水文地质学基础第二章岩石中的空隙与水1.ppt

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1、LOGO第二章第二章 岩石中的空隙与水岩石中的空隙与水The Interstices and Water in Rocks主讲教师：张卫民主讲教师：张卫民Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础（上）（上）2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙 2.2 岩石空隙中的水岩石空隙中的水 2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质本章内容本章内容Company Logo2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙l 岩石岩石水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层l 空隙空隙岩、土中各种类型的空洞的总称岩、土中各种类型的空洞的总称 空空隙隙是是地地下下水水赋赋存

2、存场场所所（places）和和运运移移通通道道（conduits）空隙类型空隙类型 孔隙孔隙（pore）-松散土层（松散土层（unconsolidated soil）裂隙裂隙（fissure）-坚硬岩石（坚硬岩石（hard rock）溶穴溶穴（cavity）-可溶岩石（可溶岩石（dissoluble rock）下下面面讨讨论论描描述述空空隙隙特特征征的的有有关关概概念念，参参数数（指指标标）和和分分析方法。析方法。Company Logo 孔隙（孔隙（pore）指松散岩石颗粒或颗粒集合体之间的空隙。指松散岩石颗粒或颗粒集合体之间的空隙。孔孔隙隙的的描描述述有有：孔孔隙隙的的大大小小，多多少少，

3、形形状状，连连通通与与分分布布 1 1、砂砾石孔隙大小及其影响因素、砂砾石孔隙大小及其影响因素v 孔隙大小与颗粒大小关系？孔隙大小与颗粒大小关系？试样试样 a a砾石样品，砾石样品，b b砂土样品，砂土样品，c c砂砾混合样品砂砾混合样品提问：试样提问：试样a a与与b b构成的孔隙哪种大？哪种小？构成的孔隙哪种大？哪种小？v 孔隙大小与颗粒排列关系孔隙大小与颗粒排列关系立方体、四面体立方体、四面体孔隙大小特征的描述：孔喉孔隙大小特征的描述：孔喉 d=0.414Dd=0.414D（立方体）（立方体）孔喉孔喉 d=0.155D d=0.155D（六面体）（六面体）(上述为：理想的等粒球排列）上述

4、为：理想的等粒球排列）孔喉和孔腹？孔喉和孔腹？v总结：总结：砂砾石孔隙大小主要取决于颗粒大小与排列情况砂砾石孔隙大小主要取决于颗粒大小与排列情况2.1.1 孔隙孔隙Company Logoa砾石砾石(模型模型)b砂土样品砂土样品 c砂砾混合样品砂砾混合样品孔隙与粒径关系孔隙与粒径关系Company Logo立方体排列与立方体排列与四面体排列四面体排列D dDd立方体排列立方体排列 四面体排列四面体排列Company Logo2.1.1 孔隙孔隙2、砂砾石的孔隙度（、砂砾石的孔隙度（porosity）及其影响因素）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是描述松散岩石中孔隙多少的

5、指标v定定义义：指指某某一一体体积积岩岩石石（包包括括颗颗粒粒骨骨架架与与空空隙隙在在内内）中中孔孔隙体积所占的比例。通常用隙体积所占的比例。通常用 n 表示表示vv？问：问：孔隙度的大小与什么有关？孔隙度的大小与什么有关？v 与颗粒大小有关？与颗粒大小有关？a.与排列方式有关与排列方式有关紧密与疏松紧密与疏松 理理想想最最疏疏松松孔孔隙隙度度为为47.64%(47.64%(立立方方体体排排列列)紧紧密密排排列列孔孔隙度为隙度为25.95%25.95%（四面体排列）。（四面体排列）。b.与与分分选选程程度度有有关关下下面面试试样样哪哪个个孔孔隙隙度度大大？哪哪个个小小？试样：试样：砾石砾石 砂

6、石砂石 混合样混合样Company Logo不同颗粒大小的试样不同颗粒大小的试样孔隙度？孔隙度？v 三种颗粒直径不同的等粒岩石，排列方式相同时，孔三种颗粒直径不同的等粒岩石，排列方式相同时，孔隙度完全相同。隙度完全相同。Company Logo2.1.1 孔隙孔隙2、砂砾石的孔隙度（、砂砾石的孔隙度（porosity）及其影响因素）及其影响因素v 完完全全混混合合试试样样：孔孔隙隙度度 n混混=n砾砾n砂砂（请请自自己己推推导导证证明）明）具具体体指指当当某某种种岩岩石石由由两两种种大大小小不不等等的的颗颗粒粒组组成成，且且粗粗大大颗颗粒粒之之间间的的孔孔隙隙，完完全全为为细细小小颗颗粒粒所所

7、充充填填时时，则则此此岩岩石石的的孔孔隙隙度度等等于于由由粗粗粒粒和和细细粒粒单单独独组组成成时时的的岩岩石石的的孔孔隙隙度度的的乘积。乘积。v 总结总结 v 影影响响砂砂砾砾石石孔孔隙隙度度大大小小的的主主要要因因素素是是颗颗粒粒的的分分选选程程度度及排列情况及排列情况。颗粒形状、胶结与充填颗粒形状、胶结与充填也会影响孔隙度。也会影响孔隙度。v 颗粒形状愈不规则，孔隙度愈大。颗粒形状愈不规则，孔隙度愈大。v 分选程度差，颗粒大小愈悬殊，孔隙度愈小。分选程度差，颗粒大小愈悬殊，孔隙度愈小。Company Logov自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论

8、的还有些不同P17表表2-1表表2-1 松散岩石孔隙度参考数值松散岩石孔隙度参考数值 v矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？v矛盾之二：孔隙度超过矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的最疏松排列的47.64%达到达到70%2.1.1 孔隙孔隙Company Logo3、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度v粘土颗粒粘土颗粒粘性土是指土体颗粒粘性土是指土体颗粒 0.005mm 的直径的直径“粘性土由于颗粒细小，比表面积大，连结力强粘性土由于颗粒细小，比表面积大，连结力强 粘粘粒粒在在悬悬浮浮 推推移移 互互相相接接触触时时，就就会会连连结结起起来来 形形成

9、成粘粘粒粒团团”细小粘粒集合（团）构成（称为）细小粘粒集合（团）构成（称为）颗粒集合体颗粒集合体。集合体与集合体结合构成集合体与集合体结合构成粘性土粘性土粘性土粘性土的沉积结构特征的沉积结构特征v粘粘土土孔孔隙隙：孔孔隙隙大大小小除除与与颗颗粒粒大大小小及及排排列列有有关关，还还与与结结构构孔孔隙隙、次生孔隙有关次生孔隙有关。孔隙度可以超过最大理论孔隙度？孔隙度可以超过最大理论孔隙度？粘性土如同海绵、峰窝或絮状结构粘性土如同海绵、峰窝或絮状结构结构孔隙结构孔隙集合体与集合体、粘粒与粘粒之间集合体与集合体、粘粒与粘粒之间次生孔隙次生孔隙虫孔、根系孔、裂隙裂痕等虫孔、根系孔、裂隙裂痕等2.1.1

10、孔隙孔隙Company Logo蒙脱石、片状粘土矿物蒙脱石、片状粘土矿物淤泥粘土淤泥粘土Company Logo36240800粘性土的结构，不同比例电镜扫描片粘性土的结构，不同比例电镜扫描片Company Logo松散孔隙松散孔隙|粘土粘土 孔隙孔隙|裂隙溶隙裂隙溶隙Company Logo裂隙裂隙（fissure fracture）固固结结的的坚坚硬硬岩岩石石中中，一一般般仅仅残残存存很很小小部部分分孔孔隙隙，而而存在有各种内外力作用下产生的裂缝（缝隙）存在有各种内外力作用下产生的裂缝（缝隙）n 裂隙类型：裂隙类型：风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙

11、裂裂隙隙形形态态：空空间间形形态态是是两两向向延延伸伸长长，横横向向延延伸伸短短的的“饼状饼状”空隙空隙，单个裂隙是孤立的，单个裂隙是孤立的 裂裂隙隙描描述述：从从水水的的赋赋存存与与运运移移角角度度来来看看，裂裂隙隙的的描描述述包括：包括：1)裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）2)张开性（裂隙宽度）张开性（裂隙宽度）3)裂隙率等裂隙率等2.1.2 裂隙裂隙Company Logo风化（卸荷）裂隙、风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、成岩裂隙、构造裂隙构造裂隙Company Logo砂岩岩芯中的孔隙砂岩岩芯中的孔隙Company Logov裂隙率裂隙率 裂隙多

12、少用裂隙率表示，有如下三种：裂隙多少用裂隙率表示，有如下三种：v 体裂隙率（体裂隙率（KV）：一般用于室内测定：一般用于室内测定 式中：式中：VV 裂隙体积裂隙体积；V包含裂隙在内的岩石体积。包含裂隙在内的岩石体积。v 线裂隙率线裂隙率KL：一般用于野外测定：一般用于野外测定 指与裂隙走向垂直方向上单位长度内裂隙所占的比例。指与裂隙走向垂直方向上单位长度内裂隙所占的比例。式中：式中：bi：沿裂隙走向方向第：沿裂隙走向方向第i条裂隙的宽度条裂隙的宽度 L：与裂隙走向垂直方向上代表性测量线段的长度：与裂隙走向垂直方向上代表性测量线段的长度2.1.2 裂隙裂隙Company Logov裂隙率裂隙率

13、裂隙多少用裂隙率表示，有如下三种：裂隙多少用裂隙率表示，有如下三种：v 面裂隙率（面裂隙率（Ka）：）：一般用于野外测定一般用于野外测定 指单位面积岩石上裂隙所占的比例。指单位面积岩石上裂隙所占的比例。式中：式中：F：代表性露头地段岩石面积：代表性露头地段岩石面积 bi：第：第i条裂隙宽度条裂隙宽度 Li：第：第i条裂隙长度条裂隙长度2.1.2 裂隙裂隙Company Logo溶穴（溶穴（cavitycavity）caverncavern在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果 是是扩大了的裂隙扩大了的裂隙溶穴溶穴：是溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等：是

14、溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等岩溶岩体岩溶岩体：要描述裂隙特征及岩溶发育特征：要描述裂隙特征及岩溶发育特征 （裂隙（裂隙+溶洞）溶洞）1 1）岩溶发育方向）岩溶发育方向 2 2）溶蚀率）溶蚀率-钻孔岩溶发育程度钻孔岩溶发育程度3 3）溶洞（方向、规模等）溶洞（方向、规模等）2.1.3 溶穴溶穴 Company Logo溶穴（溶穴（cavitycavity）caverncavern岩溶率岩溶率Kk：为溶穴的体积（：为溶穴的体积（VK）与包括溶穴在内的岩）与包括溶穴在内的岩石体积（石体积（V）的比值。）的比值。式中：式中：VK：溶穴体积：溶穴体积 V：包含溶穴在内的可溶岩体积。：包含溶穴在内的可

15、溶岩体积。2.1.3 溶穴溶穴 Company Logo空隙特征的比较空隙特征的比较v 含含水水介介质质由由各各类类空空隙隙所所构构成成的的岩岩石石称称为为含含含含水水水水介介介介质质质质（孔孔隙隙含含水水介介质质、裂裂隙隙含含水水介介质质、溶溶穴穴含含水水介介质质）。含含水水介介质质的的空间分布与连通特征是不同的，三种主要类型的含水介质比较：空间分布与连通特征是不同的，三种主要类型的含水介质比较：vv 连连 通通 性性 孔隙介质最好，其它较差孔隙介质最好，其它较差vv 空空间间分分布布孔孔隙隙介介质质分分布布最最均均匀匀，裂裂隙隙不不均均匀匀，溶溶穴穴极极不不均匀。均匀。孔隙大小均匀，裂隙大

16、小悬殊，溶穴大小极悬殊孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴大小极悬殊vv 空隙比率空隙比率孔隙介质最大，裂隙最小孔隙介质最大，裂隙最小v 空空隙隙渗渗透透性性孔孔隙隙介介质质-各各向向同同性性，裂裂隙隙与与溶溶穴穴-各各向向异异性性造造成成空空隙隙介介质质上上述述差差异异的的主主要要原原因因：沉沉沉沉积积积积物物物物形形形形成成成成和和和和空空空空隙隙隙隙形形形形成成成成的的的的环境环境环境环境2.1.4 空隙特征的对比空隙特征的对比Company Logo2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙 2.2 岩石空隙中的水岩石空隙中的水 2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质本章内容本章内容Company Logov思考题思考题：1 1）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？2 2）粘性土孔隙度大）粘性土孔隙度大是含水层吗？是含水层吗？3 3）试试总总结结砂砂砾砾类类、土土体体的的孔孔隙隙形形状状特特点点，并并加加以以概概化（图示）。化（图示）。3 3）坚坚硬硬的的花花岗岗岩岩、砂砂岩岩、灰灰岩岩的的空空隙隙特特征征有有何何异异同同点？（可以通过查阅资料和文献回答）点？（可以通过查阅资料和文献回答）第二章第二章第二章第二章 第一节第一节第一节第一节 结束结束结束结束岩石中的空隙岩石中的空隙思考题思考题Company Logo