水文地质学第二章(上)

定义：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所 占的比例。通常用 n 表示
Vn n 100 % VT
思考：孔隙度的大小与什么有关？ ——与颗粒大小有关？ a. 与排列有关——紧密与疏松 b. 与分选有关——下面试样哪个孔隙度大？哪个小？ 试样：①砾石 ②砂石 ③混合样 完全混合试样时，孔隙度 n混=n砾×n砂 （请自己推导证明） 影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度。
2.1.1
孔隙（续5）
等径园球颗粒立方体排列 孔隙大小的描述：
孔喉 (d) d=0.414D 孔腹 (d’) d’=0.732D
D
d’ d
D
d

立方体排列
四面体排列
2.1.1
孔隙（续6）——孔隙度
2、砂砾石的孔隙度（porosity）及其影响因素 孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标
空隙——岩、土中各种类型的空洞的总称 空隙—是地下水赋存场所（places）和运移通道（conduits） 空隙分为 1. 孔隙（pore）--unconsolidated soil（第四纪地质学）
2. 裂隙（fissure）-- hard rock （构造地质学）
3. 溶穴（cavity）-- dissoluble rock（岩溶地貌学） 下面重点以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念，参 数（指标）和分析方法。

岩石中的空隙——思考题
思考题： （1）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？ （2）粘性土孔隙度大——是含水层吗？ （3）试总结砂砾类土体的孔隙形状特点，并加以概化 （图示）。 （4）坚硬的花岗岩、砂岩、灰岩的空隙特征有何异同点？ （可以通过查阅资料和文献回答）
粘土 孔隙
裂隙
溶隙

2.1.2
裂隙
裂隙 （ fissure fracture ） 固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，
而存在有各种内外力作用下产生的裂缝（缝隙） 风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙 裂隙：空间形态是两向延伸长，横向延伸短的“饼 状”空隙单个裂隙是孤立的 裂隙岩体：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描 述包括： 1) 裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度） 2) 张开性（裂隙宽度） 3) 裂隙率等

2.1.1
孔隙（续10）
蒙脱石、片状粘土矿物——淤泥粘土

×2000
2.1.1
孔隙（续11）
粘性土的结构，不同比例电镜扫描片
×36 ×240
×800

2.1.1
孔隙（续12）
松散砂土孔隙


2.1.2
裂隙（续1）
花岗岩风化裂隙

2.1.2
裂隙（续2）
成岩裂隙、 构造裂隙

2.1.2
裂隙（续3）
砂岩岩芯中的空隙

2.1.3
溶穴
溶穴（solution cavity） cavern 在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果 ——是扩大了的裂隙 溶穴：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等 岩溶岩体：要描述裂隙 特征及岩溶发育特征 （裂隙+溶洞） 1）岩溶发育方向 2）溶蚀率--钻孔岩 溶发育程度 3）溶洞（方向、规模等）

2.1.4
空隙特征的对比
空隙特征的比较 含水介质——由各类空隙所构成的岩石称为含水介质， 也称为介质场。含水介质的空间分布与连通特征（孔隙含 水介质、裂隙含水介质、溶质含水介质）是不同的，三种 主要类型的含水介质比较：
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 空隙比率—孔隙介质最大，裂隙最小 空隙渗透性—孔隙介质-各向同性，裂隙与溶穴-各向 异性造成空隙介质上述差异的主要原因：沉积物形成和空 隙形成的环境
Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础
第2章
岩石中的空隙与水（上）
The Interstices and Water in Rocks
本章内容
岩石中的空隙 空隙中的水
2.1 2.2
2.3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ岩石的水理性质

2.1
岩石中的空隙
岩石——水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层
mm

2.1.1
孔隙（续3）——与颗粒排列的关系
颗粒排 列—— 等径圆 球最疏 松与最 紧密
立方体排列

四面体排列
2.1.1
孔隙（续4）——孔腹和孔喉
立方体排列与 四面体排列— —孔腹和孔喉
孔隙大小的描述：孔喉 (d) d=0.414D 孔腹 (d’) d’=0.732D （立方体排列的理想等径园球颗粒）
岩石名称
孔隙度
砾石
砂
粉砂
粘土
25-40% 25-50% 35-50% 40-70%
矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？
矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的47.64%— 达到70%

2.1.1
孔隙（续9） ——粘土
3、粘性土的孔隙与孔隙度 粘土颗粒
粘性土是指土体颗粒 ＜0.005mm 的直径

2.1.1
孔隙（续7）
不同颗粒大小的试样——孔隙度？
不同排列的试样——孔隙度？
理想最疏松孔隙为 47.64%，
D
d
D
d
最紧密排列孔隙为 25.95%。

立方体排列
四面体排列
2.1.1
孔隙（续8）——孔隙度参考数值
自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同 P17表2-1 表2--1 松散岩石孔隙度参考数值

2.1.1
孔 隙 与 粒 径 关 系
孔隙（续1）——与粒径关系
a—砾石(模型)

b—砂土样品
c—砂砾混合样品
2.1.1
孔隙（续2）——与分选的关系
松散砂砾石孔隙大小与分选的关系—好、坏？
黄土 含 量 % 沙丘
洪积物
粒径

2.1.1
孔隙——大小的影响因素
孔隙（pore, void） 土体孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形状，连通与 分布 松散土体宏观上可以分为2大类：砂性土与粘性土类 1、砂砾石孔隙大小及其影响因素
试样 a—砾石(模型)，b—砂土样品，c—砂砾混合样品
思考：试样a与b构成的孔隙哪种大？哪种小？ 颗粒大小----有关？ 简单归纳---砂砾石土孔隙大小与什么有关？ 颗粒大小、 排列——立方体或四面体 、 分选、胶结与充填等
“粘性土由于颗粒细小，比表面积大，连结力强 粘粒在悬浮 推移 互相接触时，就会连结起来 形成粘粒团”
细小粘粒集合（团）构成（称为）颗粒集合体。
集合体与集合体结合构成粘性土的沉积结构特征
粘土孔隙
粘性土如同海绵、峰窝或絮状结构 结构孔隙——集合体与集合体、粘粒与粘粒之间 次生孔隙——虫孔、根系孔、裂隙裂痕等