水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)-第2章-巖石中的空隙與水(上)

1、第2章巖石中的空隙與水（上）The Interstices and Water in Rocks,Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ),中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)組 佛鳴一鼎提供，更多地大資料qq:605734043 內(nèi)部資料及歷年真題,2.1巖石中的空隙,2.2空隙中的水,2.3巖石的水理性質(zhì),本章內(nèi)容,2.1巖石中的空隙,巖石水文地質(zhì)學(xué)中指堅(jiān)硬的巖石及松散的土層 空隙巖、土中各種類型的空洞的總稱 空隙是地下水賦存場(chǎng)所（places）和運(yùn)移通道（conduits） 空隙分為 1. 孔隙（pore）-unconsolidated soil（第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)）

2、 2. 裂隙（fissure）- hard rock （構(gòu)造地質(zhì)學(xué)） 3. 溶穴（cavity）- dissoluble rock（巖溶地貌學(xué)） 下面重點(diǎn)以孔隙為例，討論描述空隙特征的有關(guān)概念，參數(shù)（指標(biāo)）和分析方法。,孔隙（pore, void） 土體孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形狀，連通與分布 松散土體宏觀上可以分為2大類：砂性土與粘性土類 1、砂礫石孔隙大小及其影響因素 試樣 a礫石(模型)，b砂土樣品，c砂礫混合樣品 思考：試樣a與b構(gòu)成的孔隙哪種大？哪種??？ 顆粒大小-有關(guān)？ 簡(jiǎn)單歸納-砂礫石土孔隙大小與什么有關(guān)？ 顆粒大小、 排列立方體或四面體 、 分選、膠結(jié)與充填等,2.1.

3、1孔隙大小的影響因素,2.1.1孔隙（續(xù)1）與粒徑關(guān)系,a礫石(模型)b砂土樣品c砂礫混合樣品,孔隙與粒徑關(guān)系,2.1.1孔隙（續(xù)2）與分選的關(guān)系,黃 土,沙 丘,洪積物,粒徑 mm,含 量 %,松散砂礫石孔隙大小與分選的關(guān)系好、壞？,2.1.1孔隙（續(xù)3）與顆粒排列的關(guān)系,顆粒排列等徑圓球最疏松與最緊密,立方體排列 四面體排列,2.1.1孔隙（續(xù)4）孔腹和孔喉,立方體排列與四面體排列孔腹和孔喉,孔隙大小的描述：孔喉 (d) d=0.414D 孔腹 (d) d=0.732D （立方體排列的理想等徑園球顆粒）,2.1.1孔隙（續(xù)5）,立方體排列 四面體排列,等徑園球顆粒立方體排列 孔隙大小的描述

4、： 孔喉 (d) d=0.414D 孔腹 (d) d=0.732D,d,2.1.1孔隙（續(xù)6）孔隙度,2、砂礫石的孔隙度（porosity）及其影響因素 孔隙度是描述松散巖石中孔隙多少的指標(biāo) 定義：某一體積巖石（包括顆粒骨架與空隙在內(nèi)）中孔隙體積所占的比例。通常用 n 表示 思考：孔隙度的大小與什么有關(guān)？ 與顆粒大小有關(guān)？ a. 與排列有關(guān)緊密與疏松 b. 與分選有關(guān)下面試樣哪個(gè)孔隙度大？哪個(gè)??？ 試樣：礫石 砂石 混合樣 完全混合試樣時(shí)，孔隙度 n混=n礫n砂 （請(qǐng)自己推導(dǎo)證明） 影響孔隙度大小的主要因素是試樣的分選程度。,2.1.1孔隙（續(xù)7）,不同顆粒大小的試樣孔隙度？,不同排列的試樣孔

5、隙度？ 理想最疏松孔隙為 47.64%， 最緊密排列孔隙為 25.95%。,自然界中松散巖石的孔隙度與上述討論的還有些不同 P17表2-1 表2-1 松散巖石孔隙度參考數(shù)值 矛盾之一：與粒徑的關(guān)系不是愈大則愈大？ 矛盾之二：孔隙度超過(guò)最疏松排列的47.64% 達(dá)到70%,2.1.1孔隙（續(xù)8）孔隙度參考數(shù)值,2.1.1孔隙（續(xù)9） 粘土,3、粘性土的孔隙與孔隙度 粘土顆粒 粘性土是指土體顆粒 0.005mm 的直徑 “粘性土由于顆粒細(xì)小，比表面積大，連結(jié)力強(qiáng) 粘粒在懸浮 推移 互相接觸時(shí)，就會(huì)連結(jié)起來(lái) 形成粘粒團(tuán)” 細(xì)小粘粒集合（團(tuán)）構(gòu)成（稱為）顆粒集合體。 集合體與集合體結(jié)合構(gòu)成粘性土的沉積

6、結(jié)構(gòu)特征 粘土孔隙 粘性土如同海綿、峰窩或絮狀結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)孔隙集合體與集合體、粘粒與粘粒之間 次生孔隙蟲(chóng)孔、根系孔、裂隙裂痕等,2.1.1孔隙（續(xù)10）,2000,蒙脫石、片狀粘土礦物淤泥粘土,36,240,800,2.1.1孔隙（續(xù)11）,粘性土的結(jié)構(gòu)，不同比例電鏡掃描片,2.1.1孔隙（續(xù)12）,松散砂土孔隙 粘土 孔隙 裂隙 溶隙,裂隙 （ fissure fracture ） 固結(jié)的堅(jiān)硬巖石中，一般僅殘存很小部分孔隙，而存在有各種內(nèi)外力作用下產(chǎn)生的裂縫（縫隙） 風(fēng)化（卸荷）裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙 裂隙：空間形態(tài)是兩向延伸長(zhǎng)，橫向延伸短的“餅狀”空隙單個(gè)裂隙是孤立的 裂隙巖體：從水的賦存

7、與運(yùn)移角度來(lái)看，裂隙的描述包括： 1) 裂隙的連通性（組數(shù)、產(chǎn)狀、長(zhǎng)度和密度） 2) 張開(kāi)性（裂隙寬度） 3) 裂隙率等,2.1.2裂隙,2.1.2裂隙（續(xù)1）,花崗巖風(fēng)化裂隙,2.1.2裂隙（續(xù)2）,成巖裂隙、 構(gòu)造裂隙,2.1.2裂隙（續(xù)3）,砂巖巖芯中的空隙,2.1.3溶穴,溶穴（solution cavity） cavern 在裂隙基礎(chǔ)，水流對(duì)可溶巖進(jìn)一步作用的結(jié)果 是擴(kuò)大了的裂隙 溶穴：溶蝕的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等 巖溶巖體：要描述裂隙 特征及巖溶發(fā)育特征 （裂隙+溶洞） 1）巖溶發(fā)育方向 2）溶蝕率-鉆孔巖 溶發(fā)育程度 3）溶洞（方向、規(guī)模等）,2.1.4空隙特征的對(duì)比,空隙特征的比較 含水介質(zhì)由各類空隙所構(gòu)成的巖石稱為含水介質(zhì)，也稱為介質(zhì)場(chǎng)。含水介質(zhì)的空間分布與連通特征（孔隙含水介質(zhì)、裂隙含水介質(zhì)、溶質(zhì)含水介質(zhì)）是不同的，三種主要類型的含水介質(zhì)比較： 連 通 性 孔隙介質(zhì)最好，其它較差 空間分布孔隙介質(zhì)分布最均勻，裂隙不均勻，溶穴極不均勻孔隙大小均勻，裂隙大小懸殊，溶穴極懸殊 空隙比率孔隙介質(zhì)最大，裂隙最小 空隙滲透性孔隙介質(zhì)-各向同性，裂隙與溶穴-各向異性造成空隙介質(zhì)上述差異的主要原因：沉積物形成和空隙形成的環(huán)境,巖石中的空隙