第十二章裂隙水

1、121 概概 述述122 裂隙水成因類型及其中的地下水裂隙水成因類型及其中的地下水123 裂隙介質(zhì)及其滲流裂隙介質(zhì)及其滲流124 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法125 斷層的水文地質(zhì)意義斷層的水文地質(zhì)意義121 概概 述述貯存運(yùn)移于裂隙基巖中的水裂隙水。1特點(diǎn)：不均勻性和各向異性 同一巖層中，相距很近的兩口井，水量相差懸殊，甚至一孔有水，一孔無(wú)水； 相距很近的兩孔，地下水位相差很大，水質(zhì)、動(dòng)態(tài)也有明顯的不同； 采礦中整體涌水量不大，但在局部涌水量很大；抽水時(shí)，某一方向上的觀測(cè)孔，水位下降快（甚至較遠(yuǎn)的孔），而另一方向上甚至很近的觀測(cè)孔，水位卻無(wú)變化。 2孔隙水與裂隙水的比較：（1

2、）孔隙水：孔隙分布連續(xù)均勻，構(gòu)成具有統(tǒng)一水力聯(lián)系、水量分布均勻的層狀含水系統(tǒng)。（2）裂隙水： 裂隙率比孔隙率低1 2數(shù)量級(jí)； 裂隙分布很不均勻（不連續(xù)、不均勻）； 其空間展布具有方向性； 一般并不形成具有統(tǒng)一水力聯(lián)系、水量分布均勻的含水層，而是形成若干帶狀或脈狀裂隙含水系統(tǒng)； 系統(tǒng)與系統(tǒng)之間沒(méi)有或僅有微弱的水力聯(lián)系，各有自己的補(bǔ)給范圍、排泄點(diǎn)及動(dòng)態(tài)特征，其水量大小取決于自身規(guī)模的大小。帶狀或脈狀裂隙含水系統(tǒng)，一般是由一條或幾條大的導(dǎo)水通道（如斷層、大裂隙、侵入巖與圍巖接觸帶等）為干流，匯同周圍裂隙而形成的。 121 概概 述述122裂隙水成因類型及其中的地下水裂隙水成因類型及其中的地下水1成巖

3、裂隙水成巖裂隙是巖石在成巖過(guò)程中受內(nèi)部應(yīng)力作用而產(chǎn)生的原生裂隙。（巖石形成過(guò)程中產(chǎn)生的裂隙）含水意義大的有： 玄武巖：垂直節(jié)理比較發(fā)育，裂隙張開(kāi)性好，且密集均勻，連通良好，常構(gòu)成貯水豐富、導(dǎo)水通暢的層狀裂隙含水系統(tǒng)。舉例：美國(guó)夏威夷群島：玄武巖裂隙十分豐富，檀香山城即以此為供水水源，總涌水量7.5m3/s。我國(guó)內(nèi)蒙一帶。 巖脈及侵入巖接觸帶：張開(kāi)裂隙發(fā)育，常形成近乎垂直的帶狀裂隙含水系統(tǒng)。哪種裂隙最常見(jiàn)、分布最廣、與工程關(guān)系最密切？2風(fēng)化裂隙水風(fēng)化裂隙暴露于地表的巖石，在溫度變化和水、空氣、生物等風(fēng)化營(yíng)力作用下形成的裂隙。（風(fēng)化作用形成的裂隙）特點(diǎn)：常形成密集均勻、無(wú)明顯方向性，連通良好的裂隙

4、網(wǎng)絡(luò)。厚度：幾米幾十米，未風(fēng)化的母巖構(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)化殼可賦存承存水。122裂隙水成因類型及其中的地下水裂隙水成因類型及其中的地下水1).巖性：a.單一穩(wěn)定的礦物組成的巖石風(fēng)化裂隙很難發(fā)育(如石英) b.泥質(zhì)巖石容易風(fēng)化，但裂隙易被土狀風(fēng)化物充填而不導(dǎo)水； c.多種礦物組成粗粒結(jié)晶巖（花崗巖、片麻巖等），不同礦物熱脹冷縮不一，風(fēng)化裂隙發(fā)育主要風(fēng)化裂隙水。122裂隙水成因類型及其中的地下水裂隙水成因類型及其中的地下水 2).氣候： a. 干燥而溫差大的地區(qū)，巖石熱脹冷縮及水的凍脹等作用強(qiáng)烈，有利于形成導(dǎo)水的風(fēng)化裂隙； b. 濕熱氣候區(qū)：以化學(xué)風(fēng)化

5、為主，泥質(zhì)次生礦物及化學(xué)沉淀常充填裂隙而降低其導(dǎo)水性。偶遇強(qiáng)風(fēng)化帶導(dǎo)水性較半風(fēng)化帶弱。 3).地形：地形比較平緩區(qū)，有利于風(fēng)化殼的發(fā)育與保存，如果地形條件有利于匯集降水，則可能形成規(guī)模較大的風(fēng)化裂隙含水層。通常，風(fēng)化殼規(guī)模相當(dāng)有限，風(fēng)化裂隙含水層水量不大，就地補(bǔ)給就地排泄，旱季泉流量變小或干涸。 4).卸荷裂隙：形成；溝谷兩側(cè)分布；剝蝕作用影響；相對(duì)來(lái)講，淺部透水性要比深部好。3構(gòu)造裂隙水構(gòu)造裂隙是在地殼運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，巖石在構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生。（構(gòu)造作用形成的裂隙）裂隙幾何參數(shù)：產(chǎn)狀、張開(kāi)寬度、延伸長(zhǎng)度、密度等。從水文地質(zhì)上看：構(gòu)造裂隙是所有成因類型裂隙中最常見(jiàn)、分布范圍最廣，與各種水文地質(zhì)、工

6、程地質(zhì)問(wèn)題關(guān)系最密切的一類裂隙，是裂隙水研究的主要對(duì)象。通常我們說(shuō)裂隙水區(qū)別于孔隙水，具有強(qiáng)烈的非均勻性、各向異性等特點(diǎn)，主要是針對(duì)構(gòu)造裂隙水而言的。 122裂隙水成因類型及其中的地下水裂隙水成因類型及其中的地下水（1）巖性不同，構(gòu)造裂隙的水文地質(zhì)意義也不同：塑性巖石：如頁(yè)巖、泥巖、凝灰?guī)r、千枚巖等常形成閉合及至隱蔽的裂隙，這些巖石的構(gòu)造裂隙往往密度很大，但張開(kāi)性差，延伸不遠(yuǎn)，缺少對(duì)地下水貯存特別是傳導(dǎo)有意義的“有效裂隙”，多構(gòu)成相對(duì)隔水層。脆性巖石：如石灰?guī)r、巖漿巖、鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖等，其構(gòu)造裂隙一般比較疏松，但張開(kāi)性好，延伸遠(yuǎn)，具有較好的導(dǎo)水性。沉積巖的裂隙發(fā)育與其膠結(jié)物成分及顆粒的粒度有一

7、定關(guān)系。a.鈣質(zhì)膠結(jié)脆性巖石；b.泥質(zhì)及硅質(zhì)膠結(jié)塑性巖石；粗顆粒的砂礫巖裂隙張開(kāi)性優(yōu)于細(xì)粒的粉砂巖。 122裂隙水成因類型及其中的地下水裂隙水成因類型及其中的地下水（2）裂隙分類：構(gòu)造裂隙的特點(diǎn)：具有明顯而又比較穩(wěn)定的方向性，方向性是由構(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。裂隙具有方向性，按其與地層走向的關(guān)系（或褶皺軸線的關(guān)系）可分為： 縱裂隙：與巖層走向大體平行（或與構(gòu)造線平行）（圖示3）； 橫裂隙：與巖層走向垂直（圖示1）； 斜裂隙：與巖層走向斜交（圖示2）； 層面裂隙：發(fā)育于沉積層面之間（圖示4）； 順層裂隙：順層發(fā)育于層中間的裂隙（圖示5）。 1

8、22裂隙水成因類型及其中的地下水裂隙水成因類型及其中的地下水112 裂隙水的類型裂隙水的類型 各類裂隙的特點(diǎn)：縱裂隙：延伸方向往往就是巖層導(dǎo)水能力最大的方向；縱裂隙延伸較遠(yuǎn)，在背斜的核部為張性；橫裂隙：一般是張性的，張開(kāi)寬度最大，但一般延伸不遠(yuǎn)；斜裂隙：是剪應(yīng)力形成的，延伸長(zhǎng)度及張開(kāi)性都相對(duì)差一些；層面裂隙：構(gòu)成沉積巖的主要裂隙組，裂隙的多少取決于巖層的單層厚度：?jiǎn)螌颖?，裂隙密集而均勻；單層厚，裂隙稀疏而不均勻?122裂隙水成因類型及其中的地下水裂隙水成因類型及其中的地下水（3）富水部位(構(gòu)造裂隙賦水性的一般特點(diǎn))：應(yīng)力集中部位，裂隙常較發(fā)育，巖層透水性也較好；背斜軸部常較兩翼富水；傾斜巖層

9、較平緩巖層富水；斷層附近往往格外富水；夾于塑性巖層中的薄層脆性巖層，富水性好。山區(qū)找水找水的理想布井層位。 隨深度的增加，裂隙的張開(kāi)性變差，其透水性隨深度的增加而減弱。122裂隙水成因類型及其中的地下水裂隙水成因類型及其中的地下水122裂隙水成因類型及其中的地下水裂隙水成因類型及其中的地下水123 裂隙介質(zhì)及其滲流裂隙介質(zhì)及其滲流 1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，在自身所在平面的兩個(gè)方向延伸較遠(yuǎn)，而在第三個(gè)方向上延伸較短。單個(gè)裂隙在其自身所在平面上延伸是有限的，不能構(gòu)成連續(xù)的導(dǎo)水空間。只有在不同方向的裂隙交切構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)水網(wǎng)絡(luò)時(shí)，才能在一定范圍內(nèi)具有傳輸?shù)叵滤墓δ?。?/p>

10、隙網(wǎng)絡(luò)： 夾于塑性巖層中的薄層脆性巖石裂隙網(wǎng)絡(luò)裂隙含水系統(tǒng)； 風(fēng)化裂隙裂隙網(wǎng)絡(luò)裂隙含水系統(tǒng)； 玄武巖中的裂隙裂隙網(wǎng)絡(luò)裂隙含水系統(tǒng)； 構(gòu)造裂隙裂隙網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造裂隙含水系統(tǒng)（在空間上呈脈分布）。 裂隙按其規(guī)?？蓜澐譃槿齻€(gè)級(jí)別：（1）微小裂隙：在巖石中非常密集，延伸和張開(kāi)性都很差，在新鮮完整的巖石上用肉眼不易發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)水能力很差，但由于數(shù)量眾多，是主要的貯水空間。（2）中裂隙：巖層中數(shù)米1條至1米數(shù)條，長(zhǎng)度延伸幾米至十幾米，是野外肉眼觀察所能見(jiàn)到的最普遍的裂隙。兼具貯水-導(dǎo)水功能。（3）大裂隙（包括斷層）：在巖層中數(shù)量很少，但張開(kāi)寬度大，延伸遠(yuǎn)，在裂隙網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叵滤墓δ苌掀鹬饕刂谱饔?。在裂隙網(wǎng)絡(luò)中起導(dǎo)

11、水作用。123 裂隙介質(zhì)及其滲流裂隙介質(zhì)及其滲流 常常大的裂隙構(gòu)成導(dǎo)水通道，匯同周圍較小的裂隙，形成具有樹(shù)狀結(jié)構(gòu)（或脈狀結(jié)構(gòu)）的網(wǎng)絡(luò)。大裂隙起傳導(dǎo)地下水（導(dǎo)水）的作用，小裂隙起貯存地下水的作用，以及時(shí)間上的調(diào)節(jié)作用。123 裂隙介質(zhì)及其滲流裂隙介質(zhì)及其滲流 2裂隙水流的基本特征不均勻性：大的導(dǎo)水通道上水量大（主干裂隙），鉆孔或坑道揭露時(shí)涌水量大，并匯集小裂隙中的水；離開(kāi)主干裂隙，在小裂隙上，水量很??；在整個(gè)巖體中，裂隙通道所占空間比例很小，一般為：幾% 十幾%；水流只存在于裂隙通道內(nèi)，通道之外沒(méi)有水流，其滲流場(chǎng)是不連續(xù)的；(圖12-8)水的流向：局部流向與整體流向往往不一致，有時(shí)甚至與整體流向

12、相反。 123 裂隙介質(zhì)及其滲流裂隙介質(zhì)及其滲流 124 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法巖層(巖體)裂隙野外調(diào)查統(tǒng)計(jì)！1等效多孔介質(zhì)方法等效多孔介質(zhì)方法就是用連續(xù)的多孔介質(zhì)的理論來(lái)研究非連續(xù)的裂隙介質(zhì)，用虛擬的一個(gè)等效多孔介質(zhì)場(chǎng)來(lái)近似代替復(fù)雜的裂隙介質(zhì)場(chǎng)。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，如兩個(gè)系統(tǒng)的泉流量要相等，這時(shí)稱這個(gè)孔隙介質(zhì)為裂隙介質(zhì)的等效多孔介質(zhì)。應(yīng)用條件：a. 等效時(shí)，含水系統(tǒng)的補(bǔ)、徑、排條件不能改變；b. 要求介質(zhì)總體導(dǎo)水能力等效，如泉流量相等；c. 邊界條件相同。 124 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法124 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙

13、及裂隙水的研究方法2雙重介質(zhì)方法裂隙介質(zhì)存在兩種導(dǎo)水性能相差懸殊的空隙空間，其中大的裂隙導(dǎo)水能力比較強(qiáng)，小的裂隙，導(dǎo)水能力弱，但為數(shù)眾多，貯水能力不可忽略。對(duì)介質(zhì)中大、小兩種裂隙分別用兩種等效的多孔介質(zhì)去近似代替大小兩種空隙，稱為雙重介質(zhì)方法。在雙重介質(zhì)方法中，大小兩種空隙空間分別刻畫，有各自的參數(shù)（如K，n，等），但兩種空隙存在水力聯(lián)系，可以進(jìn)行水量交換。雙重介質(zhì)方法仍屬于連續(xù)介質(zhì)范疇，它的基本原理是等效多孔介質(zhì)方法，區(qū)別僅在于對(duì)大小空隙進(jìn)行分別描述。124 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法3非連續(xù)介質(zhì)方法對(duì)裂隙網(wǎng)絡(luò)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(kāi)寬度

14、、延伸長(zhǎng)度、產(chǎn)狀等，要求做出實(shí)際的裂隙網(wǎng)絡(luò)圖，然后分別建立裂隙水流方程進(jìn)行研究 非連續(xù)介質(zhì)方法。優(yōu)點(diǎn)：比較精確。缺點(diǎn)：對(duì)實(shí)際資料要求高，計(jì)算比較復(fù)雜。適用于：研究區(qū)域比較小，工作程度比較高的地區(qū)（如巖體高邊坡的穩(wěn)定性、地下硐室圍巖的穩(wěn)定性等）。124 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法實(shí)際工作中：大范圍的流量問(wèn)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（大、?。┑目障?，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(wèn)題可采用非連續(xù)介質(zhì)的方法。 例如：巖體高邊坡穩(wěn)性、地下硐室圍巖穩(wěn)定性等問(wèn)題。124 裂隙及裂隙水的研究方法裂隙及裂隙水的研究方法125 斷層的水

15、文地質(zhì)意義斷層的水文地質(zhì)意義對(duì)于供水：（1）隔水?dāng)鄬樱簲嗔褞П旧聿缓?，但上盤或下盤巖層如果裂隙發(fā)育（脆性巖石），具有較好的匯水條件，可成為富水地段打斷層兩側(cè)的巖層。（2）透水?dāng)鄬樱簲嗔褞П旧砀凰?，若斷層勾通上、下含水層，則使富水性增強(qiáng)打斷層。對(duì)于礦山排水：（1）隔水?dāng)鄬樱喝魯鄬右粋?cè)巖層富水，則開(kāi)采礦床時(shí)，不能打穿斷層，以防地下水涌入礦坑保護(hù)斷層。（2）透水?dāng)鄬樱簽榉乐沟叵滤咳氲V坑留設(shè)防水礦柱。如開(kāi)采CP系煤層時(shí)，C系薄層灰?guī)r水量并不大，若開(kāi)采時(shí)打穿了透水?dāng)鄬樱鴶鄬佑趾蚈系灰?guī)r導(dǎo)通，則可造成突水淹井事故，華北地區(qū)的大多數(shù)突水事故均屬于此種類型。 斷層兩盤的巖性及斷層的力學(xué)性質(zhì)，控制著斷層的

16、導(dǎo)水貯水特征。1張性斷層 脆性巖層中的張性斷裂常具有良好的導(dǎo)水能力； 含泥質(zhì)較多的塑性巖層中的張性斷裂往往導(dǎo)水不良，甚至隔水。2壓性斷層 塑性巖中通常是隔水的； 脆性巖中斷層兩側(cè)多發(fā)育張開(kāi)性較好的扭張裂隙，為導(dǎo)水帶。3扭性斷裂的導(dǎo)水性介于張性斷裂與壓性斷裂之間4同一條斷層，其導(dǎo)水性能可能發(fā)生變化15導(dǎo)水?dāng)鄬涌梢云鸬劫A水空間、集水廊道與導(dǎo)水通道的作用 125 斷層的水文地質(zhì)意義斷層的水文地質(zhì)意義斷裂帶的其它功能：斷裂帶的其它功能：(1)發(fā)育于透水圍巖中的導(dǎo)水?dāng)鄬樱粌H是貯水空間，還兼發(fā)育于透水圍巖中的導(dǎo)水?dāng)鄬?，不僅是貯水空間，還兼具集水廊道的功能。具集水廊道的功能。(2)導(dǎo)水?dāng)鄬訙贤ㄈ舾蓚€(gè)含水層或地表水體時(shí)，斷層兼具貯導(dǎo)水?dāng)鄬訙贤ㄈ舾蓚€(gè)含水層或地表