第十一章 裂隙水

第十一章裂隙水

第一节概述

裂隙水：贮存并运动在基岩裂隙系统中的地下水。

一、裂隙含水系统的现象

在基岩裂隙系统中，打井取水、开挖或观测地下水会有许多与孔隙水完全不同的现象：

水量悬殊：某些情况下，打在同一岩层中相距很近的钻孔，出水量差异大，甚至一孔有水而邻孔无水；

水位差异：在相距很近的井孔测得的地下水位差别很大，包括水质与动态也有明显不同；

局部出现涌水：在裂隙岩层中开挖矿井，通常涌水量不大的岩层中局部可能大量涌水；在裂隙岩层中抽取地下水往往发生这种情况：

不同方向变化差异：某一方向上离抽水井很远的观测孔水位已明显下降，而在另一方向上离抽水井很近的观测孔水位却无变化。

上述现象说明，与孔隙水相比，裂隙水表现出更强烈的不均匀性和各向异性。

二、裂隙水的特征（与孔隙水相比）

裂隙水的特点（结合图11—1分析）

①裂隙水空间分布不均匀：局部发育，呈脉状分布，导致同一岩层中相距很近的钻孔，水量悬殊；（如图11-1中自喷井，其两侧的井都是干井）

②渗透的各向异性：一般第三方向不发育，空间展布具有方向性（不同方向发育差异）；（图11-1中裂隙水沿2组方向分布）

③水力联系不统一：裂隙连通性较差，很难形成统一的含水层，当不同方向相连通时形成裂隙含水系统。（如图11-1中有四个独立的裂隙含水系统）

④坚硬基岩的裂隙率，要比松散岩石的孔隙度小一到两个数量级。

图11—1裂隙含水系统〔参照Ланге，1950修改补充〕

1—不含水张开裂隙；2—含水张开裂隙；3—包气带水流向；4—饱水带流向；5—地下水位；6—水井；7—自流井；8—无水干井；9—季节性泉；10—常年性泉

裂隙含水系统的特点：

裂隙岩层一般并不形成具有统一水力联系、水量分布均匀的含水层，而通常由部分裂隙在岩层中某些局部范围内连通构成若干带状或脉状裂隙含水系统（图11—1）。

岩层中各裂隙含水系统内部具有统一的水力联系，水位受该系统最低出露点控制。

各个系统与系统之间没有或仅有微弱的水力联系，各有自己的补给范围、排泄点及动态特征，其水量的大小取决于自身的规模。

规模大的系统贮容能力大，补给范围广，水量丰富，动态比较稳定。

第二节裂隙水的类型

一、成岩裂隙

岩石在成岩过程中受内部应力作用而产生的原生裂隙。

①陆地喷溢的玄武岩成岩裂隙最为发育。

岩浆冷凝收缩时，由于内部张力作用产生垂直于冷凝面的六方柱状节理及层面节理。裂隙张开且密集均匀，连通良好，构成层状裂隙含水层。当玄武岩为致密块状结构时就构成隔水层。

②侵入岩接触带等处形成裂隙含水层。

冷凝收缩，以及岩浆运动产生应力，常形成近乎垂直的带状裂隙含水层。

熔岩冷凝时留下喷气孔道，或表层凝固下部熔岩流逝而形成熔岩孔洞或管道。孔道洞穴最大直径可达数米，会出现掉钻，可获可观水量。

③孤立的成岩气孔经过后期改造后可以成为统一的含水层。

④沉积岩及深成岩浆岩的成岩裂隙通常多是闭合的，含水意义。

二、风化裂隙

地表的岩石在温差和水、空气、生物等风化营力作用下形成的裂隙。

风化壳与风化裂隙水（结合图11-2分析风化裂隙水的特点）

图11—2风化裂隙水示意图1—母岩；2—风化带；3—粘土；4—季节性泉；5—常年性泉；6—井及地下水位

风化壳：在水流切割或人工开挖的影响下，形成减压（卸荷）裂隙，通常沟谷两侧常见到与边岸平行的减压裂隙；在剥蚀作用下，浅部裂隙扩张，张开性及裂隙率随深度递减，浅部透水性也比深部好的多。地壳表层在减压、剥蚀和风化作用下形成裂隙密集、张开性好的透水带——风化裂隙带。风化裂隙带呈壳状分布，一般厚数米到数十米。

风化裂隙网络：是在成岩裂隙与构造裂隙的基础上发育的，通常密集均匀、无明显方向性，是连通良好的裂隙网络。

风化裂隙水：暴露地表的风化壳（裂隙带）其母岩往往构成隔水底板，风化裂隙水为潜水图11-2中的泉；被后期沉积物履盖的古风化壳，可以形成承压水图11-2中的井。

三、构造裂隙水

1．构造裂隙

在地壳运动过程中岩石在构造应力作用下产生的。

2．构造裂隙的分类

更加岩石受力后，表现出来的破坏特点分为脆性和塑性两种。

①塑性岩石：以页岩、泥岩、凝灰岩、千枚岩等为代表，受力后发生塑性形变，常形成闭合的乃至隐蔽的裂隙。这类岩石多构成隔水（或弱透水）层。

②脆性岩石：以块状致密石灰岩、非泥质胶结的砂岩为脆性岩石的代表。岩石主要呈现弹性形变，破坏时以拉断为主；裂隙稀疏，但张开性好，延伸远，导水能力好。这类岩石多构成含水（或透水）层。

3．裂隙岩层的透水性

构造裂隙的渗透性与岩相和应力分布特征有关。

①与碎屑岩的岩相（粒度）和胶结物有关：

岩石颗粒越粗，裂隙越容易发育，渗透性越大（如图11-3）。粗颗粒的砂砾岩，裂隙张开性优于细粒的粉砂岩。

图11—3岩性变化与裂隙率及涌水量的关系

〔据云南水仁地质队〕

钙质胶结者显示脆性岩石特征。

泥质及硅质胶结的与塑性岩石相近。

②与应力分布的关系：应力集中，裂隙发育，岩层透水性好的部位

背斜轴部常较两翼富水。

断层带附近往往格外富水。

层状岩石裂隙的发育方向、张开度和密集程度，与构造部位密切相关（图11-4）。

图11—4层状岩石构造裂隙示意图

横裂隙；2—斜裂隙；3—纵裂隙；4—层面裂隙；5—顺层裂隙

应力集中的部位，裂隙常较发育，岩层透水性也好。同一裂隙含水层中，背斜轴部常较两翼富水，倾斜岩层较平缓岩层富水，断层带附近往往格外富水。

夹于塑性岩层中的薄层脆性岩层，往往发育密集而均匀的张开裂隙。褶皱时被拉断形成张裂隙（如图11-5）。

图11—5夹于塑性岩层中的脆性岩层裂隙发育受层厚的控制

1—脆性岩层；2—塑性岩层；3—张开裂隙；4—井及地下水位；5—无水干井；

透水性通常随深度增大而减弱。深度大，围压增大，地温上升，岩石的塑性加强，裂隙张开性较差。

第三节裂隙介质及其渗流

一、裂隙及裂隙网络

①裂隙的级次性

微小裂隙（由原生和次生构成），密度几十～十几条/m，长度小于1米，隙宽小

中裂隙（多由顺层和层面构成），密度几条/m，延伸长，隙宽达可达几mm

大裂隙～巨裂隙（主要断裂、断层），密度条/几m，延伸长，宽度大，附近往往次级小裂隙密集

②裂隙网络

由于主干裂隙延伸广阔，可连通其范围内不同级次、不同成因的次级裂隙，在一定范围内形成相互连通的裂隙网，所构成的空隙网络称为裂隙含水系统。

如果存在更高级次的导水断裂，将若干主干裂隙网串通，就可形成更大规模的含水裂隙网络。

不同级次裂隙在裂隙含水系统中的作用

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