岩石中的孔隙与水分

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及 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。
赋存于不同岩层中的地下水，由于其含水介质 特征不同，具有不同的分布与运动特点。按岩 层的空隙类型分为三种类型地下水—孔隙水、 裂隙水和岩溶水。
赋存于不同岩层中的地下水，由于其含水介质 特征不同，具有不同的分布与运动特点。故按岩 层的空隙类型区分为三种类型地下水：
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。
结合水的分类：
由于固相表面对水分子的吸引力自内向外逐渐 减弱，结合水的物理性质也随之发生变化。
将最接近固相表面的结合水称为强结合水（吸 着水），其外层称为弱结合水（薄膜水）。
结合水的特征：
结合水束缚于固相表面，不能在自身重力影响下运动。
概念：指坚硬岩石在各种应力作用下而形成的裂缝
状空隙，称为裂隙。
按成因的分类：
风化裂隙 成岩裂隙 构造裂隙
裂隙多少的表征指标：裂隙率表示，即 りf = Vf 100% V
裂隙的测定多在岩石出露处或坑道中进行，量得岩 石露头的面积F，逐一测量该面积上裂隙长度L与平 均宽度b，便可按下式计算。即
岩土的空隙性
地壳在自然界各种地质营力的作用下，其内部存在 着各种各样的空隙，而构成了地下水的储存场所和 运移通道。 大小
空隙 多少 连通状况 分布规律
直接影响着地下水的分布和运动
岩土空隙分类： 孔隙 松散岩石中
裂隙 坚硬岩石中 溶隙 可溶岩石中
（一）孔隙
定义：
松散岩石中大 小不等的颗粒 或颗粒集合体 之间的空隙， 称为孔隙。
结合水区别于普通液态水的最大特征之具有抗剪强度，
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 合水发生流动，施加的外力愈大，发生流动的水层厚度也加 大。
灰岩溶洞
地下暗河涡流在溶洞顶板形成的窝穴
综述：
自然界岩石中空隙的发育状况远较上面所说的复杂： 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。
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溶空间和 运移管道。
为四面体排列时 （图b），孔隙度为 25.95%。
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 大多介于此两者之间。
由上图可知：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。
分选程度对孔隙度的影响：
分选性差、颗粒大小悬殊，n越小 分选程度愈差，颗粒大小愈悬殊则孔隙度便愈
胶结程度对孔隙度的影响：
孔隙被胶结物充填后，n小；
胶结方式： 充填式、基底式
表2-1自然界中主要松散岩石孔隙度的参考 值。
沉积物的孔隙率范围
沉积物 分选好的砂或砾
砂砾混合物 冰渍物 粉砂 粉土 粘土
孔隙率（%） 25-50% 20-35% 10-20% 35-50% 33-60% 40-70%
第二章 地下水的赋存
本节内容
岩石中的空隙 岩石中水的存在形式 水的储容及运移有关的岩石性质 有效应力原理与松散岩土压密
维尔纳次基—地壳表层象
一、 岩石中的孔隙 饱含着水的海绵！
地壳表层和深部1-2公里以内，空隙 分布普遍，为地下水的富存提供了必要的 空间条件。 岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。
松散岩石、坚硬基岩和可溶岩石中的空隙网络 具有不同的特点：
松散岩石中的孔隙分布于颗粒之间，连通
良好，分布均匀，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。
坚硬基岩的裂隙是宽窄不等，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 连通性远较孔隙差。因此，赋存于裂隙基岩 中地下水相互联系较差。分布与流动往往是 不均匀的。
孔隙水 裂隙水 岩溶水
二、岩石中水的存在形式
岩 石 中 各 种 形 式 的 水
（一）液态水
根据 水分子 受力状结况合水
重力水 毛细水
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（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。
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。
りf
=
Lb
100%
F
（三）溶穴（溶隙）
可溶的沉积岩（如岩盐、石膏、石灰石和白云岩 等），在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为 溶穴（隙）。
概念：
可溶性岩石在水的长期溶蚀下形成空洞，这种空 隙称为溶隙。
溶隙多少的表征指标：岩溶率表示，即
Kk
= Vf V
100%
溶隙可发展为溶洞、暗河、天然井、落水洞等多种形态 岩溶洞穴中的边石坝（莲花池）
粘土表面常带有电荷，颗粒接触时便连接成颗粒集合体，形成结构孔隙， 使孔隙率超过理论最大值。
孔隙大小对地下水运动影响很大：
孔隙通道最细小的部分称为孔喉，最宽大
的部分称为孔腹（图2-4）；
孔喉对水流动的影响更大，讨论孔隙大小时 可以用孔喉直径进行比较。
（二）裂隙
固结的坚硬岩石（包括沉积岩、岩浆岩和 变质岩）主要发育各种应力
孔隙度——指某一体积岩石（包括孔隙 在内）中孔隙体积所占的比例。即：
n Vn V
n Vn 100% V
影响岩土孔隙度大小的主要因素：
颗粒的排列 分选程度 形状 胶结程度
排列方式对孔隙度的影
响：
若设想构成松散岩石的颗粒 均为等粒圆球：
当立方体排列时（图a）， 孔隙度为47.64%；