第十二章-裂隙水

12．1概述12．2裂隙水成因类型及其中的地下水12．3裂隙介质及其渗流12．4裂隙及裂隙水的研究方法12．5断层的水文地质意义12．1概述贮存运移于裂隙基岩中的水––––裂隙水。1．特点：不均匀性和各向异性①同一岩层中，相距很近的两口井，水量相差悬殊，甚至一孔有水，一孔无水；②相距很近的两孔，地下水位相差很大，水质、动态也有明显的不同；③采矿中整体涌水量不大，但在局部涌水量很大；抽水时，某一方向上的观测孔，水位下降快（甚至较远的孔），而另一方向上甚至很近的观测孔，水位却无变化。2．孔隙水与裂隙水的比较：（1）孔隙水：孔隙分布连续均匀，构成具有统一水力联系、水量分布均匀的层状含水系统。（2）裂隙水：①裂隙率比孔隙率低1~2数量级；②裂隙分布很不均匀（不连续、不均匀）；③其空间展布具有方向性；④一般并不形成具有统一水力联系、水量分布均匀的含水层，而是形成若干带状或脉状裂隙含水系统；⑤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，其水量大小取决于自身规模的大小。带状或脉状裂隙含水系统，一般是由一条或几条大的导水通道（如断层、大裂隙、侵入岩与围岩接触带等）为干流，汇同周围裂隙而形成的。12．1概述12．2裂隙水成因类型及其中的地下水1．成岩裂隙水成岩裂隙––––是岩石在成岩过程中受内部应力作用而产生的原生裂隙。（岩石形成过程中产生的裂隙）含水意义大的有：玄武岩：垂直节理比较发育，裂隙张开性好，且密集均匀，连通良好，常构成贮水丰富、导水通畅的层状裂隙含水系统。举例：美国夏威夷群岛：玄武岩裂隙十分丰富，檀香山城即以此为供水水源，总涌水量7.5m3/s。岩脉及侵入岩接触带：张开裂隙发育，常形成近乎垂直的带状裂隙含水系统。哪种裂隙最常见、分布最广、与工程关系最密切？2．风化裂隙水风化裂隙––––暴露于地表的岩石，在温度变化和水、空气、生物等风化营力作用下形成的裂隙。（风化作用形成的裂隙）特点：常形成密集均匀、无明显方向性，连通良好的裂隙网络。厚度：几米~几十米，未风化的母岩构成相对隔水底板。故风化裂隙水一般为潜水，被后期沉积物覆盖的古风化壳可赋存承存水。12．2裂隙水成因类型及其中的地下水3．构造裂隙水构造裂隙––––是在地壳运动过程中，岩石在构造应力作用下产生。（构造作用形成的裂隙）裂隙几何参数：产状、张开宽度、延伸长度、密度等。从水文地质上看：构造裂隙是所有成因类型裂隙中最常见、分布范围最广，与各种水文地质、工程地质问题关系最密切的一类裂隙，是裂隙水研究的主要对象。通常我们说裂隙水区别于孔隙水，具有强烈的非均匀性、各向异性等特点，主要是针对构造裂隙水而言的。12．2裂隙水成因类型及其中的地下水（1）岩性不同，构造裂隙的水文地质意义也不同：①塑性岩石：如页岩、泥岩、凝灰岩、千枚岩等常形成闭合及至隐蔽的裂隙，这些岩石的构造裂隙往往密度很大，但张开性差，延伸不远，缺少对地下水贮存特别是传导有意义的“有效裂隙”，多构成相对隔水层。②脆性岩石：如石灰岩、岩浆岩、钙质胶结的砂岩等，其构造裂隙一般比较疏松，但张开性好，延伸远，具有较好的导水性。③沉积岩的裂隙发育与其胶结物成分及颗粒的粒度有一定关系。a.钙质胶结—脆性岩石；b.泥质及硅质胶结—塑性岩石；粗颗粒的砂砾岩裂隙张开性优于细粒的粉砂岩。12．2裂隙水成因类型及其中的地下水各类裂隙的特点：①纵裂隙：延伸方向往往就是岩层导水能力最大的方向；纵裂隙延伸较远，在背斜的核部为张性；②横裂隙：一般是张性的，张开宽度最大，但一般延伸不远；③斜裂隙：是剪应力形成的，延伸长度及张开性都相对差一些；④层面裂隙：构成沉积岩的主要裂隙组，裂隙的多少取决于岩层的单层厚度：单层薄，裂隙密集而均匀；单层厚，裂隙稀疏而不均匀。12．2裂隙水成因类型及其中的地下水裂隙水流的基本特征①不均匀性：大的导水通道上水量大（主干裂隙），钻孔或坑道揭露时涌水量大，并汇集小裂隙中的水；离开主干裂隙，在小裂隙上，水量很小；②在整个岩体中，裂隙通道所占空间比例很小，一般为：几%~十几%；③水流只存在于裂隙通道内，通道之外没有水流，其渗流场是不连续的；(图12-8)④水的流向：局部流向与整体流向往往不一致，有时甚至与整体流向相反。12．3裂隙介质及其渗流12．4裂隙及裂隙水的研究方法岩层(岩体)裂隙野外调查统计！1．等效多孔介质方法等效多孔介质方法––––就是用连续的多孔介质的理论来研究非连续的裂隙介质，用虚拟的一个等效多孔介质场来近似代替复杂的裂隙介质场。不要求两个水动力场完全相似，只要求某些方面相近，如两个系统的泉流量要相等，这时称这个孔隙介质为裂隙介质的等效多孔介质。应用条件：a.等效时，含水系统的补、径、排条件不能改变；b.要求介质总体导水能力等效，如泉流量相等；c.边界条件相同。12．4裂隙及裂隙水的研究方法2．双重介质方法裂隙介质存在两种导水性能相差悬殊的空隙空间，其中大的裂隙导水能力比较强，小的裂隙，导水能力弱，但为数众多，贮水能力不可忽略。对介质中大、小两种裂隙分别用两种等效的多孔介质去近似代替大小两种空隙，称为––––双重介质方法。在双重介质方法中，大小两种空隙空间分别刻画，有各自的参数（如K，n，μ等），但两种空隙存在水力联系，可以进行水量交换。双重介质方法仍属于连续介质范畴，它的基本原理是等效多孔介质方法，区别仅在于对大小空隙进行分别描述。12．4裂隙及裂隙水的研究方法3．非连续介质方法对裂隙网络每条具有实际导水意义的裂隙进行精确地描述，包括每条裂隙的张开宽度、延伸长度、产状等，要求做出实际的裂隙网络图，然后分别建立裂隙水流方程进行研究––––非连续介质方法。优点：比较精确。缺点：对实际资料要求高，计算比较复杂。适用于：研究区域比较小，工作程度比较高的地区（如岩体高边坡的稳定性、地下硐室围岩的稳定性等）。12．4裂隙及裂隙水的研究方法12．5断层的水文地质意义对于供水：（1）隔水断层：断裂带本身不含水，但上盘或下盘岩层如果裂隙发育（脆性岩石），具有较好的汇水条件，可成为富水地段→打断层两侧的岩层。（2）透水断层：断裂带本身富水，若断层勾通上、下含水层，则使富水性增强→打断层。对于矿山排水：（1）隔水断层：若断层一侧岩层富水，则开采矿床时，不能打穿断层，以防地下水涌入矿坑→保护断层。（2）透水断层：为防止地下水涌入矿坑→留设防水矿柱。如开采C–P系煤层时，C系薄层灰岩水量并不大，若开采时打穿了透水断层，而断层又和O系灰岩导通，则可造成突水淹井事故，华北地区的大多数突水事故均属于此种类型。断层两盘的岩性及断层的力学性质，控制着断层的导水—贮水特征。1．张性断层①脆性岩层中的张性断裂→常具有良好的导水能力；②含泥质较多的塑性岩层中的张性断裂→往往导水不良，甚至隔水。2．压性断层①塑性岩中→通常是隔水的；②脆性岩中→断层两侧多发育张开性较好的扭张裂隙，为导水带。3．扭性断裂的导水性介于张性断裂与压性断裂之间4．同一条断层，其导水性能可能发生变化5．导水断层可以起到贮水空间、集水廊道与导水通道的作用12．5断层的水文地质意义断裂带的其它功能：(1)发育于透水围岩中的导水断层，不仅是贮水空间，还兼具集水廊道的功能。(2)导水断层沟通若干个含水层或地表水体时，断层兼具贮水、集水廊道与导水通道的功能。钻孔或坑道揭露可获得稳定水源。(3)如有厚层隔水层且断层断距较大的，可被切割成相对独立的块段。与外界水力联系变弱；正是由于这种阴隔作用，大的断层往往构成地下含水系统的边界。12．5断层的水文地质意义12．5断层的水文地质意义