《水文地质学基础》课程授课教案（讲稿）第十一章 裂隙水

课程名称：水文地质学第11讲次授课题目（章、节）第十一章裂隙水$1概述$2裂隙水的类型$3裂隙介质及其渗流S4裂隙介质的研究方法本讲目的及重点：【目的要求]：掌握裂隙水的类型、裂隙介质及其渗流；重点掌握等效多孔介质方法、双重介质方法、非连续介质方法：认识断裂带水文地质意义。[重点]：成岩裂隙水、风化裂隙水、构造裂隙水的概念；【难点]：裂隙介质及其渗流。内容【本讲内容的引入】由含水介质的类型，地下水分为孔隙水、裂隙水、岩溶水：在山区基岩裸露，或松散沉积层覆盖很薄的地区，裂隙水是山区生活及工、农业用水的主要水源，也是采矿的主要障碍。与孔隙含水层相比，裂隙含水体具有“怪”特点。需要了解其特点渗流及特定的研究方法，“第十一章裂隙水”S1概述1．裂隙水是指贮存和运移于坚硬岩石裂隙中的水。2.水量分布不均匀性和水力联系不统一现象：在裂隙基岩地区打井时，往往会遇到一些“怪”现象。例如，打在同一地层中相距很近的钻井，有时甚至只差几十米、几米，但水量却相差数十倍；或一孔有水，另一孔无水；而相邻钻孔的水位、水质与动态有时也有很大差别：裂隙基岩地区采矿时，原来涌水不大的矿井，也可能发生突然性大量涌水，造成淹矿事故。原因：基岩的裂隙率通常比松散沉积物的孔隙率低1-2个数量级，裂隙所占的空间有限，空间在岩层中分布不均匀；裂隙通道展布具有明显的方向性。3.含水系统特点：特殊条件下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的局部范围连通构成若干带状或脉状裂隙含水系统。比较均匀的层状含水系统：夹于厚层塑性岩层中的薄层脆性岩层、规模比较大的风化裂隙岩层。带状或脉状裂隙含水系统：P116图11-14个含水系统，各自有补给范围、排泄点及动态特征，系统之间没有或弱水力联系。S2裂隙水的类型一、成岩裂隙水1、成岩裂隙：岩石在成岩过程中，受内部应力作用而产生的裂隙。玄武岩：玄武岩经常发育柱状节理，裂隙均匀密集，张开性好，贯穿连通，常形成贮水丰富、导

课程名称: 水文地质学 第 11 讲次 授课题目(章、节) 第十一章 裂隙水 §1 概述 §2 裂隙水的类型 §3 裂隙介质及其渗流 §4 裂隙介质的研究方法 本讲目的及重点： [目的要求]：掌握裂隙水的类型、裂隙介质及其渗流；重点掌握等效多孔介质方法、双重介质方法、非 连续介质方法；认识断裂带水文地质意义。 [重点]：成岩裂隙水、风化裂隙水、构造裂隙水的概念； [难点]：裂隙介质及其渗流。 内 容 [本讲内容的引入] 由含水介质的类型，地下水分为孔隙水、裂隙水、岩溶水；在山区基岩祼露，或松 散沉积层覆盖很薄的地区，裂隙水是山区生活及工、农业用水的主要水源，也是采矿的主要障碍。与孔 隙含水层相比，裂隙含水体具有“怪”特点。需要了解其特点\渗流及特定的研究方法. “第十一章 裂 隙水” §1 概述 1．裂隙水是指贮存和运移于坚硬岩石裂隙中的水。 2．水量分布不均匀性和水力联系不统一 现象：在裂隙基岩地区打井时，往往会遇到一些“怪”现象。例如，打在同一地层中相距很近的钻 井，有时甚至只差几十米、几米，但水量却相差数十倍;或一孔有水，另一孔无水；而相邻钻孔的水位、 水质与动态有时也有很大差别；裂隙基岩地区采矿时,原来涌水不大的矿井，也可能发生突然性大量涌 水，造成淹矿事故。 原因：基岩的裂隙率通常比松散沉积物的孔隙率低 1-2 个数量级，裂隙所占的空间有限，空间在岩 层中分布不均匀；裂隙通道展布具有明显的方向性。 3．含水系统特点： 特殊条件下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的局部范围连通构成若 干带状或脉状裂隙含水系统。 比较均匀的层状含水系统：夹于厚层塑性岩层中的薄层脆性岩层、规模比较大的风化裂隙岩层。 带状或脉状裂隙含水系统：P116 图 11-1 4 个含水系统，各自有补给范围、排泄点及动态特征，系统之间没有或弱水力联系。 §2 裂隙水的类型 一、成岩裂隙水 1、成岩裂隙：岩石在成岩过程中，受内部应力作用而产生的裂隙。 玄武岩：玄武岩经常发育柱状节理，裂隙均匀密集，张开性好，贯穿连通，常形成贮水丰富、导

水畅通的潜水含水层。多为具有统一水力联系的层状裂隙水。一般其分布范围较广。补给条件较好时，水量丰富，可作中型甚至大型供水水源。岩脉及侵入体接触带：成岩裂隙特别发育（同时往往受后期构造作用，发育构造裂隙），其产状大多近于直立或急倾斜的，在周围相对隔水的岩层中，常构成成岩裂隙承压水。一般规模比较有限，水量不大。在缺水山区，岩脉及接触带往往是小型供水的找水对象。二、风化裂隙水1、风化裂隙2、可形成层状裂隙水，一般为潜水。3、多种矿物组成的粗粒结晶岩（花岗岩、片麻岩）发育风化裂隙，气候干燥而温差大的山区利于风化作用、地形平缓，利于风化壳的发育与保存，若利于降水汇集，可形成规模稍大，常年提供一定水量的含水层。三、构造裂隙1、构造裂隙：最常见、分布范围最广、与各种水文地质工程问题关系最密切，是裂隙水研究主要对象。2、导水性受岩性影响：塑性岩层：如页岩、泥岩、凝灰岩、千枚岩，形成闭合、隐蔽的裂隙，密度大、张开度小、延伸不远，非导水的“有效裂隙”，构成相对隔水层。脆性岩石：如致密石灰岩、岩浆岩、钙质胶结砂岩，裂隙稀疏、张开性好、延伸远，导水性好。3、受构造应力场控制，具有明显而稳定的方向性层面裂隙为主要裂隙组，纵向裂隙与构造线平行，延伸长，横向裂隙张开，延伸短，斜裂隙剪切裂隙，延伸及张开度差。4、应力集中部位，裂隙发育，透水性好。如背斜轴部、断层带$3裂隙介质及其渗流一、裂隙及裂隙网络1、一个独立的裂隙水流通道，在三维空间上可以被看作为一个有限大小、形状不规则的板状几何体或二个椭圆形薄饼。2、不同规模、不同方向的裂隙通道相互连通为导水裂隙网络，形成裂隙含水系统。（1）层状含水系统：塑性岩层中薄层脆性岩石构造裂隙网络风化裂隙网络玄武岩中的成岩裂隙网络（2）树状（脉状）网络含水系统：由一条或若干条大的导水通道汇同周围中小裂隙形成。微裂隙具有贮水意义；中裂隙最普遍；大裂隙，数量少，起主要控制功能。二、裂隙水流的基本特征1、裂隙水表现出明显的不均匀性，有时表现出突变性2、裂隙水流场是不连续的，渗流场的势除了在裂隙中的若干点外都是虚拟的，3、水流被限制在迁回曲折的网络中，局部流向与整体流向往往不一致

水畅通的潜水含水层。多为具有统一水力联系的层状裂隙水。一般其分布范围较广。补给条件较好时， 水量丰富，可作中型甚至大型供水水源。 岩脉及侵入体接触带：成岩裂隙特别发育(同时往往受后期构造作用，发育构造裂隙)，其产状大多 近于直立或急倾斜的，在周围相对隔水的岩层中，常构成成岩裂隙承压水。一般规模比较有限，水量不 大。在缺水山区，岩脉及接触带往往是小型供水的找水对象。 二、风化裂隙水 1、风化裂隙 2、可形成层状裂隙水，一般为潜水。 3、多种矿物组成的粗粒结晶岩（花岗岩、片麻岩）发育风化裂隙，气候干燥而温差大的山区利于风化 作用、地形平缓，利于风化壳的发育与保存，若利于降水汇集，可形成规模稍大，常年提供一定水量的 含水层。 三、构造裂隙 1、构造裂隙：最常见、分布范围最广、与各种水文地质工程问题关系最密切，是裂隙水研究主要对象。 2、导水性受岩性影响： 塑性岩层：如页岩、泥岩、凝灰岩、千枚岩，形成闭合、隐蔽的裂隙，密度大、张开度小、延伸不 远，非导水的“有效裂隙”，构成相对隔水层。 脆性岩石：如致密石灰岩、岩浆岩、钙质胶结砂岩，裂隙稀疏、张开性好、延伸远，导水性好。 3、受构造应力场控制，具有明显而稳定的方向性 层面裂隙为主要裂隙组，纵向裂隙与构造线平行，延伸长，横向裂隙张开，延伸短，斜裂隙剪切裂 隙，延伸及张开度差。 4、应力集中部位，裂隙发育，透水性好。如背斜轴部、断层带 §3 裂隙介质及其渗流 一、裂隙及裂隙网络 1、 一个独立的裂隙水流通道，在三维空间上可以被看作为一个有限大小、形状不规则的板状几何体或 一个椭圆形薄饼。 2、 不同规模、不同方向的裂隙通道相互连通为导水裂隙网络，形成裂隙含水系统。 （1）层状含水系统：塑性岩层中薄层脆性岩石构造裂隙网络 风化裂隙网络 玄武岩中的成岩裂隙网络 （2）树状（脉状）网络含水系统：由一条或若干条大的导水通道汇同周围中小裂隙形成。 微裂隙具有贮水意义；中裂隙最普遍；大裂隙，数量少，起主要控制功能。 二、裂隙水流的基本特征 1、裂隙水表现出明显的不均匀性，有时表现出突变性 2、裂隙水流场是不连续的，渗流场的势除了在裂隙中的若干点外都是虚拟的。 3、水流被限制在迂回曲折的网络中，局部流向与整体流向往往不一致

打两个距离很近的钻孔，确定地下水的水力梯度、流向、流速都不可靠。P120图11-5S4裂隙介质的研究方法一、等效多孔介质1、虚拟一个等效多孔介质场，代替裂隙介质场2、在特定功能上等效，如图泉量相等。常用原则：大范围内导水能力等效3、求解大范围的水量问题二、双重介质方法：1、有些介质存在两种导水能力相差悬殊的空隙空间。大空隙导水能力强，小空隙贮水能力不容忽视。2、虚拟两个多孔介质场，各自具有独立参数（渗透系数、孔隙度、给水度）3、建立两介质场的水力联系三、非连续介质方法1、详细刻画裂隙通道及其构成网络2、可以精确计算出裂隙网络内一点的水头、孔隙水压力、渗透速度、流量3、用于小范围内以求解孔隙水压力、流速为主的问题。S5断裂带的水文地质意义1、具有特殊意义的水文地质体2、导水一贮水性受断层性质、岩性的影响3、同一条断层，不同部位的导水性可不以同，因时间，导水性也可以变化4、可以起到贮水空间、集水廊道、导水通道的作用。贮水空间：围岩裂隙不发育，断层破裂带作为局部贮水空间集水廊道：透水围岩中的导水断层导水通道：沟通若于含水层及地表水体5、作为地下含水系统的边界：在地下水位深埋以至出现缺水景象的山区，阻水断层常使地下水滞流汇水有利于找水

打两个距离很近的钻孔，确定地下水的水力梯度、流向、流速都不可靠。P120 图 11-5 §4 裂隙介质的研究方法 一、等效多孔介质 1、 虚拟一个等效多孔介质场，代替裂隙介质场 2、 在特定功能上等效，如图泉量相等。常用原则：大范围内导水能力等效 3、 求解大范围的水量问题 二、双重介质方法： 1、有些介质存在两种导水能力相差悬殊的空隙空间。大空隙导水能力强，小空隙贮水能力不容忽视。 2、虚拟两个多孔介质场，各自具有独立参数（渗透系数、孔隙度、给水度） 3、建立两介质场的水力联系 三、非连续介质方法 1、详细刻画裂隙通道及其构成网络 2、可以精确计算出裂隙网络内一点的水头、孔隙水压力、渗透速度、流量 3、用于小范围内以求解孔隙水压力、流速为主的问题。 §5 断裂带的水文地质意义 1、 具有特殊意义的水文地质体 2、 导水—贮水性受断层性质、岩性的影响 3、 同一条断层，不同部位的导水性可不以同，因时间，导水性也可以变化 4、 可以起到贮水空间、集水廊道、导水通道的作用。 贮水空间：围岩裂隙不发育，断层破裂带作为局部贮水空间 集水廊道：透水围岩中的导水断层 导水通道：沟通若干含水层及地表水体 5、 作为地下含水系统的边界： 在地下水位深埋以至出现缺水景象的山区，阻水断层常使地下水滞流汇水有利于找水