地下水的地質(zhì)作用

1、第六章地下水的地質(zhì)作用1.地下水的貯存2.地下水運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)3.地下水的潛蝕作用4.地下水的搬運(yùn)作用與沉積作用5.地下水的其它地質(zhì)作用1第一節(jié)地下水的 貯存一巖石中的空隙 地殼淺部的巖石，不論是松散的沉積物，還是固結(jié)的基巖，皆存在著大小不等和形狀各異的空隙，不含空隙的巖石自然界是不存在的。正是這些空隙為地下水的貯存提供了必要的空間條件。 巖石中的空隙是地下水貯存場(chǎng)所和運(yùn)動(dòng)通道。 空隙的多少、大小、形狀、連通情況和分布規(guī)律，對(duì)地下水的分布和運(yùn)動(dòng)具有重要影響。（一）、巖石空隙的類(lèi)型 1、松散巖石中的孔隙2、堅(jiān)硬巖石中的裂隙3、可溶巖石中的溶穴21、孔隙 在顆粒或顆粒集合體之間的空隙，稱(chēng)為孔隙。 巖石中

2、孔隙體積的多少影響其儲(chǔ)容地下水能力大小的重要因素。 孔隙體積的多少，可用孔隙度表示，它是 指某一體積巖石中孔隙體積所占的比例（用n表示）。 nVnV (V表示包括孔隙在內(nèi)的巖石體積,Vn表示孔隙體積) 1、顆粒的分選程度和排列情況 孔隙度的大小主要取決于： 2、顆粒的形狀 3、顆粒膠結(jié)充填情況 分選程度愈差，n愈?。?形狀愈不規(guī)則，棱角愈明顯，n愈大； 膠結(jié)充填程度越差，n越大； 32、裂隙固結(jié)的堅(jiān)硬巖石，包括沉積巖、巖漿巖、和變質(zhì)巖，主要發(fā)育各種應(yīng)力作用下巖石破裂產(chǎn)生的裂隙。按裂隙成因可分為：成巖裂隙、構(gòu)造裂隙和分化裂隙。 KrVrV (Kr表示裂隙度) 3、溶穴在地下水溶蝕下會(huì)產(chǎn)生洞，這種

3、空隙稱(chēng)作溶穴或溶隙。 KkVKV (Kk表示巖溶率)溶穴大小十分懸殊。（二）、巖石的透水性 巖石的透水性是指巖石允許水透過(guò)的能力。 1、 孔隙的大小 大，則透水性好 好壞取決于： 2、 孔隙度 越大，則透水性愈好 3、連通情況 空隙之間相互連通，透水性愈好 巖層按其透水性分為：透水層與不透水層4二、地下水的存在形式1、結(jié)合水結(jié)合水是指受松散巖石顆粒表面及堅(jiān)硬巖石孔隙壁面的靜電引力大于水分子自身的重力的那部分水。接近固相表面的結(jié)合水稱(chēng)為：強(qiáng)結(jié)合水，不能流動(dòng)，可轉(zhuǎn)化為氣態(tài)而流動(dòng)。其外層稱(chēng)為：弱結(jié)合水，溶解鹽類(lèi)的能力較低，其外層能被植物吸收。2 、重力水重力水是指距離固相表面較遠(yuǎn)的那部分水分子，重力

4、對(duì)它的影響大于固體表面對(duì)他的靜電引力，因而能在自身重力作用下運(yùn)動(dòng)。3、毛細(xì)水毛細(xì)水是指存在于地下水以上松散巖石中細(xì)小孔隙中的水。這部分水由于毛細(xì)力的作用，水從地下水沿著細(xì)小孔升到一定高度形成了毛細(xì)水帶，其受地下水面支持，隨著地下水面的升降上下移動(dòng)。4、氣態(tài)水與固態(tài)水在未飽和水的空隙中存在著氣態(tài)水。它能隨空氣流動(dòng)，也能從水汽壓力大的地方向小的地方移動(dòng)。氣態(tài)水在一定的溫度、壓力條件下，與液態(tài)水相互轉(zhuǎn)化，兩者保持動(dòng)態(tài)平衡。巖石溫度0 ，液態(tài)水轉(zhuǎn)化為固態(tài)水。5三、地下水的基本類(lèi)型依據(jù)地下水的埋藏條件與含水介質(zhì)類(lèi)型，地下水分類(lèi)： 含水介質(zhì)類(lèi)型空隙水裂隙水巖溶水包氣帶水土壤水局部黏性土隔水層上季節(jié)性存在的

5、重力水過(guò)路及懸留毛細(xì)水和重力水裂隙巖層淺部季節(jié)性存在的重力水及毛細(xì)水裸露之巖溶化巖層上不部巖溶通道中季節(jié)性存在的重力水潛水各類(lèi)松散沉積物淺部的水裸露于地表的各類(lèi)裂隙巖層中的水裸露于地表的巖溶化巖層中的水乘壓水山間盆地及平原松散沉積物深部的水組成構(gòu)造盆地、相斜構(gòu)造或單斜斷塊的被掩覆的各類(lèi)裂隙巖層中的水組成構(gòu)造盆地、向斜構(gòu)造單斜斷塊的被掩覆的巖溶化巖層中的水埋藏條件6（一）、按埋藏條件1、包氣帶水 在地表以下一定深度，巖石中的空隙被重力水所充滿(mǎn)，形成地下水面。其上為包氣帶；其下為飽水帶。 貯存于包氣帶中的地下水為包氣帶水，其包括：氣態(tài)水、結(jié)合水和毛細(xì)水。2、潛水 潛水是指埋藏于地面以下第一個(gè)穩(wěn)定隔

6、水層以上，具有自由表面的重力水。 包氣帶接受大氣降水 1、流入其它含水層 地表水潛水排泄 2、流到低洼處，以泉或泄流形式排泄（徑流排泄） 其它 3、土面蒸發(fā)或植物蒸騰形式（蒸發(fā)排泄） 潛水分布：松散沉積物的孔隙中、裸露基巖淺部的裂隙和溶穴中。 潛水埋深度：相差大。 潛水影響因素：氣象和水文因素的變化。 潛水的水質(zhì)主要取決于：氣候、地形及巖性條件。3、承壓水 充滿(mǎn)于上、下兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的含水層中的，稱(chēng)為承壓水。承壓性是其重要特征。 承壓水是在巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形等因素相互配合的條件下形成的，其中地質(zhì)構(gòu)造是決定作用。 較適宜形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造主要是向斜盆地、單斜盆地。 承壓水參與水循環(huán)都不如

7、潛水積極。 承壓水的水質(zhì)取決于埋藏條件及其與外界聯(lián)系的程度，可以是淡水，也可以是含鹽量很高的鹵 水。如其補(bǔ)給、排泄條件好，水的循環(huán)快，承壓水的水質(zhì)就愈接近入滲的大氣降水與地表水，含鹽量低，反之則高。7（二）、按含水質(zhì)不同1、孔隙水孔隙水主要賦存于松散沉積物顆粒構(gòu)成的孔隙中?？紫端ǔＲ赃B續(xù)層狀分布，與裂隙水、巖溶水相比，其含水量分布均勻，構(gòu)成具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的層狀含水層。其分布狀況、補(bǔ)給、徑流、排泄與水質(zhì)等均有所差異。2、裂水隙裂隙水系指貯存于巖石裂隙中的地下水。由于巖石裂隙成因不同，致使巖石的裂隙率大小、裂隙的張開(kāi)程度、連通情況常常差異頗大，裂隙通道在空間上的展布具有明顯的方向性，因而裂隙水

8、的分布一般很不均勻。與孔隙水相比，裂隙水表現(xiàn)出強(qiáng)烈的不均勻性和各向異性。3、巖溶水巖溶水特指貯存于可溶巖石的溶蝕裂隙、溶穴、暗河中的地下水。它的分布較裂隙水更不均勻，常常相對(duì)集中且流動(dòng)迅速，可能承壓亦不能承壓。很多情況下，它的水量比較豐富，?？勺鳛榇笮凸┧?。8四、地下水的化學(xué)成分和物理性質(zhì)地下水部是化學(xué)純的H2O,而是一種復(fù)雜的溶液。地下水中含有各種氣體、離子、膠體物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和微生物等。氣體主要由O2、N2、CO2、CH4及H2S等；地下水中含有70多種元素，但其含量一般都很少。其中分布最廣、含量較多的離子有7種：Cl-、SO4、Na、K、Ca、Mg、HCO3,這些離子之和通常占水中溶解

9、鹽量的90%上。地下水的物理性質(zhì)包括透明度、顏色、嗅味、味道和溫度。通常地下水是無(wú)色、無(wú)味 、無(wú)臭且透明的，但含較多懸浮物時(shí)，透明度下降；含有H2S會(huì)有臭雞蛋氣味；含硫酸鹽多時(shí)會(huì)變苦。地下水的溫度受其貯存與循環(huán)處所的地溫控制。2-+2+2+五、地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄 地下水通過(guò)補(bǔ)給、徑流與排泄，不斷地參與著地球淺部層圈的水文循環(huán)，并與外界進(jìn)行著水分與鹽分的交換，這種交換決定著含水層的水量與水質(zhì)在空間和時(shí)間上的變化規(guī)律。 補(bǔ)給來(lái)源最重要的事大氣降水，其次是地表水。農(nóng)田灌溉水及來(lái)自其它含水層的水也有補(bǔ)給作用。 排泄有線(xiàn)狀排泄（向河、湖）、人工排泄（鉆孔或井抽）、面狀排泄（蒸發(fā)和蒸騰）、點(diǎn)狀排泄（

10、地表成泉）。9第二節(jié)、地下水運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) 地下水在巖石空隙中是不斷流動(dòng)的，這種運(yùn)動(dòng)通常稱(chēng)為滲流。 當(dāng)其在具狹小空隙的巖石中流動(dòng)時(shí)，重力水受介質(zhì)的吸引力較大，水的質(zhì)點(diǎn)排較有秩序，互不混雜，稱(chēng)作層流流動(dòng)；反之稱(chēng)作湍流運(yùn)動(dòng)。 地下水滲流與地表水的水流相比，有許多不同特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：a、實(shí)際水流通道的空間形態(tài)與方向是相當(dāng)復(fù)雜的，這就使得地下水沿程流動(dòng)時(shí)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的大小與方向都在不斷地變化著；b、地下水的運(yùn)動(dòng)要素往往不是空間的連續(xù)函數(shù)，這一特點(diǎn)在裂隙介質(zhì)與巖溶介質(zhì)中更為明顯由于地下水滲流的這些特點(diǎn)，目前對(duì)地下水運(yùn)動(dòng)有兩種不同的研究方法1、微觀地研究水流質(zhì)點(diǎn)在各類(lèi)介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這對(duì)于查明地下水化學(xué)成

11、分的形成與分布，追溯某些污染源及根據(jù)地下水的化學(xué)異常尋找原生礦體等許多實(shí)際問(wèn)題都很有意義；2、用比較簡(jiǎn)單的方法，即用平均化的方法研究地下水運(yùn)動(dòng)的可光規(guī)律。這就是在滲透流量、滲透壓強(qiáng)以及滲流阻力保持等效的原則下，把實(shí)際滲流平均到包括固體骨架在內(nèi)的整個(gè)滲流場(chǎng)中，就是用一種假想的滲流來(lái)代替復(fù)雜的實(shí)際滲流，如圖 這樣一來(lái)，就可以將假想滲流作為連續(xù)水流看待。法國(guó)水力學(xué)家達(dá)西地下水運(yùn)動(dòng)線(xiàn)性滲規(guī)律。10第三節(jié)、地下水的潛蝕作用 地下水對(duì)地殼巖石圈產(chǎn)生剝蝕作用，由于其在地下進(jìn)行，故常稱(chēng)為潛蝕作用。按作用方式可分為機(jī)械沖刷和化學(xué)溶蝕。一、機(jī)械沖刷 地下水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中其機(jī)械沖刷作用可使巖石或松散物強(qiáng)度減弱、結(jié)構(gòu)變

12、松，帶走細(xì)小的礦物顆粒，使其空隙逐步擴(kuò)大?？赡茉斐晒苡?、流沙、或地表塌陷等危害工程設(shè)施的不良現(xiàn)象。 影響機(jī)械沖刷作用的主要是地下水的水力梯度、巖土結(jié)構(gòu)、顆粒成分與致密程度。通常，水力梯度愈大，土石結(jié)構(gòu)愈松散，顆粒大小愈懸殊，愈有利于機(jī)械沖刷的進(jìn)行。二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌 地下水通過(guò)對(duì)巖石、礦物的溶解所產(chǎn)生的破壞作用，即化學(xué)溶蝕作用。以下從巖溶作用與巖溶地貌兩個(gè)方面予以討論。（一）巖溶發(fā)育的基本條件與影響因素 巖溶發(fā)育必不可少的兩個(gè)基本條件是：巖石具有可溶性及地下水具有侵蝕能力。應(yīng)具備四個(gè)條件：可溶巖的存在、可溶巖必須是透水的、具有侵蝕能力的水及水石流動(dòng)的。111、可溶巖性質(zhì)的影響碳酸鹽巖類(lèi)

13、的溶蝕強(qiáng)度收起成分與構(gòu)架影響，碳酸鹽巖有不同比例的方解和白云石組成，有時(shí)還會(huì)有泥質(zhì)、硅質(zhì)等雜質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明，純方解石的溶解速度約為純白云石的兩倍，硅質(zhì)與泥質(zhì)灰?guī)r最難溶蝕。大部分碳酸鹽巖屬淺海沉積，通常包含有粒度相當(dāng)于粉粒到礫的粒屑，粒度細(xì)小的泥晶，以化學(xué)沉淀方式充填于顆粒之間的方解石亮晶和生物碎屑。2、可溶巖透水的影響可溶巖具有一定透水性，是進(jìn)行溶蝕作用不可缺少的條件?？扇軒r經(jīng)受構(gòu)造變動(dòng)并發(fā)育構(gòu)造裂隙，是巖溶發(fā)育的良好條件。3、地下水溶蝕能力的影響碳酸鹽巖、水與二氧化碳之間的相互作用是一個(gè)涉及固、液、氣三相的復(fù)雜化學(xué)體系。其它酸類(lèi)同樣會(huì)離解產(chǎn)生H+而提高水中碳酸鹽巖的溶解量。4、地下水流動(dòng)的影響

14、地下水流動(dòng)是巖溶發(fā)育的主要因素。只有當(dāng)?shù)叵滤粩嗔鲃?dòng)，水中溶蝕的物質(zhì)被帶走，富含CO2的滲入水不斷補(bǔ)充更新，水才能經(jīng)常保持侵蝕性，溶蝕作用才能持續(xù)進(jìn)行。地下水徑流條件好壞事孔子巖溶發(fā)育的最活躍因素?？刂茙r溶發(fā)育的各種自然地理、地質(zhì)構(gòu)造，在很大程度上正是通過(guò)影響地下水的徑流起作用。我國(guó)南方的巖溶發(fā)育遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)北方，重要原因之一是氣候因素。12（二）、地下巖溶發(fā)育的不均一性和分帶性 1、可溶巖的差異性溶蝕作用造成地下巖溶發(fā)育的不均一性 在巖溶發(fā)育之前，可溶巖中分布著張開(kāi)程度和密度不等的構(gòu)造裂隙，具有侵蝕性的水在裂隙中流動(dòng)，溶解隙壁上的固相CaCO3，使裂隙逐漸擴(kuò)大。這為寬大裂隙的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了有利

15、條件最終發(fā)展成為溶蝕管道。由此造成在碳酸鹽巖分布區(qū)，巖溶發(fā)育空間分布的嫉妒不均一性。 2、地下巖溶發(fā)育的分帶性 在一個(gè)裸露碳酸鹽巖分布的巖層中，巖溶發(fā)育與地下水流動(dòng)的相適應(yīng)。地下水的流動(dòng)可分為包氣帶中的流動(dòng)、局部地區(qū)的流動(dòng)及區(qū)域流動(dòng)。 地下水面以下一定深度在局部侵蝕基準(zhǔn)面控制下，形成局部地區(qū)的流動(dòng)。（三）、巖溶地貌 常見(jiàn)巖溶形態(tài)各異的如峰叢，峰林、溶蝕盆地、溶斗、落水洞、豎井及發(fā)育較為完整的地下河系等地貌。13第四節(jié)、地下水的搬運(yùn)作用與沉積作用一、地下水的搬運(yùn)作用包括機(jī)械搬運(yùn)作用和化學(xué)搬運(yùn)作用（一）、機(jī)械搬運(yùn)作用當(dāng)?shù)叵滤趲r石孔隙、裂隙中流動(dòng)時(shí)，因其流速十分緩慢，搬運(yùn)能力較弱，只能搬運(yùn)少量泥質(zhì)

16、、粉質(zhì)或粉砂礫等細(xì)粒物質(zhì)。在某些情況下，地下水的搬運(yùn)能力會(huì)增強(qiáng)。地下水的搬運(yùn)能力增強(qiáng)，極易形成管涌冒沙，危及河堤安全。（二）、化學(xué)搬運(yùn)作用地下水的化學(xué)搬運(yùn)作用極為普遍，其搬運(yùn)的物質(zhì)主要來(lái)自地下水對(duì)圍巖的溶蝕，少部分來(lái)源于巖石的風(fēng)化。這些物質(zhì)包括各種離子和膠體。地下水滲流攜帶的溶解物質(zhì)的成分和數(shù)量，取決于滲流的巖石性質(zhì)與風(fēng)化程度。在濕熱氣候區(qū)風(fēng)化作用強(qiáng)烈，地下水搬運(yùn)的溶質(zhì)中可含有大量膠體物質(zhì)。14二、地下水的沉積作用包括機(jī)械沉積作用和化學(xué)沉積作用（一）、機(jī)械沉積作用具有一定流動(dòng)速度的地下水?dāng)y帶不同粒徑的顆粒物質(zhì)，當(dāng)其流動(dòng)至開(kāi)闊地段時(shí)，因地下水流速降低，動(dòng)能減弱，部分顆粒物質(zhì)就會(huì)沉積下來(lái)。（二）、

17、化學(xué)沉積作用按沉積物出現(xiàn)的場(chǎng)所可分為溶洞沉積物、泉華沉積物和裂隙中的沉積物。1、溶洞沉積物水從洞頂下滴，因邊滴邊沉淀，可逐步形成自洞頂向下垂直生長(zhǎng)的錐狀CaCO3，沉積物，稱(chēng)為石鐘乳。2、泉華沉積物在泉水出口處，也出現(xiàn)溶洞中滲水裂隙出口處的類(lèi)似情況，飽含溶解態(tài)礦物質(zhì)的泉水溢出地表時(shí)，因環(huán)境變化，CO2大量逸出，溶液中的礦物質(zhì)迅速達(dá)到飽和而沉淀下來(lái)，在泉口附近形成泉華。3、裂隙和孔隙中的沉積物飽含溶解態(tài)礦物質(zhì)的地下水，在裂隙中滲流的過(guò)程中，由于環(huán)境發(fā)生變化，同樣可以使礦物質(zhì)產(chǎn)生沉淀。（三）其它沉積作用一是在唄覆蓋的碳酸鹽巖分化殼中亦常見(jiàn)此類(lèi)殘留堆積物。二由于古代動(dòng)物和古人類(lèi)常以溶洞作為棲息場(chǎng)所，所以在洞穴堆積物中常能發(fā)現(xiàn)古動(dòng)物化石及古人類(lèi)化石，有時(shí)還保存有人類(lèi)活動(dòng)的文化遺跡。15第五節(jié)、地下水的其它地質(zhì)作用一、地下水在巖漿活動(dòng)和巖石變質(zhì)過(guò)程中的作用參與火山活動(dòng)的水有兩部分：一是地殼淺部形成，為密度不大的蒸汽，具有酸性或極酸性凝聚物；二是地下深部層圈形成，屬巖漿源內(nèi)生水，溶有大量堿金屬及金屬鹵化物。由于水有很強(qiáng)活化能力，水的參與對(duì)巖漿系統(tǒng)的相平衡及硅酸鹽熔體的物理性質(zhì)有重要影響。由不同成因地下