第12章 地下水的地质作用

第十三章地下水的地质作用

引言：地下水是存在于地下沉积物或岩石空隙中的水，它是水资源的重要组成部分。地下水是一个重要的地质动力。它不单是一种水流，能机械冲刷岩石，而且还是一种溶剂。在地下水作用下，处在地壳表层的岩石或矿床，尤其是可溶性岩石和可溶性矿床，遭受破坏，同时也改变了地形。地下水有着显著的地质作用。

第一节地下水的基本概念

一．地下水的来源

渗透水：大气降水、冰雪融水、地面流水（江、河、湖、海）从地面渗入地下积聚而成。

凝结水：水蒸汽凝结成水滴后渗于地下。

岩浆水：（原生水）地下岩浆活动形成的水（结晶水、水气）。

埋藏水：（古水）地史中沉积物空隙中的水，被封闭保存下来。

二．赋存状态

吸着水：靠分子引力及静电引力吸附在土和岩石颗粒表面上的水。不受重力影响，不被植物吸收。

薄膜水：包围在吸着水的外层，可以从原处向薄处“移动”，少部分可被植物吸收。

毛细管水：受表面张力影响，保留在毛细管中，易被植物吸收。

重力水：受重力影响可自由流动。

三．赋存条件

1．岩石的空隙

（1）岩石空隙的概念

地下水赋存于岩石(含沉积物)的空隙之中。空隙包括孔隙、裂隙和洞穴(溶洞)。

孔隙：岩石颗粒之间的空隙；

洞穴或溶洞：可溶性岩石受溶蚀后形成的孔洞；

裂隙：岩石的裂缝。

（2）孔隙度

它表示孔隙的数量，是指某一体积沉积物或岩石(包括孔隙在内)中孔隙体积所占的比例。

影响孔隙度的主要因素：

颗粒的粗细：粗者孔隙度低，细者孔隙度高。

分选程度：分选好孔隙度高，分选差孔隙度低。

颗粒的形状：近球形孔隙度高，不规则形状低。

胶结程度：胶结程度差孔隙度高，胶结程度好者低。

（3）裂隙率

岩石中裂隙的数量用裂隙率表示，它是岩石中裂隙的总体积和岩石总体积之比。

（4）喀斯特率(karst)

岩石中洞穴的数量则以喀斯特率度量，它是溶洞总体积和岩石总体积之比。

2．岩石的透水性

透水性强的岩石出水量大，反之则小。

在空隙连通的前提下，决定岩石透水性的主导因素是空隙大小，其次是空隙多少。如果岩石空隙细微，其孔隙数量虽多，水却难于或者根本无法透过，这种岩石称为不透水层或隔

水层。如果岩石空隙粗大并相互连通，水能自由透过，这种岩层称为透水层。透水层中如饱含地下水则称为含水层。

3．地下水面

地下水面：水井挖到某一深度，就有水自井壁和井底渗出，汇成一个水面。相邻水井的水面是一个连续的面。

饱气带：地下水面以上岩石的空隙中充气，液态水不饱和。

饱水带：地下水面以下的岩层空隙中充满水。

地下水面就是饱水带的顶面。

四．化学成分

1．地下水通常含有多种元素

含量较高的是在水中有较大溶解度的O、Ca、Mg、Na、K、Cl等。各种元素在地下水主要以离子形式存在。如Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+ 、Mg2+ ，它们决定了地下水化学成分的基本类型。

2．矿化度

地下水所含的各种元素的离子、分子和化合物总含量。

地下水随含矿物质的不同，气味等物理性质不同。

Ｎacl——咸味

MgSO4——苦味

Fe——兰绿色

CO2——清凉可口，成为可供饮用的矿泉水。

地下水矿化度高，作为溶剂浓度大，成分复杂，有较强的溶解能力，化学动力强。

五．地下水的补给和排泄

地下水是流动的。它一方面通过各种形式流失，另一方面通过一定的渠道得到补充。

1．含水层从外界获得水称为补给。

（1）大气降水

是最重要的补给来源。因此，降水量的多少、包气带的岩石性质和厚度是影响地下水补给的主要因素。

（2）河流和湖泊

河流和湖泊的水位高于地下水面，则补给地下水。河流与湖泊的水位低于地下水面，则地下水向河湖排泄。

（3）农田灌溉用水及来自其它含水层中的水。

2．排泄

（1）含水层失去水称为排泄。

排泄途径主要是泉、蒸发，及人工排泄－－开采地下水。

（2）泉是地下水的天然露头。

常分布于山区及丘陵区的沟谷、山麓，及冲积扇的边缘。

水流（受阻）具有压力而向上运动称为上升泉，如喷泉。

水流不具有压力，仅受重力驱使而向下运动者为下降泉。

泉的形成原因：

含水层被侵蚀，地下水在流动中遇到透水性弱的岩石或隔水层阻拦，由于断层使隔水层阻挡地下水流；地下水沿导水断层上升。

按泉水的运动特征分：

上升泉：泉水为承压力，具压力向上运动（由于静水压力作用）很多喷泉都是上升泉。

济南被誉为我国的泉城，主要由于承压水被火成岩体阻隔后沿裂隙涌出地表，趵突泉即为上升泉。

下降泉：泉水仅在重力作用下由高向低流流出地表，泉水来源主要是潜水。

下降泉主要出现在遭受剥蚀的山区流水（河、洪、片）剥蚀作用使潜水面露出地表，可形成泉。山坡上下降泉多。

3．地下径流

地下水从补给区向排泄区流动称为地下径流。地下水在岩石的有限空隙中运动受到较大的摩擦阻力，使运动速度缓慢，而且愈向深部愈慢。这是因为随着深度的增加，岩石透水性减弱及水的运动途径增大，并在一定深度，水的交替运动就停息了。

六．地下水与地表水的差异

地下水大多被限制在透水层中流动与自由流动的地表水有一定的差异。

流速小、机械动能小

地下水除受重力影响由高向低流，受压力影响由高压向低压流动外，在流动过程中受到透水层中岩石的阻碍，能量消耗在磨擦上，因此流速小，机械动能小。

矿化度高、化学动力大

矿化度高，作为溶剂浓度大，成分复杂，有较强的溶解能力，化学动力强。

第二节地下水的类型

一．按地下水的埋藏条件分：

1．包气带水

地表向下至较稳定的地下水面（潜水面）之间的土层或岩层。

（1）以气体状态存在的气态水；

（2）静电引力吸附于颗粒、裂隙、溶洞表面的结合水；

（3）因毛细管力作用而存在的毛细管水；

（4）以及“过路”重力水；

过路重力水出现于雨后不久，这时水的重力影响大于固体质点表面对水的引力，因而水向下运动。有时在包气带局部地区分布有面积不大，发育不稳定的融水层在其上集聚了一些重力水称上层滞水。

上层滞水：包气带中部隔水层上的重力水。

其特点是分布范围小，水量有限，受气候及季节变化的影响大。在地形切割处它能以泉的形式排泄。

2．潜水