第9章-不同空隙岩层中的地下水.

第9章不同含水介质中的地下水9.1孔隙水9.2裂隙水9.3岩溶水9.4泉本章教学内容：9.1孔隙水9.1.1洪积扇中的地下水9.1.2冲积物中的地下水9.1.3湖积物中的地下水9.1.4黄土中的地下水9.1.5孔隙含水系统实例分析赋存于松散岩类孔隙中的水称为孔隙水。孔隙水广泛分布于第四系松散沉积物的颗粒之间，是沉积物的组成部分。不同成因类型的松散沉积物，受不同水动力条件的控制，显示出不同的水文地质特征。从回溯挽近时期地质发展史，恢复沉积时的水动力条件，是掌握松散沉积物沉积规律并借以认识孔隙水形成与分布规律的关键所在。9.1.1洪积物中的地下水1、洪积物的沉积特征：洪积物多分布于山前平原和山间盆地，是暂时性水流（洪流）流出山口形成的，地貌特征为洪积扇。洪积物的颗粒由山前向平原逐渐变细。洪积扇昌马洪积扇玉门市坐落在一个如银杏叶般的洪积扇东北边缘。玉门油田粒度统计分析方法在青藏高原隆升研究中的运用及效果_以昌马洪积扇为例太行山（北段）冲积扇造就的城市带祁连山冲积扇造就的城市带新疆哈密洪水来势汹汹，冲出山口后，由于坡度骤降，水流变得缓而分散，丝丝细流漫无目的地流淌开来，仿佛一束被解开的辫子。每一次洪水所携带的物质堆积沉淀下来，逐渐形成了厚厚的洪积扇。典型地区洪积扇沉积物的分带性洪积扇岩相分带(沉积特征)：扇顶相、扇形相、滞水相扇顶相以巨砾、砾石等粗粒沉积物为主，夹有细粒沉积透镜体，巨砾间为后续水流细粒充填，发育急流交错层理。扇形相为沉积砂砾卵石、漂砾组成。粗粒沉积物成条状由扇顶伸入，剖面上呈各种透镜状(又称填谷粗粒沉积物)，常与细粒沉积物交互，呈现不连续层状，称“多元结构”。滞水相又称边缘相，进入平原或盆地，主要由亚砂土、亚粘土组成，具有由粉砂与亚粘土组成的“纹泥状”薄层理。以上各岩性带在平面和剖面上都呈过渡关系。洪积物岩相离山口的距离取决于气候和新构造运动对洪流作用的影响，有时离山口近，有时远离山口伸入平原(或盆地)较远。洪积物厚度最大处在中部；在山前有活动断裂时近断裂带最厚。洪积扇岩相分带结构示意图2、洪积物的水文地质特征：Ⅰ带---盐分溶滤带（径流带）：沉积物透水性好，利于吸收降水和地表水的补给。潜水埋藏深，水力坡度大，径流途径短而强烈；蒸发微弱，以径流排泄为主；溶滤强烈，常形成低矿化水；地下水位动态变化大。Ⅱ带---盐分过路带（溢出带）：沉积物透水性变差，径流受阻，潜水位接近地表形成泉或沼泽；径流途径加长；蒸发加强，水的矿化度增高；地下水位动态变化小。Ⅲ带---盐分堆积带（蒸发带）：沉积物透水性较差，出现承压含水层，潜水埋深较Ⅱ带增大，径流缓慢；以蒸发排泄为主，水的矿化度较高，易发生盐渍化。Ⅰ带潜水位埋深由深变浅径流由强变弱透水性由好变差补给条件由好变差径流排泄转为蒸发排泄溶滤作用转为浓缩作用水位变幅由大变小矿化度由小变大Ⅱ带Ⅲ带特征综述：半干旱地区洪积扇水文地质示意剖面图山前水位埋深深浅深浅因新构造运动引起的洪积扇地下水位异常洪积扇水化学分带在不同气候条件下很不相同。干旱气候的祁连山山前倾斜平原，年降水量只有50～170mm，降水入渗补给地下水微乎其微，蒸发强烈，显示良好的水化学分带。洪积扇顶部为矿化度小于lg／L的重碳酸盐水；中间过渡带为1～3g／L的重碳酸盐—硫酸盐水和硫酸盐－氯化物水；溢出带以下为矿化度大于l0g／L的氯化物水。湿润气候的川西山前倾斜平原年降水量高达1000mm以上，由洪积扇顶部直到溢出带以下，均为矿化度小于0.5g／L的重碳酸盐水，水化学分带很不明显。9.1.2冲积物中的地下水1、冲积物的沉积特征冲积物分布于平原、山间盆地和山间谷地中，是经常性水流（河流）所形成的沉积。地貌为：河床、漫滩、阶地。从上游到下游，沉积物由砂砾卵石层---细粉砂、砂砾石层---粉砂、亚砂土、亚粘土，沉积规模由小到大，粒度由粗变细。从河床（现代河道与古河道）到两侧漫滩、阶地以及河间洼地，沉积物砂砾卵石---粉细砂---亚砂土、亚粘土，粒度由粗变细。垂向上粗、细粒沉积物多呈透镜状犬牙交错互相穿插。黄河冲积平原水文地质示意图2、冲积物的水文地质特征上游：为单一的潜水，沉积物透水性强，降水补给，径流排泄，含水层分布窄，厚度小，水质好（HCO3---Ca型水），储量小。中游：出现承压水，沉积物透水性强，降水、地表水补给，以径流排泄为主伴有蒸发，含水层厚度大，埋深较浅，水量丰富，多为淡水。下游：宽广的冲积平原，承压水和潜水互层，沉积物透水性变差，降水、地表水补给，以蒸发排泄为主，含水层单层厚度变薄，薄层的粉细砂、亚砂土、亚粘土组成含水岩组。潜水埋藏较浅（2-3m），水质变差。河床（古河道）：沉积物透水性强，降水、地表水补给，径流排泄，溶滤作用为主，水质好。远离河床：沉积物透水性减弱，潜水局部具承压性，降水、地表水补给，蒸发、径流排泄，出现浓缩作用，水质变差。河间洼地：沉积物透水性较差，降水、地表水补给，蒸发排泄，以浓缩作用为主，水质较差（多为Cl型水，矿化度＞10g/L）。.河谷剖面图（李正根P57图4--15，16）河北平原浅层古河道分布略图武地院地貌P1353、冲积层的富水地段A山区河谷：山区河流主支流交汇地段；河谷开阔地段，呈袋状或葫芦状谷地；河流急转变段和河弯的凸岸。B丘陵低山区：低阶地和阶地前缘；高阶地中河床砂砾石的沉积带；河漫滩地带。C河流下游平原：依据利于富水的地质构造条件和岩性特征予以圈定。冲积平原地下水的分带性的特点9.1.3湖积物中的地下水1、湖积物的沉积特征：湖积物属于静水沉积（由动水到静水的沉积）。岸边浅水处沉积砂砾石层，向湖心逐渐过渡为粘土（化学沉积）。颗粒分选良好，层理细密。为环状沉积---湖盆。青海湖碎屑沉积平面分布图青海湖——中国最大的内陆咸水湖青海湖青海湖——中国最大的内陆咸水湖高原明珠湖泊---纳木措纳木措是中国第二大咸水湖，也是世界上海拔最高的大湖。湖面海拔４７１８米。高原明珠湖泊---错高湖羊卓雍措、纳木措、玛旁雍措并称西藏三大圣湖高原明珠湖泊---羊卓雍措湖泊碎屑沉积受湖泊规模、湖浪冲蚀、波浪作用和湖水位变化影响。湖泊的动力与沉积环境分带，导致湖泊沉积物的环带状分布。分为：Ⅰ.湖滨带Ⅱ.过渡带Ⅲ.湖心带I．湖滨带湖滨带是受湖浪冲蚀与波浪作用的动能较高地带，深度近于浪基面。此带宽度取决于湖岸水下坡度。此带以粗粒堆积为主，在岩岸和河流入湖地段，主要为砂与砂砾堆积，有时为砾石层。砾径一般以2～5cm为主，砾性取决于入湖河流砾石与湖岸基岩。砾石圆度与分选良好，扁平面呈叠瓦式排列，倾向湖心方向，倾角以10°为主，砂砾层理的倾向、倾角亦具有与砾石相似产状。Ⅱ．过渡带位于湖滨带与湖心带之间，是受湖水位变化影响的主要地带。洪水季节此带近湖滨带一侧水流紊动强，细粒大部分被搬向湖心带，只有较粗的粉细砂或亚砂土沉积下来；平水期水流紊动弱，沉积物质较细，由此而组成粗、细粒沉积物构成的薄层水平层理，成为湖积物典型结构、构造特征。在强风浪时，此带亦受波浪扰动，形成具有波痕的砂层。Ⅲ．湖心带位于湖泊中心，水体波动微弱，沉积环境较为安宁。形成较厚的粘土与淤泥互层，或具有隐层理的厚层粘土层。习于静水的少量薄壳软体生物和蠕虫栖息于此。2、湖积物的水文地质特征岸边浅水处沉积物透水性好，有径流，水量丰富，水质较好，水动态季节变化明显。向湖心沉积物透水性逐渐变差，富水程度逐渐变差，排泄以蒸发作用为主。水化学类型由碳酸型过渡为硫酸型，到湖心为氯化物型。湖积物中的孔隙水与外界联系较差，补给困难，水资源一般不丰富。9.1.4黄土中的地下水1、黄土的沉积特征黄土遍布我国西北地区，沉积厚度大，粉土含量＞60%，上部结构疏松，虫孔、根孔和垂直节理发育。下部黄土结构较致密，富含Ca质结核，含数层古土壤。地貌为塬、峁、梁。2、黄土的水文地质特征塬：地形平坦，切割微弱，利于降水入渗补给，水量较丰富，且由塬中心向四周散流，以泉泄于沟底。水位埋深塬中心20--40m，塬边60--100m，水的矿化度由塬中心向四周增大。梁、峁：切割强烈，不利于降水入渗补给，水量较小，水位埋深10--30m，水质较差。总之，在黄土高原区，由于岩性、地貌、气候的综和影响，水量不丰富，水位埋深大，水质较差。黄土塬黄土墚黄土高原地下水示意图黄土塬潜水等水位线示意图黄土高原降水量不大。除东南部可达500～700mm外，中部为400～500mm，北部小于400mm。降水稀少，故黄土中可溶盐含量高，从而地下水矿化度也较高。相对湿润的南部，黄土可溶盐少于0.3%，地下水矿化度一般为小于lg／L的重碳酸盐水。干旱的北部，黄土含盐量0.5～0.8％，地下水通常为矿化度3～l0g／L的硫酸盐—氯化物水。同一时期同一水流系统，随着沉积环境递变，可在不同部位形成不同成因类型的沉积物，而其中组成含水层的粗粒物质，连续分布，赋存其中的水具有密切联系，构成统一的孔隙含水系统。下面以河西走廊为例加以说明。9.1.5孔隙含水系统实例分析绝大部分消耗于蒸发以泉的形式进入湖泊泉群洪积扇河水复渗入扇石羊河流域的沉积物是由两个系列沉积组成。第一个系列是武威盆地中的沉积南部为单层厚度巨大的卵砾石，最厚者可达400m，为洪积物。这一地段，地表不存在常年性河流，只在洪水季节地表出现暂时性水流。溢出带的泉群在地表汇流成为石羊河。第二个系列是在盆地的低洼部位也出现湖泊沉积河道切穿红崖山之后，进入民勤盆地。沉积物成因类型的变化仍然和武威盆地一样，先是洪积，再为冲积，最后为湖泊沼泽沉积，只是其规模较小，这是水量较小的结果。总之，影响沉积物成因类型不同的直接原因是地形和地表水流速及流量的变化。从上述情况，可以得到如下几点认识：(1)含孔隙水的沉积物成因类型的变化是地形和水流状态改变的结果。其中的水是连续的，不同成因类型沉积物的变化也是连续的。(2)在流动过程中，地表和地下水之间不断相互转化，二者是一个统一的整体，两个盆地，是上下游关系，水的来源只有一个，上游盆地的取水量会影响到下游的应用。武威盆地水系图祁连山---武威盆地地表-地下水转化示意图请自学教材P147-P160内容(滨海三角洲沉积物、沙漠中的地下水、冰川沉积物、多年冻土区的地下水以及松散沉积物中承压水的某些特点等内容)掌握分析问题的方法：沉积环境水动力条件沉积规律地下水特征本节的重点是掌握从沉积物的沉积环境（水动力条件）出发，分析沉积物的沉积规律，进一步分析地下水的特征的思路与方法。重要的知识点是掌握洪积物和冲积物中地下水的赋存、运动、水化学和水动态的分带性特点。9.2.1概述9.2.2裂隙水的类型9.2.3裂隙介质及其渗流9.2.4裂隙介质的研究方法9.2.5断裂带的水文地质意义9.2.6裂隙水的水化学特征9.2裂隙水（非可溶性基岩中的地下水）与孔隙水的区别：埋藏和分布不均匀；含水层的形态多种多样；地质构造因素的控制作用非常明显；地下水运动状态复杂等。9.2.1概述坚硬基岩在应力作用下产生各种裂隙：成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙。裂隙水表现出更强烈的不均匀性和各向异性。裂隙岩层只有在一些特殊的条件下才能形成水量分布比较均匀的层状含水系统。通常由部分裂隙在岩层中某些局部范围内连通构成若干带状或脉状裂隙含水系统。裂隙含水系统岩层中各裂隙含水系统内部具有统—的水力联系，水位受该系统最低出露点控制。各个系统与系统之间没有或仅有微弱的水力联系，各有自己的补给范围、排泄点及动态特征，其水量的大小取决于自身的规模。规模大的系统贮容能力大，补给范围广，水量丰富，动态比较稳定。赋存于坚硬基岩裂隙中的地下水称裂隙水。1、成岩裂隙水1)、成岩裂隙的特征：岩石在形成过程中由于冷凝、压实脱水等原因引起岩石体积的收缩而产生的裂隙叫成岩裂隙。9.2.2裂隙水的类型侵入岩体边缘发育有横裂隙（与流线垂直）纵裂隙（与流线平行）、层裂隙（与侵入岩体裂隙发育示意图面平行）；陆地喷发的玄武岩浆冷凝收缩形成六角形直立网格状裂隙；熔岩流冷凝时，产生孔道和孔洞。河北省抚宁县张岩子闪长玢岩中的柱状节理2)成岩裂隙水特征：陆地喷发的玄武岩和熔岩流裂隙发育地带，水的连通性好，水量丰富，常形成强大