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1、0 .水圈概况,地球表面3/4的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽及江河覆盖。大陆表层岩石和土壤的空隙中也充填有大量地下水。大气对流层中漂浮着大量的水气和雨、雪微粒。这些水体共同构成一个连续而不规则的圈层，称为水圈。水圈的质量约有1.441018t，是地球总质量的近1/4000。,水的驱动力，能量和来源,太阳能，重力能加地形是水运动的驱动机制 水能=机械能+化学能,从地幔中析离出来的原始水,大气圈,海洋水,地下,地表,地球表层水的分布,陆地水,陆地水包括冰川和冰盖，地面流水，湖水，沼泽水，地下水，土壤水和生物水等形式。,地球表层水分循环,海洋、陆地水和大气水随时随地都通过相变和运动进行着大规模的交换
2、，这种交换过程称为地球水分循环,全球每年水分的总蒸发量和总降水量均为500 000 km3。,水量平衡的三点特征,全球海洋的总蒸发量为430 000 km3，总降水量为390 000 km3。蒸发量比降水量多支出的40 000 km3水以水蒸汽形式输送到大陆上空。,陆地上的降水量比蒸发量多40 000 km3，其中有一部分渗入地下补给地下水，一部分暂存于湖泊中，一部分被植物吸收，多余部分最后以河川径流形式回归海洋，从而完成海陆之间的水量平衡,通过水分的循环，地球上的各种水体得以相互沟通、转换，水也得到更新，从而使地球上的水处在动态平衡之中，这一现象称为水量平衡。,漓 江 两 岸 如 诗 如 画
3、 的 风 景,地下水的地质作用,埋藏在地表以下，存在于岩石和地表松散堆积物的孔隙、裂隙及溶洞中的水，统称为地下水。全球地下水分布面积达1.3108 km2，总水量8 300 000 km3，占全球总水量的0.59%，它是重要的淡水来源，占淡水量的22%。 地下水地质作用：地下水与环境介质相互作用的过程及结果 影响因素：P、T、水与周围岩土的物理化学性质、地下水的埋藏深度等 水化学找矿：利用地下水化学特征异常追寻原矿体,地下水地质作用,地下水主要来源于大气降水。 地下水还可能在沉积岩形成的时候就将水保留下来，一直埋藏在沉积岩内；这一部分水又称为原生水； 岩浆活动也可以释放一部分水分，并保留在岩层
4、中，这是一种矿质化泉水，称为初生水； 在沿海地区，海洋水通过岩石向陆地渗透，也是地下水的一种来源。,地下水的来源,一、岩石中的空隙 （一）岩石空隙类型 岩石的空隙类型：孔隙、裂隙和溶穴。 1、孔隙疏松未胶结好的岩石中形成的颗粒之间的空隙。孔隙的发育与颗粒的压实状况、颗粒的大小及颗粒的分选程度有关,1 . 地下水的贮存,孔隙率（n）又称孔隙度，它是反映含水介质特性的重要指标，以孔隙体积（Vn）与包括孔隙在内的岩土体积（V）之比值来表示: n=Vn/V100 孔隙率的大小，取决于岩土颗粒本身的大小、颗粒之间的排列形式、分选程度以及颗粒的形状和胶结状况等。,2、裂隙岩石中断层、节理、缝隙等。,裂隙率
5、（K）是反映含水介质特性的重要指标，以裂隙体积（V）与包括裂隙在内的岩土体积（V）之比值来表示: n=V /V100,3、溶穴可溶性岩石被溶蚀形成的洞穴。,岩溶率（Kk）： 以溶穴体积（Vk）与包括溶穴在内的岩土体积（V）之比值来表示: Kk =Vk/V100,（二）岩石的透水性,岩石允许水透过的能力不仅与孔隙度有关，跟孔隙绝对大小有关，空隙大、多、连通情况好，透水能力强。粘土孔隙度有时虽然可达50以上，但透水性很差，砂的孔隙度一般只有30，但孔隙大，故透水性良好。同一岩石在不同方向上的透水性能也不一样,透水层（含水层） ：能透过相当数量水并含有相当数量水的岩层，如砂层和砾砂层、胶结不好的砂岩
6、、砾岩及裂隙发育的其它岩石。,不透水层（隔水层） ：基本上不能透过水的岩层如粘土层泥岩粘土岩,（l）容水性 指在常压下岩土空隙能够容纳一定水量的性能。衡量和表示岩石容水性的大小，常用容水度（wn）来表示。容水度是在自然条件下（常温、常压）单位体积的空隙岩石中所能容纳水分的最大含量。也即是岩土容纳水的最大体积（vn）与岩土总体积（v）之比： wnvn / v 100% 容水度数值的大小取决于岩土空隙的多少和连通程度。在充满水的条件下，容水度在数值上与孔隙度、裂隙率或岩溶率相等。但对于具有膨胀性的粘土来说，充水后体积扩大，容水度可以大于孔隙度。,（二）持水性 在重力作用下，岩石依靠分子力和毛管力在
7、其空隙中保持一定水量的性质，称为持水性，以持水度表示。在重力影响下岩石空隙中所能保持的水量与岩石总体积之比，就是岩石的持水度。 岩石的颗粒大小对持水度影响很大，泥炭、粘土、亚粘土等持水度较高，泥灰岩、疏松砂岩、粘土质砂和细砂持水度小，块状火成岩和块状沉积岩、砾石和砂，几乎完全不持水。 （三）给水性 在重力作用下，饱水岩石能够流出一定水量的性能，为岩石的给水性。流出的水的体积与储水岩石体积之比，称为给水度。颗粒较粗的岩石给水度较大，细粒岩石给水度则很小。表5-5 为某些松散沉积物的给水度。,地下水也有三态，其中以液态为主。 地下水可分为结合水、液态水(重力水、毛细水)、气态水与固态水。 在岩层或
8、土壤中，液态地下水又以吸着（湿）水、薄膜水、毛细水和重力水等形式存在。 地下水的存在形式取决于岩石的性质、结构和构造。,二、地下水的存在形式,二. 地下水的存在形式,1、结合水：靠分子引力及静电引力吸附在土和岩石颗粒表面及裂隙面上，不能在重力影响下运动。 强结合水：接近固相表面的结合水。不能流动，可转化为气相 弱结合水：强结合水外层，具有弱的溶解盐类的能力，其外层可被植物吸收 2、重力水：受重力影响可自由流动 ，是地下水最重要的赋存状态。是地下水地质作用和人类利用的直接水源。,二、地下水的存在形式,二. 地下水的存在形式,3、毛细水：受表面张力影响保留在毛细管中，易被植物吸收。受毛细力作用，水
9、从地下水面沿着细小孔隙上升形成毛细水带，随着地下水面的升降而移动 4、气态水与固态水：气态水存在于未饱和水的空隙中。可随空气流动，也能从湿度大的地方向小的地方移动； 岩石的温度低于0时，液态水转化为固态水。 冻土地区地下水成固态,二、地下水的存在形式,二. 地下水的存在形式,三. 地下水的基本类型,（一）按地下水埋藏条件划分 地下水面:某地区内地下彼此连通连续的水面,为饱水带顶面。 地下水位：地下水的出露高度（不同地方地下水位高度并不同，与地表起伏无关）； 包气带：地下水面以上部分岩层空隙中的气体与大气相通，含不饱和液态水（以气态水和结合水为主，水以垂直运动为主） 饱水带：地下水面以下的部分,
10、岩石空隙中充满了水（以重力水为主，水以近水平运动为主） 1.包气带水:贮存于包气带中的地下水。 包括气态水、结合水、毛细水，以及下渗的“过路”重力水,包气带与饱水带,上层滞水,潜水,上层滞水(perched water)：存在于包气带中局部隔水层上的重力水。它是大气降水或地表水在下渗途中，遇到局部不透水层的阻挡后，在其上聚积而成的地下水,风化裂隙中的上层滞水主要是以季节性存在。 在岩溶地区，上层滞水的出现主要是岩性变化的结果。当岩溶发育的岩层被比较厚的非岩溶化岩层所隔开时，上下两层岩溶化岩层可能各自发育一套溶洞系统。此时，上层的岩溶水就具有上层滞水的性质。 在松散沉积物中，只有在沉积物能够形成
11、局部不透水层时，才可能出现上层滞水。 冰水沉积物的分选不良的透水层中，常常夹有细粒透镜体，有利于上层滞水的存在。 洪积冲积物中如有这类透镜体，其上部也可形成上层滞水。,地下水分类表,三. 地下水的基本类型,2. 潜水（phreatic water）:饱水带中第一个隔水层之上的具有自由表面的重力水,以水平运动为主。 潜水面:第一个隔水层之上的重力水所具有的自由水面,随地形、季节变化。 从地表到潜水面的距离称为潜水的埋藏深度。 潜水面到下伏隔水层之间的岩层称为含水层，而隔水层就是含水层的底板。 补给：潜水面以上通常没有隔水层，大气降水、凝结水或地表水可以通过包气带补给潜水，所以大多数情况下，潜水的
12、补给区和分布区是一致的。 排泄：流入其它含水层，流到地形低洼处、通过地面及植物蒸腾,三. 地下水的基本类型,2. 潜水 潜水深度：平原区浅，高原山区深， 受气象、水温因素影响，丰水季节潜水面上升，旱季潜水面下降，含水层厚度变小 潜水水质:受地形、气候、岩性条件影响 湿润气候及地形切割强烈区，往往形成淡水 干旱的盆地平原，潜水以蒸发排泄为主，往往形成咸水,潜水一般民用水井都是取自潜水。潜水的自由表面为潜水面也就是通常指的地下水面。, 大气降水经包气带向下渗透; 一些地表水，如河、湖等切割了 潜水面且水位高于潜水位。,补给,特点：分布范围小，水量有限，受气候及季节变化的影响大。,潜水随地形变化,潜
13、水面随季节变化,平均潜水面,雨季潜水面,旱季潜水面,3、承压水（confined water） 充满于两个隔水层之间的水称承压水。 隔水层顶、底板之间的距离为承压含水层厚度 承压水含水层在盆地边缘出露于地表的位置较高，可直接受大气降水或地表水补给的范围称为补给区。 承压水含水层在承压盆地边缘地势较低的地段或含水层被切割，这地段便成为承压水的排泄区。 在补给区与排泄区之间，承压含水层之上被隔水层覆盖，并且含水层被水充满的这个地段，称为承压区。,三.地下水的基本类型,钻孔中静止水位到含水层顶面间的铅垂距离称为承压高度。 孔中静止水位的高程是该点的侧压水位 侧压水位高于地表的范围是承压水的自溢区 在
14、地形条件适宜时，其天然露头或经人工凿井喷出地表称自流水。 隔水顶板妨碍了含水层直接从地表得到补给，故自流水的补给区和分布区常不一致。 泉水：地下水的天然露头，常为上层滞水和潜水，少数为承压水。,承压水受岩性、地质构造、地形等因素联合作用影响 地质构造起决定性作用 向斜盆地、单斜盆地最适宜 *承压水参与水循环不如潜水积极，承压水动态较稳定，水资源不易补充和恢复，但其含水层厚度较大，因此往往具有多年调节作用 水质：取决于埋藏条件和与外界联系程度，可以是淡水，也可以是卤水,特点：承受静水压力（由于被限制在两个隔水层之间， 低处的水受到高处水的静水压力） 侧压水位 穿透上部隔水层时，承压水能达到的水位
15、高度,特点： 承压水的水质 水量比较稳定,侧压水位,（二）按含水介质分类 1.孔隙水-在堆积物和岩石孔隙中流动的地下水。常连续层状分布，水量分布均匀，构成有统一水力联系的含水层 2.裂隙水-在堆积物和岩石裂隙（如节理）中流动的地下水。一般水分布不均匀，水力联系差，在不同部位富水程度相差极大，表现强烈的不均匀性和各向异性 3.岩溶水-存在于可溶性岩石孔洞内的地下水。其分布较裂隙水更不均匀，常相对集中且流速极快、水量丰富，可作为大型水源。（对矿山是隐患）,三.地下水的基本类型,地下水的赋存与运动,（一）地下水的化学成分 1.气体 地下水中溶解的气体主要有CO2、O2、N2、CH4、H2S，还有少量
16、的惰性气体和H2、CO、NH3 等，按其成因可以分为四类： （1）生物化学成因的气体：有机物和矿物在微生物作用下分解形成CH4、CO2、N2、H2S、O2 和重碳氢化合物等气体即属此类。 （2）空气成因的气体：由空气进入岩石圈和地下水中，如N2、O2和惰性气体。 （3）化学成因的气体：一部分是在常温常压下的天然化学反应中形成的，如CO2、H2S 等；另一部分则是在岩石圈高温高压下发生变质作用时形成的，如CO2、H2S、H2、CH4、CO、N2、HCl 等 （4）放射性成因气体：由放射性元素蜕变形成，如He、Re、Th、Ar、Xe 等。 氧和CO2是地下水中两种主要气体。氧主要是从大气进入水中的，以溶解分子形式存在。氧的含量随地下水深度增加而减少，在一定深度以下，即不存在溶解氧。氧的存在形成了氧化环境，使很多物质被氧化，从而引起一系列物理-化学作用，对地下水化学成分和元素迁移带来巨大的影响。,四、地下水的化学成分和物理性质,42,2、元素（离子） 自然界中绝大多数元素在
