水文地質(zhì)學(xué)課件ppt版 學(xué)思交流董紅志

學(xué)思交流223辦公室：董紅志翻譯：地下水作為地質(zhì)營力的論證——原理、演化、表征綜述作者:約瑟夫·托特水文地質(zhì)學(xué)雜志（1999）7:1-14研究發(fā)展史地下水作為地質(zhì)作用的研究始于20世紀60、70年代；60年代初期，人們致力于研究小型盆地中的重力流系統(tǒng)，研究表明地形控制了水流的范圍和流動形式，地下水在特定小盆地內(nèi)的流動形式具有可預(yù)見性，不用的徑流系統(tǒng)造就的自然現(xiàn)象千差萬別；60年代末期到70年代初期，人們開始研究大型盆地水流系統(tǒng)的研究，研究成果如下：A.巖石格架間的液壓連續(xù)性有利于大型交錯地下徑流系統(tǒng)的形成；B.時間的作用滯后于流動模式；C.能源物質(zhì)可能有多種形式的徑流系統(tǒng)所攜帶。D.盡管在很多方面與小盆地不同，大型盆地內(nèi)的廣泛地質(zhì)現(xiàn)象依然與徑流系統(tǒng)休戚相關(guān)。兩個根本原因三個作用過程六種表現(xiàn)形式文章概要：兩個根本原因（一）地下水能夠與其周邊環(huán)境發(fā)生相互作用（二）徑流系統(tǒng)具有系統(tǒng)化、空間化分布的特點

地下水和周邊環(huán)境發(fā)生相互作用的能力所衍生出的四項能力：（1）聚集、貯存物質(zhì)和能量（2）運輸物質(zhì)和能量（3）對巖石格架間的不整合面進行潤滑（4）形成一定的空隙壓力，并對其進行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)化的徑流好比是一條傳送帶源區(qū)——調(diào)配和裝載中間——物質(zhì)和能量環(huán)境相對穩(wěn)定終端——物質(zhì)或能量沉積重力流系統(tǒng)在潛水域的影響和表現(xiàn)形式（據(jù)托特1980年圖10，略有修改）圖示左側(cè)顯示的是一個理想化的單一徑流盆地，右側(cè)是復(fù)雜地形內(nèi)的區(qū)域性徑流；徑流系統(tǒng)不論其位置如何都有源頭區(qū)、補給區(qū)和承壓區(qū)；（1）在從補給區(qū)流向排泄區(qū)的過程中，流體靜力分別表現(xiàn)為高于、等于、低于正常的水頭壓力。（2）在補給區(qū)，地表水和土壤水分相對較少（負水平衡），在排泄區(qū)出現(xiàn)水盈（正水平衡）現(xiàn)象，可能形成濕地；將上述情況與盆地的水平衡均值進行對比，可知只有降水和蒸騰能導(dǎo)致該現(xiàn)象；（3）隨著徑流系統(tǒng)的延伸和深度的增加，水中的陰離子相帶發(fā)生系統(tǒng)化的變化，從HCO3到SO4再到CL；（4）在匯集區(qū)內(nèi)由于化學(xué)淋濾作用，土壤和近地表巖石內(nèi)的化學(xué)成分降低，但徑流系統(tǒng)終點處的含鹽量卻不斷的增加，這可能是土壤鹽漬化或商業(yè)鹽礦形成的原因；圖示說明：（5）在濕地環(huán)境中若鹽度密集則形成鹽水沼澤；（6）地溫及低溫梯度，在上升流中表現(xiàn)為正異常，在下降流中表現(xiàn)為負異常；（7）近地表環(huán)境下的補給區(qū)表現(xiàn)為氧化條件，排泄區(qū)表現(xiàn)為還原條件；（8）由于徑流系統(tǒng)中地下水的流入和流出所攜帶的養(yǎng)分和水質(zhì)存在差別，所以相應(yīng)的植被類型和植被覆蓋的質(zhì)量存在顯著不同；（9）排泄區(qū)內(nèi)，由于土壤和巖石機制的脆性加?。ㄈ缢亮魇А⒒?、土體移動、山體滑坡）有可能發(fā)展成為主要的特征地貌，如沖溝和曲河流；（10）運移礦物如金屬離子（鈾、硫化物），碳氫化合物以及人為污染物的積累主要集中在水流匯集成流區(qū)域（液壓圈閉）或在與流動性的混溶流體（石油、天然氣）相關(guān)的最低流體勢區(qū)，如：晶粒邊界或吸附性礦物的巖石內(nèi)部。三個作用過程（1）化學(xué)相互作用（2）物理相互作用（3）動力相互作用(一)化學(xué)相互作用溶解：是地下水化學(xué)作用中最有效也是最普遍的一種，及影響固體又影響氣體；地下水溶解氣體的典型區(qū)域——土層、包氣帶及油氣聚集區(qū)；與地下水相互作用較為頻繁的氣體：N2、Ar、O2、H2、He、CO2、NH3、CH4、H2S；氣體的溶解是水呈現(xiàn)出弱酸性，即化學(xué)腐蝕性；溶解量取決于礦物質(zhì)本身的溶解度、溶液所很的離子量及溫度和壓力等因素；最易溶解的巖石包括：石灰?guī)r（CaCO3）、白云巖（CaMgCO3）、石膏（CaSO4）、鈉鹽（NaCL）、鉀鹽（KCL）,是水中離子的主要來源；硅酸鹽類和其他難容物質(zhì)的溶解為水體提供微量元素。水化：是指水分子滲透到礦物的格架之中或水分子吸附在溶解的離子之上，是礦物質(zhì)風(fēng)化的第一步；水解：是指任何物質(zhì)與水發(fā)生的反應(yīng)（一種離子物質(zhì)與水結(jié)合產(chǎn)生氫離子或氫氧根的過程），直接影響了水溶液的酸堿度；氧化還原：是指電子從以個原子轉(zhuǎn)移到另一個原子的化學(xué)反應(yīng)，主要改變水質(zhì)在包氣帶中尤為重要；化學(xué)沉淀：離子與巖石格架間的其他離子發(fā)生反應(yīng)，溫度和壓力改變，與氧氣接觸后物質(zhì)成分改變?nèi)芙舛冉档偷龋伎赡艹蔀槌恋淼脑?。離子交換：離子交換能力最強的物質(zhì)是粘土礦物，如：高嶺土、蒙脫石、伊利石、綠泥石、蛭石、沸石、氧化鐵和有機質(zhì)等各種化學(xué)反應(yīng)都會在一定程度上影響地下水的礦化度（TDS）,與此同時礦化度還受到降水量、蒸發(fā)量以及礦物質(zhì)本身的溶解度的影響（二）物理相互作用對巖石格架間的不整合面進行潤滑，減小摩擦；改變空隙壓力（三）動力相互作用水及非水物質(zhì)的運輸和加熱流動的地下水和巖石格架間的熱交換律可以用Pe數(shù)來表示：在這個公式中，Pe<1時由于水流緩慢，熱散失將占據(jù)主導(dǎo)地位，水及巖石間的溫差最終達到平衡；相反，如果Pe>1代表平流，即移動的地下水?dāng)y帶的熱量，將打破平衡，最終產(chǎn)生一定的溫差且保持穩(wěn)定。這一作用將在高滲透性的不連續(xù)中得到強化，諸如：斷層、斷裂帶、溶洞以及溶解性的凹槽，這些被認為是形成溫泉、水熱礦物沉積、及其他形式地?zé)崮茉吹闹饕蛩?。六種表現(xiàn)形式（1）水文和水力學(xué)特征（2）化學(xué)和礦物現(xiàn)象（3）植被特征（4）土壤和巖石機制（5）地貌（6）運輸與積累（1）水文水力特征徑流系統(tǒng)在垂直方向上的組分和潛水帶的深度變化（水位的年波動量）；水流在正地貌形態(tài)特征中向下流動，然而在地形洼地下方水流通常向上涌；與排泄區(qū)相比補給區(qū)的水位更低且水位的年變化量更高與承壓區(qū)相比，補給區(qū)的土壤濕度條件較差，排泄區(qū)的土壤濕度條件較好；（2）化學(xué)和礦物現(xiàn)象沿水流方向，隨著深度的加深礦化度（TDS）逐漸增大；地下水的鹽相改變，從完全的硫化有機碳化物改變?yōu)橥耆穆然铮欢趸己妥杂裳醯娜芙饬繙p少；氧化還原環(huán)境改變，從氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原環(huán)境；酸堿性改變，由酸性變?yōu)閴A性；在補給區(qū)礦物質(zhì)的溶解和析出占主導(dǎo)地位，在排泄區(qū)礦物質(zhì)的沉淀和積累占主導(dǎo)地位；（3）植被特征一個地方的土壤濕度和鹽堿度直接決定了該地的植被覆蓋情況，而土壤濕度和鹽堿度受到當(dāng)?shù)氐叵滤挠绊?，因此植被覆蓋或直接或間接的受到了地下水的影響。植被的種類和數(shù)量對地下水的狀況非常敏感，由于每個地方的土壤濕度和酸堿度（以及天氣）不同，每個地方都有其代表性的草本和木本植物。在土壤濕度相對較低的補給區(qū)植被類型取決于土壤濕度，在排泄區(qū)則情況相反。幾種能反應(yīng)極端干旱、中性、潮濕環(huán)境的植被分別被稱為：旱生植物、中生植物和喜水植物，耐鹽性植物被稱為鹽生植物。（4）土壤和巖石機制地下水地質(zhì)作用的土壤和巖石機制的表現(xiàn)形式包括軟土濕度弱化、沙土液化、泥石流和山體滑坡。水流引起的孔隙水壓力的增加減低了土壤顆粒間的有效應(yīng)力，然而相對較高的水位加強了土壤顆粒間的潤滑。這兩個作用綜合作用的結(jié)果是土壤剪切強度變?nèi)?，土壤脆性增加水土流失加劇。?）地貌地下水活動造就的地貌形態(tài)既有顯著的也有隱約的。在石灰?guī)r、石膏巖、鹽巖由于地下水的長期