岩石中水的存在形式
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地下水基础知识大全地下水(ground water)，是指赋存于地面以下岩石空隙中的水，狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。
在国家标准《水文地质术语》(GB/T 14157-93）中，地下水是指埋藏在地表以下各种形式的重力水。
下面，随小桔一起轻松愉快去了解地下水来源、分类、特点、隔层水和含水层！受益匪浅！目录：一、地下水的来源和赋存形式1. 地下水的来源2. 岩石中的孔隙和水分3. 岩石中水存在的形式4. 与水分的储存和运移有关的岩石性质二、地下水及其分类1. 基本概念2. 地下水分类三、包气带、饱水带、含水层与隔水层1. 基本概念2. 含水层类型划分3. 上层滞水和潜水4. 层间水（承压水）5. 潜水和承压水（层间水）比较一、地下水的来源和赋存形式|一、地下水的来源1. 渗入水2. 沉积水3. 再生水4. 初生水5. 有机成因水|二、岩石中的孔隙和水分1. 岩石中的孔隙：孔隙、裂隙和溶孔2. 有关孔隙度的几个基本概念•孔隙：组成松散岩石颗粒或颗粒集合体之间的间隙；裂隙：应力作用下坚硬岩石破裂变形产生的。
可分为成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙；溶孔（洞）：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空洞；孔隙度Φ：某一体积V岩石中孔隙体积Vn所占比例裂隙率Kr：裂隙体积Vr与包括裂隙在内的岩石体积V的比值熔岩率K：溶洞的体积Vk与岩石总体积V的比值3. 影响孔隙度大小的因素方体排列紧密，孔隙度大；四面体排列，松散，孔隙度大;颗粒分选程度：分选好，孔隙度大；分选差，颗粒大小悬殊，细小颗粒充填于粗大颗粒之间，孔隙度降低;颗粒形状：颗粒形状不规则--排列松散--孔隙度大粘性土的结构和次生孔隙：带电粘粒--聚合--结构孔隙--孔隙度增大--次生孔隙（虫洞、根孔、干裂缝）发育--孔隙度增大。
孔隙的特点4. 岩石中的各种裂隙1-分选良好，排列酥松的砂；2-分选良好，排列紧密的砂；3-分选不良的，排列紧密的砂；4-经过部分胶结的砂岩；5-具有结构性孔隙的黏土；6-经过压缩的黏土；7-具有裂隙的岩石；8-具有溶的可溶岩|三、岩石中水存在的形式1. 气态水：以水蒸气的形式储存在地下的水；2. 固态水：指岩石中温度在0℃以下的重力水。
水文地质学基础课件——第二章 岩石中的孔隙与水
第1节 岩石中的空隙—孔隙
影响孔隙大小的因素：
孔隙大小与岩石颗粒的分选程度的关系： ？ 问：下列2种试样哪种孔隙大？
a—砂砾混合样
b—砾
a试样的孔隙为细颗粒形成的小孔石隙。
分选愈差，细粒占的比例愈大，孔隙愈小！ 胶结程度越好，充填物越多，孔隙愈小！
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第1节 岩石中的空隙—孔隙
影响孔隙大小的因素：
孔隙度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。通常用 n 表示
n Vn 100 % VT
？问：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 理想最疏松孔隙为47.64%，最紧密排列孔隙为25.95%。 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
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第1节 岩石中的空隙—孔隙
颗粒排列方式对孔隙度的影响 理想最疏松排列（立方体）：孔隙度为 47.64%； 理想最紧密排列（四面体）：孔隙度为 25.95%。 排列愈紧密孔隙度愈小。
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第1节 岩石中的空隙—孔隙
粘性土的孔隙与孔隙度
粘土颗粒（指直径<0.005mm的颗粒）； 粘性土颗粒细小，比表面积大，连结力强；颗粒表面带 电，
达到70%
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第1节 岩石中的空隙—孔隙
这里与粒径的关系是：粒径愈小，孔隙度愈大！
与以上分析有矛盾！为什么？ 砂样与砾石样混合时，砾石样中孔隙体积变小，因此 孔隙度变小。 当粗细颗粒完全混合时，混合样的孔隙度：
n混=n粗×n细 因此影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度， 分选愈差，孔隙度愈小！ 为何粘性土的孔隙度超过最疏松排列的47.64%可达 70%？
水文地质学基础：地下水的存在形式-结合水
1.3.2水在岩石中存在的形式岩石空隙中的水可以分为两大类，岩土骨架中的水以及岩土空隙中的水。
存在于岩石空隙中的水按其物理性状的不同，有结合水、重力水、毛细水、气态水、固态水。
岩石骨架中尚有矿物中的水。
水文地质学着重研究的是岩石空隙中的水。
1. 结合水松散岩石中的颗粒表面及坚硬岩石空隙壁面均带有电荷。
水分子是偶极体，由于静电吸引，固相表面具有吸附水分子的能力。
因此，离固相表面很近的水分子，受到强大的吸力，排列十分紧密。
随着距离增大，吸引力减弱，水分子排列较稀疏。
受到固相表面的吸引力大于其自身重力的那部分水便是结合水（图1-12）。
它束缚于颗粒表面及裂隙壁上，不能在自身重力影响下运动。
根据固相表面对水分子吸引作用的强弱，把结合水分为强结合水（或吸着水）和弱结合水（或薄膜水）。
a b图1-12 结合水与重力水a—椭圆形小颗粒代表水分子，结合水部分的水分子带正电荷一端朝向颗粒。
b—箭头代表水分子所受合力方向最接近固相表面的水称为强结合水。
根据不同研究者的说法，其厚度相当于几个、几十个或上百个水分子直径，其吸引力可相当于101325×104Pa，，密度平均为2g/cm3左右，不能流动，但可以转化为气态水而移动。
结合水的外层，称作弱结合水。
其厚度说法不一，相当于几十、几百或上千个水分子直径。
固相表面对它吸引力减弱，水分子排列不如强结合水规则和紧密，溶解盐类的能力较低。
弱结合水的外层水膜能被植物的根系吸收。
结合水与普通液态水的最大区别就是具有抗剪强度，即必须施一定的力方能使其发生变形。
结合水的抗剪强度由内层向外层减弱。
当施加的外力超过其抗剪强度时，外层结合水可发生流动。
第2讲岩石中的孔隙与水分
有电荷，水分子又是偶极体，由于静电吸引， 固相表面具有吸附水分子的能力（图2-6）。
根据库仑定律，电场强度与距离平方成反比。
故离固相表面很近的水分子受到静电引力很大； 随着距离增大，吸引力减弱，而水分子受自身 重力的影响就愈显著。
结合水的概念：
受固相表面的引力大于水分子自身重
力的那部分水，称为结合水。
小。
细小颗粒充填于粗大颗粒之间的孔隙中，自然
会大大降低孔隙度。
当某种岩石由两种大小不等的颗粒组成，且粗
大颗粒之间的孔隙完全为细小颗粒所填充时，则孔 隙度等于由粗粒和细粒单独组成时孔隙度的乘积。
形状对孔隙度的影响：
形状愈不规则，棱角愈明显，排列 就愈松散，n愈大
自然界中的岩石的颗粒形状多是不规则
地表以下剖面上各种状态的水在岩层中的分布图
岩土的水理性质
概念：
指岩土控制水活动的性质
容水性
岩土主要水理性质：
含水性
持水性 给水性 透水性
1.容水性（容水度）
定义：
指岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体 积与岩石总体积的比值。可用小数或百分数表 示。 一般来说容水度在数值上与孔隙度（裂隙 率、岩溶率）相当。但是对于具有膨胀性的粘 土，充水后体积扩大，容水度可大于孔隙度。
三、与水的储容及运移有关的岩石性质
影响水的储容及运移的因素：
岩石空隙大小、多少、连通程度及
其分布均匀度。
控制水活动的因素：
岩石的容水性、含水性、给水性、
持水性、透水性
•水在岩土中的赋存形式
1一湿度不足带分布有气态水、吸着水; 2一温度饱和带分布有气态水、吸着水、薄膜水; 3一上升毛细水带; 4一无压重力水带; 5一粘土层; 6一承压重力水带
2.水文地质学基础-岩石中的空隙与水解析
2.2 岩石中水的存在形式
结合水和重力水
结合水与重力水
（a）椭圆形小粒代表水分子，结合水部分的水分子带正电荷一端朝 向颗粒；（b）箭头代表水分子所受合力方向
2.2 岩石中水的存在形式
2.2.2 重力水 重力水是指距离固体表面更远、重力对其影响大于固体表面对
其吸引力、能在重力影响下自由运动的那部分水。 井、泉所采取的均为重力水，为水文地质学的主要研究对象。
持水度（Sr）（specific retention）是指地下水位下降一个 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 中的水的体积。常用小数表示，无量纲。存在关系式：m + Sr = n。
有溶隙和溶穴的可溶岩
2.1 岩石中的空隙
2.1.2 孔隙
（1）孔隙是指松散岩石中颗粒或其集合体之间的空隙。 特点：①呈小孔状，②分布均匀且密集，③连通性好。 （2）孔隙度是指某一体积岩石（包括颗粒骨架和孔隙在内）中 孔隙体积所占的比例。 孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标
VT=Vn+Vs,其中n为孔隙度，Vn为孔隙体积，Vs 为岩石固体颗 粒体积，VT为岩石总体积。
气态水
Vaporous water
结构水，以H+和OH-离子的形式存在于矿物结晶格架某一位置上的水。
结晶水是矿物结晶构造中的水，以H2O分子形式存在于矿物结晶格架固 定位置上的水。
沸石水(zeolite water)：方沸石（Na2Al2Si4O12•nH2O）。
2.2 岩石中水的存在形式
气态水、固态水 岩石空隙中的这部分水含量小。其
2.3岩石的水理性质
2.3岩石的水理性质
给水度是饱和介质在 重力排水作用下可以给 出的水体积与多孔介质 体积之比。
第二章 岩石中的空隙与水分(下)
三、持水性 1.持水性：饱水岩石重力释水后，由于分子力和表面引力 作用，使其空隙中保持一定水量的性能。，这部分水包括： 结合水、孔角毛细水和一部分悬挂毛细水。在数量上用持 水度衡量。 2.持水度（Sr）：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，即 重力作用下岩石空隙中所保持的水体积与岩石体积之比。 Sr=Wr/V Wr：重力作用下在岩石空隙中水的体积。 3. Sr大小影响因素： 松散岩石中Sr与岩石颗粒大小有关： a.细粒粘土：比表面积大，结合水含量大，Sr值大，有 时甚至Sr=C； b.粗粒砂： Sr值小，而砾石和具有宽大裂隙和溶穴的岩 石， Sr值微不足道。
二、含水性 1.含水性：松散岩石包气带中能滞留水分的性能。其数量多少用含水量表 示。 2.含水量：松散岩石实际保留水分的数量。 1）重量含水量（Wg）：松散岩石孔隙中所含水的重量与干燥岩石重量 的比值。 Wg=Gw/Gs×100% Gw：孔隙中所含水的重量；Gs：干燥岩石重量。 2）体积含水量（Wv）：含水体积与包括孔隙在内的岩石体积的比值。 Wv=Vw/V ×100% Vw：含水体积；V：岩石总体积。 3）Wg与Wv之间的关系：当水的比重为1，岩石的干容重（单位体积干 土的重量）为ra时，重量含水量与体积含水量的关系为：Wv=Wg· ra 4）饱和差：孔隙充分饱水时的含水量称作饱和含水量（Ws）。饱和含 水量与实际含水量之间的差值。代表空隙中未充水的部分有多少。 Ws-Wg（Wv） 5）饱和度：实际含水量与饱和含水量之比。表示岩石中充水部分占多少。 Wg（Wv）/ Ws
二、岩石空隙中的水
这是水文地质学研究的对象。 1.结合水：松散岩石的颗粒表面及坚硬岩石空隙壁面均 带有电荷，水分子又是偶极体，由于静电吸引，固相表面 具有吸附水分子的能力。离固相表面很近的水分子受到的 静电引力很大；随着距离增大，吸引力减弱，而水分子受 自身重力的影响就愈显著。受固相表面的引力大于水分子 自身重力的那部分水，称为结合水。此部分水束缚于固相 表面，不能在自身重力影响下运动。 1）强结合水：最接近固相表面的结合水。水分子排列 紧密，不能流动，但可转化为气态水而移动。 2）弱结合水：处于强结合水的外层，受到固相表面的 引力比强结合水弱。水分子排列不如强结合水规则和紧 密，溶解盐类的能力较低。弱结合水的外层能被植物吸收 利用。 结合水区别于普通液态水是它的强粘滞性和具有抗剪 强度，即必须施一定的力方能使其发生变形。
地壳岩石中的水
地壳岩石中存在着以下各种形式的水：
沸石水 矿物结合水 结晶水 结构水 强结合水 结合水 弱结合水 重力水 岩石空隙中的水 液态水 毛细水 气态水 固态水
一、矿物结合水
矿物中的结合水是矿物的组成部分，以不同的形式存在于矿物内部 的不同位置。按水分子与结晶格架结合的牢固程度不同，可分为结构水、 结晶水、沸石水。 1、结构水：以 OH‾ 离子或H‾ 离子的形式存在于矿物结晶格架中的固定位 置上。它并不是水，也很难从结晶格架上析出，是固体矿物的组成部分。但是， 在高温450~500°C条件下，这些离子能从结晶格架中析出成水，原有的结晶格 架也被破坏，转变为另一种新的矿物。 2、结晶水：这种水以水分子形式存在于矿物结晶格架的固定位置上，具 有一定的数量。这种水与结晶格架上的离子结合的牢固程度较弱，加热不到400 °C时即能析出。结晶水与结构水一样，一旦结晶水析出，原来的结晶格架就被 破坏，使原有的矿物变成另一种新矿物。 3、沸石水：这种水也是以水分子的形式存在于矿物中；但是，它是存在 于矿物晶胞之间，数量可多可少，即其含量多少并不影响晶胞的结晶格架，析 出时也不致使矿物种类发生变化。
）重力水：在自身重力作用下能运动的那部分水。 重力水中靠近固体表面的那一部分仍受固体引力的吸引，水分子排列较为整 齐，这部分水在流动时呈层流状态。远离固体表面的重力水，只受重力控制，这 部分水在流速较大时容易转为紊流运动。 （2）毛细水：由于毛细运动而形成的水。
3、气态水 在未饱和水的空隙中存在着气态水。，可以随着空气流动而流动，它也能从 水汽压力大的地方向小的地方迁移。气态水在一定温度、压力条件下，与液态水 相互转化，两者之间保持动平衡。 4、固态水 岩石的问题低于0°C时，空隙中的液态水转化为固态水。如多年冻土。
第二章 岩石中的空隙与水分
松散岩石储容水分的能力，与孔隙度关系很大，而地下水 的运动条件则首先取决于孔隙的大小，影响孔隙大小的主要因 素是颗粒大小，颗粒排列方式，对于粘性土，结构孔隙及次生 孔隙的影响不可忽视。 孔隙大小特征的描述： 孔喉：孔隙通道最细小的部分。 孔腹：孔隙通道最宽大的部分。 ①颗粒的大小—颗粒大则孔隙大，反之则孔隙小。 注意：对于分选不好，颗粒大小悬殊的松散岩石来说，孔 隙大小并不取决于颗粒的平均直径，而是取决于细小颗粒的直 径。 ②颗粒的排列方式—以理想等粒圆球状颗粒为例，颗粒直 径为D，孔喉直径为d，立方体排列时，d=0.424D，作四面体 排列时，d=0.155D。 ③考虑粘性土的结构孔隙及次生孔隙。
Vn n 100% V
Vn ——岩石的孔隙体积，V——包括孔隙在内 其中： 的整个岩石总体积。
孔隙度的大小主要取决于颗粒排列情况及分选程 度，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。 ①颗粒的排列—以理想等粒圆球状颗粒为例， 理论上几何计算立方体排列最疏松，孔隙度为 47.64%，四面体排列为最紧密，孔隙度为25.95%。 注意：三种颗粒直径不同的等粒岩石，排列方式 相同时，孔隙度完全相同。 ②颗粒的分选—在颗粒大小不等时，分选差则 孔隙度小， 分选好则孔隙度大。 ③颗粒的形状及胶结—磨圆愈好，孔隙度愈小， 胶结可以降低孔隙度。 ④考虑粘性土的结构孔隙及次生孔隙。
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2.3
与水的储容及运移有关的岩石性质
三、给水度（specific yield）—— (e d) 1、定义： 当地下水位下降一个单位深度时，从地下水位延伸到 地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释放出 来的水体积，称为给水度 。 V 1 0 0 % 给水度概念图 V总 当地下水位下降一个单位，土层孔隙中是否所有的水都流 出来？ 在土层中会保留什么形式的水？
岩石中的空隙与水分
第二章岩石中的空隙与水分§2.1 岩石中的空隙岩石的空隙是地下水储存和运移的先决条件，空隙的多少、大小、形状、联通状况和分布规律，决定着地下水的埋藏、分布和运动。
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。
§2.1.1 孔隙孔隙（pore）--unconsolidated soil1、孔隙：在松散堆积物中或胶结不好的沉积岩中以及部分喷出岩中，组成岩石的颗粒或粒集合体之间能存在的多孔状的空隙。
2、孔隙性：岩土孔隙的大小、分布规律、数量、形状、性质、联通情况等的总称。
3、孔隙度：岩石孔隙体积与岩石总体积之比。
n=Vn/V4、影响孔隙度大小的因素：1）分选程度2）颗粒排列状况：排列方式相同但颗粒直径不同的等粒岩石，其孔隙度完全相同。
3）颗粒形状4）胶结充填情况例外：粘性土的孔隙度§2.1.2 裂隙固结的坚硬岩石，包括：沉积岩、岩浆岩、变质岩，一般不存在或只是保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。
（fissure）-- hard rock按照成因分类：成岩裂隙构造裂隙风化裂隙裂隙率：裂隙体积与岩石总体积之比。
Kr=Vr/V野外研究裂隙时，还应注意测定裂隙的方向、宽度、延伸长度、充填情况。
§2.1.3 溶穴1、溶穴：起因于水的溶蚀，在可溶岩（白云岩、岩盐、石膏、石灰岩等）中形成的空洞（溶隙）。
（cavity）-- soluble rock2、岩溶率：Kk=Vk/V特点：岩溶率的变化范围很大，且在相邻很近地点处岩溶率完全不同，同一地点的不同深度处岩溶率也有很大变化。
四、岩石中的空隙小结1、岩石中的空隙是研究地下水的基础2、分布特点：孔隙主要分布于松散堆积物中，分布广泛，联通均匀裂隙分布于坚硬岩石中，分布不均溶穴分布可溶性岩石中，分布不均3、孔隙度，运用范围广；裂隙率、岩溶率受到地区限制，运用不广，代表性不强。
《水文地质学基础》试题库及参考答案
第一章地球上的水及其循环一、名词解释：1．水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。
它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作业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。
2．地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。
3．矿水：含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，因而具有一定医疗与保健作用的地下水。
4．自然界的水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水相互联系、相互转化的过程。
5．水文循环：发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。
6．地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
7．大循环：海洋与大陆之间的水分交换。
8．小循环：海洋或大陆内部的水分交换。
9．绝对湿度：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。
10．相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。
11．饱和差：某一温度下，饱和水汽含量与绝对湿度之差。
12．露点：空气中水汽达到饱和时的气温。
13．蒸发：在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。
14．降水：当空气中水汽含量达饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面。
14．径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。
15．水系：汇注于某一干流的全部河流的总体构成的一个地表径流系统。
16．水系的流域：一个水系的全部集水区域。
17．分水岭：相邻两个流域之间地形最高点的连线。
18．流量：单位时间内通过河流某一断面的水量。
19．径流总量：某一时间段内，通过河流某一断面的水量。
20．径流模数：单位流域面积上平均产生的流量。
21．径流深度：计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。
22．径流系数：同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值。
二、填空1．水文地质学是研究地下水的科学。
它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈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。
2．地下水的功能主要包括：资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力、或信息载体。
岩石中的空隙与水
编辑课件
31
毛细现象的实质
固、液、气三相接触时，液体表面将受到表面张力的作用
（分子间相互吸引力）。
表面张力：设想在液面上划一根长度为L的线段，此线段
两边的液面，以一定的力相互吸引，力的作用方向平行于液面
而与此线段垂直，大小与线段长度成正比，即为表面张力，力
的大小表示为：fL
f
式中：α－表面张力系数，单位为dyn(达
b 张开性（裂隙宽度）；
c 裂隙率；
d 充填情况。
编辑课件
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成岩裂隙
构造裂隙
风化（卸荷）裂隙
编辑课件
19
2.1.3 溶穴
溶穴（solution cavity） cavern ——是扩大了的裂隙。在孔隙或裂隙基础，水流对可溶岩进 一步作用的结果
溶穴可分为：溶孔、溶隙、溶洞。 岩溶岩体：要描述裂隙特征及岩溶发育特征（裂隙+溶洞）
力f为α·2πR，作用于垂直于面积
f
为πR2的投影圆面。表面张力所引
起拉的普附拉加斯表公面式压的强函义Pc 是为:：弯曲的液面将产生一个指向液面凹侧的附
加半表径p面成c 压反α强比R2，。2R附加2表Rα 面压强与表面张力系数成正比，与表面的曲率
对任何形状的弯液面 附加表面压强Pc 计算式：
pc
( 1
uity water?）
孔角毛细水与悬挂毛细水是不同——？
悬挂毛细水似串珠状且连续分布的，孔角毛细水是孤立的
编辑课件
37
毛细水的存在形式
支持毛细水 悬挂毛细水
孔角毛细水
编辑课件
38
思考：
1.上细下粗土层，滴水，水停留在何处？
2.黄土层中挖平洞，下大雨后，洞内能
第2章 岩石中的孔隙与水分(2)
2.2.1
定义
结合水
结合水（absorbed water, bound water）
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 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）。
脱离水面，岩石细小孔隙中保留的水分，称为悬挂毛细水 上粗下细或上细下粗砂砾试样的例子。
c) 孔角毛细水（触点毛细水）
（ corner water, contiguity water?）
小结 悬挂毛细水似串珠状且连续分布的，孔角毛细水是孤立的
支持毛细水与悬挂毛细水
地 下 水 位 下 降
2.3 岩石的水理性质
二、含水量（water content）__
三、持水度（specific retention）__Sr
岩石的持水量（持水体积）与岩石总体积之比
2.3 岩石的水理性质
四、给水度（specific yield）——
(water drained from soil under gravity flow)
岩石（包括骨架与空隙在内的总称）
水理性质：就水文地质学主要涉及是与水分储容、释出与 运移有关的性质 包括： 一、容水度和孔隙度（porosity）（反映岩石最大含水能力） 孔隙度——n; 容水度——nr
水文地质学第二章
昆明理工大学国土资源工程学院 地球科学系
• 有效应力原理与松散岩土压密 • 有效应力原理 • 地下水位变动引起的岩土压密
昆明理工大学国土资源工程学院 地球科学系
• 2.1 岩石中的空隙 • 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。按维尔纳茨基（B.II.BepHaдckй）的形象说 法，“地壳表层就好像是饱含着水的海绵”。 • 岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的 多少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地 下水的分布和运动具有重要影响。 • 将岩石中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。
昆明理工大学国土资源工程学院 地球科学系
昆明理工大学国土资源工程学院 地球科学系
溶穴的规模十分悬殊，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。溶岩发育 带岩溶率可达百分之几十，球科学系
空隙特征的对比
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 昆明理工大学国土资源工程学院
地球科学系
• 固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，一般不 存在或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各种应 力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。 • 按裂隙的成因可分成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙。 • 成岩裂隙是岩石在成岩过程中由于冷凝收缩（岩浆岩）或 固结干缩（沉积岩）而产生的。岩浆岩中成岩裂隙比较发 育，尤以玄武岩中柱状节理最有意义。 • 构造裂隙是岩石在构造变动中受力而产生的。这种裂隙具 有方向性，大小悬殊（由隐蔽的节理到大断层），分布不 均一。 • 风化裂隙是风化营力作用下，岩石破坏产生的裂隙，主要 分布在地表附近。有关各种成因裂隙的形成分布规律详见 第十一章。
经典考研水文地质学重点第二章
匀
很好
2.1.3 岩石中的空隙— 溶穴
形状：有方向性，主要在裂隙基础上进一步溶蚀而成，所 以具有裂隙特征。
大小：尺寸极不均匀，暗河，主干溶蚀形成。
多少：岩溶率。 Kv
Vk V
分布：极不均匀（保留了原有裂隙特征） 连通性：总体上差，局部可以很好，形成溶穴含水系统。
6
n 发育状况复杂：
粘性土层既有孔隙也有裂隙，按水井讲，粘土--隔水层，若粘土中 有存在干缩裂隙可以为含水层，如河南驻马店粘土层，可以为含水层 （取的是裂隙中的水）。
凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的
凹形弯液面— 负的毛细压强（negative）---如 同真空吸力
凸形弯液面— 正的毛细压强（positive）
岩石骨架中的水 岩石空隙中的水
沸石水 结晶水 结构水
液态水 固态水
重力水 毛细水
气态水 矿物表面结合水
结合水
强结合水 弱结合水
第2节 岩石中水的存在形式— （矿物表面）结合水
形成原理
岩石固体颗粒或颗粒集合体表面带电荷； 水分子是偶极体，带电荷，由于静电引力作用，岩石 颗粒表面便吸引水分子，根据库仑定律，距离岩石表 面越近的水分子排列紧密，而远的则疏松。
（1-1）颗粒的排列方式对孔隙大小的影响：
AC O
B
A
O
B
C
D
立方体排列与四面体排列
12
2
（1-1）颗粒的排列方式对孔隙大小的影响
v 立方体（最松散）排列：
v
d=0.414D
v 四面体（最紧密）排列：
v
d=0.155D
v 颗粒排列愈紧密，孔隙越小！
（1-1）颗粒排列方式对孔隙度大小的影响
藏在岩石里面的水
藏在岩石里面的水作者：王殿华来源：《百科知识》2008年第05期茫茫宇宙中，地球之所以能呈现出气象万千、生机勃勃的景象，主要是因为地球上拥有形态各异的水。
水不但是构成生命体本身最主要的物质，更为生命体的生存和活动提供了一个适宜的自然环境。
地球上的水有哪些地球上的水包括：存在于大气中的水汽和水滴：存在于海洋、湖泊、水库、河流、土壤、含水层和生物体中的液态水；存在于冰川、积雪和永久冻土中的固态水；存在于岩石中的结晶水(结构水)。
其中人类大量直接利用的水主要是大气降水，江河、湖泊、水库、土壤和含水层的淡水(含盐量除了上面这些我们所熟知的形态外，地球岩石的空隙中也存在着各种形式的水。
按其物理性质可分为气态水、吸着水、薄膜水、毛细水、重力水和固态水。
此外，矿物晶体内部及其间还存在有沸石水、结晶水与结构水。
这一类水到现在为止还很难被利用，因为它们被深深锁在岩石矿物的晶体结构中。
目前，人们对结晶水和结构水的认识还非常有限。
其实，地球上的水最初就是作为结合水被禁锢于各种化合物中的，是在地球圈层分异过程中才被分离出来的。
地表水最初在岩浆活动中从地球内部逸出。
并形成地表和大气圈中强酸性的原始水(原生水)。
从原生水到今天的自然水体，在水量和水质方面都经历了漫长的演变过程。
35亿年前，地球表层的水量只有现在的1／10。
在几十亿年的地质过程中，水不断从地球内部逸出来，使地表水量不断增加，终于使地球成为一一颗绝大部分为蓝色海洋覆盖的“水球”。
如今，在地球岩石圈中仍存在着大量的水，这些水仍在不断向外逸出。
当然，也有部分水逸出到宇宙空间。
岩石中的水地球岩石主要是由各种矿物组成的，有些矿物中就含有水，矿物的性质与其含水量之间存在着密切的关系。
根据矿物中水的存在形式以及它们在晶体结构中的作用，可以把矿物水分为两类：一类是与矿物晶体结构无关的，统称为吸附水；另一类是参加品格或与矿物晶体结构密切相关的，称为结晶水、沸石水、层间水和结构水。
岩石中水的存在形式
岩石中水的存在形式岩石中存在着各种形式的水。
存在于岩石空隙中的有结合水、重力水及毛细水，另外还有气态水和固态水。
组成岩石的矿物中则有矿物结晶水。
1.结合水松散岩类的颗粒表面及坚硬岩石的裂隙壁面均带有电荷，水分子受静电作用在固体表面受到强大的吸力，排列较紧密，随着距离增大，吸力逐渐减弱，水分子排列渐为稀疏。
受到固体表面的吸力大于其自身重力的那部分水便是结合水。
结合水被束缚在固体表面，不能在重力作用下自由运动。
2.重力水距离固体表面更远的那部分水分子，重力影响大于固相表面的吸引力，因而能在自身重力作用下自由运动，这部分水就是重力水。
3.毛细水松散岩类中细小孔隙通道可构成毛细管。
在毛细力的作用下，地下水沿着细小孔隙上升到一定高度，这种既受重力又受毛细力作用的水，称为毛细水。
毛细水广泛存在于地下水面以上的包气带中。
2010-07-29 17:03 提问者采纳地下水往往是处在岩石层的。
泥，也就是土壤是岩石风化产生的，其厚度很有限，再往下就是岩石层，而所谓的地下水是具有稳定水面的重力水，并不是泥里面含有的水，和泥搅和在一起的是孔隙水，非重力水，不能为我们所用。
在两个岩石层中含有的水与地表水的交换比较慢，其水的稳定性好，水质相对也好，这是所谓的承压水，承压水的补给是远端的；另一部分地下水在岩石层上也有稳定的水面，叫做潜水，由于沙粒等的净化作用水质也不错，因此水很清澈，这部分水和地表水关系密切，是直接补给的。
地下水是会被抽干的，如果抽取量过大的话，所以抽地下水必须要有核定的量，其值小于地下水的补给，这样一边有补给，一边抽，才不会干，否则过度抽取，当然是会没有的。
你所谓的饭店抽了一年也没有抽干，就是其量小于补给量，也就不会干啦。
非重力水主要是结合水和毛细水；而当土壤水分超过田间持水量（即土壤层中最大悬挂毛细水含量）时，多余的水分不能被毛管所吸持，就会受重力的作用沿土壤的大孔隙向下渗透，这部分受重力支配的水称重力水重力水是存在于地下水位以下的透水土层中的地下水，它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用，重力水对土中的应力状态和开挖基槽、基坑以及修筑地下构筑物时所应采取的排水、防水措施有重要的影响。
第二章 岩石中的孔隙与水分
×2000
第一节 岩石中的空隙—孔隙
小结： 影响孔隙度的因素 1.颗粒大小：理论上讲（按等体积球），n与
颗粒大小无关，但实际上则无理想的等体积
颗粒，大小必不相等，甚至大小悬殊。一般 颗粒越大，则n越大。但由于分选性的影响， 往往孔隙度反而减小。
第一节 岩石中的空隙—孔隙
– 2.分选性:分选性越差，颗粒大小越悬殊，
第二节 岩石中水的存在形式—毛细水
我们可以把毛细力归纳为3点：
1).毛细力的产生：是在三相界面上内弯液面引起—— 液面弯曲产生的 2).毛细力的方向：作用方向始终指向弯曲液面的凹例 凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的
凹形弯液面—负的毛细压强---如同真空吸力
1.容水度（Mc）
单位体积饱水岩石中所能容纳的最大水的体积。
若以重量计，则称容水量。
除膨胀性粘性土外，容水度与孔隙度（体积裂隙率、
岩溶率）相当。
四、土壤含水率
2.含水量:一定量的土壤中所含水分的数量。
（1）土壤重量含水率
实际水重 100% 干土重
（2）土壤容积含水率
水分容积 100% 土壤容积 土壤重量含水量 土壤容重
2.影响给水度——μ值的因素
？砾石、粗砂、细砂、砂砾混合样相比较，哪种样给水度大
a) 岩性：空隙大的样品，给水度大，μ≈n
砾 ＞粗砂 ＞… ＞粉砂——（与粒径有关） 颗粒细小者，比表面积大，结合水与孔角毛细水残留多，除岩性 外，同一岩层中其它原因也可造成μ不同，为什么？
b) 地下水位初始埋深（H0）
V 表示包括孔隙在内的岩石体积 Vn表示岩石中孔隙的体积
思考：试样a与b构成的孔隙哪种大？哪种小？
孔隙大小与颗粒大小----有关吗？ 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
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岩石中水的存在形式
岩石中存在着各种形式的水。
存在于岩石空隙中的有结合水、重力水及毛细水，另外还有气态水和固态水。
组成岩石的矿物中则有矿物结晶水。
1.结合水松散岩类的颗粒表面及坚硬岩石的裂隙壁面均带有电荷，水分子受静电作用在固体表面受到强大的吸力，排列较紧密，随着距离增大，吸力逐渐减弱，水分子排列渐为稀疏。
受到固体表面的吸力大于其自身重力的那部分水便是结合水。
结合水被束缚在固体表面，不能在重力作用下自由运动。
2.重力水距离固体表面更远的那部分水分子，重力影响大于固相表面的吸引力，因而能在自身重力作用下自由运动，这部分水就是重力水。
3.毛细水
松散岩类中细小孔隙通道可构成毛细管。
在毛细力的作用下，地下水沿着细小孔隙上升到一定高度，这种既受重力又受毛细力作用的水，称为毛细水。
毛细水广泛存在于地下水面以上的包气带中。
2010-07-29 17:03 提问者采纳
地下水往往是处在岩石层的。
泥，也就是土壤是岩石风化产生的，其厚度很有限，再往下就是岩石层，而所谓的地下水是具有稳定水面的重力水，并不是泥里面含有的水，和泥搅和在一起的是孔隙水，非重力水，不能为我们所用。
在两个岩石层中含有的水与地表水的交换比较慢，其水的稳定性好，水质相对也好，这是所谓的承压水，承压水的补给是远端的；另一部分地下水在岩石层上也有稳定的水面，叫做潜水，由于沙粒等的净化作用水质也不错，因此水很清澈，这部分水和地表水关系密切，是直接补给的。
地下水是会被抽干的，如果抽取量过大的话，所以抽地下水必须要有核定的量，其值小于地下水的补给，这样一边有补给，一边抽，才不会干，否则过度抽取，当然是会没有的。
你所谓的饭店抽了一年也没有抽干，就是其量小于补给量，也就不会干啦。
非重力水主要是结合水和毛细水；而当土壤水分超过田间持水量（即土壤层中最大悬挂毛细水含量）时，多余的水分不能被毛管所吸持，就会受重力的作用沿土壤的大孔隙向下渗透，这部分受重力支配的水称重力水
重力水是存在于地下水位以下的透水土层中的地下水，它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用，重力水对土中的应力状态和开挖基槽、基坑以及修筑地下构筑物时所应采取的排水、防水措施有重要的影响。
提问者采纳
地下水的分类1、按起源不同,可将地下水分为渗入水、凝结水、初生水和埋藏水。
渗入水：降水渗入地下形成渗入水。
凝结水：水汽凝结形成的地下水称为凝结水。
当地面的温度低于空气的温度时，空气中的水汽便要进入土壤和岩石的空隙中，在颗粒和岩石表面凝结形成地下水。
初生水：既不是降水渗入，也不是水汽凝结形成的，而是由岩浆中分离出来的气体冷凝形成，这种水是岩浆作用的结果，成为初生水。
埋藏水：与沉积物同时生成或海水渗入到原生沉积物的孔隙中而形成的地下水成为埋藏水。
2、按矿化程度不同，可分为淡水、微咸水、咸水、盐水、卤水。
详见下表：地下水按矿化度分类表地下水类型总矿化度(g/l)淡水<1微咸水 1 ～3咸水 3 ～10盐水10 ～50卤水>503、按含水层性质分类，可分为孔隙水、裂隙水、岩溶水。
孔隙水：疏松岩石孔隙中的水。
孔隙水是储存于第四系松散沉积物及第三系少数胶结不良的沉积物的孔隙中的地下水。
沉积物形成时期的沉积环境对于沉积物的特征影响很大，使其空间几何形态、物质成分、粒度以及分选程度等均具有不同的特点。
裂隙水：赋存于坚硬、半坚硬基岩裂隙中的重力水。
裂隙水的埋藏和分布具有不均一性和一定的方向性；含水层的形态多种多样；明显受地质构造的因素的控制；水动力条件比较复杂。
岩溶水：赋存于岩溶空隙中的水。
水量丰富而分布不均一，在不均一之中又有相对均一的地段；含水系统中多重含水介质并存，既有具统一水位面的含水网络，又具有相对孤立的管道流；既有向排泄区的运动，又有导水通道与蓄水网络之间的互相补排运动；水质水量动态受岩溶发育程度的控制，在强烈发育区，动态变化大，对大气降水或地表水的补给响应快；岩溶水既是赋存于溶孔、溶隙、溶洞中的水，又是改造其赋存环境的动力，不断促进含水空间的演化。
4、按埋藏条件不同，可分为上层滞水、潜水、承压水。
上层滞水：埋藏在离地表不深、包气带中局部隔水层之上的重力水。
一般分布不广，呈季节性变化，雨季出现，干旱季节消失，其动态变化与气候、水文因素的变化密切相关。
潜水：埋藏在地表以下、第一个稳定隔水层以上、具有自由水面的重力水。
潜水在自然界中分布很广，一般埋藏在第四纪松散沉积物的孔隙及坚硬基岩风化壳的裂隙、溶洞内。
承压水：埋藏并充满两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。
承压水受静水压；补给区与分布区不一致；动态变化不显著；承压水不具有潜水那样的自由水面，所以它的运动方式不是在重力作用下的自由流动，而是在静水压力的作用下，以水交替的形式进行运动。