水文学基础第二讲

'《水文地质学基础》水文与水资源工程、环境工程专业FundamentalsofHydrogeoloy第二讲1 第二章岩石中的空隙与水2.1岩石中的空隙2.2岩石空隙中水的存在形式2.3与水的储容运移有关的岩石水理性质 2.1岩石中的空隙Intersticesinrocks岩石—包括坚硬岩石及松散土。空隙—岩、土中各种类型空洞的总称。空隙是地下水的赋存场所和运移通道。孔隙（pore）:松散岩石颗粒间的空隙空隙分为裂隙（fissure）:坚硬岩石破裂产生的空隙溶穴（cave）:可溶性岩石被溶蚀后产生的空隙3 岩石中的空隙分选好，排列疏松的砂分选好，排列紧密的砂分选不好，含泥砂的砾石部分胶结的砂岩4 岩石中的空隙有结构空隙的粘土经过压缩的粘土裂隙发育的岩石有溶隙和溶穴的可溶岩5 2.1岩石中的空隙一、孔隙（pore）松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。土体孔隙的描述内容包括：孔隙的大小、多少、形状、连通程度与分布规律松散土体宏观上可以分为2大类：砂性土与粘性土6 1、孔隙大小及其影响因素(1)孔隙大小与颗粒大小的关系：岩石颗粒愈粗，孔隙愈大；颗粒愈细，孔隙愈小!思考：孔隙大小与哪些因素有关？分选、胶结填充、排列、颗粒大小7 1、孔隙大小及其影响因素分选愈差，细粒占的比例愈大，孔隙愈小！胶结程度越好，充填物越多，孔隙愈小！a试样的孔隙为细颗粒形成的小孔隙。？问：下列2种试样哪种孔隙大？a—砂砾混合样(2)孔隙大小与岩石颗粒的分选程度的关系：b—砾石8 （3)颗粒排列方式对孔隙大小的影响孔隙大小特征的描述：孔喉(d)与孔腹(d’)孔喉对水流影响更大，孔隙大小可用孔喉直径进行比较。立方体（最松散）排列：d=0.414D四面体（最紧密）排列：d=0.155D颗粒排列愈紧密，孔隙越小！ABCOABCDO9 立方体排列与四面体排列10 1、影响孔隙大小的因素主要有：颗粒大小；颗粒排列；分选及胶结充填程度颗粒愈粗，分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙愈大；反之愈小2、天然松散岩石的孔隙特征：大小不同、形状各亦，弯曲程度不同，沿程变化的通道构成的复杂的空隙网络。宏观上——均质各向同性的连续的空隙网络；微观上——非均质各向异性的连续的空隙网络。小结：11 2、孔隙度(porosity)及其影响因素孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标。孔隙度的大小与哪些因素有关？孔隙大孔隙度也大吗？概念：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占的比例。通常用n表示12 ？下面试样哪个孔隙度大？哪个小？试样：a—砾石，b—砂石，c—砂砾混合样2、孔隙度(porosity)及其影响因素a—砾石(模型)b—砂土样c—砂砾混合样假设a与b为等粒的理想圆球体，经计算：n砂=n砾说明：孔隙度与颗粒大小无关！13 砂样与砾石样混合时，砾石样中孔隙体积变小，因此孔隙度变小。当粗细颗粒完全混合时，混合样的孔隙度：n混=n粗×n细因此影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度，分选愈差，孔隙度愈小！2、孔隙度(porosity)及其影响因素（1）分选程度与孔隙度的关系14 （2）颗粒排列方式对孔隙度的影响理想最疏松排列（立方体）：孔隙度为47.64%；理想最紧密排列（四面体）：孔隙度为25.95%。排列愈紧密孔隙度愈小。2、孔隙度(porosity)及其影响因素15 自然界中松散岩石的孔隙度（P17表2-1）。岩石名称砾石砂粉砂粘土空隙度(%)25—4025—5035—5040—70这里与粒径的关系是：粒径愈小，孔隙度愈大！与以上分析有矛盾！为什么？为何粘性土的孔隙度超过最疏松排列的47.64%可达70%？2、孔隙度(porosity)及其影响因素16 3、粘性土的孔隙与孔隙度粘土颗粒（指直径<0.005mm的颗粒）；粘性土颗粒细小，比表面积大，连结力强；颗粒表面带电，粘粒在悬浮、推移、互相接触时，易连结起来形成粘粒团，细小粘粒集合（团）构成颗粒集合体。颗粒集合体在重力作用下沉积下来，形成峰窝或絮状结构。粘土孔隙结构孔隙—集合体与集合体、粘粒与粘粒之间的空隙;如同海绵、峰窝，或呈絮状结构。次生孔隙—虫孔、根系孔、干裂缝等。17 影响孔隙度大小的因素主要有：颗粒排列分选胶结充填程度结构及次生孔隙分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大；反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。小结：18 2.1岩石中的空隙二、裂隙(fissure，fracture)固结坚硬岩石一般仅残存很小部分的颗粒间的孔隙，主要发育因各种内外力作用产生的裂隙。裂隙的空间形态：两向延伸长、横向伸短的“饼状”分为：风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙从水的赋存与运移角度，裂隙描述内容包括：1)连通性（裂隙的组数、产状、长度和密度）2)张开性（裂隙宽度）3)裂隙率等19 三、溶穴溶穴：可溶岩在地下水溶蚀作用下产生的空隙。溶孔、溶隙、溶穴、溶洞等对可溶岩要描述岩溶发育特征（裂隙+溶洞）1）岩溶发育方向2）岩溶率--表示岩溶发育程度3）溶洞（方向、规模等）2.1岩石中的空隙20 2.1岩石中的空隙四、空隙特征的比较由空隙所构成的岩石称为含水介质。含水介质有三种：孔隙介质、裂隙介质、溶穴介质。连通性—孔隙介质最好，其它较差空间分布—孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不均匀；孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊空隙率—孔隙介质最大，裂隙最小渗透性—孔隙介质属各向同性，裂隙与溶穴为各向异性造成空隙介质差异的主要原因：沉积物形成和空隙形成的地质环境差异。21 思考题：（1）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？（2）粘性土孔隙度大的岩层是含水层吗？22'