水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)：第十一章 裂隙水

1、第十一章 裂隙水 fracture water 11.1 裂隙水的特點(diǎn)11.2 裂隙水成因類(lèi)型11.4 斷層帶的水文地質(zhì)意義11.3 裂隙介質(zhì)的研究方法12概念 儲(chǔ)存于非可溶性基巖裂隙介質(zhì)中的地下水。 成巖過(guò)程中形成成巖裂隙； 經(jīng)歷構(gòu)造變動(dòng)產(chǎn)生構(gòu)造裂隙； 風(fēng)化作用可形成風(fēng)化裂隙。 11.1 裂隙水的特點(diǎn)3裂隙介質(zhì)的特點(diǎn) 裂隙發(fā)育的不均勻性和方向性，使裂隙介質(zhì)具有明顯的不均勻性和各向異性 ；裂隙一般隨深度的增加，巖石塑性的加強(qiáng)，數(shù)量減少，張開(kāi)程度減弱，使裂隙介質(zhì)的滲透性隨深度增加而減弱。 11.1 裂隙水的特點(diǎn)4裂隙水的一般特點(diǎn) 埋藏分布不均勻 滲透性具有不均勻性和各向異性 形態(tài)多種多樣：層狀、

2、帶狀、脈狀 運(yùn)動(dòng)性質(zhì)十分復(fù)雜 11.1 裂隙水的特點(diǎn)511.1 裂隙水的特點(diǎn)611.1 裂隙水的特點(diǎn)711.2.1成巖裂隙水 成巖裂隙巖石在形成過(guò)程中由于冷凝、壓實(shí)脫水等原因引起巖石體積的收縮而產(chǎn)生的裂隙叫成巖裂隙。沉積巖中的脫水收縮裂隙 巖漿巖中的冷凝收縮裂隙 侵入巖體邊緣發(fā)育有橫裂隙（與流線垂直）縱裂隙（與流線平行）、層裂隙（與流面平行）；陸地噴發(fā)的玄武巖漿冷凝收縮形成六角形直立網(wǎng)格狀裂隙；熔巖流冷凝時(shí)，產(chǎn)生孔道和孔洞11.2 裂隙水的類(lèi)型8侵入巖體裂隙發(fā)育示意圖11.2 裂隙水類(lèi)型-成巖裂隙水9成巖裂隙的特點(diǎn) 不隨深度增加而數(shù)量減少或消失 一般為張性裂隙 裂隙的連通性好，尤其是柱狀節(jié)理發(fā)

3、育的玄武巖成巖裂隙水特點(diǎn) 層狀、脈狀和帶狀 潛水，上覆有粘性土覆蓋時(shí)可成為承壓水 陸地噴發(fā)的玄武巖和熔巖流裂隙發(fā)育地帶，水的連通性好，水量豐富，常形成強(qiáng)大的潛水流，徑流較強(qiáng)，水質(zhì)好，HCO3型水 侵入巖體邊緣的裂隙，多為閉合裂隙，一般不含水或微含水11.2 裂隙水類(lèi)型10如圖示：為內(nèi)蒙某地第三紀(jì)玄武巖，柱狀節(jié)理發(fā)育，含有豐富的裂隙水（單泉流量0.5-6、7L/S）水質(zhì)為重碳酸鈣鎂型水。11.2 裂隙水類(lèi)型1111.2.2 風(fēng)化裂隙水 風(fēng)化裂隙 暴露于地表的巖石，在溫度、水、空氣和生物等作用下產(chǎn)生的裂隙叫風(fēng)化裂隙。風(fēng)化裂隙特點(diǎn) 分布于基巖表層，隨深度增加數(shù)量減少或消失 發(fā)育程度受巖性、氣候、地形

4、控制密度大 一般為張性裂隙，特別是卸荷減壓裂隙地帶 無(wú)明顯的方向性，為連通性好的網(wǎng)格狀。11.2 裂隙水類(lèi)型1211.2 裂隙水類(lèi)型13風(fēng)化裂隙水特點(diǎn) 埋藏淺，分布廣 分布較均勻且無(wú)方向性，具有統(tǒng)一的地下水位，層狀裂隙水 多為裂隙潛水 水質(zhì)較好，為低礦化HCO3型淡水 水量小，補(bǔ)給源為大氣降水，就地補(bǔ)給就地排泄，水動(dòng)態(tài)季節(jié)變化明顯。11.2 裂隙水類(lèi)型1411.2 裂隙水類(lèi)型1511.2.3構(gòu)造裂隙水 構(gòu)造裂隙巖石在構(gòu)造應(yīng)力作用下破裂錯(cuò)位而產(chǎn)生的劈理、裂隙和斷層叫構(gòu)造裂隙。構(gòu)造裂隙特點(diǎn) 裂隙的方向、寬度、密度、延伸方向均受應(yīng)力、巖層性質(zhì)控制。 應(yīng)力包括大小、方向、性質(zhì) 巖層性質(zhì)包括巖性、單層厚

5、度、相鄰巖層 構(gòu)造裂隙的空間分布具有不均勻性和明顯的方向性。11.2 裂隙水類(lèi)型1611.2 裂隙水類(lèi)型11.2.3構(gòu)造裂隙水17縱裂隙走向與層面一致，褶皺核部張開(kāi)度大延伸遠(yuǎn)。褶皺翼部為壓剪性裂隙斜裂隙橫裂隙層面裂隙一組發(fā)育（裂面粗糙），一組不發(fā)育（裂面平直），張開(kāi)度小兩端尖滅透鏡狀，延伸不遠(yuǎn)張開(kāi)度大，裂面粗糙薄層沉積巖，裂隙密集均勻。厚層或塊狀巖層，裂隙稀疏不均勻11.2 裂隙水類(lèi)型11.2.3構(gòu)造裂隙水11.2 裂隙水類(lèi)型11.2.3構(gòu)造裂隙水裂隙發(fā)育規(guī)律的控制因素巖石（層）力學(xué)性質(zhì)受力后的破壞（脆，塑）結(jié)構(gòu)（厚層，互層等）構(gòu)造應(yīng)力 大小，應(yīng)力頻率，性質(zhì)（張，拉） 構(gòu)造部位11.2 裂隙水

6、類(lèi)型11.2.3構(gòu)造裂隙水1911.2 裂隙水成因類(lèi)型20構(gòu)造裂隙水特點(diǎn) 具有裂隙水的一般特點(diǎn) 可形成層狀、帶狀、脈狀構(gòu)造裂隙水 可形成潛水或承壓水 運(yùn)動(dòng)特征：局部流向往往與整體流向不一致，甚至相反。平面上，局部流向多不垂直于等水位（壓）線剖面上，裂隙水水位以及平面上裂隙水等水位線，除若干點(diǎn)外，其余都是虛擬的。構(gòu)造裂隙水的主要特征是空間分布不均勻，具有明顯的方向性，應(yīng)力集中部位富水條件好，導(dǎo)水、透水能力隨深度增加而減弱。11.2 裂隙水類(lèi)型21 1、裂隙的富水特征：縱裂隙（尤其是褶皺的核部）富水性強(qiáng)，導(dǎo)水能力最大的方向是裂隙的延伸方向。橫裂隙富水性強(qiáng)，延伸不遠(yuǎn)。在野外斜裂隙發(fā)育的一組富水性較好

7、，不發(fā)育的一組幾乎不含水。層面裂隙控制了其它裂隙的發(fā)育程度，在有層面裂隙存在時(shí)，增強(qiáng)了其富水程度。11.2 裂隙水類(lèi)型11.2.3構(gòu)造裂隙水2211.3.1 裂隙及裂隙網(wǎng)絡(luò) 不同規(guī)模、不同方向的裂隙通道相互連能為導(dǎo)水裂隙網(wǎng)絡(luò)形成裂隙含水系統(tǒng)。 組成這一網(wǎng)絡(luò)的裂隙按其規(guī)?？蓜澐譃槿齻€(gè)級(jí)別： 微小裂隙 （原生和次生的） ：幾十十幾條/m ，隙寬小，這些裂隙導(dǎo)水能力很差，但由于數(shù)量眾多，具有一定的貯水意義 ；中裂隙（順層的）：幾條/m 隙寬達(dá)幾mm ，是野外肉眼觀察所能見(jiàn)到的最普遍的裂隙；大裂隙（巨裂隙）： 空間一定延伸，寬度大， （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)?/p>

8、下水的功能上起主要控制作用正斷層，1條/ 幾米中11.3 裂隙介質(zhì)及其滲流不同級(jí)次裂隙的作用作用微裂隙儲(chǔ)水，裂隙率較大中裂隙連通作用，儲(chǔ)水導(dǎo)水作用大裂隙傳輸?shù)叵滤衅鹂刂谱饔脩?yīng)用：礦坑基坑排水、洞室開(kāi)挖文物保護(hù)、供水2411.3 裂隙介質(zhì)及其滲流(a)單個(gè)裂隙(b)裂隙網(wǎng)絡(luò)2511.3.2 裂隙水流的基本特征 裂隙含水系統(tǒng)通常具有樹(shù)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)，通道以外沒(méi)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)除了裂隙中的若干點(diǎn)外都是虛擬的 水流被限制在迂回曲折的網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)動(dòng)，其局部流

9、向與整體流向往往不一致。有時(shí)甚至與整體流向正好相反。11.3 裂隙介質(zhì)及其滲流2611.3 裂隙介質(zhì)及其滲流2711.3 裂隙介質(zhì)及其滲流裂隙滲流場(chǎng)與孔隙滲流場(chǎng)的比較裂隙滲流場(chǎng)：等效多孔介質(zhì)裂隙水運(yùn)動(dòng)平面圖裂隙水運(yùn)動(dòng)剖面圖裂隙水流動(dòng)系統(tǒng)與孔隙水流動(dòng)系統(tǒng)裂隙介質(zhì)小結(jié)：(1)空隙網(wǎng)絡(luò)是復(fù)合的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)(脈、枝、干構(gòu)成)(2)打在脈上只能抽取或排出有限的水(3)打在干上才能抽取或排出大量的水裂隙水流系統(tǒng)與孔隙水流系統(tǒng)的比較30斷層帶有糜棱巖、構(gòu)造角礫巖張性斷層發(fā)育于脆性巖層發(fā)育于塑性巖層斷裂帶有疏松多孔的構(gòu)造角礫巖兩側(cè)增強(qiáng)帶裂隙發(fā)育，張開(kāi)度大斷裂帶的構(gòu)造角礫巖含有大量泥質(zhì)兩側(cè)增強(qiáng)帶裂隙不發(fā)育，張開(kāi)度小

10、壓性斷層發(fā)育于脆性巖層發(fā)育于塑性巖層斷裂帶有細(xì)碎緊密的構(gòu)造巖兩側(cè)發(fā)育張開(kāi)性較好的扭張裂隙斷裂帶為糜棱巖、斷層泥兩側(cè)增強(qiáng)帶有張開(kāi)性差的扭節(jié)理斷層扭性斷層兩側(cè)羽毛狀裂隙密集或低序次斷裂1、斷裂帶的裂隙發(fā)育特征11.5 斷層帶的水文地質(zhì)意義312、斷裂帶的富水特征同一斷層，由于兩盤(pán)巖性和力學(xué)性質(zhì)的變化，導(dǎo)水能力發(fā)生變化。例如：一條斷層切穿脆、塑性巖層，導(dǎo)水能力由大變小甚至隔水；原來(lái)導(dǎo)水的斷層，后期因膠結(jié)作用降低導(dǎo)水能力，也可因后期溶濾作用增強(qiáng)導(dǎo)水性。張性斷裂發(fā)育于脆性巖層發(fā)育于塑性巖層斷裂帶本身富水，導(dǎo)水能力強(qiáng)斷裂帶兩側(cè)增強(qiáng)帶富水，導(dǎo)水能力強(qiáng)斷裂帶本身富水性變差斷裂帶兩側(cè)增強(qiáng)帶導(dǎo)水不良，富水性差壓性

11、斷裂發(fā)育于脆性巖層發(fā)育于塑性巖層斷裂帶本身透水性差斷裂帶兩側(cè)增強(qiáng)帶導(dǎo)水、富水性較好斷裂帶不透水?dāng)嗔褞蓚?cè)增強(qiáng)帶通常隔水?dāng)嗔褞ば詳嗔褜?dǎo)水性介于張性斷裂與壓性斷裂之間11.2 裂隙水成因類(lèi)型一、斷裂帶的導(dǎo)水性影響因素?cái)鄬觾杀P(pán)巖性：脆/脆導(dǎo)水；脆/塑部分導(dǎo)水；塑/塑不導(dǎo)水 斷層的力學(xué)性質(zhì)：張性斷裂帶導(dǎo)水；壓性斷裂帶不導(dǎo)水11.5 斷層帶的水文地質(zhì)意義33 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。 作為儲(chǔ)水空間、集水廊道、導(dǎo)水通道 作為儲(chǔ)水空間 作為集水廊道 作為導(dǎo)水通道 作為隔水邊界 斷裂帶的水文地質(zhì)性能取決于斷裂的力學(xué)性質(zhì)、兩側(cè)圍巖巖性及充填情況11.5 斷層帶的水文地質(zhì)意義3435裂隙的發(fā)育與裂隙水36直線狀線性構(gòu)造衛(wèi)星影像37裂隙水的井位確定38等效多孔介質(zhì)方法 用連續(xù)的多孔介質(zhì)的理論來(lái)研究非連續(xù)裂隙介質(zhì)中的問(wèn)題 可以虛擬一個(gè)等效的多孔介質(zhì)場(chǎng)來(lái)近似代替復(fù)雜的裂隙介質(zhì)場(chǎng) 有比較嚴(yán)格的應(yīng)用條件 大范圍內(nèi)兩種介質(zhì)系統(tǒng)總體導(dǎo)水能力等效 11.3 裂隙介質(zhì)的研究方法3911.3 裂隙介質(zhì)的研究方法40雙重介質(zhì)方法 適用于兩種導(dǎo)水能力相差懸殊的空隙空間 用兩種等效的多孔介質(zhì)去近似代替大小兩種空