水文地质学基础PPT电子教案第六讲 地下水类型

LOGO第六讲第六讲 地下水类型地下水类型 Company L11 地下水类型地下水类型-裂隙水裂隙水11.1 裂隙水的特点裂隙水的特点11.2 构造裂隙水构造裂隙水11.3 断层带的水文地质意义断层带的水文地质意义11.4 裂隙介质的研究方法裂隙介质的研究方法(略略)Company L11.1 11.1 裂隙水的特点裂隙水的特点坚硬基岩受各种应力作用，产生不同类型的裂隙坚硬基岩受各种应力作用，产生不同类型的裂隙v 成岩裂隙成岩裂隙 （original fracture 如玄武岩的柱状节理如玄武岩的柱状节理）v 构造裂隙构造裂隙 （tectonic fracture 断层裂带断层裂带）v 风化裂隙（风化裂隙（weathering fracture ） 分布较广的构造裂隙水的特点：分布较广的构造裂隙水的特点：分布不均匀分布不均匀 有的地方打井有水，有的地方无水有的地方打井有水，有的地方无水水力联系不统一性水力联系不统一性 裂水含水系统的迭置与独立裂水含水系统的迭置与独立渗透的各向异性渗透的各向异性 KXKY 裂隙水的分类裂隙水的分类 脉状裂隙水（脉状裂隙水（veiny water）层状裂隙水（层状裂隙水（stratiform water ） 成岩裂隙发育的，风化裂隙层成岩裂隙发育的，风化裂隙层裂隙水特点裂隙水特点风化裂隙水风化裂隙水转下页转下页Company Lv分布不均匀分布不均匀 有的地方打井有水，有的地方无水有的地方打井有水，有的地方无水v水力联系不统一性水力联系不统一性 裂水含水系统的迭置与独立裂水含水系统的迭置与独立v渗透的各向异性渗透的各向异性 KXKY裂隙水的特点、裂隙水含水系统裂隙水的特点、裂隙水含水系统Company Lv 风化裂隙深度有限风化裂隙深度有限v 局部形成层状裂隙含水层局部形成层状裂隙含水层v 动态变化大动态变化大风化裂隙水示意图风化裂隙水示意图层状裂隙水（局部性）层状裂隙水（局部性）Company L11.2 11.2 构造裂隙水构造裂隙水11.2.1 裂隙发育规律的控制因素裂隙发育规律的控制因素v岩石（层）力学性质岩石（层）力学性质 受力后的破坏（脆，塑）受力后的破坏（脆，塑） 结构（厚层，互层等）结构（厚层，互层等）v构造应力构造应力 大小，大小， 应力频率，应力频率， 性质（张，拉）性质（张，拉）v 构造部位构造部位层状破坏层状破坏层状受力层状受力Company L11.2.1 11.2.1 层状夹层脆性岩层裂隙发育特征层状夹层脆性岩层裂隙发育特征Company L1-1-横裂隙横裂隙; 2-; 2-斜裂隙斜裂隙; ;3-3-纵裂隙纵裂隙; 4-; 4-层面裂隙层面裂隙; 5-; 5-顺层裂隙顺层裂隙11.2.1 11.2.1 层状岩层构造裂隙示意图层状岩层构造裂隙示意图Company L11.2.2 裂隙含水系统裂隙含水系统v是指一定范围内相互连通的不同级次的裂隙所是指一定范围内相互连通的不同级次的裂隙所构成的空隙网络构成的空隙网络v裂隙级次：裂隙级次： 微小裂隙（原生和次生的）微小裂隙（原生和次生的） 几十几十十几条十几条/m 隙宽小隙宽小 中裂隙（顺层的）中裂隙（顺层的） 几条几条/m 隙宽达隙宽达 几几 mm 大裂隙（巨裂隙）大裂隙（巨裂隙） 空间一定延伸，宽度大，空间一定延伸，宽度大， 正断层，正断层，1条条 / 几米几米中大裂隙裂隙网络Company L11.2.3 不同级次裂隙的作用不同级次裂隙的作用v 作用作用微裂隙微裂隙储水，裂隙率较大储水，裂隙率较大中裂隙中裂隙连通作用，储水导水作用连通作用，储水导水作用大大裂隙裂隙传输地下水中起控制作用传输地下水中起控制作用v应用：应用：矿坑矿坑基坑排水、洞室开挖基坑排水、洞室开挖文物保护、供水文物保护、供水Company L11.2.4 裂隙渗流场与孔隙渗流场的比较裂隙渗流场与孔隙渗流场的比较v裂隙渗流场：裂隙渗流场：等效多孔介质等效多孔介质 裂隙水运动平面图裂隙水运动平面图 裂隙水运动剖面图裂隙水运动剖面图v裂隙水流动系统与孔隙水流动系统裂隙水流动系统与孔隙水流动系统v裂隙介质小结：裂隙介质小结：(1)空隙网络是复合的树状结构空隙网络是复合的树状结构(脉、枝、干构成脉、枝、干构成)(2)(2)打在脉上只能抽取或排出有限的水打在脉上只能抽取或排出有限的水(3)(3)打在干上才能抽取或排出大量的水打在干上才能抽取或排出大量的水Company L裂隙渗流场等效多孔介质裂隙渗流场等效多孔介质(a)-(c)平面等效(b)-(d)剖面等效Company L裂隙水流系统与孔隙水流系统的比较裂隙水流系统与孔隙水流系统的比较裂隙裂隙水水流流系系统统孔隙孔隙水水流流系系统统Company L12 地下水类型地下水类型-岩溶水岩溶水 12.1 岩溶发育的基本条件12.2 岩溶水系统的演变12.3 岩溶水的特征岩溶水的特征Company L岩溶对大多数人来说都不陌生，岩溶对大多数人来说都不陌生，岩溶现象岩溶现象对许多人来说是很对许多人来说是很神密的（含部分专业人员），岩溶现象的壮观奇特，岩溶神密的（含部分专业人员），岩溶现象的壮观奇特，岩溶水的神出鬼末，有着水的神出鬼末，有着积极的一面积极的一面： 济南泉城济南泉城世界著名：世界著名：蕴育滋养了该城文明与发展蕴育滋养了该城文明与发展 山西自北向南沿太行山脉的名泉：山西自北向南沿太行山脉的名泉：晋祠泉，娘子关泉，晋祠泉，娘子关泉，洪山泉，郭庄泉，广胜寺胜泉，龙子祠泉，是山西盆洪山泉，郭庄泉，广胜寺胜泉，龙子祠泉，是山西盆地的工农业发展的主要支柱地的工农业发展的主要支柱 广西桂林山水甲天下，奇特岩溶景观广西桂林山水甲天下，奇特岩溶景观 云南的路南石林，壮观与气势，让游人流涟忘返云南的路南石林，壮观与气势，让游人流涟忘返第十一章第十一章 岩溶水（岩溶水（Karst water）Company L山水甲天下的桂林山水甲天下的桂林九马山九马山烟雨漓江烟雨漓江塔山塔山象鼻山象鼻山Company L岩溶水的奇特又使人无可耐何岩溶水的奇特又使人无可耐何消积不利消积不利v华北的大多数煤层，下伏华北的大多数煤层，下伏O2灰灰岩水承压水头之高，带来开采岩水承压水头之高，带来开采风险巨大风险巨大v云南、广西、贵州省岩溶山区，云南、广西、贵州省岩溶山区，缺水严重，阻碍发展，生活赤缺水严重，阻碍发展，生活赤贫现象贫现象v岩溶区的库水渗漏，处理困难岩溶区的库水渗漏，处理困难v在基本建设中，地下施工，燧在基本建设中，地下施工，燧道施工困难重重道施工困难重重金沙江溪洛渡水电站库区 岩 溶 洞 穴Company L12.1 岩溶发育的基本条件岩溶发育的基本条件岩溶：是水与可溶岩发生化学作用和岩土机械破坏的结果岩溶：是水与可溶岩发生化学作用和岩土机械破坏的结果 （思考：与溶滤作用的不同与区别？）（思考：与溶滤作用的不同与区别？）发育的基本条件发育的基本条件 （水与岩土两大类）水与岩土两大类）1 1、可溶岩层的存在、可溶岩层的存在：碳酸盐岩：碳酸盐岩：灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩；结构：结构：豹皮灰岩，生物碎屑灰岩，厚层状，薄层状2 2、可溶岩必须透水、可溶岩必须透水裂隙发育（初始裂隙）岩溶系统断层发育决定了溶洞形成3 3、水具侵蚀性、水具侵蚀性？ ？从开放体系中的平衡（碳酸）过程来分析Company L开放体系中的方解石溶解的基本物理化学模式开放体系中的方解石溶解的基本物理化学模式v 水中碳酸平衡：水中碳酸平衡：H H2 2COCO3, 3, HCOHCO3 3- - CO CO3 32-2-CO2CO2( eq)H2OH2CO3HCO3-H+CO32 -Ca2+HCO3-大气液相固相第一条途径：第一条途径： 水与气水与气第二条途径：第二条途径： 水与固水与固Company L12.1 岩溶发育的基本条件岩溶发育的基本条件在上述模式中：n 第一条途径（水与气）第一条途径（水与气） 增加增加 H+n 第二条途径则产生第二条途径则产生 CO32-v 结果：增加结果：增加 Ca2+ HCO3-v CO2的参与是岩溶发育的另一重要前提，也是影响因素之的参与是岩溶发育的另一重要前提，也是影响因素之 CO2来源：浅层大气与土壤层，深部来源尚无定论来源：浅层大气与土壤层，深部来源尚无定论4. 水的流动性水的流动性 地下水的循环交替是岩溶发育的充分必要条件地下水的循环交替是岩溶发育的充分必要条件v 其作用其作用：不断更替补充具侵蚀性的水；将溶解与侵蚀的物质带走-留下空洞（岩溶）v二、影响因素（略）二、影响因素（略） 自学 P126-127Company L12.2.1 地下水流对介质的改造地下水流对介质的改造v过程过程v水流愈来愈集中在少数通道中，少数通道则优先发水流愈来愈集中在少数通道中，少数通道则优先发展为溶洞展为溶洞v介质改造过程也称为差异性溶蚀改造过程，其结果介质改造过程也称为差异性溶蚀改造过程，其结果水流不断集中从而构造成为岩溶水系统水流不断集中从而构造成为岩溶水系统地下河地下河系化系化v在这样的过程中，中后期伴随着机械破坏过程在这样的过程中，中后期伴随着机械破坏过程 溶蚀破坏与失稳破坏溶蚀破坏与失稳破坏- 垮塌物质部分由水流携带而走垮塌物质部分由水流携带而走 大型溶洞形成中机械破坏起重要作用大型溶洞形成中机械破坏起重要作用岩溶洞穴形成Company L溶洞的扩张示意图溶洞的扩张示意图n 介质改造过程介质改造过程n 差异性溶蚀差异性溶蚀n 地下河系化地下河系化溶蚀破坏与失稳破坏溶蚀破坏与失稳破坏-Company L12.2.1 地下水流对介质的改造地下水流对介质的改造v 结果结果 1 1、介质改造愈强烈，机械破坏也愈强、介质改造愈强烈，机械破坏也愈强2 2、介质改造后，地下岩体中出现各种规模洞穴、介质改造后，地下岩体中出现各种规模洞穴3 3、地表形成溶斗，落水洞以及各种规模的洼地，汇、地表形成溶斗，落水洞以及各种规模的洼地，汇集降水集降水4 4、介质导水能力增加，地下水位总体下降，水面以、介质导水能力增加，地下水位总体下降，水面以上岩体或洞穴失去进一步发展的水动力条件上岩体或洞穴失去进一步发展的水动力条件5 5、地下河系发生袭夺，河系归并，地下河系的流域、地下河系发生袭夺，河系归并，地下河系的流域不断扩大不断扩大Company L12.2.2 岩溶水系统演变过程岩溶水系统演变过程v与介质改造同步与介质改造同步四个过程四个过程 1、岩溶发育初期流动系统 2、局部岩溶水系统形成 3、岩溶水系统的袭夺 4、统一的地下水河系的形成发育：发育：垂直落水洞，溶斗，过水溶洞（无水）垂直落水洞，溶斗，过水溶洞（无水） 常年有水地下河道常年有水地下河道演变过程图示Company L岩溶水系统演变过程岩溶水系统演变过程甲河甲河乙河乙河甲河甲河乙河乙河A) 岩溶发育初期岩溶发育初期 B)局部局部岩溶水岩溶水系统发育阶段系统发育阶段Company L岩溶水系统演变过程岩溶水系统演变过程乙河乙河甲河甲河乙河乙河甲河甲河乙河乙河C) 岩溶水系统岩溶水系统的袭夺的袭夺 D)统一统一地下河系地下河系的形成的形成Company L12.3 岩溶水的特征岩溶水的特征v岩溶水系统是一个能够通过水与介质相互作用岩溶水系统是一个能够通过水与介质相互作用不断自我演化不断自我演化的动力系统；的动力系统；v演化初期快速发展停滞衰亡阶段；演化初期快速发展停滞衰亡阶段；v不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征；不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征；1. 岩溶水的运动特征岩溶水的运动特征2. 岩溶水的补给、排泄与动态特征岩溶水的补给、排泄与动态特征3. 岩溶水系统的边界特征岩溶水系统的边界特征Company L12.3.1 岩溶水的运动特征岩溶水的运动特征v岩溶水系统空隙网络的岩溶水系统空隙网络的强烈非均质强烈非均质的特性所决定：的特性所决定：岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩溶裂缝和岩溶孔隙等岩溶裂缝和岩溶孔隙等 层流与紊流共生层流与紊流共生 有压与无压共存有压与无压共存 运动方向的不同步（局部与整体不一致）运动方向的不同步（局部与整体不一致） 缺乏统一的区域地下水水位缺乏统一的区域地下水水位岩溶结构图示运动特征图示Company L典型岩溶水系统结构概化图典型岩溶水系统结构概化图土壤层表层岩溶带岩溶沟谷地下河管道岩溶漏斗地表水系由表层岩溶带、浅部的岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩溶裂缝和岩溶孔隙等多种岩溶空隙介质体组成的多重复合体系，具有高度的非均质性。Company L岩溶介质中的地下水流动岩溶介质中的地下水流动旱季情况下雨季情况下Company L12.3.2 岩溶水的补给、排泄与动态岩溶水的补给、排泄与动态v补给源补给源 大气降水是岩溶水的主要、甚至是唯一的补给源，基本来自上边界的各种补给，但表现多种方式：v补给条件：补给条件： （1）面状补给或渗入式补给）面状补给或渗入式补给; （2）点状集中补给）点状集中补给灌入式；灌入式；入渗系数大（入渗系数大（6080%南方，北方南方，北方30%） （3）南方岩溶）南方岩溶地下水与地表水常常互为一体地下水与地表水常常互为一体，互，互为转换，相互补给。为转换，相互补给。Company L12.3.2 岩溶水的补给、排泄与动态岩溶水的补给、排泄与动态v排泄排泄 北方岩溶水集中以岩溶大泉形式排泄；北方岩溶水集中以岩溶大泉形式排泄； 南方岩溶水主要以地下暗河、泉、基流形式排泄。南方岩溶水主要以地下暗河、泉、基流形式排泄。地苏地下河地苏地下河出口出口地苏地下河出口地苏地下河出口附近落水洞附近落水洞Company L南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源Company L12.3.3 岩溶水的动态岩溶水的动态v南方岩溶水系统的几个其他特征：南方岩溶水系统的几个其他特征：1.不同地下河系统之间水位差异变化大，一般没有统一区不同地下河系统之间水位差异变化大，一般没有统一区域地下水位；域地下水位；2.补给资源与储存资源难以区分；补给资源与储存资源难以区分；3.地下河水量动态变化特征与地表水流具有很好的相似性；地下河水量动态变化特征与地表水流具有很好的相似性；4.水位埋深变化很大常常出现水位埋深变化很大常常出现“结构性结构性”缺水。缺水。Company L结构性缺水结构性缺水v 资源型缺水；水质性缺水；资源型缺水；水质性缺水；v 结构性缺水结构性缺水天然水资源丰富、但因地质结构导致地表常年天然水资源丰富、但因地质结构导致地表常年性缺水性缺水地下水位埋深大，地表水基本漏失地下水位埋深大，地表水基本漏失Company L岩溶山区的分布的落水洞岩溶山区的分布的落水洞Company L岩溶水特征产生的若干问题岩溶水特征产生的若干问题西南岩溶地区的石漠化远景西南岩溶地区的石漠化远景Company L岩溶水特征产生的若干问题岩溶水特征产生的若干问题为解决当地饮用水修建为解决当地饮用水修建的水柜的水柜天旱季节时需要远徒跋涉运水天旱季节时需要远徒跋涉运水Company L岩溶水特征产生的若干问题岩溶水特征产生的若干问题