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1、第六章 不同介质中的地下水,内容,6.1 孔隙水 6.2 裂隙水 6.3 岩溶水,6.1 孔隙水,6.1.1 洪积物中的地下水,6.1.2 冲积物中的地下水,6.1.3 黄土高原的地下水,6.1.4 孔隙含水系统实例分析,赋存于不同空隙中的地下水特征与地质环境有关 1 典型地区洪积扇的形成 2 地下水的特征具明显的分带性 （由扇顶扇缘（前）的分带性 3 地下水赋存条件与特征 从沉积物形成时的水动力条件入手， 分析沉积岩性的变化规律， 到地下水的赋存条件与特征。,6.1.1 洪积物中的地下水,地形地貌 地形高，陡（扇顶） 地形低缓（扇缘） 水动力条件 水流集中 分散 流速快（高能区） 慢（低能区
2、）,1.典型地区洪积扇的形成,2.典型地区洪积扇沉积物的分带性,沉积物粒度 粗（砾，粗砂） 中砂 细 极细、粘土 沉积特征 分选 差 中等 好,地下水的特征具明显的分带性赋存,透水性（K） 好 差 水位埋深 深 浅 渐深（或承压） 赋存 （深埋区） （溢流区） （下沉区）,地下水赋存条件与特征补给与排泄,补给 好 差 流动交替 V大，交替快 V小，交替慢 排泄 径流排泄 蒸发排泄,地下水赋存条件与特征水化学,形成作用 溶滤作用 浓缩作用 矿化度（TDS） 低 中 高 成分与类型 HCO3 SO4 Cl,地下水赋存条件与特征动态与均衡,动态 变幅 大 小 均衡 整体、统一的均衡区 景观（环境）
3、缺水区 泉，沼泽 盐渍化区,松散沉积物地下水赋存条件小结,综合上述分析： 分析不同沉积物类型的地下水赋存、运动和水化学特征等（简称水文地质条件），应从沉积物形成时的水动力场到沉积物沉积规律，再到地下水的分带性特征来进行 掌握分析问题的思路与方法比死记更重要,即： 普通地质作用-地质地貌-水文地质条件 例如： 西北某些新构造运动影响的洪积扇 山西霍县-新构造运动结果有多个溢出带,西北某些新构造运动影响的洪积扇,山前水位埋深 深 浅 深 浅,水化学分带的异常：,水化学分带的异常： 西北地区较典型的分带 HCO3 - SO4 - Cl 华北平原水型分带 HCO3 - HCO3Cl - Cl 华南地区
4、水型无分带 HCO3低矿化度水,6.1.2 冲积物中的地下水,河流沉积物与洪积物相比： 经常性水流作用的结果 河流是线状或带状分布的，横向与纵向差异大；在冲积平原区往往发育有多条河流，呈交织状、发生改道且长期作用 冲积平原砂层的几何形态特征 冲积物的特征，从垂直河流横向切剖面来分析（郑州黄河中下游为例）：,见后页图,郑州剖面,冲积平原中的河道变迁及砂层的几何形态,A-A，B-B横切剖面砂层多为小透镜体 C-C，D-D纵向剖面砂层可以延伸很长。,郑州黄河中下游剖面水文地质剖面,在冲积平原上，古河道与现代河道，地势最高，沉积颗粒较粗的砂，向外，随着地势变低依次堆积亚砂土、亚粘土，在河间洼地的中心部
5、位则堆积粘土。 由地势较高（堆积粗粒沉积）的现代与近代古河道，到地势低洼（堆积粘性土）的河间洼地，显示着良好的微地貌岩性地下水分带。,古河道河间洼地：地形与岩性,古现代河道 河间洼地 地形 高 低 岩性（粒度） 粗 细,古河道河间洼地：地下水赋存、补给与排泄,地下水埋深 深 浅 补给条件 好 差 排泄 径流 蒸发排泄,古河道河间洼地：地下水化学特征,水化学作用 溶滤作用 浓缩作用 水型 HCO3 Cl, 矿化度（TDS） TDS 低 TDS 高,6.1.3 黄土高原的地下水（风成作用）,黄土是特定地质历史时期的沉积物 在我国西北部广泛、大面积分布，西北部地区又是我国干旱半干旱气候区，水资源严重
6、匮乏，基本上无常年性河流（或地表水），地下水水量也不丰富。 赋存于黄土孔隙与裂隙中的地下水是当地人民生活的主要水源。 黄土特征：厚度大，结构疏松，粉土含量大于60%，含钙质结合，呈棕黄，微红，棕黑色。 黄土形成时期：第四纪中、下更新世 （Q2与Q3黄土）,1 黄土地区的地貌形态,黄土地区的地貌形态： 塬、梁峁，黄土杖（撑）地,黄土杖地,山西黄土地区实景照片,右上黄土杖地 左下黄土塬、梁 右下黄土塬上,2 黄土高原的地下水特征,塬中 塬边 （杖地） 水位埋深 中 大 较小 补 给 有利于 不利于 排 泄 弱 较强，强 水化学 溶滤 浓缩 矿化度 中 矿化度大 有利打井取水区为塬中心，或边坡地带,
7、6.1.4 孔隙含水系统实例分析,请自学教材P94P103内容 (湖积物、滨海三角洲沉积物、冰川沉积物、多年冻土区 的地下水) 分析问题的方法： 沉积环境 水动力条件 沉积规律 地下水特征 本章的重点是掌握从沉积物的沉积环境（水动力条件）出发，分析沉积物的沉积规律，进一步分析地下水的特征的思路与方法。 重要的知识点是掌握洪积物和冲积物中地下水的赋存、运动、水化学和水动态的分带性特点。,6.2 裂隙水,6.2.2 构造裂隙水,6.2.3 断层带的水文地质意义,6.2.4 裂隙介质的研究方法(略),6.2.1 裂隙水的特点,6.2.1 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 成岩
8、裂隙 （如玄武岩的柱状节理） 构造裂隙 （断层裂带） 风化裂隙 分布较广的构造裂隙水的特点： 分布不均匀 有的地方打井有水，有的地方无水 水力联系不统一性 裂水含水系统的迭置与独立 渗透的各向异性 KXKY 裂隙水的分类 脉状裂隙水 层状裂隙水 成岩裂隙发育的，风化裂隙层,裂隙水特点,风化裂隙水,转下页,分布不均匀 有的地方打井有水，有的地方无水 水力联系不统一性 裂水含水系统的迭置与独立 渗透的各向异性 KXKY,裂隙水的特点、裂隙水含水系统,风化裂隙深度有限 局部形成层状裂隙含水层 动态变化大,风化裂隙水示意图层状裂隙水（局部性）,6.2.2 构造裂隙水,1 裂隙发育规律的控制因素 岩石（
9、层）力学性质 受力后的破坏（脆，塑） 结构（厚层，互层等） 构造应力 大小， 应力频率， 性质（张，拉） 构造部位,层状破坏,层状受力,层状夹层脆性岩层裂隙发育特征,1-横裂隙; 2-斜裂隙; 3-纵裂隙; 4-层面裂隙; 5-顺层裂隙,层状岩层构造裂隙示意图,2 裂隙含水系统,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 裂隙级次： 微小裂隙（原生和次生的） 几十十几条/m 隙宽小 中裂隙（顺层的） 几条/m 隙宽达 几 mm 大裂隙（巨裂隙） 空间一定延伸，宽度大， 正断层，1条 / 几米,中大裂隙,裂隙网络,裂隙及裂隙网络,(a)单个裂隙 (b)裂隙网络,(a),(b),3 不
10、同级次裂隙的作用,作用 微裂隙储水，裂隙率较大 中裂隙连通作用，储水导水作用 大裂隙传输地下水中起控制作用 应用： 矿坑基坑排水、洞室开挖文物保护、供水,4 裂隙渗流场与孔隙渗流场的比较,裂隙渗流场：等效多孔介质 裂隙水运动平面图 裂隙水运动剖面图 裂隙水流动系统与孔隙水流动系统 裂隙介质小结： (1)空隙网络是复合的树状结构(脉、枝、干构成) (2)打在脉上只能抽取或排出有限的水 (3)打在干上才能抽取或排出大量的水,裂隙渗流场等效多孔介质,(a)-(c) 平面 等效 (b)-(d) 剖面 等效,裂隙水流系统与孔隙水流系统的比较,裂隙水流系统 孔隙水流系统,6.2.3 断层(裂)带的水文地质
11、意义,1 断裂带的导水性影响因素 断层两盘岩性： 脆/脆导水； 脆/塑部分导水； 塑/塑不导水 断层的力学性质： 张性断裂带导水； 压性断裂带不导水,2 断裂带的水文地质意义,贮水空间作用 集水廓道作用 导水通道作用 隔水屏障作用-阻水作用（隔水边界） 作业与思考： 请大家画出各种剖面图，表示断层带的不同作用？ 裂隙水的研究方法,断层的阻水,下图中断层的水文地质意义如何？,思考：断层或断层带起到什么作用 ?,6.3.1 岩溶发育的基本条件,6.3.2 岩溶水系统的演变,6.3.3 岩溶水的特征,6.3.4 实习 岩溶水的发育规律,6.3 岩溶水,岩溶对大多数人来说都不陌生，岩溶现象对许多人来说
12、是很神密的（含部分专业人员），岩溶现象的壮观奇特，岩溶水的神出鬼末，有着积极的一面： 济南泉城世界著名：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：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 云南的路南石林，壮观与气势，让游人流涟忘返,6.3.1 岩溶水,山水甲天下的桂林,九马山,烟雨漓江,塔山,象鼻山,岩溶水的奇特又使人无可耐何消积不利,华北的大多数煤层，下伏O2灰岩水承压水头之高，带来开采风险巨大 云南、广西、贵州省岩溶山区，缺水严重，阻碍发展，生活赤贫现象 岩溶区的库水渗漏，处理困难 在基本建设中
13、，地下施工，燧道施工困难重重,金沙江溪洛渡 水电站库区 岩 溶 洞 穴,6.3.2 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 （思考：与溶滤作用的不同与区别？） 发育的基本条件 （水与岩土两大类） 1、可溶岩层的存在： 碳酸盐岩：灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩； 结构：豹皮灰岩，生物碎屑灰岩，厚层状，薄层状 2、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、水具侵蚀性？ ？ 从开放体系中的平衡（碳酸）过程来分析,开放体系中的方解石溶解的基本物理化学模式,水中碳酸平衡：H2CO3, HCO3- CO32-,H2CO3,HCO3-,H
14、CO3-,第一条途径： 水与气,第二条途径： 水与固,CO2,CO2( eq),H2O,CO32 -,Ca2+,H+,岩溶发育的基本条件,在上述模式中： 第一条途径（水与气） 增加 H+ 第二条途径则产生 CO32- 结果：增加 Ca2+ HCO3- CO2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 4. 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 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） 二、影响因素,6.3.3 岩溶水系统的演变,1 地下水流对介质的改造（机理） 岩溶水与孔隙水裂隙水最大的不同，
15、就是其介质可以被改造，水流特征不断变化，介质特征也不断变化 初始介质场 K0 V0 K1 V1 K2 V2 . Kn Vn,地下水流对介质的改造,过程 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 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地下河系化 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- 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,岩溶洞穴形成,溶洞的扩张示意图,介质改造过程 差异性溶蚀 地下河系化,溶蚀破坏与失稳破坏-,地下水流对介质的改造,结果 1、介质改造愈强烈，机械破坏也愈强 2、介质改造后，地下岩
16、体中出现各种规模洞穴 3、地表形成溶斗，落水洞以及各种规模的洼地，汇集降水 4、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 5、地下河系发生袭夺，河系归并，地下河系的流域不断扩大,岩溶水系统演变过程,A) 岩溶发育初期 B)局部岩溶水系统发育阶段,甲河,乙河,甲河,乙河,岩溶水系统演变过程,12.3 岩溶水的特征,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的动力系统； 演化初期快速发展停滞衰亡阶段； 不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征； 岩溶水的运动特征 岩溶水的补给、排泄与动态特征 岩溶水系统的边界特征,12.3.1 岩溶水的运动特征,岩溶水系
17、统空隙网络的强烈非均质的特性所决定： 岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、 岩溶裂缝和岩溶孔隙等 层流与紊流共生 有压与无压共存 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,岩溶结构图示,运动特征图示,典型岩溶水系统结构概化图,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。,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,岩溶介质中的地下水流动,6.3.4 岩溶水的补给、排泄与动态,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： 补给条件
18、： （1）面状补给或渗入式补给; （2）点状集中补给灌入式；入渗系数大（6080%南方，北方30%） （3）南方岩溶地下水与地表水常常互为一体，互为转换，相互补给。,岩溶水的补给、排泄与动态,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。,南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源,12.3.3 岩溶水的动态,动态 水位、水量、水温等要素随时间的变化 思考题（仅考虑水位变化）： （1）与孔隙水、裂隙水比较，岩溶水的动态变化具有什么特点？ （2）南方岩溶水与北方岩溶水比较，动态特征是什么？ 动态特征 变幅大、不稳定！ 岩溶化程度愈高，动态愈不稳定。为什么？,岩溶水
19、动态曲线,云南喷水洞地下暗河流量动态曲线,山西广胜寺岩溶泉流量动态曲线,6.3.5 岩溶水的动态,南方岩溶水系统的几个其他特征： 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； 补给资源与储存资源难以区分； 地下河水量动态变化特征与地表水流具有很好的相似性； 水位埋深变化很大常常出现“结构性”缺水。,结构性缺水,资源型缺水；水质性缺水； 结构性缺水天然水资源丰富、但因地质结构导致地表常年性缺水,地下水位埋深大，地表水基本漏失,岩溶山区的分布的落水洞,岩溶水特征产生的若干问题,西南岩溶地区的石漠化远景,岩溶水特征产生的若干问题,岩溶水特征产生的若干问题,6.3.6 岩溶水系统的圈定,是含水系统边界与地表水流域范围的结合 是地上与地下边界的结合,实例太原西山岩溶水系统边界,