第十三章-地下水及其地質作用(2011).ppt

1、第十三章 地下水地質作用,第一節(jié) 地下水概述 第二節(jié) 地下水的類型 第三節(jié) 地下熱水 第四節(jié) 地下水的地質作用 第五節(jié) 地下水的開發(fā)與利用,地下水是指存在于地表以下松散沉積物和巖石孔隙中的水。,第一節(jié) 地下水概述,一、地下水的賦存條件,1、巖石的空隙,地下水存于巖石(以及松散沉積物)的孔隙中，并在其中運動，因此巖石孔隙度的大小、形狀、數(shù)量及連通情況，對地水的儲量及運動特點有很大的影響。,孔隙：巖石顆粒之間的空隙。 裂隙：巖石的裂隙。 洞穴：可溶性巖石受溶蝕后形成的孔洞（溶洞）。,空隙,沉積物及巖石的各種空隙,空隙度：指一定體積巖石中空隙體積所占的比例。 地下水的分布、儲量及運動均受巖石空隙的多

2、少（空隙度）支配 。,n=Vn/V 100% 以n表示空隙度，Vn表示空隙體積，V表示巖石體積,決定孔隙度大小的因素： （1）顆粒的粗細：粗者孔隙度低，細者孔隙度高； （2）分選程度：分選好者高，分選差者低； （3）顆粒的形狀：近球形者高，不規(guī)則形狀者低； （4）膠結程度：膠結程度差者高，膠結程度好者低。,2、巖石的透水性,透水性：巖石被水透過的性能。,空隙較大，且相互連通的巖石，地下水可以在巖石中流動。能透水的巖層稱透水層。透水層中如飽含地下水，則稱為含水層。 洞隙大，且相互連通的石灰?guī)r和白云巖以及孔隙大的礫石層和砂層是良好的透水層。 有些巖石雖有很高空隙度，但空隙不連通的巖石和空隙過小，且

3、連通性不好的粘土和泥巖，地下水也很難在其中流動，稱為不透水層或隔水層。 粘土巖、粉砂質泥巖及節(jié)理不發(fā)育的巖漿巖和塊狀變質巖可視為隔水層。,3、地下水面,水井挖到某一深度，水從井壁和井底滲出，匯成一個水面。相鄰水井的水面構成一個連續(xù)的面，即地下水面。此面以上的巖石其空隙被氣體充滯，液態(tài)水不飽和，稱為包氣帶。地下水面以下的巖石其空隙充滿水，稱為飽水帶。,包氣帶,飽水帶,地下水面,地下水長期在地下運動，可從巖石中獲得大量可溶性的物質成分，使之成為成分復雜的溶液 。 地下水中含大量的離子、分子和化合物，其礦化度高。,地下水中常見的氣體成分：O2、N2、CO2及H2S。 地下水中還含有大量的膠體物質：F

4、e(OH)3、Al(OH)3、SiO2及以膠體形式存在的有機質。,二、地下水的化學成分,三、地下水的補給和排泄,含水層從外界獲得水，稱為補給。大氣降水是主要的補給水源。水位高于地下水面的河流與湖泊。 含水層失去水，稱為排泄。排泄的主要渠道是泉、蒸發(fā)以及人工排泄與開采。,泉：地下水的天然露頭。具有壓力向上運動的泉，稱為上升泉。不具壓力僅受重力趨勢而向下運動的泉稱為下降泉。,成因： 含水層被侵蝕 地下水在流動中遇到透水性弱的巖石或隔水層的阻攔 斷層充當隔水層阻攔地下水流、地下水沿導水斷層上升等。,浙江虎跑泉（下降泉）,濟南趵突泉（上升泉）,敦煌月牙泉（上升泉）,包氣帶中的水是氣體狀態(tài)存在的氣態(tài)水，

5、或是因靜電引力而吸附于顆粒、裂隙、溶洞表面的結合水。或是因毛細管作用而存在的毛細管水，以及“過路”重力水。,第二節(jié) 地下水的類型,一、根據(jù)地下水埋藏條件的劃分,1、包氣帶水,巖石顆粒表面和空隙壁面在靜電吸引作用下，會吸附水分子 。這類水束縛于顆粒表面及空隙壁面，不能在自身重力作用下運動。而且還可逆重力而運動（毛細運動）,在自身重力作用下產(chǎn)生運動的水。在巖石和松散物質的空隙中，重力水在重力作用下產(chǎn)生運動稱滲流。,2、潛水,地面以下第一個穩(wěn)定隔水層上面的飽和水稱為潛水。其上沒有穩(wěn)定的隔水層，主要是通過包氣帶和大氣相通。,潛水面,潛水層厚度,潛水的埋藏深度,潛水存在于孔隙、裂縫或洞穴中，分布廣泛。潛

6、水水面高低起伏，水順著潛水面的傾斜方向從高處向低處流動，流速取決于潛水面的坡度和巖石空隙的大小。,3、承壓水,充滿于上下兩個穩(wěn)定隔水層間的含水層中的水。,承壓水因被圍限在兩個隔水層之間，承受著靜水壓力。承壓水適宜的地質構造是向斜盆地或單斜盆地。 承壓水含水層面積達、水量較豐富、排泄范圍有限且動態(tài)比較穩(wěn)定，是比較理想的地下水源。,上升泉,自流井,二、根據(jù)含水層空隙性質劃分,1、孔隙水,存在于空隙中。呈均勻而連續(xù)的層狀分布，構成具有同一水力聯(lián)系的含水層。,2、裂隙水,存在于巖石裂縫中。水力聯(lián)系較差，水的運動受裂隙方向及其連通程度制約和補給條件的影響。故在不同部位的富集程度不同。,存在與可溶性巖石的

7、溶蝕裂隙、洞穴、暗河中。,3、喀斯特水,第三節(jié) 地下熱水,地下熱水：溫度高的地下水。,分為：低溫熱水（2040）、中溫熱水（4060）、高溫熱水（60100）和過熱水（100）。,地下熱水出露地表形成溫泉。富集有大量地下熱水并可供開采利用的地區(qū)稱為地熱田。,地下水在巖石孔隙、裂縫中流動十分緩慢，動能較小，故而機械作用十分微弱。但內(nèi)于地下水與巖石、礦物的接觸時間長，加之溶有一定量的酸類物質(如H2CO3、H2SO4及有機酸)，對地下巖石、礦物具有強烈的溶解作用。就整個地下水的地質作用而言，以化學作用為主。,第四節(jié) 地下水的地質作用,地下水的剝蝕作用發(fā)生在地面以下，故稱之潛蝕作用。,一、地下水的剝

8、蝕作用及喀斯特,1、剝蝕作用,（1）沖刷：一般比較微弱。洞隙較大時，地下水流速加快，沖刷力增強。 （2）溶蝕：比較明顯。濕熱地區(qū)可形成喀斯特地貌。,2、喀斯特,指水流（主要指地下水）與可溶性巖石 相互作用的過程及其所產(chǎn)生的各地質、地貌現(xiàn)象的總稱。,3、喀斯特地貌,（1）溶溝和石芽 （2）落水洞 （3）溶斗 （4）干谷和盲谷 （5）峰叢、峰林和孤峰 （6）溶洞 （7）溶蝕谷與天然橋 （8）喀斯特洼地與喀斯特平原,基本條件： 喀斯特發(fā)育首先應具備具有溶蝕性水和具有可溶性巖石。 可溶性巖石： 包括鹵化物類巖石(食鹽、鉀鹽、鎂鹽等)，硫酸鹽類巖石(石膏、芒硝 等)及碳酸鹽類巖石(石灰?guī)r、白云巖、大理巖

9、等)。,（1）溶溝和石芽,在包氣帶，地下水在可溶性巖石的裂縫中向下滲流，使裂縫不斷加深加寬，形成石芽，形成的溝槽稱為溶溝。,石芽,（2）落水洞,地表水沿近垂直的裂隙向下溶蝕，形成直立或陡傾斜的洞穴，下接地下河或溶洞，是地表水轉入地下河或溶洞的通道。,（3）溶斗（漏斗）,地表水流沿垂直裂隙向下滲漏、溶蝕時，現(xiàn)在松散沉積物之下的及嚴重形成隱伏的小洞，隨后空洞發(fā)展擴大，導致上部堆積體和基巖崩落、塌陷，形成溶斗。,（4）干谷和盲谷,當一條河流侵蝕下切的河道下有暗河或溶洞，河水大量流入地下河，下游就成了有河床但沒河水的干河即干谷。如果這個河再經(jīng)過許多年，繼續(xù)侵蝕下切河床，有河水的半截河就會與干谷相連，河

10、谷就好像進入死胡同，這種向前沒有通路的河谷稱為盲谷。,（5）峰叢、峰林和孤峰,峰頂尖銳或呈圓錐狀突出，而基部相連，宏觀上似簇狀者稱為峰叢。峰體上部挺立高大，基部僅稍許相連者，稱為峰林。聳立于喀斯特平原上的孤立山峰稱為孤峰。,峰叢,峰林,孤峰,（6）溶洞,在潛水面附近，地下水在重力作用下沿層面、節(jié)理面和斷裂帶從高水位向低水位作近于水平方向的流動，常形成近于水平的洞穴稱溶洞 。,（7）溶蝕谷與天然橋,溶洞或地下暗河因其洞頂塌陷而暴露于地表，成為兩壁陡峭的谷地，稱為溶蝕谷。地下河洞頂如有局部殘留就構成天然橋。,（8）喀斯特洼地與喀斯特平原,溶斗擴大，相鄰溶斗連接合并，形成統(tǒng)一的盆狀洼地，稱為喀斯特洼

11、地。如地殼長期保持穩(wěn)定，側向溶蝕作用就能充分進行，喀斯特洼地可進一步發(fā)展成為高程低、面積大的廣闊平原，稱為喀斯特平原。,喀斯特洼地,喀斯特平原,（1）氣候：炎熱多雨地區(qū)，地下水豐富，潛蝕作用強。 （2）巖石性質：可溶性巖石-碳酸鹽巖、石膏、石鹽易形成喀斯特地貌。粗、中粒晶質結構的巖石比細微晶粒易形成。 （3）地質構造：斷裂破碎帶有利于喀斯特發(fā)育。斷裂交匯處易形成溶斗、溶洞。 （4）水的作用：溫度高、CO2含量高、流速快、流量大交替循環(huán)強，有利于喀斯特的形成。 （5）構造運動：構造運動的穩(wěn)定性決定著喀斯特地貌的演化進程。早期（溶溝、石芽、落水洞、溶斗）中期（喀斯特洼地、干谷、地下水系）晚期（溶蝕

12、谷、天然橋、喀斯特洼地、峰林）末期（孤峰、喀斯特平原）。,4、影響發(fā)育的因素,二、地下水的搬運作用及沉積作用,1、搬運作用,地下水動能小，故機械搬運弱，只能搬運細小泥沙。以化學搬運(溶運)為主，即以真溶液或成膠體狀態(tài)進行搬運。搬運物包括：重碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽、氫氧化物、二氧化硅、磷酸鹽、氧化錳、氧化鐵等。,2、沉積作用,大洞穴地下河內(nèi)有類似河流的機械沉積。大部分是以化學沉積為主。地下水流出地表或滲入巖石的空隙時，因壓力降低，導致水中CO2的逸出，或因水溫降低和蒸發(fā)等使溶液達到過飽和后發(fā)生沉淀。,（1）孔隙沉積 （2）裂隙沉積 （3）溶洞沉積 （4）溫泉沉積,（1）孔隙沉積：松散沉積物中的沉積，對沉積物起膠結作用?？尚纬山Y核。,（2）裂隙沉積：在巖石的裂隙中沉積，可形成脈狀沉積體。如方解石脈、石英脈