第2章岩石中的空隙与水.ppt

Department of water resources hydrogeology Fundamentals of Hydrogeoloy 第二章 岩石中的空隙与水 2.1 岩石中的空隙 2.2 岩石空隙中水的存在形式 2.3 与水的储容运移有关的岩石水理性质 2.1 岩石中的空隙 Interstices in rocks 岩石—包括坚硬岩石及松散土。 空隙—岩、土中各种类型空洞的总称。 空隙是地下水的赋存场所和运移通道。 2.1 岩石中的空隙 2.1 岩石中的空隙 2.1 岩石中的空隙 1、孔隙大小及其影响因素 孔隙大小特征的描述： 孔喉(d)与孔腹 (d’) 孔喉对水流影响更大，孔隙大小可用孔喉直径进行比较。 立方体排列： d=0.414D 四面体排列： d=0.155D 颗粒排列愈紧密，孔隙越小！ 2、孔隙度(porosity)及其影响因素 孔隙度的大小与哪些因素有关？ 孔隙大孔隙度也大吗？ 自然界中松散岩石的孔隙度（P17表2-1）。 岩石名称 砾石 砂 粉砂 粘土 空隙度(%) 25—40 25—50 35—50 40—70 与前面的分析矛盾！为什么？ 矛盾之一：粒径愈小，孔隙度愈大！ 矛盾之二：为何粘性土的孔隙度超过最疏松排列的47.64%， 可达70%？ 3、粘性土的孔隙与孔隙度 粘土颗粒（指直径0.005mm的颗粒）； 粘性土颗粒细小，比表面积大，连结力强；颗粒表面带电，粘粒在悬浮、推移、互相接触时，易连结起来形成粘粒团，细小粘粒集合（团）构成颗粒集合体。颗粒集合体在重力作用下沉积下来，形成蜂窝或絮状结构。 粘土孔隙：粒间孔隙—粘粒之间的空隙； 结构孔隙—集合体与集合体之间的空隙； 次生孔隙—虫孔、根系孔、干裂缝等。 3、粘性土的孔隙与孔隙度 3、粘性土的孔隙与孔隙度 3、粘性土的孔隙与孔隙度 2.1 岩石中的空隙 固结坚硬岩石一般仅残存很小部分的颗粒间的孔隙，主要发 育因各种内外力作用产生的裂隙：风化（卸荷）裂隙、成岩 裂隙、构造裂隙 裂隙的空间形态：两向延伸长、横向延伸短的“饼状” 从水的赋存与运移角度，裂隙描述内容包括： 连通性（裂隙的组数、产状、长度和密度） 张开性（裂隙宽度） 裂隙率等 三、溶穴（Cavity) 溶穴：可溶岩在地下水溶蚀作用下产生的空隙。 溶孔、溶隙、溶穴、溶洞等 对可溶岩要描述岩溶发育特征（裂隙+溶洞） 1）岩溶发育方向 2）岩溶率--表示岩溶发育程度 3）溶洞（方向、规模等） 四、空隙特征的比较（三种空隙） 松散岩石中的孔隙分布于颗粒之间，连通良好，分布均匀，在不同方向上，孔隙的通道和多少都很接近。赋存于其中的地下水分布与流动都比较均匀； 坚硬岩石中的裂隙是宽窄不等，长度有限的线状缝隙，往往具有一定的方向性。只有当不同的裂隙相互切穿连通时，才能在某一范围内构成彼此连通的裂隙网络。裂隙的连通性远较孔隙差。因此，赋存于裂隙基岩中的地下水相互联系比较差，分布与流动往往是不均匀的； 可溶岩石的溶穴是一部分原有裂隙与原生孔隙、裂隙溶蚀扩大而成的，空隙大小极为悬殊且分布极不均匀。因此，赋存于可溶岩石中的地下水分布与流动通常极为不均匀的。 四、空隙特征的比较 由空隙所构成的岩石称为含水介质。含水介质有三种：孔隙介质、裂隙介质、溶穴介质。 连通性—孔隙介质最好，其它较差 空间分布—孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不均匀；孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊 空隙率—孔隙介质最大，裂隙最小 渗透性—孔隙介质属各向同性，裂隙与溶穴为各向异性 造成空隙介质差异的主要原因：沉积物形成和空隙形成的地质环境差异。 2.2 岩石空隙中的水存在形式 一、结合水（absorbed water, bounded water） 定义：附着于固体表面，在自身重力下不能运动的水，称为结合水。 成因：固相表面与水分子间存在静电引力相互吸引，其间引力大小服从库仑定律，随离固体表面的距离加大而减弱，结合水的物理性质随之变化。内：强，外：弱。 性质：结合水具有固态和液态水的双重性质；具有一定的抗剪强度，即自身重力作用下不能运动，在外力作用下能够移动及变形。 意义：结合水膜很薄，当孔隙直径小于2倍结合水膜厚度时，孔隙中只含有不能自由运动的结合水（无效空隙空间）。 二、重力水（gravitational water） 定义：远离固相表面，水分子受固相表面吸引力的影响极其微弱，主要受重力影响。重力影响下可以自由运动。 意义：重力水具有非常重要的实用价值。地层岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通过泉，或井流出（抽出），为人们所用，因此重力水是水文地质学研究的主要对象。 三、