裂隙水教學講解課件

1水文地質(zhì)學基礎GeneralHydrogeology--主講：李明輝1水文地質(zhì)學基礎GeneralHydrogeology第十一章裂隙水

fracturewater

11.1裂隙水的特點11.2裂隙水成因類型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2第十一章裂隙水fracturewater11.13概念

儲存于非可溶性基巖裂隙介質(zhì)中的地下水。成巖過程中形成成巖裂隙；經(jīng)歷構(gòu)造變動產(chǎn)生構(gòu)造裂隙；風化作用可形成風化裂隙。

11.1裂隙水的特點3概念11.1裂隙水的特點4裂隙介質(zhì)的特點

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，數(shù)量減少，張開程度減弱，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4裂隙介質(zhì)的特點11.1裂隙水的特點5裂隙水的一般特點

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、帶狀、脈狀運動性質(zhì)十分復雜11.1裂隙水的特點5裂隙水的一般特點11.1裂隙水的特點611.1裂隙水的特點611.1裂隙水的特點711.1裂隙水的特點711.1裂隙水的特點8成巖裂隙水

成巖裂隙巖石在形成過程中由于冷凝、壓實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，產(chǎn)生孔道和孔洞11.2裂隙水成因類型8成巖裂隙水11.2裂隙水成因類型9侵入巖體裂隙發(fā)育示意圖11.2裂隙水成因類型9侵入巖體裂隙發(fā)育示意圖11.2裂隙水成因類型10成巖裂隙的特點

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)育的玄武巖成巖裂隙水特點

層狀、脈狀和帶狀潛水，上覆有粘性土覆蓋時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，常形成強大的潛水流，徑流較強，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裂隙水成因類型10成巖裂隙的特點11.2裂隙水成因類型11如圖示：為內(nèi)蒙某地第三紀玄武巖，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裂隙水成因類型11如圖示：為內(nèi)蒙某地第三紀玄武巖，柱狀節(jié)理發(fā)育，含有豐富的1211.2裂隙水成因類型1211.2裂隙水成因類型13風化裂隙水

風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)生的裂隙叫風化裂隙。風化裂隙特點

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、地形控制密度大一般為張性裂隙，特別是卸荷減壓裂隙地帶無明顯的方向性，為連通性好的網(wǎng)格狀。11.2裂隙水成因類型13風化裂隙水11.2裂隙水成因類型14風化裂隙水特點

埋藏淺，分布廣分布較均勻且無方向性，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，補給源為大氣降水，就地補給就地排泄，水動態(tài)季節(jié)變化明顯。11.2裂隙水成因類型14風化裂隙水特點11.2裂隙水成因類型1511.2裂隙水成因類型1511.2裂隙水成因類型16構(gòu)造裂隙水

構(gòu)造裂隙巖石在構(gòu)造應力作用下破裂錯位而產(chǎn)生的劈理、裂隙和斷層叫構(gòu)造裂隙。構(gòu)造裂隙特點

裂隙的方向、寬度、密度、延伸方向均受應力、巖層性質(zhì)控制。應力包括大小、方向、性質(zhì)巖層性質(zhì)包括巖性、單層厚度、相鄰巖層的構(gòu)造裂隙的空間分布具有不均勻性和明顯的方向性。11.2裂隙水成因類型16構(gòu)造裂隙水11.2裂隙水成因類型17縱裂隙走向與層面一致，褶皺核部張開度大延伸遠。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），張開度小兩端尖滅透鏡狀，延伸不遠張開度大，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裂隙水成因類型17縱裂隙走向與層面一致，褶皺核部張開度裂隙斜裂隙橫裂隙層面1811.2裂隙水成因類型1811.2裂隙水成因類型19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)增強帶裂隙發(fā)育，張開度大斷裂帶的構(gòu)造角礫巖含有大量泥質(zhì)兩側(cè)增強帶裂隙不發(fā)育，張開度小壓性斷層發(fā)育于脆性巖層發(fā)育于塑性巖層斷裂帶有細碎緊密的構(gòu)造巖兩側(cè)發(fā)育張開性較好的扭張裂隙斷裂帶為糜棱巖、斷層泥兩側(cè)增強帶有張開性差的扭節(jié)理斷層扭性斷層兩側(cè)羽毛狀裂隙密集或低序次斷裂11.2裂隙水成因類型19斷層帶有糜棱巖、構(gòu)造角礫巖張發(fā)育于脆性巖層發(fā)育于塑性巖層2011.2裂隙水成因類型2011.2裂隙水成因類型21構(gòu)造裂隙水特點

具有裂隙水的一般特點可形成層狀、帶狀、脈狀構(gòu)造裂隙水可形成潛水或承壓水運動特征：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，應力集中部位富水條件好，導水、透水能力隨深度增加而減弱。11.2裂隙水成因類型21構(gòu)造裂隙水特點11.2裂隙水成因類型22

1、裂隙的富水特征：縱裂隙（尤其是褶皺的核部）富水性強，導水能力最大的方向是裂隙的延伸方向。橫裂隙富水性強，延伸不遠。在野外斜裂隙發(fā)育的一組富水性較好，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，增強了其富水程度。11.2裂隙水成因類型221、裂隙的富水特征：11.2裂隙水成因類型232、斷裂帶的富水特征：同一斷層，由于兩盤巖性和力學性質(zhì)的變化，導水能力發(fā)生變化。例如：一條斷層切穿脆、塑性巖層，導水能力由大變小甚至隔水；原來導水的斷層，后期因膠結(jié)作用降低導水能力，也可因后期溶濾作用增強導水性。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，導水能力強斷裂帶兩側(cè)增強帶富水，導水能力強斷裂帶本身富水性變差斷裂帶兩側(cè)增強帶導水不良，富水性差壓性斷裂發(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)增強帶導水、富水性較好斷裂帶不透水斷裂帶兩側(cè)增強帶通常隔水斷裂帶扭性斷裂導水性介于張性斷裂與壓性斷裂之間11.2裂隙水成因類型232、斷裂帶的富水特征：同一斷層，由于兩盤巖性和力學性質(zhì)的2411.2裂隙水成因類型2411.2裂隙水成因類型2511.2裂隙水成因類型2511.2裂隙水成因類型26裂隙及裂隙網(wǎng)絡

不同規(guī)模、不同方向的裂隙通道相互連能為導水裂隙網(wǎng)絡形成裂隙含水系統(tǒng)。

組成這一網(wǎng)絡的裂隙按其規(guī)?？蓜澐譃槿齻€級別：微小裂隙，這些裂隙導水能力很差，但由于數(shù)量眾多，具有一定的貯水意義

中裂隙，是野外肉眼觀察所能見到的最普遍的裂隙

大裂隙（包括斷層，在巖層中數(shù)量很少，但張開寬度大，延伸遠，在裂隙網(wǎng)絡傳輸?shù)叵滤墓δ苌掀鹬饕刂谱饔?1.3裂隙介質(zhì)的研究方法26裂隙及裂隙網(wǎng)絡11.3裂隙介質(zhì)的研究方法2711.3裂隙介質(zhì)的研究方法2711.3裂隙介質(zhì)的研究方法28裂隙水流的基本特征

裂隙含水系統(tǒng)通常具有樹狀或脈狀結(jié)構(gòu)，一些大的導水通道作用突出，使裂隙水表現(xiàn)出明顯的不均勻性，有時表現(xiàn)出突變性。裂隙水流只發(fā)生在組成導水網(wǎng)絡的各裂隙通道內(nèi)，通道以外沒有水流，裂隙水的流場實際上是不連續(xù)的，滲流場的勢除了裂隙中的若干點外都是虛擬的

水流被限制在迂回曲折的網(wǎng)絡中運動，其局部流向與整體流向往往不一致。有時甚至與整體流向正好相反。11.3裂隙介質(zhì)的研究方法28裂隙水流的基本特征11.3裂隙介質(zhì)的研究方法29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)裂隙介質(zhì)中的問題

可以虛擬一個等效的多孔介質(zhì)場來近似代替復雜的裂隙介質(zhì)場

有比較嚴格的應用條件

大范圍內(nèi)兩種介質(zhì)系統(tǒng)總體導水能力等效11.3裂隙介質(zhì)的研究方法29等效多孔介質(zhì)方法11.3裂隙介質(zhì)的研究方法3011.3裂隙介質(zhì)的研究方法3011.3裂隙介質(zhì)的研究方法31雙重介質(zhì)方法

適用于兩種導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隙，稱為雙重介質(zhì)方法

兩種空隙空間是分別刻畫的，各有自己獨立的參數(shù)，但兩種空隙存在水力聯(lián)系，可以進行水量交換

11.3裂隙介質(zhì)的研究方法31雙重介質(zhì)方法11.3裂隙介質(zhì)的研究方法32非連續(xù)介質(zhì)方法

是研究裂隙滲流的一種比較理想的方法。可以準確計算出裂隙網(wǎng)絡內(nèi)任意一點的水頭、孔隙水壓力、滲透速度、流量等。缺點是對實際資料的要求很高，計算復雜，要求用電絡模擬或計算機模擬。11.3裂隙介質(zhì)的研究方法32非連續(xù)介質(zhì)方法11.3裂隙介質(zhì)的研究方法33

斷層帶寬達數(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。

作為儲水空間、集水廊道、導水通道作為儲水空間作為集水廊道作為導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性質(zhì)、兩側(cè)圍巖巖性及充填情況11.4斷層帶的水文地質(zhì)意義33斷層帶寬達數(shù)百米，穿切若干巖層，構(gòu)成具有特殊意義的水文343435裂隙的發(fā)育與裂隙水35裂隙的發(fā)育與裂隙水36

直線狀線性構(gòu)造衛(wèi)星影像36

直線狀線性構(gòu)造衛(wèi)星影像373738

直線狀線性構(gòu)造衛(wèi)星影像38

直線狀線性構(gòu)造衛(wèi)星影像39裂隙水的井位確定39裂隙水的井位確定40水文地質(zhì)學基礎GeneralHydrogeology--主講：李明輝1水文地質(zhì)學基礎GeneralHydrogeology第十一章裂隙水

fracturewater

11.1裂隙水的特點11.2裂隙水成因類型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41第十一章裂隙水fracturewater11.142概念

儲存于非可溶性基巖裂隙介質(zhì)中的地下水。成巖過程中形成成巖裂隙；經(jīng)歷構(gòu)造變動產(chǎn)生構(gòu)造裂隙；風化作用可形成風化裂隙。

11.1裂隙水的特點3概念11.1裂隙水的特點43裂隙介質(zhì)的特點

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，數(shù)量減少，張開程度減弱，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4裂隙介質(zhì)的特點11.1裂隙水的特點44裂隙水的一般特點

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、帶狀、脈狀運動性質(zhì)十分復雜11.1裂隙水的特點5裂隙水的一般特點11.1裂隙水的特點4511.1裂隙水的特點611.1裂隙水的特點4611.1裂隙水的特點711.1裂隙水的特點47成巖裂隙水

成巖裂隙巖石在形成過程中由于冷凝、壓實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，產(chǎn)生孔道和孔洞11.2裂隙水成因類型8成巖裂隙水11.2裂隙水成因類型48侵入巖體裂隙發(fā)育示意圖11.2裂隙水成因類型9侵入巖體裂隙發(fā)育示意圖11.2裂隙水成因類型49成巖裂隙的特點

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)育的玄武巖成巖裂隙水特點

層狀、脈狀和帶狀潛水，上覆有粘性土覆蓋時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，常形成強大的潛水流，徑流較強，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裂隙水成因類型10成巖裂隙的特點11.2裂隙水成因類型50如圖示：為內(nèi)蒙某地第三紀玄武巖，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裂隙水成因類型11如圖示：為內(nèi)蒙某地第三紀玄武巖，柱狀節(jié)理發(fā)育，含有豐富的5111.2裂隙水成因類型1211.2裂隙水成因類型52風化裂隙水

風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)生的裂隙叫風化裂隙。風化裂隙特點

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、地形控制密度大一般為張性裂隙，特別是卸荷減壓裂隙地帶無明顯的方向性，為連通性好的網(wǎng)格狀。11.2裂隙水成因類型13風化裂隙水11.2裂隙水成因類型53風化裂隙水特點

埋藏淺，分布廣分布較均勻且無方向性，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，補給源為大氣降水，就地補給就地排泄，水動態(tài)季節(jié)變化明顯。11.2裂隙水成因類型14風化裂隙水特點11.2裂隙水成因類型5411.2裂隙水成因類型1511.2裂隙水成因類型55構(gòu)造裂隙水

構(gòu)造裂隙巖石在構(gòu)造應力作用下破裂錯位而產(chǎn)生的劈理、裂隙和斷層叫構(gòu)造裂隙。構(gòu)造裂隙特點

裂隙的方向、寬度、密度、延伸方向均受應力、巖層性質(zhì)控制。應力包括大小、方向、性質(zhì)巖層性質(zhì)包括巖性、單層厚度、相鄰巖層的構(gòu)造裂隙的空間分布具有不均勻性和明顯的方向性。11.2裂隙水成因類型16構(gòu)造裂隙水11.2裂隙水成因類型56縱裂隙走向與層面一致，褶皺核部張開度大延伸遠。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），張開度小兩端尖滅透鏡狀，延伸不遠張開度大，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裂隙水成因類型17縱裂隙走向與層面一致，褶皺核部張開度裂隙斜裂隙橫裂隙層面5711.2裂隙水成因類型1811.2裂隙水成因類型58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)增強帶裂隙發(fā)育，張開度大斷裂帶的構(gòu)造角礫巖含有大量泥質(zhì)兩側(cè)增強帶裂隙不發(fā)育，張開度小壓性斷層發(fā)育于脆性巖層發(fā)育于塑性巖層斷裂帶有細碎緊密的構(gòu)造巖兩側(cè)發(fā)育張開性較好的扭張裂隙斷裂帶為糜棱巖、斷層泥兩側(cè)增強帶有張開性差的扭節(jié)理斷層扭性斷層兩側(cè)羽毛狀裂隙密集或低序次斷裂11.2裂隙水成因類型19斷層帶有糜棱巖、構(gòu)造角礫巖張發(fā)育于脆性巖層發(fā)育于塑性巖層5911.2裂隙水成因類型2011.2裂隙水成因類型60構(gòu)造裂隙水特點

具有裂隙水的一般特點可形成層狀、帶狀、脈狀構(gòu)造裂隙水可形成潛水或承壓水運動特征：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，應力集中部位富水條件好，導水、透水能力隨深度增加而減弱。11.2裂隙水成因類型21構(gòu)造裂隙水特點11.2裂隙水成因類型61

1、裂隙的富水特征：縱裂隙（尤其是褶皺的核部）富水性強，導水能力最大的方向是裂隙的延伸方向。橫裂隙富水性強，延伸不遠。在野外斜裂隙發(fā)育的一組富水性較好，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，增強了其富水程度。11.2裂隙水成因類型221、裂隙的富水特征：11.2裂隙水成因類型622、斷裂帶的富水特征：同一斷層，由于兩盤巖性和力學性質(zhì)的變化，導水能力發(fā)生變化。例如：一條斷層切穿脆、塑性巖層，導水能力由大變小甚至隔水；原來導水的斷層，后期因膠結(jié)作用降低導水能力，也可因后期溶濾作用增強導水性。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，導水能力強斷裂帶兩側(cè)增強帶富水，導水能力強斷裂帶本身富水性變差斷裂帶兩側(cè)增強帶導水不良，富水性差壓性斷裂發(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)增強帶導水、富水性較好斷裂帶不透水斷裂帶兩側(cè)增強帶通常隔水斷裂帶扭性斷裂導水性介于張性斷裂與壓性斷裂之間11.2裂隙水成因類型232、斷裂帶的富水特征：同一斷層，由于兩盤巖性和力學性質(zhì)的6311.2裂隙水成因類型2411.2裂隙水成因類型6411.2裂隙水成因類型2511.2裂隙水成因類型65裂隙及裂隙網(wǎng)絡

不同規(guī)模、不同方向的裂隙通道相互連能為導水裂隙網(wǎng)絡形成裂隙含水系統(tǒng)。

組成這一網(wǎng)絡的裂隙按其規(guī)?？蓜澐譃槿齻€級別：微小裂隙，這些裂隙導水能力很差，但由于數(shù)量眾多，具有一定的貯水意義

中裂隙，是野外肉眼觀察所能見到的最普遍的裂隙

大裂隙（包括斷層，在巖層中數(shù)量很少，但張開寬度大，延伸遠，在裂隙網(wǎng)絡傳輸?shù)叵滤墓δ苌掀鹬饕刂谱饔?1.3裂隙介質(zhì)的研究方法26裂隙及裂隙網(wǎng)絡11.3裂隙介質(zhì)的研究方法6611.3裂隙介質(zhì)的研究方法2711.3裂隙介質(zhì)的研究方法67裂隙水流的基本特征

裂隙含水系統(tǒng)通常具有樹狀或脈狀結(jié)構(gòu)，一些大的導水通道作用突出，使裂隙水表現(xiàn)出明顯的不均勻性，有時表現(xiàn)出突變性。裂隙水流只發(fā)生在組成導水網(wǎng)絡的各裂隙通道內(nèi)，通道以外沒有水流，裂隙水的流場實際上是不連續(xù)的，滲流場的勢除了裂隙中的若干點外都是虛擬的

水流被限制在迂回曲折的網(wǎng)