1、第二章 巖石中的空隙與水The Interstices and Water in Rocks主講教師：張衛(wèi)民Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)（上）2.1 巖石中的空隙 2.2 巖石空隙中的水 2.3 巖石的水理性質(zhì)本章內(nèi)容Company Logo2.1 巖石中的空隙 巖石水文地質(zhì)學(xué)中指堅(jiān)硬的巖石及松散的土層 空隙巖、土中各種類(lèi)型的空洞的總稱 空隙是地下水賦存場(chǎng)所（places）和運(yùn)移通道（conduits）空隙類(lèi)型 孔隙（pore）-松散土層（unconsolidated soil） 裂隙（fissure）- 堅(jiān)硬巖石（hard rock） 溶穴（cavi

2、ty）- 可溶巖石（dissoluble rock）下面討論描述空隙特征的有關(guān)概念，參數(shù)（指標(biāo)）和分析方法。Company Logo 孔隙（pore） 指松散巖石顆粒或顆粒集合體之間的空隙。 孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形狀，連通與分布 1、砂礫石孔隙大小及其影響因素 孔隙大小與顆粒大小關(guān)系？ 試樣 a礫石樣品，b砂土樣品，c砂礫混合樣品提問(wèn)：試樣a與b構(gòu)成的孔隙哪種大？哪種?。?孔隙大小與顆粒排列關(guān)系立方體、四面體孔隙大小特征的描述：孔喉 d=0.414D（立方體） 孔喉 d=0.155D （六面體） (上述為：理想的等粒球排列）孔喉和孔腹？總結(jié)：砂礫石孔隙大小主要取決于顆粒大小與排列情

3、況2.1.1 孔隙Company Logoa礫石(模型) b砂土樣品 c砂礫混合樣品孔隙與粒徑關(guān)系Company Logo立方體排列與四面體排列D dDd立方體排列 四面體排列dCompany Logo2.1.1 孔隙2、砂礫石的孔隙度（porosity）及其影響因素 孔隙度是描述松散巖石中孔隙多少的指標(biāo)定義：指某一體積巖石（包括顆粒骨架與空隙在內(nèi)）中孔隙體積所占的比例。通常用 n 表示 ？問(wèn)：孔隙度的大小與什么有關(guān)？ 與顆粒大小有關(guān)？a. 與排列方式有關(guān)緊密與疏松 理想最疏松孔隙度為47.64%(立方體排列)緊密排列孔隙度為25.95%（四面體排列）。b. 與分選程度有關(guān)下面試樣哪個(gè)孔隙度大

4、？哪個(gè)?。?試樣：礫石 砂石 混合樣Company Logo不同顆粒大小的試樣孔隙度？ 三種顆粒直徑不同的等粒巖石，排列方式相同時(shí)，孔隙度完全相同。Company Logo2.1.1 孔隙2、砂礫石的孔隙度（porosity）及其影響因素 完全混合試樣：孔隙度 n混=n礫n砂 （請(qǐng)自己推導(dǎo)證明） 具體指當(dāng)某種巖石由兩種大小不等的顆粒組成，且粗大顆粒之間的孔隙，完全為細(xì)小顆粒所充填時(shí)，則此巖石的孔隙度等于由粗粒和細(xì)粒單獨(dú)組成時(shí)的巖石的孔隙度的乘積。 總結(jié) 影響砂礫石孔隙度大小的主要因素是顆粒的分選程度及排列情況。 顆粒形狀、膠結(jié)與充填也會(huì)影響孔隙度。 顆粒形狀愈不規(guī)則，孔隙度愈大。 分選程度差，

5、顆粒大小愈懸殊，孔隙度愈小。Company Logo自然界中松散巖石的孔隙度與上述討論的還有些不同P17表2-1表2-1 松散巖石孔隙度參考數(shù)值矛盾之一：與粒徑的關(guān)系不是愈大則愈大？矛盾之二：孔隙度超過(guò)最疏松排列的47.64% 達(dá)到70%2.1.1 孔隙Company Logo3、粘性土的孔隙與孔隙度粘土顆粒粘性土是指土體顆粒 0.005mm 的直徑“粘性土由于顆粒細(xì)小，比表面積大，連結(jié)力強(qiáng) 粘粒在懸浮 推移 互相接觸時(shí)，就會(huì)連結(jié)起來(lái) 形成粘粒團(tuán)”細(xì)小粘粒集合（團(tuán)）構(gòu)成（稱為）顆粒集合體。集合體與集合體結(jié)合構(gòu)成粘性土的沉積結(jié)構(gòu)特征粘土孔隙：孔隙大小除與顆粒大小及排列有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)孔隙、次生孔隙

6、有關(guān)?？紫抖瓤梢猿^(guò)最大理論孔隙度？粘性土如同海綿、峰窩或絮狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)孔隙集合體與集合體、粘粒與粘粒之間次生孔隙蟲(chóng)孔、根系孔、裂隙裂痕等2.1.1 孔隙Company Logo蒙脫石、片狀粘土礦物淤泥粘土2000Company Logo36240800粘性土的結(jié)構(gòu)，不同比例電鏡掃描片Company Logo松散孔隙 | 粘土 孔隙 | 裂隙溶隙Company Logo裂隙 （ fissure fracture ） 固結(jié)的堅(jiān)硬巖石中，一般僅殘存很小部分孔隙，而存在有各種內(nèi)外力作用下產(chǎn)生的裂縫（縫隙） 裂隙類(lèi)型：風(fēng)化（卸荷）裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙 裂隙形態(tài)：空間形態(tài)是兩向延伸長(zhǎng)，橫向延伸短的“餅

7、狀”空隙 ，單個(gè)裂隙是孤立的 裂隙描述：從水的賦存與運(yùn)移角度來(lái)看，裂隙的描述包括： 1) 裂隙的連通性（組數(shù)、產(chǎn)狀、長(zhǎng)度和密度） 2) 張開(kāi)性（裂隙寬度） 3) 裂隙率等2.1.2 裂隙Company Logo風(fēng)化（卸荷）裂隙、 成巖裂隙、 構(gòu)造裂隙Company Logo砂巖巖芯中的孔隙Company Logo裂隙率 裂隙多少用裂隙率表示，有如下三種： 體裂隙率（KV）：一般用于室內(nèi)測(cè)定 式中：VV 裂隙體積 ；V包含裂隙在內(nèi)的巖石體積。 線裂隙率KL ：一般用于野外測(cè)定 指與裂隙走向垂直方向上單位長(zhǎng)度內(nèi)裂隙所占的比例。 式中： bi：沿裂隙走向方向第i條裂隙的寬度 L：與裂隙走向垂直方向上

8、代表性測(cè)量線段的長(zhǎng)度2.1.2 裂隙Company Logo裂隙率 裂隙多少用裂隙率表示，有如下三種： 面裂隙率（Ka）：一般用于野外測(cè)定 指單位面積巖石上裂隙所占的比例。 式中：F ：代表性露頭地段巖石面積 bi ：第i條裂隙寬度 Li：第i條裂隙長(zhǎng)度2.1.2 裂隙Company Logo溶穴（cavity） cavern在裂隙基礎(chǔ)，水流對(duì)可溶巖進(jìn)一步作用的結(jié)果 是擴(kuò)大了的裂隙溶穴：是溶蝕的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等巖溶巖體：要描述裂隙特征及巖溶發(fā)育特征 （裂隙+溶洞）1）巖溶發(fā)育方向 2）溶蝕率-鉆孔巖溶發(fā)育程度3）溶洞（方向、規(guī)模等）2.1.3 溶穴 Company Logo溶穴（ca

9、vity） cavern巖溶率Kk ：為溶穴的體積（VK ）與包括溶穴在內(nèi)的巖石體積（V ）的比值。 式中： VK：溶穴體積 V：包含溶穴在內(nèi)的可溶巖體積。2.1.3 溶穴 Company Logo空隙特征的比較 含水介質(zhì)由各類(lèi)空隙所構(gòu)成的巖石稱為含水介質(zhì)（孔隙含水介質(zhì)、裂隙含水介質(zhì)、溶穴含水介質(zhì)） 。含水介質(zhì)的空間分布與連通特征是不同的，三種主要類(lèi)型的含水介質(zhì)比較： 連 通 性 孔隙介質(zhì)最好，其它較差 空間分布孔隙介質(zhì)分布最均勻，裂隙不均勻，溶穴極不均勻。孔隙大小均勻，裂隙大小懸殊，溶穴大小極懸殊 空隙比率孔隙介質(zhì)最大，裂隙最小 空隙滲透性孔隙介質(zhì)-各向同性，裂隙與溶穴-各向異性造成空隙介質(zhì)上述差異的主要原因：沉積物形成和空隙形成的環(huán)境2.1.4 空隙特征的對(duì)比Company Logo2.1 巖石中的空隙 2.2 巖石空隙中的水 2.3 巖石的水理性質(zhì)本章內(nèi)容Company