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1、Fundamentals of Hydrogeology 水文地质学 第二章 岩石中的空隙与水 The Interstices and Water in Rocks 本章内容 2.1 岩石中的空隙 2.2 空隙中的水 2.3 岩石的水理性质 2.1 岩石中的空隙 v 岩石水文地质学中指坚硬的岩石和松散的土层。 v 空隙岩、土中各种类型孔隙的总称。 v 空隙是地下水赋存场所（places)和运移通道（conduits) v 空隙分为 1.孔隙（pore)unconsolidated soil（第四纪地质学） 2.裂隙（fissure) hard rock（构造地质学） 3.溶穴（cavity)
2、dissoluble rock（岩溶地貌学） 工程地质学是从土层的物理力学指标（性能）来讨论 ，如土的压缩性和强度变形。 下边以孔隙为例，讨论描述空隙性有关的概念，参数（ 指标）和分析方法。 2.1.1 孔隙 孔隙（pore,void） 土体孔隙的描述有：孔隙大小、多少、形状、连通情况 松散土体宏观上分为2大类：砂性土类和粘性土类 1、砂砾石孔隙大小及影响因素 v 试样a砾石、试样b砂土样品、试样c砂砾混合样品 ？问题：试样a和b哪种孔隙大？哪种孔隙小？孔隙大小有关？ v 简单归纳：砂砾石土的孔隙大小与什么有关？ 颗粒大小、排列（立方体或四面体）、分选、胶结、充填分选、胶结、充填等 v 孔隙大
3、小特征的描述： 设松散岩石颗粒为等粒圆球,颗粒直径为D,则 孔喉（d）d=0.414D (孔隙通道最细小部分) 孔腹（d)d=0.732D (孔隙通道最宽大部分) 下图表示不同粒度等粒岩石的孔隙大小及排列形式 孔隙与粒径关系 立方体排列与 四面体排列 2.1.1 孔隙 2、砂砾石的孔隙度（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 v 定义：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙所占的比 例。通常用n表示 v ？问：孔隙度的大小与什么有关？与颗粒的大小有关？ a、与排列有关紧密与疏松 理想最疏松孔隙度为47.64%，最紧密排列孔隙度为25.95% b、与分选有关
4、下边试样哪个孔隙度大，哪个小？ 试样：砾石 砂石 混合样 v 完全混合试样时：孔隙度n混n砂n砾 v 影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度 孔隙与粒径关系 2.1.1 孔隙 v 自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的有些不同 松散岩石孔隙度参考值 v 矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大吗？ v 矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的47.64%达到70% 岩石名 称 砾石砂粉砂粘土 孔隙度25-40%25-50%35-50%40-70% 2.1.1 孔隙粘土 3、粘性土的孔隙与孔隙度 v粘土颗粒 v粘土孔隙 粘性土如同海绵、蜂窝、絮状结构 l粘性土是指土体颗粒直径0.005mm的直径 l粘性土由
5、于颗粒细小，比表面积大，连续力强 l粘粒在悬浮推移接触时，就会联接起来形成“粘粒团” l细小粘粒集合（团）构成（成为）颗粒集合体 l集合体与集合体结合构成粘性土的沉积结构特征 l结构孔隙集合体与集合体、粘粒与粘粒之间 l次生孔隙虫孔、根孔、裂隙裂痕 蒙脱石、片状粘土矿物淤泥粘土 粘性土的结构，不同比例电镜扫描片 分选好，排列松的砂分选良好，排列紧密的砂含泥砂砾石 部分胶结的砂岩结构性孔隙粘土经过压缩的粘土 具有裂隙的岩石溶隙、溶穴的可溶岩 松散孔隙 粘土孔隙 裂隙溶隙 2.1.2 裂隙 v裂隙（fissure fracture） 固结的坚硬岩石中，一般仅残存很少的孔隙，而存在有 各种内外地质应
6、力作用而产生的裂隙（裂缝） 裂隙：是纵向延伸长、横向延伸短的“饼状空隙”，单个 裂隙是独立的。 v 裂隙岩体：从水的赋存和运移角度，裂隙描述包括 1）裂隙的连通性（组数、产状、长度、密度） 2）张开性（裂隙宽度） 3）裂隙率等 2.1.2 裂隙 按成因：成岩裂隙、构造裂隙、风化（卸荷）裂隙 S 成岩裂隙：成岩中冷凝收缩、固结干缩产生(岩浆岩) S 构造裂隙：构造变动中受力产生的(具有方向性) S 风化裂隙：风化营力作用下产生的(地表附近) 岩石名称裂隙率%岩石名称裂隙率% 各种砂岩3.215.2正长岩0.5-2.8 石英岩0.008-3.4辉成岩0.6-2.0 各种片岩0.5-1玢岩0.4-6
7、.7 片麻岩0-2.4玄武岩0.6-1.3 花岗岩0.02-1.9玄武岩流4.4-5.6 不同岩石裂隙率变化 风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙 砂岩岩芯中的空隙 2.1.3 溶穴 溶穴（溶穴（solution cavitysolution cavity）caverncavern 在裂隙的基础上，水流对可溶岩进一步作用的结果 是扩大了的裂隙 溶穴：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等 岩溶岩体：要描述裂隙特征及岩溶发育特征 （裂隙溶洞） 1）岩溶发育方向 2）溶蚀率钻孔岩溶发育程度 3）溶洞（方向、规模等） 2.1.4 孔隙特征对比 空隙特征比较 v 含水介质由各类空隙所构成的岩石称为含水介质，也称 为
8、介质场。含水介质的空间分布与连通特征（孔隙含水介质 、裂隙含水介质、溶质含水介质）不同，三种主要类型的含 水介质比较： v 连通性孔隙介质最好，其它较差 v 空间分布孔隙介质分布均匀，裂隙不均匀，溶穴极不均匀 v 孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊 v 孔隙比率孔隙介质最大，裂隙最小 v 空隙渗透性孔隙介质各性同性；裂隙与溶穴各向异性 造成空隙介质上述差异的主要原因是沉积物形成和空隙形成 的环境 岩石中空隙思考题 思考题： 1）什么叫孔隙度？孔隙度大小与孔隙大小有何区 别？ 2）粘性土孔隙度大是含水层吗？ 3）试总结砂砾类土体的空隙形状特点？ 4）坚硬的花岗岩、砂岩、灰岩的空隙特征有何异 同？（查阅有关资料和文献回答）
