第二章 岩石中的空隙与水分(上)

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。
颗粒的排列形式 A—立方体排列；B—四面体排列
3）颗粒形状 自然界中的岩石的颗粒形状多是不规则的。组成岩石的 颗粒形状愈不规则，棱角愈明显，通常排列就愈松散，孔 隙度也愈大。 4）颗粒之间的充填情况 注意：粘土的颗粒虽然小，但n值可以很大。因为粘土颗 粒表面常带有电荷，在沉积过程中粘粒聚合，构成颗粒集 合体，可形成直径比颗粒还大的结构孔隙。此外，粘性土 中往往还发育有虫孔、根孔、干裂缝等次生空隙。
2）孔隙大小影响因素 a.颗粒大小：等大颗粒直径越大，则孔隙越大，对于颗粒大小悬殊的松散岩 石，由于粗大颗粒形成的孔隙被细小颗粒所充填，孔隙大小取决于实际构成 孔隙的细小颗粒的直径。
不同粒度等粒岩石的孔隙度与孔隙大小
b.颗粒排列方式：立方体排列，孔隙大；四面体排列，孔隙小。
排列方式与孔隙大小关系 a—立方体排列；b—四面体排列
第二章岩石中的空隙与水分21岩石中的空隙22空隙中的水23岩石的水理性质21岩石中的空隙一岩石中的空隙性地壳表层十余公里范围内都或多或少存在着空隙特别是深部一两公里以内空隙分布较为普遍这就为地下水的赋存提供了必要的空间条件地壳岩石在原始沉积成岩后期应力及各种风化营力作用下可以形成各种类型空隙而空隙则是地下水储存场所和运移通道
岩石中的各种空隙
二、孔隙
1.孔隙：松散岩石中颗粒或颗粒集合体之间的空隙。 1）孔隙度(n)：是指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占 的比例。岩石中孔隙体积的多少是影响其储容地下水能力大小的重要 因素。它是描述松散岩石中孔隙多少的指标
n ：孔隙度，V ：岩石总体积， Vn：孔隙体积
2）孔隙比(ε)：某一体积岩石内孔隙的体积（ Vn ）与固体颗粒体积 （Vs ）的比值。 ε= Vn/ Vs或ε= Vn/ Vs×100％
四、溶隙 1.溶隙：可溶岩石在地下水溶蚀下产生的空洞。 2.溶隙率：溶隙体积与包括溶隙在内的岩石体积的比值。 Kk=Vk/V或Kk=Vk/V ×100％ Vk：溶隙体积； V：岩石总体积。 溶隙的规模大小悬殊，大的溶洞可宽达数十米，高数十 乃至百余米，长达几至几十公里，而小的溶孔直径仅几毫 米。岩溶发育带岩溶率可达百分之几十，而其附近岩石的 岩溶率几乎为零。它受构造、岩性、水的溶蚀能力等所控 制。 注意：自然界岩石中空隙的发育状况远较上面所说的复 杂。例如，松散岩石固然以孔隙为主，但某些粘土干缩后 可产生裂隙，而这些裂隙的水文地质意义，甚至远远超过 其原有的孔隙。固结程度不高的沉积岩，往往既有孔隙， 又有裂隙。可溶岩石，由于溶蚀不均一，有的部分发育溶 穴，而有的部分则为裂隙，有时还可保留原生的孔隙与裂 缝。因此，在研究岩石空隙时，必须注意观察，收集实际 资料，在事实的基础上分析空隙的形成原因及控制因素， 查明其发育规律。
注意：粘性土颗粒之间孔隙很小，但结构孔隙和次生孔隙却很大。
三、裂隙
1.裂隙：固结坚硬岩石，在各种应力作用下使岩的成因分为成岩裂隙、构造裂隙和风 化裂隙。 3.裂隙率（Kr）：表示裂隙的多少。 Kr=Vr/V或Kr=Vr/V ×100％ Vr：裂隙体积；V：岩石总体积。 还可用面裂隙率或线裂隙率说明裂隙的多少。野外研 究裂隙时，应注意测定裂隙的方向、宽度、延伸长度、充 填情况等，因为这些都对水的储存和运动具有重要影响。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.1 岩石中的空隙 2.2 空隙中的水 2.3 岩石的水理性质
2.1 岩石中的空隙
一、岩石中的空隙性 地壳表层十余公里范围内，都或多或少存在着空隙， 特别是深部一、两公里以内，空隙分布较为普遍，这就为 地下水的赋存提供了必要的空间条件 地壳岩石在原始沉积、成岩、后期应力及各种风化营 力作用下，可以形成各种类型空隙，而空隙则是地下水储 存场所和运移通道。因此，空隙的多少、大小、形状、连 通情况和分布规律，决定着地下水的分布、赋存和运动特 点，对地下水具有重要影响。 将岩石空隙作为地下水储存场所和运动通道研究时， 可分为三类，即：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙 和可溶岩石中的溶穴。
五、三种岩石空隙的不同特点
岩石中的空隙，必须以一定方式连接起来构成空隙网络，才能成 为地下水有效的储容空间和运移通道。而死端空隙对地下水没有意义。 1.松散岩石中的孔隙：分布于颗粒之间，分布良好、均匀，在不同 方向上，孔隙通道的大小和多少都很接近。赋存于其中的地下水分布 与流动都比较均匀。 2.坚硬基岩中的裂隙：宽窄不等，长度有限的线状缝隙，往往具有 一定的方向性。只有当不同方向的裂隙相互穿切连通时，才在某一范 围内构成彼此连通的裂隙网络。 裂隙的连通性远较孔隙为差。因此，赋存于裂隙基岩中的地下水相互 联系较差。分布与流动往往是不均匀的。 3.可溶岩石中的溶隙：可溶岩石的溶穴是一部分原有裂隙与原生 孔缝溶蚀扩大而成的，空隙大小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不均匀。 按岩石的空隙类型分为三种类型地下水——孔隙水、裂隙水和岩 溶水。
松散岩石孔隙度参考数值〔据弗里泽等，1987〕
3.孔隙大小
孔隙大小对地下水运动影响很大。 1）孔隙结构： a.孔喉：孔隙通道最细小的部分； b.孔腹：孔隙通道最宽大的部分。 孔喉对水流动的影响更大，讨论孔隙大小时用孔喉直 径进行比较。
孔吼（直径为d）与孔腹（直径为d‘） 通过孔隙通道中心切面，假定颗粒为等粒球体（直径D）作立方体排列
Vs：固体颗粒体积
3）空隙度(n)与孔隙比(ε)关系： ε=n/1-n 由于松散岩石可压缩，因此Vn可变，但Vs不变，故ε与Vn变化成 正比。 ε—在涉及松散岩石变形时用； n—涉及水的储容与流动时，一般采用孔隙度。
2.n值大小影响因素
1）颗粒分选程度：分选愈好， n值愈大。由于细小颗粒充填于粗大颗粒 之间的孔隙中，大大降低孔隙度。 2）颗粒排列情况：等大颗粒立方体排列时，岩石松散， n值 大；四面 体排列时，岩石最紧密， n值小。由几何学可 知，六方体排列为最松 散排列，四面体排列为最紧密排列，自然界中松散岩石的孔隙度大多 介于两者之间。