地球科學(xué)概論第十三章-地下水及其地質(zhì)作用課件

1、第十一章 地下水及其地質(zhì)作用第1頁，共41頁。第一節(jié) 地下水的基本概念地下水是存在于地下沉積物或巖石孔隙中的水體，是水資源的重要組成部分，是目前人類所能利用淡水的最大來源。水體形態(tài)淡水儲(chǔ)量（km3）占淡水百分比冰川2400000084.945地下水400000014.158湖泊1550000.549土壤830000.294大氣中的水汽140000.049河流12000.004合計(jì)28253200100地球上淡水的賦存形態(tài)第2頁，共41頁。一、地下水的賦存條件孔隙度指沉積物或巖石中孔隙體積占總體積的比例。顆粒的粗細(xì)分選程度顆粒形狀膠結(jié)程度第3頁，共41頁。透水性指巖石透水能力的大小，主要取決于巖

2、石的孔隙率，如果巖石孔隙率很低，水難于透過或根部不透過這種巖石，則這種巖石構(gòu)成不透水層或隔水層，如泥質(zhì)的巖石；如巖石孔隙率高且孔隙連通，則形成透水層，例如砂巖，富含地下水的透水層稱為含水層。第4頁，共41頁。地下水面指在某一地區(qū)地下存在的一個(gè)連續(xù)的界面，在地下水面以上巖石孔隙中有氣體，液態(tài)水不飽和，稱為包氣帶，界面以下孔隙中充滿水，稱為飽水帶。第5頁，共41頁。二、地下水的化學(xué)成分通常無色無味，含有多種元素，含量較高的是克拉克值高并且溶解度較大的元素，包括O、Ca、Mg、Na、K或者雖然克拉克值不高但是溶解度特別大的元素，如Cl，這些元素在地下水中以離子形式存在。地下水中所含各種元素的離子、分

3、子和化合物的總含量稱為礦化度。第6頁，共41頁。三、地下水的補(bǔ)給和排泄含水層從外界獲得水稱為補(bǔ)給，影響補(bǔ)給的因素包括：降水量包氣帶巖石性質(zhì)和厚度地下水位第7頁，共41頁。含水層失去水稱為排泄，排泄的主要方式包括泉、蒸發(fā)以及人為開采。泉及其分類 地下水在地表的天然出露，叫做泉。 泉主要分布在山區(qū)、丘陵區(qū)的溝、谷中及山麓邊緣，平原地區(qū)極為少見。 根據(jù)泉水運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)分為： 上升泉下降泉第8頁，共41頁。按照泉的出露條件可以將泉分為幾類：接觸泉 是地下水自含水層和其下面隔水層的接觸處涌出地表，或在侵入體與圍巖接觸帶，地下水沿裂隙上升至地表形成的。 侵蝕泉 是溝谷切割到含水層時(shí)形成的，含水層若為潛水則形

4、成侵蝕下降泉；若為承壓水時(shí)則形成侵蝕上升泉。第9頁，共41頁。溢出泉 是指地下水在運(yùn)動(dòng)過程中，由于前方巖層的透水性急劇變?nèi)酰魇茏瓒绯龅乇硇纬傻娜?斷層泉 是承壓水沿導(dǎo)水?dāng)鄬由仙?，在地面?biāo)高低于承壓水位處，涌出地表形成的。這類泉常沿?cái)鄬映示€狀分布。 第10頁，共41頁。第二節(jié) 地下水的類型一、根據(jù)地下水埋藏條件可以劃分為：1、包氣帶水是存在于包氣帶中以各種形式出現(xiàn)的水，它是一種局部的、暫時(shí)性的地下水。其中既有分子水、結(jié)合水、毛細(xì)水等非重力水，也有屬于下滲的水流和存在于包氣帶中局部隔水層上的重力水（上層滯水）。包氣帶水的特征是：完全依靠大氣降水或地表水流直接下滲補(bǔ)給，因而多位于距地表不深的

5、地方，以蒸發(fā)或逐漸下滲的形式排泄；分布范圍有限；補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)一致；水量隨季節(jié)變化，雨季出現(xiàn)，旱季消失，極不穩(wěn)定。第11頁，共41頁。2、潛水是埋藏在地表以下第一個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的隔水層以上，具有自由水面的重力水。第12頁，共41頁。第13頁，共41頁。潛水的主要特征 1)潛水面以上無穩(wěn)定的隔水層存在，大氣降水和地表水可直接滲入補(bǔ)給，成為潛水的主要補(bǔ)給來源。因此，在大多數(shù)的情況下潛水的分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)是一致的，因而某些氣象、水文要素的變化能很快影響潛水的變化，潛水的水質(zhì)也易于受到污染。 2)潛水自水位較高處向水位較低處滲流。 在山脊地帶潛水位的最高處可形成潛水分水嶺。潛水面的形狀是因時(shí)因地而異的，它受

6、地形地質(zhì)、氣象水文等自然因素控制，并常與地形有一定程度的一致性3)潛水埋藏淺、分布范圍廣、是最常用的水源，民用水井一般都是取用潛水。第14頁，共41頁。3、承壓水及其特征 承壓水是指充滿在兩個(gè)隔水層之間的含水層中，具有承壓性質(zhì)的地下水。 由于隔水頂板的存在，能明顯地分出補(bǔ)給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)三部分。 第15頁，共41頁。補(bǔ)給區(qū)大多是含水層出露地表的部分，比承壓區(qū)和排泄區(qū)的位置為高；承壓區(qū)是隔水頂板以下，被水充滿的含水層部分；排泄區(qū)為承壓水流出地表或流向潛水的地段。承壓水是在巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形等條件配合下形成的，而地質(zhì)構(gòu)造具有決定性意義，向斜盆地或單斜盆地最容易形成。 承壓水含水層面積大，水量

7、豐富，排泄范圍小，比較穩(wěn)定，因此是理想的地下水源，但是如果開采過渡容易出現(xiàn)水位持續(xù)下降，甚至枯竭。第16頁，共41頁。二、根據(jù)含水層空隙性質(zhì)劃分的類型孔隙水是儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)于巖土體孔隙中的地下水，多呈均勻而連續(xù)的層狀分布。巖石的孔隙情況決定了孔隙水的存在條件和特征，因?yàn)閹r石孔隙的大小和多少，關(guān)系到巖石的透水性并直接影響到巖石中地下水含量，以及地下水在巖石中的運(yùn)動(dòng)條件和地下水的水質(zhì)。一般情況下，巖土的顆粒大而均勻，則含水層孔隙大、透水性好，地下水水量大、運(yùn)動(dòng)快、水質(zhì)好；反之，則含水層孔隙小、透水性差，地下水運(yùn)動(dòng)慢、水質(zhì)差、水量也小。 孔隙水多分布于第四系松散沉積層和堅(jiān)硬基巖的風(fēng)化殼中。 第17頁，共

8、41頁。裂隙水是指儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)于巖層裂隙中的地下水。巖石的裂隙按成因可分為風(fēng)化裂隙、成巖裂隙和構(gòu)造裂隙三種類型，相應(yīng)地也將裂隙水分為風(fēng)化裂隙水、成巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。 ）風(fēng)化裂隙水是指分布在巖石風(fēng)化裂隙中的地下水，風(fēng)化裂隙是由巖石的風(fēng)化作用形成的，風(fēng)化裂隙水多分布于出露基巖的表層，其下新鮮的基巖為含水層的下限。水平方向透水性均勻，垂直方向隨深度而減弱。 2）成巖裂隙水常賦存于具有成巖裂隙的巖層中。成巖裂隙為巖石在形成過程中所產(chǎn)生的空隙，一般常見于巖漿巖中。成巖裂隙水多呈層狀，在一定范圍內(nèi)相互連通。 3）構(gòu)造裂隙水分布于構(gòu)造裂隙中的地下水就稱為構(gòu)造裂隙水。按巖石中裂隙分布的產(chǎn)狀，可將構(gòu)造裂隙水分

9、為層狀裂隙水和脈狀裂隙水兩類。第18頁，共41頁。巖溶水又稱喀斯特水是指儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)于可溶性巖層溶隙、溶穴中的地下水。 巖溶的發(fā)育特點(diǎn)決定了巖溶水的特征。巖溶水具有水量大、運(yùn)動(dòng)快、在垂直和水平方向上分布不均勻的特性，其動(dòng)態(tài)變化受氣候影響顯著。 第19頁，共41頁。含水層性質(zhì)孔隙水 裂隙水巖溶水包氣帶水土壤水 上層滯水 地表裂隙巖體中季節(jié)性存在的水 垂直入滲帶中的水 潛水各種成因的松散沉積物中水基巖上部裂隙中的水 裸露的巖溶化巖層中的水 承壓水 松散沉積物構(gòu)成的承壓盆地和承壓斜地中的水構(gòu)造盆地、向斜或單斜構(gòu)造中的層狀裂隙水，斷裂破碎帶中的深部水 構(gòu)造盆地、向斜或單斜巖溶巖層中的水 地下水分類第20

10、頁，共41頁。第三節(jié) 地下熱水熱泉水溫比當(dāng)?shù)啬昃鶜鉁馗叱?9以上的泉水稱為溫泉絕大多數(shù)熱泉的熱量都是來源于下部巖漿巖的冷凝。溫度較高的地下水稱為地下熱水，可以按溫度分為低溫?zé)崴?040）、中溫?zé)崴?060 ）、高溫?zé)崴?0100 ）和過熱水（100 ）。第21頁，共41頁。間歇泉間歇向空中噴水花和蒸汽柱的天然溫泉泉水噴發(fā)異常強(qiáng)烈當(dāng)廣闊的地下含水洞穴分布在熱的火成巖之上時(shí)容易出現(xiàn)地下水被加熱，膨脹，汽化，然后噴發(fā)第22頁，共41頁。第23頁，共41頁。第四節(jié) 地下水的地質(zhì)作用地下水在緩慢的運(yùn)動(dòng)過程中，不斷對(duì)周圍的巖石進(jìn)行著破壞和改造，稱為地下水的潛蝕作用。 可以分為：機(jī)械潛蝕作用和化學(xué)溶蝕

11、作用。 一、機(jī)械潛蝕作用地下水對(duì)巖石的沖刷破壞作用稱為機(jī)械潛蝕作用。 由黃土、砂巖組成的地殼表層，經(jīng)地下水長(zhǎng)期機(jī)械潛蝕作用，形成與下面將要闡述的“巖溶”地區(qū)相似的地質(zhì)發(fā)展過程，如黃土濕陷、丹霞地貌。稱為“假巖溶”作用過程 第24頁，共41頁。二、化學(xué)溶蝕作用與喀斯特地下水對(duì)可溶性巖石的溶解破壞作用，稱為化學(xué)溶蝕作用。 喀斯特是指可溶性巖石在地下水和地表水的共同破壞作用下，所形成的特殊地貌和水文現(xiàn)象的總稱。 第25頁，共41頁。溶溝和石芽：溶溝是地表流水沿可溶性巖石表面進(jìn)行溶蝕和機(jī)械沖刷形成的溝槽，溝槽之間突起的石脊稱為石芽落水洞：地表水沿近于垂直的裂隙向下溶蝕而成的直立或陡峭的洞穴。第26頁，

12、共41頁。溶斗：又稱漏斗，是小型凹坑，直徑一般數(shù)十米到數(shù)百米，溶斗地表水垂直下滲溶蝕成的凹坑導(dǎo)致上部土體和基巖崩塌所形成的。干谷和盲谷：河床中的落水洞將河水截?cái)?，落水洞以上有水流的河水侵蝕使河床降低，而下游因?yàn)閿嗨饾u轉(zhuǎn)變?yōu)楦晒?，有水的河谷與斷水的高起干谷相碰，這種沒有通路的河谷叫盲谷。第27頁，共41頁。峰從、峰林和孤峰：是一系列逐漸發(fā)展變化的喀斯特地貌，其中峰頂尖銳，基部相連，成簇狀分布者稱峰從，如峰體上部高大，基部相連部分較少，則稱為峰林，而單獨(dú)聳立的稱為孤峰。第28頁，共41頁。溶洞：指地下水沿可溶性巖層的構(gòu)造面進(jìn)行剝蝕，并進(jìn)一步崩塌擴(kuò)大而形成的洞穴。在潛水面附近強(qiáng)烈的地下水作用下，溶

13、洞迂回曲折，長(zhǎng)度可達(dá)幾十千米。地殼運(yùn)動(dòng)時(shí)可能產(chǎn)生上下幾級(jí)溶洞群。第29頁，共41頁。溶蝕谷與天然橋：溶洞或地下暗河中因?yàn)轫敳康膸r石坍塌而露出地表，形成兩岸陡峭的峽谷，稱為溶蝕谷，局部洞頂殘留在地下河上部就形成天然橋。第30頁，共41頁?？λ固赝莸嘏c喀斯特平原：擴(kuò)大的溶斗連接合并，形成較大的盆狀洼地，稱為喀斯特洼地，洼地中常發(fā)育漏斗和落水洞，底部殘積層可作為耕地，當(dāng)?shù)貧らL(zhǎng)期穩(wěn)定，側(cè)向侵蝕充分進(jìn)行時(shí)，喀斯特洼地可以進(jìn)一步發(fā)育成喀斯特平原。第31頁，共41頁。影響喀斯特發(fā)育的因素氣候：氣候潮濕、降雨量大以及常年高溫有利于喀斯特發(fā)育，例如我國(guó)兩廣、貴州等地區(qū)。巖石性質(zhì)：可溶性巖石是發(fā)育喀斯特的物質(zhì)基礎(chǔ)

14、，包括鹵族巖類、硫酸鹽類，但是以碳酸鹽類分布最為廣泛。地質(zhì)構(gòu)造：構(gòu)造薄弱的地帶最容易發(fā)育喀斯特，如廣泛發(fā)育斷層、節(jié)理的巖層，背斜頂部等，另外巖層走向傾向也有影響，水平巖層容易發(fā)育喀斯特。水的影響：主要取決于水中溶解CO2的濃度和水的流速流量。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)：穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造可以充分發(fā)育喀斯特第32頁，共41頁?？λ固氐匦蔚陌l(fā)育過程第33頁，共41頁。三、地下水的搬運(yùn)和沉積作用因?yàn)榱魉倬徛?，地下水機(jī)械搬運(yùn)能力不強(qiáng)，但是地下水與巖石的接觸面積大，作用時(shí)間長(zhǎng)，能充分的溶解其流經(jīng)區(qū)的可溶性物質(zhì)，主要靠化學(xué)方式搬運(yùn)，包括溶液形式和膠體形式兩類，搬運(yùn)物主要是重碳酸鹽。1、搬運(yùn)作用2、沉積作用1）機(jī)械沉積，地下暗河

15、流到開闊地段流速降低可出現(xiàn)礫石、砂和粘土沉積，量少，粒細(xì)。2）化學(xué)沉積，地下水沉積以化學(xué)沉積為主，可能引起化學(xué)沉積的因素包括地下水流出地表減壓，溶解度降低；水溫降低，特別是溫泉；水分蒸發(fā)產(chǎn)生沉淀。第34頁，共41頁。按化學(xué)沉積的場(chǎng)所可以分為幾類：孔隙沉積：主要是在孔隙中沉積的膠體物質(zhì)，能形成較硬的結(jié)核，如黃土中的鈣質(zhì)結(jié)核與鐵錳結(jié)核裂隙沉積：在裂隙中形成的脈狀沉積體，比如方解石脈，石英脈等第35頁，共41頁。溶洞沉積：在溶洞中富含重碳酸鈣的水體在某些環(huán)境下析出碳酸鈣形成各種形式的沉積，包括石鐘乳、石筍、石柱、石簾等各種形態(tài)。第36頁，共41頁。溫泉沉積：在溫泉出口處沉積的疏松多孔的沉積物稱為泉華

16、，其中石灰質(zhì)的稱為鈣華，硅質(zhì)的稱為硅華。第37頁，共41頁。第五節(jié) 地下水的開發(fā)和利用地下水資源在我國(guó)水資源中占有舉足輕重的地位，由于其分布廣、水質(zhì)好、不易被污染、調(diào)蓄能力強(qiáng)、供水保證程度高，正被越來越廣泛地開發(fā)利用。尤其在中國(guó)北方、干旱半干旱地區(qū)的許多地區(qū)和城市，地下水成為重要的甚至唯一的水源。據(jù)計(jì)算我國(guó)可更新地下淡水資源總量為8700億方，占我國(guó)水資源總量的31%。目前全國(guó)有近400個(gè)城市開采地下水作為城市供水水源，300多個(gè)城市存在不同程度缺水，每年水資源缺口大約為1000萬方，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)其中以地下水水源地做為主要供水水源的城市超過60個(gè)，如：石家莊、太原、呼和浩特、沈陽、濟(jì)南、?？凇?/p>

17、西安、西寧、銀川、烏魯木齊、拉薩等 一、我國(guó)地下水資源開發(fā)現(xiàn)狀第38頁，共41頁。山東省目前地下水開采量與可承受量對(duì)比第39頁，共41頁。二、過量開采引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問題1)地面沉降：地面沉降是由于超量集中開采地下水，造成地下水水位的大幅度下降，含水介質(zhì)壓密所至，在長(zhǎng)三角(長(zhǎng)江以南)10萬平方公里的范圍內(nèi)，因?yàn)殚L(zhǎng)期超采地下水，引起了區(qū)域性地面沉降與地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，區(qū)內(nèi)三分之一范圍內(nèi)累計(jì)沉降已超200毫米，面積近1萬平方公里，調(diào)查顯示，由于過量開采地下水形成“地面沉降”，造成長(zhǎng)三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)損失近3150億元。 。2)海水入侵：海水入侵主要發(fā)生在我國(guó)沿海城市地區(qū)，主要是由于大量開采地下水以后，引起海入回灌，海