3 二章岩石中的空隙与水分

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1、第二章岩石中的空隙和水分业已知道，自地表到下地幔带都有水分存在，然而与人类关系最为直接的乃是地球浅部的地下水。这些水赋存在于地壳表层十五公里左右范围的空隙之中。尤其是2公里以内，这种空隙发育比较普遍，所以有人形象的说：地壳表层犹如饱含水的海绵。一、岩石中的空隙——岩石中大小不等、形状不一的空间。岩石中的空隙是存在于岩石中那些大小不等，形状各异的空间，它们是地下水存储的场所和运动的通道。因此这些空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布情况。对地下水分布有着严格的控制作用。*岩石的空隙性——岩石空隙的形状、大小、多少、连通情况和分布特

2、点。在水文地质学中岩石的空隙可分为三大类：①岩石的孔隙；②硬岩石的裂隙；③可溶岩石中的溶穴。1、孔隙——松散岩石中颗粒或颗粒集合体之间的空隙。松散堆积物和某些胶结不好的基岩，系由大大小小的颗粒构成，颗粒之间的空隙相互连通且呈孔状，故称为孔隙。显然，岩石中空隙较多，储存地下水的能力越大。空隙体积的多少以空隙度（n）表示。空隙度（n）—包括孔隙在内的某一体积的岩石中，孔隙体积Vn所占的比例。16n　＝Vn／V　　　　n　＝Vn／V　·１００％　　空隙比（L）—岩石中孔隙的体积Vn与固体颗粒体积Vs的比值。即：ξ=Vn/Vs或ξ=Vn

3、/Vs·１００％　∵　V=Vn+Vs∴Vs=V—Vn∵n　＝Vn／V　∴Vn＝n·V∵ξ＝Vn/Vs＝(n·V)/(V—Vn)＝nV／V—Vn＝nV／V（１－n）＝n/(n－1)即：ξ=n/(1—n)孔隙度大小是衡量岩石储容地下水能力大小的中要参数，二者为正比关系。*松散岩石孔隙度的大小主要取决于：①颗粒的分选程度（均匀程度）；Nd1=40%混Nd2=50%则N（混）=40%×50%=20%②颗粒的排列方式；立方体排列疏松N可达47.64%；四面体排列较紧密，N=25.95；与粒径无关。③颗粒形状及胶结充填情况。若颗粒之间发生一

4、定的胶结或充填，胶结物、充填物占去部分空间，当然n就降低了。自然界松散岩石颗粒分选程度和磨圆度既达不到等粒圆球程度，也达不到立方体和四方体的排列方式，而呈过渡状态。所以它的孔隙度介于中间状态。由表2-1可见16，岩石颗粒越细，则其孔隙度越大，即孔隙度大小与颗粒直径成反比。所以黏土的孔隙度最大，并且往往比理论的最大孔隙度还要大，因为黏粒带电荷，沉积时互相聚合，构成颗粒集合体，并形成比黏粒直径还大的结构孔隙。加：松散岩石肉眼鉴定松散岩石分类（按颗粒直径d）漂砾、块石d＞200mm大于罐头瓶卵石、碎石20~200玻璃球~罐头瓶砾石、石

5、屑2~20大米~玻璃球（鹌鹑蛋）砂（粗、中、细）0.05~2大米~小米~粗玉米面粉砂（土）0.005~0.05细玉米面黏土＜0.005特粉混合类：砂黏（砂质黏土）主要是黏土，但含少量砂。黏砂（黏质砂土）主要是砂，但含少量黏粒。孔隙大小对地下水的运动影响很大。一般情况下，颗粒大，孔隙大，水运动畅通。但对水流运动影响更大的是孔喉——孔隙通道最细小的部分。不管孔隙直径多大，水流都要通过孔喉，所以孔喉的大小是影响水流运动的最主要因素。由于自然界松散岩石颗粒总达不到同大等圆的程度，大孔隙中总或多或少地被细小颗粒所充填，所以孔隙大小取决于实

6、际组成孔隙的细小颗粒直径。排列方式也影响孔隙大小，立方体大，四方体小。孔隙度大小对地下水储容能力影响很大，一般n大，储水多。但16孔隙大小和孔隙度大小具有不同的意义，如黏土孔隙小，孔隙度大，储水较多而流不出，水运动难。2、裂隙—坚硬岩石中由破裂变形而产生的裂缝式空隙。裂隙是在各种地质应力作用下变形破裂而形成的，按裂隙成因分为：成岩裂隙—岩石在成岩过程中产生的裂隙。构造裂隙—岩石在构造运动中受力破裂所产生的裂隙。风化裂隙—岩石在风化作用下破坏而产生的裂隙。裂隙的多少以裂隙率表征，以此数值反映岩石中裂隙的多少。*体积裂隙率—岩石中裂

7、隙的体积与包括裂隙在内的岩石总体积之比。（小数或百分数）面积裂隙率—单位面积的岩石上，裂隙面积所占的比例。线裂隙率—在垂直于裂隙方向上单位长度内裂隙所占的比例。由于自然界岩石裂隙发育极不均匀，所以在实地测量岩石的裂隙率时要多测些点，以统计平均值给出，才具有代表性。研究裂隙，主要研究其发育方向、密度、延伸长度、充填情况等以及发育密度，发育程度等。3、溶穴—可溶岩石在地下水作用下产生的空洞。溶穴的多少以岩溶率表征。*岩溶率—溶穴的体积与包括溶穴在内的岩石体积的比值。16溶穴的大小相差悬殊，分布极不均匀。大者为溶洞，可达数十米上百米，

8、长可延伸几十公里；小者为溶孔。岩溶发育带上，岩溶率可高达百分之几十，而此带以外的地段岩溶率可能为零。上述三种空隙的发育，在自然界的许多情况下是相互制约而共同伴生的。如坚硬的灰岩，可在构造力作用下产生构造裂隙，而后地下水又活动其间而发生溶蚀作用。将这些构造裂隙开拓