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:

貯存并運動在基巖裂隙系統(tǒng)中的地下水。強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、裂隙水的分類堅硬基巖在應(yīng)力作用下產(chǎn)生各種裂隙：成巖過程中形成成巖裂隙－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—裂隙網(wǎng)絡(luò)。若巖層中裂隙密集，裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育時形成層狀裂隙水）。④、堅硬基巖的裂隙率，要比松散巖石的孔隙度小一到兩個數(shù)量級。

12-1成巖裂隙水

一、成巖裂隙巖石在成巖過程中受內(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，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，以及運動產(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_數(shù)米，會出現(xiàn)掉鉆，可獲可觀水量。

3、孤立的成巖氣孔經(jīng)過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：單一礦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、分布最廣的裂隙，也是構(gòu)造裂隙水研究的主要對象，具有強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性差，缺少貯存及傳輸?shù)摹坝行Я严丁保鄻?gòu)成相對隔水層。只有當(dāng)其暴露于地表，經(jīng)過卸荷及風(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，破壞時以拉斷為主；裂隙稀疏，但張開性好，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裂隙。褶皺時被拉斷形成張裂隙。

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，裂隙張開性較差。

層狀巖石裂隙的發(fā)育方向、張開度和密集程度，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—延伸長度和張開性都較差，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?？v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裂隙。褶皺時被拉斷形成張裂隙。

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。如果存在更高級次的導(dǎo)水?dāng)嗔?，將若干主干裂隙串通，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)單個裂隙可概化為一個橢圓形餅狀的三維空間。單獨裂隙很難構(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，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，所以在進行裂隙觀察、測量、試驗和統(tǒng)計分析時，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)為張開性及延伸性不同的裂隙構(gòu)成的多級次裂隙網(wǎng)絡(luò)。組成導(dǎo)水網(wǎng)絡(luò)的裂隙大體分為3個級別：微小裂隙—起儲水功能，中裂隙—儲水導(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)是不同級次裂隙的集合體，而同一巖層有可能包含著若干個規(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相距很近的鉆孔用來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：

1裂隙產(chǎn)狀統(tǒng)計及裂隙分組：先選統(tǒng)計窗，再測每條裂隙的產(chǎn)狀，然后赤平投影，最后把測量數(shù)據(jù)整理成裂隙極點密度圖（見課本）。

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

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

4裂隙寬度（張開度）統(tǒng)計：利用塞尺，但注意后期卸荷、開挖原因引起的裂隙不在統(tǒng)計之列，統(tǒng)計原始寬度，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，定性說明導(dǎo)水能力；孔內(nèi)電視和鉆孔分段壓水試驗，可靠真實。12-5裂隙野外調(diào)查方法二、巖層裂隙誤差原因

1.實際觀測時，短小裂隙被忽略，使統(tǒng)計得到的裂隙平均長度偏大，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.大的裂隙在觀測線或觀測面上出現(xiàn)的概率大，使其統(tǒng)計值偏大。

3.野外或工程開挖面，往往難以滿足范圍足夠大而又適合于測量裂隙完整長度的空間，這是裂隙長度統(tǒng)計缺乏可信性的最大原因。三、裂隙統(tǒng)計誤差裂隙在觀測面上有3種出露情況：要么裂隙兩個端點都落在觀測窗內(nèi)，這時測得裂隙跡線長度準(zhǔn)確，要么一個在，一個因為截斷而不見，要么兩端均被觀測窗邊界截斷而不可見，這兩種都只能推測裂隙實際長度。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)一定范圍都為張開度和裂隙率都增大的裂隙增強帶，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