第二章 地下水的赋存条件

三、溶穴
1. 溶穴
可溶的沉积岩，在地下水溶蚀下会形成的空洞。
溶蚀裂隙：溶孔、溶隙、溶洞等
2. 岩溶岩体描述：
1）岩溶发育方向（地下水运动方向控制）
2）溶蚀率(岩溶率Kk)--钻孔岩溶发育程度
3）溶洞（方向、规模等）
四、空隙特征的对比
1. 含水介质（介质场）——由各类空隙所构成的岩 石称为含水介质。含水介质的空间分布与连通特 征的差异较大。 2. 三种主要类型的含水介质比较
粘土层 砂层
砂层 粘土层
粘土层
2.3 含水层隔水层弱透水层
定义中的模糊概念—“相当水量，微不足道，较大水力梯度”等严格 的“是与非”的逻辑思维，在很多情况下是相对的和模糊的概念
反映岩石样实际保留水分的状况
1.重量含水量：岩石空隙中所含水分重量与干燥岩石重 量比值 2.体积含水量：含水体积与包括空隙在内的岩石体积的 比值。 3.饱和差：饱和含水量与实际含水量之间的差值。 4. 饱和度：实际含水量与饱和含水量的比值。
2.1.3 与水的储容及运移有关的岩石性质
三、给水度（specific yield） 1. 定义：当地下水位下降一个单位高度时，单位 水平面积岩石柱体，在重力作用下释放出来的水
思考：1. 给水度、持水度、空隙度之间的关系？ 2. 岩石持水度的影响因素。
2.1.3 与水的储容及运移有关的岩石性质
五、透水性（permeability）
反映岩土透过水的能力
岩石空隙直径越大—透水能力越强—透水性越好
渗透系数
2.2 包气带与饱水带
一、包气带与饱水带的划分 地下水面（水位）： 地下一定深度岩石中的空隙被重力水所充 满，形成一个自由水面，以海拔高度表示称之 地下水位。 （一般通过打井，地下开挖来确定）
亚粘土 亚砂土 黄土状亚粘土 黄土状亚砂土 粉 砂
中细砂 中 砂
中粗砂 粗 砂
粘土胶结的砂岩 裂隙灰岩
粉细砂
2.1.3 与水的储容及运移有关的岩石性质
四、持水度（specific retention）
岩石的持水能力——最大保持水分的能力。
持水度（Sr）定义：地下水位下降一个单位深度，单位水平
面积岩石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。
三、饱水带
饱水带（saturation zone） 岩石空隙被水完全充满→是二相介质（固相+液 相水） 空隙中水的存在形式： ①重力水 ②结合水 重力水：连续分布（孔隙是连通）→传递压力→ 在水头差作用下，地下水（空隙中的水）可以连 续运动。
2.3 含水层隔水层弱透水层
一、基本概念
饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力而进行的划分。 含水层（Aquifer）：能够透过并给出相当数量水的岩 层。如各类砂土，砂岩 含水带：构造裂隙(断裂带)中，通过条带状的构造裂 隙含(透)水 隔水层（Aquifuge)：不能透过与给出水或透过与给出 的水量微不足道的岩层。如裂隙不发育的基岩、页岩、 板岩、粘土（致密） 弱透水层（Aquitard）：渗透性很差，给出的水量微不 足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能 力的岩层。如各种粘土，泥质粉砂岩
水文地质学 Hydrogeology
水文地质学：
水文学是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等 变化规律，以及运用这些规律为人类服务的知识体系。 地质学是关于地球的物质组成、内部构造、外部特征、各层 圈之间的相互作用和演变历史的知识体系。 水文地质学隶属于地质学的应用分支学科，是水文学与地质 学的交叉学科。水文地质学以地质学为基础，同时又与岩石 学、构造地质学、地史学、地貌学、第四纪地质学、地球化 学等学科关系密切。
二、重力水
重力水（gravitational water）
特点：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。 地层内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）
重力水是水文地质学研究的主要对象，也是勘 察的主要对象。
包气带是饱水带中地
下水参与水文循环的
一个重要通道；“重力 水”通过包气带获得降 水、地表水的入渗补 给（补充），部分水 又通过包气带将水分 传输、蒸发，消耗出 去。
二、包气带
包气带（zone of aeration / zone of unsaturation） 特点： ① 岩石空隙未被水充满； ② 是固、液、气三相介质并存介质。 水的存在形式（多样） 结合水、毛细水（各种）、重力水、气态水 包气带水的垂直分带 土壤水带： 中间带（过渡带）； 支持毛细水带； 毛细饱和水带
影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度。
二、裂隙
1. 裂隙（ fissure fracture ） 固结的坚硬岩石中存在的各种应力作用下产生的裂缝 2. 按裂隙的成因： 风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙 3. 裂隙岩体描述： 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Kr（体积裂隙率、面裂隙率、线裂隙率）
孔隙度（n）是描述松散岩石中孔隙多少的指标。 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。
Vn n 100 % V
岩石名称 孔隙度n （%） 砾石 27 粗 砂 40 细 砂 42 砂质粘土 47 粘 土 50 泥炭土 80
一、孔隙
2. 孔隙度的影响因素
a. 与排列有关——紧密与疏松 理想最疏松孔隙为47.64%（立方体排列），最紧密 排列孔隙为25.95%（四面体排列）。 b. 与颗粒分选有关（颗粒均匀程度） c. 与颗粒形态（棱角）有关
均质土中，当地下水位初始埋深大于hc，降速缓慢,
初始埋深小于hc时，埋深愈浅，μ愈小。 水位降速愈快，μ愈小。 一般而言，层状土的μ值小于均质土的 μ 值。
2.1.3 与水的储容及运移有关的岩石性质
各种岩性给水度经验值
岩 性 粘 土 给水度 0.02～0.035 0.03～0.045 0.035～0.06 0.02～0.05 0.03～0.06 0.06～0.08 0.07～0.010 岩 性 细 砂 给水度 0.08～0.11 0.085～0.12 0.09～0.13 0.10～0.15 0.11～0.15 0.02～0.03 0.008～0.10
一、结合水
结合水（absorbed water）
定义：附着于固体表面，在自身重力下不能运动的水， 即结合水具有一定的抗剪强度。 固体颗粒表面引力服从库仑定律，随固体表面的距离加 大而减弱 性质：结合水具有固态和液态水的双重性质；即自身重 力作用下不能运动，在外力作用下能够移动（运动）及 变形 意义：只要有固相表面就存在结合水，存在范围广，其 量很小（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（又称 无效空间）
第二章
地下水的赋存条件
2.1 岩土中的空隙和水 2.2 包气带与饱水带 2.3 含水层、隔水层与弱透水层 2.4 潜水、承压水与上层滞水 2.5 含水层的水理性质
2.1 岩石中的空隙和水
2.1.1 岩石中的空隙
2.1.2 岩石中水的存在形式
2.1.3 与水的储容及运移有关的岩石性质
2.1.1 岩石中的空隙
2.1.3 与水的储容及运移有关的岩石性质
c) 地下水位下降速度 地下水位下降快μ<μ理，下降慢μ→μ理
d) 土层结构
均质土特征与上述讨论一致。 岩土层为层状非均质土时，往往会影响μ值。 多层状土：上粗下细，上细下粗结构影响不同。
2.1.3 与水的储容及运移有关的岩石性质
给水度小结：
岩石—水文地质学中指坚硬的 岩石及松散的土层。 空隙—岩、土中各种类型的空 洞的总称。 岩石空隙—是地下水赋存场所 和运移通道。
空隙分为： 1. 孔隙--（第四纪地质学） 2. 裂隙--（构造地质学） 3. 溶穴--（岩溶地貌学）
松散沉积 物中孔隙
坚硬岩石 中的裂隙
可溶性岩 石中溶穴
一、孔隙
1. 砂砾石的孔隙度（porosity）
水文地质学的研究对象：地下水
宝贵的自然资源
重要的生态环境因子
灾害因子
活跃的地质营力
地球内部信息载体
水文地质学的研究内容：
研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及 人类活动相互作用下地下水水量和水质的时 空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴 利除害，为人类服务。
水文地质学学科分支：
三、毛细水
1. 毛细力
成因： 在三相界面上内弯液面引起—液面弯曲产生的。表面张力 作用。 大小： 与弯液面的曲率成正比（曲率大,毛细力大;曲率小，毛细 力小）。毛细管管径越小，毛细力越大；反之亦然；毛 细力大，毛细上升高度（hc）也越大。
三、毛细水
2. 毛细水的存在形式（states forms）
体积。
2. 影响因素：岩性，地下水位初始埋深，与地下
水位下降速度有关土层结构
2.1.3 与水的储容及运移有关的岩石性质
a) 岩性
空隙大的岩石其给水度大，μ≈n。
粒径有关：砾＞粗砂＞… ＞粉砂 颗粒细小，比表面积大，结合水与孔角毛细水残留多。
b) 地下水位初始埋深
当地下水位初始埋深大于支持毛细水带高度时H0 ＞ hc, 可达最大μ值 当H0 ＜ hc 时，地下水位下降1个高度时，原重力水大多 转化为支持毛细水，土层给水量降低，μ值变小。
a) 支持毛细水 水从地下水面沿着小孔隙上升到一定高度，形成一个毛 细水带，此带中的毛细水下部有地下水面支持。在地下 水面支持下存在的（附着水面上的），随地下水升降而 升降。上升高度与水面上部的岩石孔隙性质有关。 b) 悬挂毛细水 脱离水面，岩石细小孔隙中保留的水分。 c) 孔角毛细水 悬挂毛细水似串珠状且连续分布，孔角毛细水孤立分布。