第十二章裂隙水

第十二章裂隙水（fracturewater）本章內(nèi)容11.1成巖裂隙水11.2風(fēng)華裂隙水11.3構(gòu)造裂隙水11.4裂隙介質(zhì)及其滲流11.5裂隙野外調(diào)查方法11.6裂隙水的研究方法11.7斷層的水文地質(zhì)意義第十二章裂隙水概述裂隙水:

貯存并運(yùn)動(dòng)在基巖裂隙系統(tǒng)中的地下水。強(qiáng)烈的不均勻性和各向異性；水力聯(lián)系的統(tǒng)一性比較差。第十二章裂隙水1、裂隙水的分類堅(jiān)硬基巖在應(yīng)力作用下產(chǎn)生各種裂隙：成巖過(guò)程中形成成巖裂隙－成巖裂隙水；構(gòu)造應(yīng)力產(chǎn)生構(gòu)造裂隙－構(gòu)造裂隙水；風(fēng)化作用可形成風(fēng)化裂隙－風(fēng)化裂隙水。

2、裂隙水的特征（與孔隙水相比）①、裂隙水空間分布不均勻，局部發(fā)育，呈脈狀分布，導(dǎo)致同一巖層中相距很近的鉆孔，水量懸殊；②、一般第三方向不發(fā)育，空間展布具有方向性（不同方向發(fā)育差異）；③、水力聯(lián)系不連續(xù)（裂隙連通性較差，很難形成統(tǒng)一的含水層。當(dāng)不同方向相連通時(shí)—裂隙網(wǎng)絡(luò)。若巖層中裂隙密集，裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育時(shí)形成層狀裂隙水）。④、堅(jiān)硬基巖的裂隙率，要比松散巖石的孔隙度小一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

12-1成巖裂隙水

一、成巖裂隙巖石在成巖過(guò)程中受內(nèi)部應(yīng)力作用而產(chǎn)生的原生裂隙。二、成巖裂隙的基本特征

1、陸地噴溢的玄武巖成巖裂隙最為發(fā)育。巖漿冷凝收縮時(shí)，由于內(nèi)部張力作用產(chǎn)生垂直于冷凝面的六方柱狀節(jié)理及層面節(jié)理。裂隙張開(kāi)且密集均勻，連通良好，構(gòu)成層狀裂隙含水層。玄武巖致密塊狀構(gòu)成隔水層，柱狀節(jié)理發(fā)育時(shí)透水，而氣孔發(fā)育連通性差的多構(gòu)成隔水層。

2、侵入巖接觸帶處形成的裂隙含水層。巖漿冷凝收縮，以及運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)力，常形成近乎垂直的帶狀裂隙含水層。熔巖冷凝時(shí)留下噴氣孔道，或表層凝固下部熔巖流逝而形成熔巖孔洞或管道?？椎蓝囱ㄗ畲笾睆娇蛇_(dá)數(shù)米，會(huì)出現(xiàn)掉鉆，可獲可觀水量。

3、孤立的成巖氣孔經(jīng)過(guò)后期改造后可以成為統(tǒng)一的含水層。

4、沉積巖及深成巖漿巖的成巖裂隙通常多是閉合的，含水意義不大。12-2風(fēng)化裂隙水

一、風(fēng)化裂隙暴露于地表的巖石，在溫度和水、空氣、生物等風(fēng)化營(yíng)力作用下，形成的裂隙。

二、風(fēng)化殼與風(fēng)化裂隙水風(fēng)化裂隙常在成巖裂隙與構(gòu)造裂隙的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)育，形成密集均勻、連通性好的裂隙網(wǎng)絡(luò)。風(fēng)化裂隙帶呈殼狀分布，一般厚數(shù)米到數(shù)十米。母巖構(gòu)成隔水底板，所以風(fēng)化裂隙水一般為潛水；被后期沉積物履蓋的古風(fēng)化殼，可為承壓水或半承壓水。12-2風(fēng)化裂隙水

有些情況下，表層風(fēng)化帶的滲透性小于深部風(fēng)化帶，可能形成風(fēng)化裂隙承壓水。12-2風(fēng)化裂隙水三、風(fēng)化裂隙的發(fā)育受巖性、氣候和地形的控制

1.巖性：?jiǎn)我坏V物組成的巖石不易風(fēng)化，所以裂隙很難發(fā)育，多種礦物組成的巖石（花崗巖、片麻巖等）易于風(fēng)化，裂隙水較多。泥質(zhì)巖石雖易風(fēng)化，但風(fēng)化后裂隙易被土狀風(fēng)化物充填因而也不導(dǎo)水。

2.氣候：干燥而溫差大地區(qū)易于形成風(fēng)化裂隙，而潮濕炎熱氣候區(qū)不易形成風(fēng)化裂隙。

3.地形：地形平緩，剝蝕和搬運(yùn)作用微弱地區(qū)有利于風(fēng)化殼發(fā)育和保存，再加上地形利于匯水，則能形成規(guī)模較大能常年提供一定水量的風(fēng)化裂隙含水層。四、特征風(fēng)化裂隙含水層水量不大，就地補(bǔ)給、就地排泄，旱季泉流量變小甚至干涸，雨季泉流量增大甚至冒出。此外，由于水流切割和人工開(kāi)挖，以前深埋的閉合裂隙可能由于上部荷載減小而形成張開(kāi)性好、裂隙率高的風(fēng)化裂隙，構(gòu)成風(fēng)化裂隙水，這類水的透水性也比較好。12-3構(gòu)造裂隙水

一、構(gòu)造裂隙巖石在構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的裂隙。它是最常見(jiàn)、分布最廣的裂隙，也是構(gòu)造裂隙水研究的主要對(duì)象，具有強(qiáng)烈的非均勻性和各向異性。二、構(gòu)造裂隙的分類

1、塑性巖石以頁(yè)巖、泥巖、凝灰?guī)r、千枚巖等為代表，受力后發(fā)生塑性形變，常形成閉合的乃至隱蔽的裂隙。這類巖石的構(gòu)造裂隙往往密度很大但張開(kāi)性差，缺少貯存及傳輸?shù)摹坝行Я严丁?，多?gòu)成相對(duì)隔水層。只有當(dāng)其暴露于地表，經(jīng)過(guò)卸荷及風(fēng)化改造后才具有一定的貯水及導(dǎo)水能力。

2、塊狀致密石灰?guī)r和鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖可作為脆性巖石的代表。巖石主要呈現(xiàn)彈性形變，破壞時(shí)以拉斷為主；裂隙稀疏，但張開(kāi)性好，延伸遠(yuǎn)，導(dǎo)水能力好。

構(gòu)造裂隙的滲透性與巖相有關(guān)，巖石顆粒越粗，裂隙越發(fā)育，滲透性越大。3、粗粒碎屑巖的裂隙發(fā)育取決于粒度及膠結(jié)物。

粒度：粗顆粒的砂礫巖，裂隙張開(kāi)性優(yōu)于細(xì)粒的粉砂巖。

膠結(jié)物：鈣質(zhì)膠結(jié)者顯示脆性巖石特征；泥質(zhì)及硅質(zhì)膠結(jié)的與塑性巖石相近；

三、應(yīng)力集中，裂隙發(fā)育，巖層透水性也好

1、背斜軸部常較兩翼富水；

2、斷層帶附近往往格外富水；

3、夾于塑性巖層中的薄層脆性巖層，往往發(fā)育密集而均勻的張開(kāi)裂隙。褶皺時(shí)被拉斷形成張裂隙。

4、透水性通常隨深度增大而減弱。深度大，圍壓增大，地溫上升，巖石的塑性加強(qiáng)，裂隙張開(kāi)性較差。

層狀巖石裂隙的發(fā)育方向、張開(kāi)度和密集程度，與構(gòu)造部位密切相關(guān)。橫裂隙1—張性的，張開(kāi)寬度最大，延伸不遠(yuǎn)，呈兩端尖滅的透鏡體狀。斜裂隙2—延伸長(zhǎng)度和張開(kāi)性都較差，一般為兩組共軛剪節(jié)理，而且是一組發(fā)育，另一組不發(fā)育。縱裂隙3—導(dǎo)水性好，延伸遠(yuǎn)，裂隙密集。層面裂隙4和順層裂隙5。

夾于塑性巖層中的薄層脆性巖層，往往發(fā)育密集而均勻的張開(kāi)裂隙。褶皺時(shí)被拉斷形成張裂隙。

四、裂隙含水層及特征主干裂隙延伸廣闊，可連通不同層面裂隙和大范圍小裂隙，水量較大。如果存在更高級(jí)次的導(dǎo)水?dāng)嗔眩瑢⑷舾芍鞲闪严洞?，則可形成更大規(guī)模的含水裂隙網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)力集中的部位，裂隙常較發(fā)育，巖層透水性良好。同一裂隙含水層中，背斜軸部常較兩翼滲透性好，傾斜巖層較平緩巖層滲透性好，斷層帶附近往往格外富水。巖性無(wú)明顯變化的巖體（例如典型的花崗巖、片麻巖等），裂隙發(fā)育狀況及透水性通常隨深度增大而減弱（如P132圖12.5所示的錦屏地區(qū)水電站右岸大理巖滲透系數(shù)隨深度變化曲線）。12-4裂隙介質(zhì)及其滲流一、裂隙及其裂隙網(wǎng)絡(luò)單個(gè)裂隙可概化為一個(gè)橢圓形餅狀的三維空間。單獨(dú)裂隙很難構(gòu)成連續(xù)導(dǎo)水空間，只有當(dāng)不同方向裂隙相互交切形成裂隙網(wǎng)絡(luò)時(shí)，才構(gòu)成能夠傳輸?shù)叵滤膶?dǎo)水介質(zhì)。12-4裂隙介質(zhì)及其滲流鑒于裂隙具有定向性，所以在進(jìn)行裂隙觀察、測(cè)量、試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，一定要注意避免失真。大多數(shù)情況下，構(gòu)造裂隙含水系統(tǒng)，在空間上呈現(xiàn)為張開(kāi)性及延伸性不同的裂隙構(gòu)成的多級(jí)次裂隙網(wǎng)絡(luò)。組成導(dǎo)水網(wǎng)絡(luò)的裂隙大體分為3個(gè)級(jí)別：微小裂隙—起儲(chǔ)水功能，中裂隙—儲(chǔ)水導(dǎo)水功能，大裂隙—導(dǎo)水功能。12-4裂隙介質(zhì)及其滲流二、裂隙水流的基本特征

裂隙水量經(jīng)常表現(xiàn)出明顯的不均勻性和突發(fā)性。

裂隙水量之所以相差懸殊，正是由于裂隙含水系統(tǒng)是不同級(jí)次裂隙的集合體，而同一巖層有可能包含著若干個(gè)規(guī)模不同、互不聯(lián)系的裂隙含水系統(tǒng)。

所以在裂隙巖層中打兩個(gè)相距很近的鉆孔用來(lái)確定地下水的水力梯度、流向和流速等都不可靠。12-5裂隙野外調(diào)查方法一、巖層（巖體）裂隙野外調(diào)查統(tǒng)計(jì)：

1裂隙產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)及裂隙分組：先選統(tǒng)計(jì)窗，再測(cè)每條裂隙的產(chǎn)狀，然后赤平投影，最后把測(cè)量數(shù)據(jù)整理成裂隙極點(diǎn)密度圖（見(jiàn)課本）。

2統(tǒng)計(jì)每組裂隙的線密度：統(tǒng)計(jì)垂直裂隙方向上每米的裂隙數(shù)，倒數(shù)即為裂隙間距。

3裂隙跡線長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)：多數(shù)是從二維露頭測(cè)量裂隙跡線的長(zhǎng)度，由于裂隙多成橢圓餅狀，不同露頭上得到的跡線長(zhǎng)度不等。

4裂隙寬度（張開(kāi)度）統(tǒng)計(jì)：利用塞尺，但注意后期卸荷、開(kāi)挖原因引起的裂隙不在統(tǒng)計(jì)之列，統(tǒng)計(jì)原始寬度，小于0.02mm為閉合裂隙。

5裂隙的導(dǎo)水能力：露頭和巷道精度較低；是否流水和流水痕跡，定性說(shuō)明導(dǎo)水能力；孔內(nèi)電視和鉆孔分段壓水試驗(yàn)，可靠真實(shí)。12-5裂隙野外調(diào)查方法二、巖層裂隙誤差原因

1.實(shí)際觀測(cè)時(shí)，短小裂隙被忽略，使統(tǒng)計(jì)得到的裂隙平均長(zhǎng)度偏大，裂隙密度偏小。其中忽略一定規(guī)模以下的裂隙引起的誤差不嚴(yán)重，但是人為引起的誤差很大。

2.大的裂隙在觀測(cè)線或觀測(cè)面上出現(xiàn)的概率大，使其統(tǒng)計(jì)值偏大。

3.野外或工程開(kāi)挖面，往往難以滿足范圍足夠大而又適合于測(cè)量裂隙完整長(zhǎng)度的空間，這是裂隙長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)缺乏可信性的最大原因。三、裂隙統(tǒng)計(jì)誤差裂隙在觀測(cè)面上有3種出露情況：要么裂隙兩個(gè)端點(diǎn)都落在觀測(cè)窗內(nèi)，這時(shí)測(cè)得裂隙跡線長(zhǎng)度準(zhǔn)確，要么一個(gè)在，一個(gè)因?yàn)榻財(cái)喽灰?jiàn)，要么兩端均被觀測(cè)窗邊界截?cái)喽豢梢?jiàn)，這兩種都只能推測(cè)裂隙實(shí)際長(zhǎng)度。12-6裂隙水的研究方法

一、等效多孔介質(zhì)方法把非連續(xù)的裂隙系統(tǒng)假設(shè)為連續(xù)的孔隙系統(tǒng)。

12-6裂隙水的研究方法

二、雙重介質(zhì)方法強(qiáng)滲透性裂隙系統(tǒng)----連續(xù)介質(zhì)1

微裂隙和基巖孔隙----連續(xù)介質(zhì)2

雙重介質(zhì)

=

連續(xù)介質(zhì)1+連續(xù)介質(zhì)2

兩者存在水力交換12-6裂隙水的研究方法

三、非連續(xù)介質(zhì)方法建立裂隙網(wǎng)絡(luò)模型，計(jì)算每條裂隙的水流狀態(tài)。12-7斷層的水文地質(zhì)意義斷裂帶是應(yīng)力集中釋放造成的破裂形變，大的斷層延伸數(shù)百千米，寬達(dá)數(shù)百米，切穿若干巖層，構(gòu)成具有特殊意義的水文地質(zhì)體。發(fā)育于脆性巖層中的張性斷裂，中心部分多為疏松多孔的角礫巖，兩側(cè)一定范圍都為張開(kāi)度和裂隙率都增大的裂隙增強(qiáng)帶，導(dǎo)水能力很好。發(fā)育于含泥質(zhì)較多的塑性巖層中的張性斷裂，構(gòu)造巖加有大量泥質(zhì)，兩側(cè)的裂隙增加不如