礦床水文地質(zhì)徐九華.ppt

1、第三篇礦床水文地質(zhì)hydrogeology,李克慶,水文地質(zhì)學 專門研究地下水的地質(zhì)科學,水文地質(zhì)學是研究地下水的數(shù)量和質(zhì)量隨空間和時間變化的規(guī)律，以及合理利用地下水或防治其危害的學科。,在不同環(huán)境中地下水的埋藏、分布、運動和組成成分均不相同。查明這些狀況，可為科學地利用或防治地下水提供根據(jù)。水文地質(zhì)學對地下水的研究，著重自然歷史和地質(zhì)環(huán)境的影響。,學科演化： 水文地質(zhì)學的研究，目前已形成了一系列分支學科：,地下水動力學 水文地球化學 供水水文地質(zhì)學 礦床水文地質(zhì)學* 農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)學 區(qū)域水文地質(zhì)學 古水文地質(zhì)學,水文地質(zhì)學,礦床水文地質(zhì)學 水文地質(zhì)學的一部分，是研究礦床開發(fā)過程的水文地質(zhì) 問

2、題的分支。,研究內(nèi)容 1. 地下水的分布、形成規(guī)律 2. 地下水的物理性質(zhì)、化學成分 3. 地下水運動規(guī)律、動態(tài)變化 4. 礦山充水條件、富水分析 5. 防排水工程,第三篇 礦床水文地質(zhì),第 11章 地下水基本知識 11.1 地下水賦存狀態(tài) 1.巖土的空隙性 2.水在巖土中存在形式 3.巖土的水理性質(zhì) 11.2 地下水的物理性質(zhì)、化學成分 1.物理性質(zhì) 2.化學成分 11.3 地下水的分類及各類地下水的特征,概述 1. 自然界的水 大氣水(Atomospharic Water) 地表水(Surface Water) 地下水(Underground Water) 2. 礦床地下水 埋藏、運動在礦

3、床范圍的地下水 3. 水的循環(huán),第11章 地下水基本知識,132.2億億噸,3.8億億噸,8600萬億噸,0.34 (地表水+大氣水）,自然界水的循環(huán),陸地上的淡水來自天上。海水在陽光下蒸發(fā)，鹽留在了海里，而淡水蒸發(fā)到天上，形成云。云被風吹到陸地的上空，凝結(jié)后降落到大地上。如此，陸地上的江河、湖泊、濕地才得以形成，它們是陸地生命的淡水源。,自然界水的循環(huán),434,11.1 地下水賦存狀態(tài) 1. 巖土的空隙性,巖土中的空隙是地下水存在的環(huán)境?？障兜拇笮?、多少、連通程度及分布狀況等是決定地下水存在和運動規(guī)律的重要因素。 根據(jù)巖土空隙的成因和結(jié)構(gòu)的不同，巖石的空隙可分為三種類型：孔隙、裂隙和巖溶溶洞

4、。, （1）孔隙 Pove 土(粘土、砂土、礫石等)和碎屑巖等沉積巖中的顆粒和顆粒集合體間存在的空隙。, 不同的巖土，孔隙的大小和發(fā)育程度不同，在科學研究和工程應用中，常用孔隙度(n)來表示孔隙的發(fā)育程度： n=Vn/V 或 n =Vn/V100% Vn 孔隙體積； V 包括孔隙在內(nèi)的巖石(土)總體積。 松散巖土的孔隙度：2647.5% 堅硬巖石： 巖漿巖、變質(zhì)巖13% 砂巖、礫巖310%,（2）裂隙 堅硬巖石由于巖漿的冷凝作用、地殼運動中構(gòu)造應力作用或風化剝蝕作用，在巖石中產(chǎn)生的裂縫，稱為裂隙。 裂隙在巖石中的分布不均勻。,裂隙度（裂隙率 Kt ） 衡量裂隙發(fā)育程度的指標度，也稱為裂隙率。

5、Kt=Vt/V100% 在巖層露頭處或坑道中 Ka=LB/F100% (面裂隙度) 巖層露頭面積(F)，該面積上裂隙的長度(L)及平均寬度(B) 鉆孔中所取巖心 Kl=B/L100% ( 線裂隙度) ,（3）巖溶溶洞 地下水溶蝕了某些可溶性巖石(如石灰?guī)r、石膏、巖鹽等)，而在巖石中形成的洞穴稱巖溶溶洞。 巖石中巖溶溶洞的不均勻性較裂隙更甚，大的巖溶溶洞，體積可達數(shù)十萬立方米以上。 溶洞度(Kk)，巖溶率 衡量巖溶溶洞發(fā)育程度的指標 Kk=Vk/V100% Vk 巖溶溶洞的體積； V 總體積(包括Vk ) 巖溶溶洞度通常通過鉆孔中所取得的巖心測量而得。,2. 水在巖土中的存在形式,根據(jù)水在空隙中

6、的物理狀態(tài)，水與巖土顆粒的相互作用等特征，將其分為氣態(tài)水、結(jié)合水、毛細水、重力水、固態(tài)水等五類。,氣態(tài)水 即水蒸氣，和空氣一起充填在巖土的空隙中。,結(jié)合水 包括吸著水和薄膜水。由于細小的土粒表面帶電，而水又是極性分子，在土粒表面靜電引力作用下而被吸附的水稱為結(jié)合水。,指緊靠土粒表面的結(jié)合水，極其牢固的結(jié)合在土粒表面上，性質(zhì)接近于固體，密度約為1.22.4g/cm3，冰點為78，具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強度，沒有溶解鹽類的能力，不能傳遞靜水壓力；,緊靠于吸著水的外圍形成一層的結(jié)合水膜。它仍然不能傳遞靜水壓力，但水膜較厚的弱結(jié)合水能向臨近的較薄的水膜緩慢移動。,2. 水在巖土中的存在形式,毛細

7、水由毛細力作用而充滿在巖土毛細空隙(一般指直徑小于1mm的孔隙和寬度小于0.25mm的裂隙)中的水。,重力水充滿于非毛細空隙中的液態(tài)水。當薄膜水的薄膜更加增大時，水與巖土顆粒間的作用力逐漸減小，當這種力量不能保持薄膜水時，薄膜水即變?yōu)橐簯B(tài)水滴受重力影響而在巖土空隙中運動。,固態(tài)水以冰的形式存在于巖土中的水。高寒地區(qū)冬季或全年地殼表層凍結(jié)，其中液態(tài)水即變成固態(tài)水。它在我國的西北和西藏的高寒山區(qū)的永凍層中廣泛分布。,水在巖土中存在形式,3. 巖土的水理性質(zhì),地下水存在和運動于巖土空隙中時，巖土所表現(xiàn)出來的各種性質(zhì)，稱為巖土的水理性質(zhì)。主要包括容水性、持水性、給水性和透水性。 容水性 巖土空隙所能容

8、納水的性能 容水度（Water Capacity） 體積容水度 VH2O/V=Vn/V+Vt/V+Vk/V 重量容水度 WH2O/W巖(干)=Wn/W+Wt/W+Wk/W,持水性 在自然條件下，巖土能夠保持一定水量的性能 持水度（Water-holding property） W薄膜水/W巖(干) 或 V薄膜水/V巖(干),給水性 巖土在重力作用下，自由排出重力水的性能 給水度（Specific yield）= 容水度-持水度 = VH2O/V- V薄膜水/V巖(干),透水性 巖土能使水透過本身的一種性能 滲透率（permeability）表示巖土透水性能大小的指標，稱為滲透系數(shù),3. 巖土的

9、水理性質(zhì),11.2 地下水的物理性質(zhì)、化學成分,（1）溫度 TH=TB+(H-h)/G H=(TH-TB)/r+h TH - 在H(m)處地下水的溫度(C)； TB - 所在地區(qū)年平均氣溫(C)； H - 所測地下水水溫處的深度(m); h - 所在地區(qū)年常溫帶深度(m)； G - 地溫梯度，33m/C； r - 地熱增溫率(1/G),H,1. 物理性質(zhì),TH=TB+(H-h)/G H=(TH-TB)/r+h TB =15C (所在地區(qū)年平均氣溫)； H =510m (所測地下水水溫處的深度); h =15m (所在地區(qū)年常溫帶深度); G=33m/C 地溫梯度；,例,則 TH =15+(51

10、0-15)/33=30C 即在地下510m處地下水的溫度30C,根據(jù)水溫不同的地下水分類,(2)顏色含F(xiàn)eO的水呈淺藍色含F(xiàn)e2O3的水呈褐紅色含腐殖質(zhì)的水呈暗黃褐色含懸浮雜質(zhì)的水懸浮物本身的顏色；顏色的深淺水中懸浮物的化學成分和含量的多少。,(3)密度 11.3g/cm3，死海含鹽30%，海水的密度為1.1721.227 ，人體密度1.0211.097,2.化學成分,(1)地下水成分 地下水中常見的成分如下： 陽離子：H+、Na+、K+、NH+ 4 、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Mn2+等； 陰離子：OH-、Cl-、SO2-4、NO-、NO-3 、HCO- 3 、CO2-3、SiO2- 3

11、及PO3-4等。 化合物分子：Fe2O3、Al2O3及H2SiO3等。 地下水的化學定名和評價就是根據(jù)七種離子進行的。,2.化學成分,(3)硬度 指水中Ca2+、Mg2+的總量，包括暫時硬度和永久硬度。 水中Ca2+、Mg2+以碳酸鹽形式存在的部分，因其遇熱即形成碳酸鹽沉淀而被除去，故稱為暫時硬度； 以硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物等形式存在的部分，因其性質(zhì)比較穩(wěn)定，故稱為永久硬度。 總硬度=暫時硬度+永久硬度 1mmol/L=2.8德國度,(4)總礦化度,單位體積水中所含有的離子、分子和各種化合物(不包括游離狀態(tài)的氣體)的總量稱為水的總礦化度（M），以g/L表示。 通常以105110下將水蒸干后所得

12、的干涸殘余物含量來表示。,2.化學成分,由于某些組分揮發(fā)以及一些含水鹽類的生成，干涸殘余物重量亦不能確切地代表水的總礦化度。 一般的地下水總礦化度多在0.5g/L以下，很少超過1g/L。,按總礦化度大小，地下水可分為五種：淡水、弱半咸水、強半咸水、咸水和鹽水 通常我們所飲用的所謂“淡水”就是指礦化度1的水。,3.地下水化學成分表示方法及水質(zhì)評價,(1)庫爾洛夫式,實例：周口店關砥村南民井某日抽水資料如下: HCO- 3 60 毫克當量% Na+ 50 毫克當量% Cl- 25 毫克當量% Mg2+ 45 毫克當量% SO2- 4 10 毫克當量% Ca2+ 10 毫克當量% CO2 0.016

13、g/l 稀有元素 無 總礦化度 M 0.28 g/l 水溫 15 C 涌水量 Q 60 m3/day (試用庫式表示）,HCO360Cl25 CO20.016M0.28 T15Q60 Na50Mg45,答案,水生命之源,(2)地下水的水質(zhì)評價,1）飲用水的水質(zhì)評價 天然狀態(tài)下，水中存在有害物質(zhì)或缺乏某些人體所需的物質(zhì)時，稱第一環(huán)境地質(zhì)問題； 由于人為因素污染了地下水，使水中存在著有害的物質(zhì)，稱第二環(huán)境地質(zhì)問題。,(2)地下水的水質(zhì)評價,據(jù)國家衛(wèi)生部頒布的生活飲用水衛(wèi)生規(guī)程規(guī)定： 物理性質(zhì)：要求無色、透明、無嗅、無味，溫度以低些為宜，最高也不能超過當?shù)氐钠骄鶜鉁亍?化學成分：要求總礦化度不超過1000mg/L?？傆捕炔怀^25度。pH值在6.59之間。 飲用水有害成分的極限含量：鉛0.1mg/L，砷0.05mg/L，氟化物1.5mg/L，銅3.0mg/L，鋅5.0mg/L，鐵總量0.3mg/L，不能含汞、六價的鉻及鋇等。缺水地區(qū)，只要無毒就可作為飲用水。,(2)地下水的水質(zhì)評價,2）水對金屬的侵蝕性評價 水泵、金屬管道、鋼軌、支架、采掘機械等各種金屬設備，當它們接觸地下水時，可產(chǎn)生化學反應遭受腐蝕，這就是水對金屬的侵蝕性。 各種金屬設備，周圍存在氧和水汽時，則易發(fā)生強烈的侵蝕。酸性水，即pH6.5