地质学 第11,12章

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1、第三篇矿床水文地质第十一章地下水基本知识自然界中的水，存在于大气中、地壳表面和地壳内。大气中的水呈水蒸气及云、雾、雨、雪和冰雹等形态存在于空气中。地壳表面的水分布在河流、湖泊和海洋中，或呈冰雪覆盖于高山顶部。地壳里的水，存在于岩土空隙中，也有气态、液态和固态等三种不同的形态。大气中的水叫做大气水，地壳表面的水叫做地表水，地壳内的水则叫做地下水。专门研究地下水的成因、分类、物理性质、化学成分及其运动规律的科学称为水文地质学。因此，常把与地下水有关的问题称为水文地质问题；把与地下水有关的地质条件称为水文地质条件。地下水和地表水、大气降水之间存在着密切的联系，构成自然界的水循环：地表

2、水和地下水受到太阳辐射热力的作用，蒸发变成水蒸气上升到大气中，当其遇冷就凝结变成雾、雨、雪、冰雹等，由于地心引力作用，重新降落到地壳表面，其中一部分沿着岩土空隙渗入到地下，形成地下水。地下水除少部分蒸发到大气中外，大部分沿岩土空隙在地下流动，最终也是注入到地表水体里。因此，研究地下水的活动规律，或解决采矿过程中遇到的地下水问题时，不能脱离开自然界中的水循环，即不能脱离开大气降水和地表水。第一节地下水的赋存状态一、岩土的空隙性岩土中的空隙是地下水存在的环境，环境的好坏，即岩石空隙的大小、多少、联通程度和分布状况等决定地下水的存在和运动规律。根据岩土空隙的成因和结构的不同，岩土

3、的空隙可分为三种类型：孔隙、裂隙和岩溶溶洞。1.孔隙土(粘土、砂土、砾石等)和碎屑岩等沉积岩，其中的颗粒和颗粒集合体间存在着空隙，这种空隙称为孔隙。不同岩土孔隙的大小和多少不一样。较粗颗粒组成的岩土具有较大的孔隙，但孔隙的数量较少。常用孔隙度(n)表示孔隙的发育程度，孔隙度为孔隙体积(Vn)与包括孔隙在内的岩石总体积(V)之比，以小数或百分数表示。其表示式如下：n=或n=×100%(11-1)岩土孔隙度的大小受很多因素的影响。例如颗粒的排列情况、均匀程度，颗粒形状和颗粒间的胶结情况等。不同岩土的孔隙度相差很大，松散沉积物的孔隙度一般常介于26%～47.6%之间。如果颗粒

4、大小比较均匀，形状越不规则，棱角越大，孔隙度也越大。然而自然界的岩土颗粒大小是不均匀的，当大颗粒间的空隙中充填了较小的颗粒时，孔隙度就会降低。因此，颗粒大小越是不均匀的岩土，孔隙度越小。没有完全胶结的沉积岩，胶结程度越差，孔隙度越大，胶结好的岩石则孔隙度小。2.裂隙坚硬岩石由于岩浆的冷凝作用，或地壳运动中构造应力的作用和外力的风化剥蚀作用，在岩石中产生了各式各样的裂缝，称为裂隙。裂隙在岩石中的分布是不均匀的，大小相差也很悬殊。在裂隙岩层中，往往某些地方裂隙特别发育，另一些地方则发育较差或根本不发育，特别是断裂带的构造裂隙，这种不均匀性更为明显。衡量裂隙发育程度的指标是裂隙度(

5、Kt)，也称为裂隙率。它是裂隙体积(Vt)与包括裂隙在内的岩石总体积(V)之比，用百分数表示。其表示式如下：Kt=×100%(11-2)裂隙度的测定多在岩层露头处或矿山坑道中进行。其方法是首先测量一块具有典型意义的岩层露头面积(F)，然后逐一测量该面积上裂隙的长度(L)及平均宽度(B)225，按下式计算裂隙度。Kt=×100%(11-3)这样测得的裂隙度又称面裂隙度，此外，根据钻孔中所取岩心还可以求得岩石的线裂隙度。3.岩溶溶洞地下水溶蚀了某些可溶性岩石(如石灰岩、石膏、岩盐等)，而在岩石中形成的洞穴称岩溶溶洞。岩石中岩溶溶洞的不均匀性较裂隙更甚，大的岩溶溶洞，体积可达数

6、十万立方米以上。衡量岩溶溶洞发育程度的指标称为溶洞度(Kk)，也叫岩溶率。它等于可溶性岩层中岩溶溶洞的体积(Vk)与包括岩溶溶洞在内的岩石总体积(V)之比，用百分数表示。其表示式如下：Kk=×100%(11-4)岩溶溶洞度通常由钻孔中所取得的岩心测量而得。二、水在岩土中存在的形式根据水在空隙中的物理状态，水与岩土颗粒的相互作用等特征，一般将水在空隙中存在的形式分为六种，即气态水、吸着水、薄膜水、毛细水、重力水和固态水(图11-1)。图11-1水在岩土中的各种形式示意图1—岩土颗粒；2—气态的水分子A-带少量吸着水的颗粒；B-布满吸着水的颗粒；C-薄层薄膜水；D-厚层薄膜

7、水；E-多余的薄膜水(重力水)1.气态水气态水即水蒸气，和空气一起充填在岩土的空隙中。2.吸着水当岩土空隙中的气态水与岩土颗粒表面接触时，即被岩土颗粒表面所吸附，在颗粒周围形成一极薄的水膜，当空气湿度不大，吸附的水分不多时，水膜只有几个水分子直径厚，这一部分水称为吸着水。如图11-1A、B所示。3.薄膜水当岩土空隙中空气的相对湿度超过94%以后，岩土颗粒吸附的水分子逐渐加多，包围在吸着水外面，而使水膜加厚的这部分水分子，叫薄膜水。薄膜水的水膜可达几百个水分子直径厚。如图11-