水文地質(zhì)學(xué)第7章

第七章各類地下水的特征§7-1孔隙水概念：賦存于松散巖類孔隙中的水稱為孔隙水。一、洪積物中的孔隙水

1、洪積物的沉積特征：洪積物多分布于山前平原和山間盆地，是暫時性水流（洪流）流出山口形成的，地貌特征為洪積扇。扇頂（粗粒相）：沉積透鏡狀砂礫卵石、漂礫，在角礫的表面及空隙中由砂和粘土混雜充填。沉積物分選差，磨圓不好；扇中部：夾砂、礫石透鏡體的亞砂土層，有時可見到層理，礫石呈迭瓦狀構(gòu)造及交錯層理，礫石磨圓較扇頂相好；扇緣（滯水相）：以粘土、亞粘土、亞砂土為主，偶夾砂及細礫的透鏡體，犬牙交錯。

澇河沖洪積扇平面示意圖2、洪積物的水文地質(zhì)特征：Ⅰ帶---鹽分溶濾帶（徑流帶）：沉積物透水性好，利于吸收降水和地表水的補給。潛水埋藏深，水力坡度大，徑流途徑短而強烈；蒸發(fā)微弱，以徑流排泄為主；溶濾強烈，常形成低礦化水；地下水位動態(tài)變化大。Ⅱ帶---鹽分過路帶（溢出帶）：沉積物透水性變差，徑流受阻，潛水位接近地表形成泉或沼澤；水力坡度變小，徑流途徑加長；蒸發(fā)加強，水的礦化度增高；地下水位動態(tài)變化小。Ⅲ帶---鹽分堆積帶（蒸發(fā)帶）：沉積物透水性較差，出現(xiàn)承壓含水層，潛水埋深較Ⅱ帶增大，徑流緩慢；以蒸發(fā)排泄為主，水的礦化度較高，土壤易發(fā)生鹽漬化。Ⅰ帶單一的潛水變?yōu)闈撍袎核訚撍宦裆钣缮钭儨\再變深徑流強度由強變?nèi)跬杆杂珊米儾钛a給條件由好變差徑流排泄轉(zhuǎn)為蒸發(fā)排泄溶濾作用轉(zhuǎn)為濃縮作用水位變幅由大變?、驇Б髱卣骶C述ⅠⅡⅢ二、沖積物中的孔隙水：1、沖積物的沉積特征：沖積物分布于平原、山間盆地和山間谷地中，是經(jīng)常性水流（河流）所形成的沉積。地貌為：河床、漫灘、階地。從上游到下游，沉積物由砂礫卵石層---細粉砂、砂礫石層---粉砂、亞砂土、亞粘土，沉積規(guī)模由小到大，粒度由粗變細；從河床（現(xiàn)代河道與古河道）到兩側(cè)漫灘、階地以及河間洼地，沉積物砂礫卵石---粉細砂---亞砂土、亞粘土，粒度由粗變細。垂向上粗、細粒沉積物多呈透鏡狀犬牙交錯互相穿插。沖積物中的砂及礫石磨圓好、分選好、層理發(fā)育。2、沖積物的水文地質(zhì)特征上游：為單一的潛水，沉積物透水性強，降水補給，徑流排泄，含水層分布窄，厚度小，水質(zhì)好（HCO3---Ca型水），儲量小。中游：出現(xiàn)承壓水，沉積物透水性強，降水、地表水補給，以徑流排泄為主伴有蒸發(fā)，含水層厚度大，埋深較淺，水量豐富，多為淡水。下游：寬廣的沖積平原，承壓水和潛水互層，沉積物透水性變差，降水、地表水補給，以蒸發(fā)排泄為主，含水層單層厚度變薄，薄層的粉細砂、亞砂土、亞粘土組成含水巖組。潛水埋藏較淺（2--3m），水質(zhì)變差。河床（古河道）：沉積物透水性強，降水、地表水補給，徑流排泄，溶濾作用為主，水質(zhì)好。遠離河床：沉積物透水性減弱，潛水局部具承壓性，降水、地表水補給，蒸發(fā)、徑流排泄，出現(xiàn)濃縮作用，水質(zhì)變差。河間洼地：沉積物透水性較差，降水、地表水補給，蒸發(fā)排泄，以濃縮作用為主，水質(zhì)較差（多為CL型水，礦化度＞10g/L）。黃河下游岸邊水文地質(zhì)剖面圖三、湖積物中的孔隙水1、湖積物的沉積特征：

湖積物屬于靜水沉積（由動水到靜水的沉積）。岸邊淺水處沉積砂礫石層，向湖心逐漸過渡為粘土（化學(xué)沉積）。顆粒分選良好，層理細密。為環(huán)狀沉積---湖盆。2、湖積物的水文地質(zhì)特征：

岸邊淺水處沉積物透水性好，有徑流，水量豐富，水質(zhì)較好，水動態(tài)季節(jié)變化明顯。向湖心徑流逐漸消失，沉積物透水性逐漸變差，富水程度逐漸變差，排泄以蒸發(fā)作用為主，水化學(xué)類型由碳酸型過渡為硫酸型，到湖心為氯化物型。湖積物中的孔隙水與外界聯(lián)系較差，補給困難，水資源一般不豐富。四、黃土中的地下水1、黃土的沉積特征：黃土遍布我國西北地區(qū)，沉積厚度大，粉土含量＞60%，上部結(jié)構(gòu)疏松，蟲孔、根孔和垂直節(jié)理發(fā)育。下部黃土結(jié)構(gòu)較致密，富含Ca質(zhì)結(jié)核，含數(shù)層古土壤。地貌為塬、峁、梁。2、黃土的水文地質(zhì)特征：塬：地形平坦，切割微弱，利于降水入滲補給，水量較豐富，且由塬中心向四周散流，以泉泄于溝底。水位埋深塬中心20--40m，塬邊60--100m，水的礦化度由塬中心向四周增大。梁、峁：切割強烈，不利于降水入滲補給，水量較小，水位埋深10--30m，水質(zhì)較差?？傊?，在黃土高原區(qū)，由于巖性、地貌、氣候的綜合影響，水量不豐富，水位埋深大，水質(zhì)較差。古土壤

五、冰水、冰磧物中的地下水

1、冰水、冰磧物的特征：

冰磧物：冰川本身所攜帶的物質(zhì)直接堆積形成。

特點：粒度成分復(fù)雜，無磨圓和分選性，直徑數(shù)米的大漂石與大小不等的碎石、角礫、砂、粘土等混雜在堆積。

冰水沉積：冰川融水所攜帶的物質(zhì)堆積而成。特點：冰川兩側(cè)-----大量疏松砂粒呈帶狀堆積。山前冰川谷口---形成冰水扇及冰水砂礫平原，為含粘土的砂礫堆積，有一定的磨圓和分選。2、冰水、冰磧物中的水文地質(zhì)特征：冰磧物的透水性極弱，幾乎不含水，一般起隔水作用。當(dāng)其中夾有砂礫透鏡體時可形成局部含水層。只有冰川兩側(cè)的疏松堆積物中可形成富水地段。冰水沉積為流水或靜水沉積，當(dāng)冰融水匯成洪水、河流和湖泊時，沉積物表現(xiàn)為洪積物、沖積物和湖積物的特征，其水文地質(zhì)特征與洪積物、沖積物和湖積物的水文地質(zhì)特征類似。六、凍土中的地下水

1、凍土的特征：概念：氣候寒冷雪線以上地帶，包氣帶和部分飽水帶的巖石處于負溫度狀態(tài)。

季節(jié)凍土---夏季消融、冬季凍結(jié)的凍土。

多年凍土---常年凍結(jié)的凍土。2、凍土的水文地質(zhì)特征：（1）液相與固相共存特殊的含水結(jié)構(gòu)；（2）地下水的賦存和運動不僅受地質(zhì)結(jié)構(gòu)的控制，還受多年凍土的影響。（3）隔水層（凍土層）在溫度、礦化度等因素影響下，隨時間和空間變化。凍結(jié)層上水凍土中地下水分類凍結(jié)層間水凍結(jié)層下水分布于地形低洼處或廣闊平緩的分水嶺的季節(jié)凍土中凍結(jié)層上部全融為液態(tài)---潛水，上部部分凍結(jié)---承壓水埋深小，含水層厚度小，蒸發(fā)較弱，降水補給，水質(zhì)好以層狀、透鏡狀、脈狀、管狀等存于多年凍結(jié)層內(nèi)凍結(jié)層上水補給：水溫較低，動態(tài)變化較大凍結(jié)層下水補給：水溫較高，動態(tài)變化較小該水季節(jié)影響較小，水量較穩(wěn)定埋藏于凍結(jié)層之下的液態(tài)水，正溫，具承壓性補給徑流條件較差，水質(zhì)較好，動態(tài)穩(wěn)定當(dāng)有較充足的補給源，可作凍土區(qū)大中型供水水源

§7-2裂隙水

概念：賦存于堅硬基巖裂隙中的地下水稱裂隙水。

裂隙水特點：富水性具有明顯的方向性，分布發(fā)育很不均勻。

一、成巖裂隙水

1、成巖裂隙的特征：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。

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。

2、成巖裂隙水特征：（1）沉積巖和深成巖漿巖中的裂隙水：由于其裂隙通常是閉合的，其賦水條件較差，形不成一定規(guī)模的含水層。

（2）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。

下圖為內(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。侵入巖體邊緣的裂隙，多為閉合裂隙，一般不含水或微含水。（3）冷凝收縮產(chǎn)生的成巖裂隙水：冷凝收縮在巖脈和侵入接觸帶，張裂隙發(fā)育，常形成近乎直立的帶狀含水系統(tǒng)。該成巖裂隙水水量較豐富，是較好的供水水源。二、風(fēng)化裂隙水

風(fēng)化裂隙：暴露于地表的巖石，在溫度變化和水、空氣、生物等風(fēng)化營力作用下形成風(fēng)化裂隙。1、風(fēng)化裂隙的特征：分布于地表，均勻密集，無明顯的方向性，為連通性好的網(wǎng)格狀（如圖示）。2、風(fēng)化裂隙水的特征：多為潛水，水量不很大，分布較均勻且無方向性，具有統(tǒng)一的地下水位，水位埋深淺，補給源為大氣降水，水動態(tài)季節(jié)變化明顯，水質(zhì)較好，為低礦化的重碳酸型水。三、構(gòu)造裂隙水：1、構(gòu)造裂隙的特征：巖石在構(gòu)造應(yīng)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)造裂隙的空間分布具有不均勻性和明顯的方向性?？v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，裂隙稀疏不均勻二、構(gòu)造裂隙水的特征

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)力集中部位賦水條件好，導(dǎo)水、透水能力隨深度增加而減弱。1、裂隙的富水特征：縱裂隙（尤其是褶皺的核部）富水性強，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，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。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

2、斷裂帶的富水特征：

同一斷層，由于兩盤巖性和力學(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導(dǎo)水性。3、斷裂帶的水文地質(zhì)意義：（1）具有儲水空間、集水廊道的作用（2）具有導(dǎo)水通道的作用（3）具有阻水作用張性斷裂發(fā)育于脆性巖層發(fā)育于塑性巖層斷裂帶本身富水，導(dǎo)水能力強斷裂帶兩側(cè)增強帶富水，導(dǎo)水能力強斷裂帶本身富水性變差斷裂帶兩側(cè)增強帶導(dǎo)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(dǎo)水、富水性較好斷裂帶不透水?dāng)嗔褞蓚?cè)增強帶通常隔水?dāng)嗔褞ば詳嗔褜?dǎo)水性介于張性斷裂與壓性斷裂之間夾于塑性巖層中的脆性巖層裂隙發(fā)育受厚度的控制§7-3巖溶水

概念：賦存于可溶巖層溶隙中的地下水稱為溶隙水。一、巖溶發(fā)育的基本條件1、巖石的可溶性---巖溶發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)

巖石可溶性的大小取決于可溶成分的溶解度和溶解速度，溶解速度的差異對巖溶發(fā)育有極大的影響，方解石＞白云石。2、巖石的透水性---巖溶發(fā)育的必要條件巖層透水性決定于裂隙和孔洞的多少和連通情況，裂隙、孔洞多，透水性好，巖溶發(fā)育。3、水的侵蝕性---水中侵蝕性CO2含量高溶蝕能力強。4、水的流動性---水循環(huán)交替快，溶蝕作用強烈?？扇軒r石碳酸鹽巖類硫酸鹽巖類氯化鹽巖類難溶中溶易溶石灰?guī)r、白云巖、大理巖石膏、硬石膏、芒硝巖鹽、鉀巖分布廣分布有限巖溶水流形式隙流管流脈流網(wǎng)流

ⅠⅦ：溶解度和巖溶化程度

逐漸降低

純灰?guī)r（方解石含量多，泥質(zhì)、硅質(zhì)少）易溶蝕成分質(zhì)地不純灰?guī)r（白云石含量多，泥質(zhì)、硅質(zhì)多）不易溶蝕鮞狀結(jié)構(gòu)的生物礁巖及碳酸巖鹽（生物碎屑組成，孔隙大且多）易溶蝕結(jié)構(gòu)結(jié)晶鑲嵌結(jié)構(gòu)的泥晶碳酸鹽巖、亮晶碳酸巖（泥質(zhì)含量多，孔隙度小）難溶蝕巨厚的純灰?guī)r，構(gòu)造裂隙稀疏、寬而長，巖溶發(fā)育不均勻，形成大型溶洞單層厚度中薄層至中厚層，構(gòu)造裂隙短小、均勻、密集，形成溶蝕比較均勻的巖溶水二、影響巖溶發(fā)育的主要因素1、可溶巖的成分與結(jié)構(gòu)：

3、氣候：

氣候決定一個地區(qū)的土壤與植被的發(fā)育程度，植被、土壤是地下水CO2的主要來源。濕熱的南方，植被茂密，雨量充沛，利于細菌繁殖和植物光化作用，CO2含量高，巖溶發(fā)育。降水量大，氣溫高，巖溶發(fā)育，溶蝕量大（如下表示）。4、徑流條件：地下水徑流條件是控制巖溶最活躍最關(guān)鍵的因素。地下水徑流條件越強烈，補充CO2的機會多，地下水的侵蝕能力越強，輸入的化學(xué)能及溶解攜帶走的CaCO3越多，在可溶巖中留下的溶隙體積便越大。5、地質(zhì)構(gòu)造：

張性斷裂帶和侵入巖接觸帶附近、背斜、向斜的軸部，巖石破碎，裂隙發(fā)育，巖石透水條件好，形成巖溶強烈發(fā)育地段（如圖示）。塑性巖層或壓性斷裂裂隙呈封閉狀，透水性弱，巖溶不發(fā)育。小溶孔溶隙次生晶脈石灰?guī)r石灰?guī)r--白云巖白云巖泥質(zhì)灰?guī)r泥質(zhì)白云巖泥灰?guī)r三、巖溶地貌（補）猴山491m溶洞形態(tài)類型桂林蘆笛四、巖溶水的特征1、巖溶水的富水特征：巖溶地區(qū)總體比較富水，其富水性空間分布極不均勻，具有明顯的方向性，沿著巖溶發(fā)育的方向富水，透水性好；垂直巖溶發(fā)育方向富水性差。水平方向：同一巖溶含水層，水平方向相距幾十米甚至幾米，富水性的差異為數(shù)倍甚至數(shù)十倍。例如：廣東凡口礦區(qū)0m標高中段的坑道中施工兩個水平放水孔，相距

0.3m，平行鉆進壺天群石灰?guī)r中，孔深47m，一個孔出水量50L/S，另一孔出水量0.5L/S。垂直方向：同一巖溶含水層，垂直方向的富水性很不均一，相差懸殊。例如：凡口礦區(qū)－20m標高以上，富水性強，單位涌水量1.55--5.10L/S.m；－20m標高以下，富水性弱，單位涌水量0.0076L/S.m；2、巖溶水的運動特征：層流與紊流共存，溶孔、溶隙中的巖溶水為層流運動；溶洞、暗河中的巖溶水為紊流運動；吸水（接受降水補給）能力、排水（泉和徑流）能力強，徑流速度大。徑流具有明顯的分帶性（如下圖示）：Ⅰ帶（包氣帶）---水流垂直運動為主---落水洞、漏斗；Ⅱ帶（水位季節(jié)變化帶）--垂直水平交替出現(xiàn)--落水洞、巖溶通道；Ⅲ帶（飽水帶）---上部水平運動---管流脈流、巖溶通道發(fā)育；