎo)率(G)--電阻(R)的倒數(shù)，是由電壓和電流決定的。

電導(dǎo)率的基本單位是西門子（S），原來(lái)被稱為歐姆。因?yàn)殡妼?dǎo)池的幾何形狀影響電導(dǎo)率值，標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量中用單位電導(dǎo)率S/cm來(lái)表示，以補(bǔ)償各種電極尺寸造成的差別。盡管因?yàn)榭臻g的限制我們把電導(dǎo)率具體為：μS或mS，這一系列的單位應(yīng)被理解為相應(yīng)的單位電導(dǎo)率單位：μS/cm或mS/cm。1μS/cm=0.001mS/cm=0.000001S/cm=1μmho/cm2．電導(dǎo)率78地下水化學(xué)成分的形成作用

地下水的化學(xué)成分很復(fù)雜，不同成因的地下水有不同的原始成分，地下水形成過(guò)程中以及形成后與周圍巖土不斷發(fā)生作用，使水的成分隨之發(fā)生變化，其結(jié)果是地下水成分與原始成分往往產(chǎn)生很大的差別。因此，現(xiàn)在所遇到的地下水成分，都是在一定的自然歷史過(guò)程中，在各種因素影響下，各種作用的綜合結(jié)果。由于所處的條件不同，各種作用的主次也不同。其中，對(duì)于地下水化學(xué)成分的形成最有意義的作用主要有：溶濾作用、濃縮作用、脫碳酸作用、脫硫酸作用、陽(yáng)離子交替吸附作用、混合作用以及人類活動(dòng)的影響。地下水化學(xué)成分的形成作用79地下水化學(xué)成分的形成作用1．溶濾作用在水和巖土相互作用下，巖土中一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入地下水中，這種作用稱為溶濾作用。其結(jié)果是巖土失去部分可溶的物質(zhì)，地下水則補(bǔ)充了新的組分。廣義的溶濾作用包含兩種作用，即溶濾作用和溶解作用：狹義的溶濾作用是在不破壞礦物結(jié)晶結(jié)構(gòu)的情況部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入水中的作用，一般是礦物的風(fēng)化水解作用。溶解作用是組成礦物的各部分按同樣的比例全部進(jìn)入水中的作用，結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞。一般來(lái)說(shuō)，碳酸鹽、硫酸鹽巖、鹵化物等礦物溶解作用為主，硅酸鹽類等礦物以溶濾作用為主。溶濾作用的強(qiáng)烈程度取決于組成巖石的礦物的溶解度，溶解度越大，溶濾作用越強(qiáng)。礦物的溶解度大小與礦物的結(jié)構(gòu)、混入的物質(zhì)以及地下水的溫度、PH、EH（氧化還原電位）、成分的飽和度、溶解氣體等等有關(guān)。地下水化學(xué)成分的形成作用802．濃縮作用在干旱半干旱地區(qū)，氣溫高，地下水位埋深淺，蒸發(fā)作用是地下水的主要排泄方式。由于蒸發(fā)作用只能排走水分，鹽分仍保留在水中，隨著時(shí)間的延續(xù)，地下水溶液得到濃縮，礦化度越來(lái)越高，化學(xué)成分也發(fā)生了改變，這種作用稱為濃縮作用。在地下水埋深不深，巖石透水性不好，毛細(xì)作用大的情況下，也可發(fā)生濃縮作用。深部地下水也可在地?zé)岬淖饔孟掳l(fā)生濃縮作用。

產(chǎn)生濃縮作用的條件：氣溫高，地勢(shì)低平，地下水埋深淺，包氣帶松散巖石有利于毛細(xì)作用，地下水的排泄區(qū)。2．濃縮作用813．脫碳酸作用水中二氧化碳的溶解度受環(huán)境溫度和壓力的控制。當(dāng)溫度升高或壓力降低時(shí)，一部分二氧化碳可從水中逸出，這種作用稱為脫碳酸作用。脫碳酸作用的結(jié)果使水中的鈣、鎂、碳酸氫根離子含量減少，礦化度降低。（寫出化學(xué)反應(yīng)式）泉口附近的泉華以及溶洞中的石筍、石鐘乳、石幔、石柱等都是脫碳酸作用的結(jié)果。4．脫硫酸作用在還原環(huán)境下，當(dāng)有有機(jī)質(zhì)存在時(shí)，脫硫酸細(xì)菌能使硫酸根離子還原成硫化氫，從而使水中硫酸根離子減少甚至消失而碳酸氫根離子增加的作用稱為脫硫酸作用。（寫出化學(xué)反應(yīng)式）這是一種生物化學(xué)作用，多發(fā)生于封閉的地質(zhì)構(gòu)造的地下水中，如油田水。

3．脫碳酸作用825．陽(yáng)離子交替吸附作用巖土顆粒表面一般帶負(fù)電荷，能夠吸附陽(yáng)離子。一定條件下，顆粒將吸附地下水中某些陽(yáng)離子，而將其原吸附的部分陽(yáng)離子轉(zhuǎn)為地下水中的組分，這種作用稱為陽(yáng)離子交替吸附作用。這種作用大小取決于：

1離子電價(jià)大小和離子半徑：不同的陽(yáng)離子，吸附于巖土表面的能力不同，按吸附能力，自大而小順序?yàn)椋篐+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+，離子價(jià)越高，離子半徑越大，水化離子半徑越小，吸附能力越強(qiáng)，H+是例外。2離子的濃度：水中某些離子的相對(duì)濃度越大，則這種離子的交替吸附能力也隨之增大。如，當(dāng)?shù)叵滤蠳a含量高，而巖土中原來(lái)吸附有較多的Ca，則水中的Na將反過(guò)來(lái)置換巖土吸附的部分Ca。海水入侵陸相沉積物時(shí)就會(huì)發(fā)生這種作用。

3巖土的吸附能力：巖土的吸附能力取決于巖土的顆粒大小，顆粒越細(xì)小，交替吸附的規(guī)模越大。所以，粘性土最容易產(chǎn)生陽(yáng)離子交替吸附作用，而粗粒土和巖石實(shí)際不會(huì)發(fā)生陽(yáng)離子交替吸附作用。5．陽(yáng)離子交替吸附作用836．混合作用成分不同的兩股水匯合在一起，形成化學(xué)成分和礦化度于原來(lái)兩種水都不同的水的作用稱為混合作用。如：含SO42-、Na+的地下水與含HCO3-、Ca2+的水混合時(shí)，會(huì)發(fā)生反應(yīng)，石膏析出，形成以HCO3-、Na+為主的地下水。7．人類活動(dòng)在地下水化學(xué)成分形成中的作用人類活動(dòng)產(chǎn)生的廢棄物污染地下水。大量抽排地下水改變地下水動(dòng)力條件，使水化學(xué)成分發(fā)生改變。6．混合作用84地下水化學(xué)成分的分析和水化學(xué)類型的劃分

一、地下水化學(xué)成分分析內(nèi)容地下水化學(xué)成分的分析是研究地下水化學(xué)成分的基本手段。在實(shí)際工作中，根據(jù)目的和要求不同，對(duì)水質(zhì)分析的項(xiàng)目和精度要求也不相同。在一般性水文地質(zhì)調(diào)查中，主要有簡(jiǎn)分析、全分析，有時(shí)為了配合專門任務(wù)，還要進(jìn)行專門分析。

簡(jiǎn)分析用于了解區(qū)域地下水化學(xué)成分的概貌。它的特點(diǎn)是分析項(xiàng)目少，精度要求低，但要快且及時(shí)。這種分析可在野外利用專門的水質(zhì)分析箱，即可就地進(jìn)行。分析項(xiàng)目除物理性質(zhì)外，還需定量分析、pH值，定性分析及游離。根據(jù)差數(shù)計(jì)算。

全分析用于較全面地了解地下水的化學(xué)成分。它的特點(diǎn)是分析項(xiàng)目多，精度要求高。通常，在簡(jiǎn)分析的基礎(chǔ)上，選取有代表性的地段取水樣進(jìn)行全分析。全分析一般是定量分析，

以及可溶性游離，耗氧量、pH值等，計(jì)算總硬度、水久硬度、暫時(shí)硬度及干涸殘余物。以及可溶性游離，耗氧量、pH值等，計(jì)算總硬度、水久硬度、暫時(shí)硬度。地下水化學(xué)成分的分析和水化學(xué)類型的劃分85

專門分析為了某種目的對(duì)地下水中某一種或某些元素專門進(jìn)行的分析。如在燃礦區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查中，是對(duì)Cu、Pb、Zn、Co、U、F等稀有元素和有害離子成分進(jìn)行專門分析。必須指出，任何目的的專門分析，都必須在取得全分析成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行。在以后的水質(zhì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)工作中，才允許在一定期間內(nèi)只作一些增選項(xiàng)目的測(cè)定。進(jìn)行地下水的化學(xué)分析的同時(shí)，還應(yīng)對(duì)有關(guān)的地表水體取樣分析。這是由于地表水體可能是地下水的補(bǔ)給來(lái)源，或是排泄去路。前一種情況，地表水的成分將影響地下水；后一種情況，地表水反映了地下水化學(xué)變化的最終結(jié)果。對(duì)于作為地下水主要補(bǔ)給來(lái)源的大氣降水，其化學(xué)成分也值得注意。

專門分析為了某種目的對(duì)地下水中某一種或某些元素專門進(jìn)86二、水分析成果的表示方法

1)離子毫克數(shù)表示法即一升水中所含離子的毫克數(shù)(mg／L)。這種方法只表征離子的絕對(duì)含量，不易顯示水的化學(xué)性質(zhì)。2)百萬(wàn)分含量(ppm)表示法相當(dāng)于1000g水中含某離子的毫克數(shù)。當(dāng)水的比重為1時(shí)，其值與每升水中含離子的毫克數(shù)相同。

3)離子毫克當(dāng)量數(shù)表示法即一升水中所含離子的毫克當(dāng)量(meq／L)。這種方法可以反映各種離子間的數(shù)量關(guān)系和水的化學(xué)性質(zhì)，檢查水分析成果的正確性。4)離子摩爾數(shù)表示法即一升水中所含離子的摩爾(mol／L)。5)離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)表示法將一升水中陰、陽(yáng)離子的毫克當(dāng)量總數(shù)各作為100％，按陰、陽(yáng)離子分別計(jì)算。即用這種方法可以獲得水中各種離子含量百分比例的概念，以便對(duì)不同水質(zhì)類型的地下水進(jìn)行比較。

二、水分析成果的表示方法87

6)庫(kù)爾洛夫式表示法將離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)不小于10%的陰陽(yáng)離子按遞減順序分別排列在橫線上、下方，再將水的總礦化度(M)、氣體成分和特殊元素(如I-等)寫在式前(單位用g／L表示)，式末列入水溫(tC)和涌水量(Q，單位為L(zhǎng)／s)，各種含量標(biāo)在相應(yīng)符號(hào)位置的右下角，而原子數(shù)移至右上角。如

7)圖示表示法采用不同的圖形，來(lái)表示水中主要離子的相對(duì)含量及總礦化度等。常用的圖形有以下三種：(1)圓形指示燈圖根據(jù)主要陰、陽(yáng)離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)繪制成的圓形圖。圓直徑大小表示礦化度等級(jí)(圖2—3a)。(2)柱狀圖根據(jù)主要陰、陽(yáng)離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)繪制成的柱狀圖(圖2—3b)。(3)水化學(xué)玫瑰圖根據(jù)主要陰、陽(yáng)離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)繪制成圓形圖，后將圓分成6等分，圖中6根半徑分別表示地下水中常見的6種離子，并將每根半徑分為100等分，然后按各離子的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)分別在半徑上定點(diǎn)，聯(lián)接各點(diǎn)，便顯示出該水樣特有的攻瑰花圖形(圖2—4)。

6)庫(kù)爾洛夫式表示法將離子毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)不小于188水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)課件89

三、地下水化學(xué)類型的劃分

區(qū)