水文学第8章水文地质基础课件

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1、第8章 水文地质基础,1. 地球的形状 1975年，国际大地测量和地球物理协会公布的地球形状数据为： 赤道半径：6378.160km 两级半径：6356.755km 平均半径：6371.017km,8-1 地球概述,地球的物质具有一定的塑性。在地球自转离心力作用下，地球物质从两极向赤道缓慢移动。地球内部的可塑性物质存在大范围的物质对流，地球是一个不完全对称梨状球体，而不是完全对称的旋转椭球体。 2. 地球表面形态特征 地球表面分为大陆和海洋两部分。 海洋占地球面积的70.8%。海底平均深度3.9km.最深的海沟是马里亚纳海沟，深度11.022km. 海底的山脉称为海岭。比较高的海岭称为洋脊。,

2、海底中的长条形洼地称为海槽。较深的海槽称为海沟。海沟的深度普遍超过6000m。 海底比较平坦的地方称为大洋盆地，它占海底面积的45%。 海洋靠近大陆的浅海海底称为大陆边缘。大陆边缘的面积占海洋总面积的15.3%。大陆边缘包括大陆架、大陆坡和大陆基。大陆架是大陆岸边附近的浅水台地，平均水深5070m。大陆架外侧的海底斜坡称为大陆坡，大陆坡与大洋盆地的过渡地带称为大陆基。,3. 地球的内部构造 揭示地球内部构造的方法：地震波分析法，测量地震波在地球不同深处的传播速度，就可以推算出地球内部物质的密度。 地球的构造可分为地壳、地幔、地核三个部分。 地壳：地球表面部分，由岩石组成。地壳厚度与地球半径比为

3、1/400。大洋地壳厚度约510km，大陆的地壳厚度约35km。地壳分上、下两层。上层为花岗岩，是富含硅铝的岩浆岩。下层为玄武岩，是富含铁镁的岩浆岩。,地幔：地幔的厚度约2800km。分为上地幔和下地幔两层。 上地幔厚度约900km。由超基性岩组成。密度为3500kg/m3。温度12002000。压力达0.4GPa（4000个大气压）。 下地幔厚度1900km。主要成分为硅酸盐、金属氧化物和硫化物。密度为5100kg/m3。温度20002700。压力达150GPa（150万个大气压）。,地核：半径3470km的球体。分内核、过渡层和外核。主要成分为含铁、镍成分的熔融液体和固体。密度为13000

4、kg/m3。温度35004000。压力达360GPa（360万个大气压）。 岩石圈和软流圈的概念：在上地幔厚度900km的范围内，还可以分为三层。上层100km的范围是高温高压高密度的固体的基岩固体，称为上地幔岩石圈，它与地壳组成地球的外表壳体。地幔上层的下方是软基层，其厚度为300km，由接近熔融的软性岩石组成，称为地幔的软流圈。其下方是上地幔的下层，厚度约500km。,地球板块理论 地质学家认为，地壳分为六大板块：欧亚板块、太平洋板块、美洲按快、印度澳洲板块和南极板块。,板块漂移理论 1881年，英国费希尔认为地幔的熔融岩石存在热对流现象。20世纪30年代英国地质学家霍姆斯用地幔热对流来解

5、析板块漂流的机理。1968年，法国法国地质学家勒皮雄与麦肯齐、摩根等人提出的一种完整的大陆漂移学说，他们认为六大板块各以特定的方向在地幔上作水平移动，从而产生各种地质构造现象。,4. 地球的内力地质作用 在地球内部能源动力的驱动下，地表形状发生变化，岩石圈的成分和构造也发生变化。地球内的这种作用称为内力地质作用。包括地壳运动、岩浆作用、变质作用和地震作用。 地壳运动包括水平运动和升降运动。水平运动引起岩石圈的挤压，形成褶皱山脉和裂谷。升降运动引起地球表面大面积的上升和沉降，形成大型的隆起和凹陷。 岩浆运动是地下岩浆在巨大的压力下，沿着构造软弱带或大裂隙上升，最后冷凝成火成岩。,变质作用是地壳岩

6、石在各种地质条件和物理化学条件下发生成分和结构的改变，形成所谓变质岩。 地震作用是大地的快速颤动或震动。其成因是地球板块的互相挤压，使得地层沿断层发生快速错动、断裂。 5. 地球的外力地质作用 地球外部的能源动力所引起的地址作用称为外力地质作用，包括风化作用和地表水的冲刷及搬运作用。,8.2 地壳的岩石,地表岩石可分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩、变质岩三大类。 在地面上，沉积岩分布最广，约占陆地表面积的75%。岩浆岩和变质岩约占25%。而地下20km深处，沉积岩仅占5%，沿江沿河变质岩占95%。,主要岩石特征表,1. 岩浆岩（火成岩） 岩浆岩的主要物质成分：SiO2，Al2O3， Fe2O3 ，

7、FeO，MgO，CaO，K2O。 岩浆岩的主要矿物成分：石英、长石、辉石、云母等。 常见的岩浆岩： 花岗岩，呈肉色，风化后呈黄色。 花岗斑岩，其斑晶由石英、长石构成。 正长石，微红色或浅黄色。 玄武岩，呈黑色、褐色或深灰色。,2. 沉积岩 沉积岩是地表岩石遭受外力地质作用进过风化、流水搬运、海洋沉积和硬化固结而形成的岩层。 沉积岩的结构：碎屑结构、泥质结构、结晶状结构。 沉积岩的分类：碎屑岩，粘土岩、生物化学岩砾。 地下水主要储存于沉积岩中。,主要沉积岩分类表,3. 变质岩 由于发生地壳运动和岩浆运动，造成高温高压条件，使得地壳中原已形成的火成岩、沉积岩的成分、结构和构造发生变化，形成新种类的

8、岩石，称为变质岩。 常见的变质岩： 板岩：由页岩变质而成，深灰色。 片岩：具有片状结构，由云母、石英组成。 石英岩：由石英砂岩和硅质岩变质而成，质地坚硬，呈白色。,主要变质岩分类表,8.3 地质年代,地质年代是指地层形成的的年代。 1. 地质年代的确定方法有绝对年代法和相对年代法。 绝对年代法使用C14同位素的衰变规律确定岩层形成倒现在的实际年数。用放射性元素测得格陵兰西南部的片麻叶沿具有40多一年的历史。 地球的历史有46亿年。,相对年代法是用岩石标本比对法确定岩层的形成年代。 同一年代的地质条件基本相同，所形成的沉积岩的成分、结构相同，而且保存着那个年代特有的古生物化石。将这种具有年代特征

9、的岩石用作标本，采用比对法就可以确定某种岩层形成的年代。,2. 地质年代表 地质年代分为5个代：新生代、中生代、古生代、元古代、太古代。代以下分纪，纪以下分世。共有12纪，32世。较新的世延续约1030万年。较故的世延续约150200万年。 按从今到古的排列，有如下的地质年代表,地质年代表,8.4 地质构造,地质构造：在地球外力的作用下，地壳不停地作水平运动和升降运动，形成了不同的构造形状，如褶皱、断裂等，这些构造形状称为地质构造。 1. 岩层及其产状 岩层产状：岩层的层面的延伸方向机倾斜角度。 产状三要素：走向、倾倾角。,作一水平面与岩层相交，交线为走向线。对于交线上任一点分别在水平面上合眼

10、层面上作交线的垂直线。在水平面上的垂线称为倾向线，在岩层面上的垂线称为倾斜线。 走向：走向线所指示的方向。 倾向：倾向线所指示的方向。 倾角：倾向线与倾斜线的夹角。,倾向倾角的表示法 象限法：走向、倾角、倾向三要素用象限法表示。以北或南为零度。 N30E27SE：走向为北偏东30，倾角为27，倾向为南偏东。 方位角法：倾向、倾角用方位角表示，以北为零度，顺时钟方向测量角度。 215 32 ： 倾向为215 ，倾角为32 。,在地质图上，用符号表示岩层的产状。,倾斜岩层平面与坡面交线的特征,倾斜岩层平面与坡面交线的特征,2. 褶皱构造 褶皱：岩层受到地球内力作用，局部发生隆起或凹陷，地层发生的弯

11、曲变形，称为褶皱。 褶皱的两种基本型态：背斜褶皱和向斜褶皱。 背斜褶皱的特征：岩层隆起，在地面上，中心部分岩层年代比较古老，两侧岩层年代依次变新。 向斜褶皱的特征：岩层凹陷，在地面上，中心部分岩层年代比较新，两侧岩层年代依次变老。,3. 断裂构造 岩体受到地球内部应力作用而发生的岩层断裂或错动，称为断裂构造。 断裂构造分两类：节理和断层。 节理：岩体发生较小的位移和错动。 断层：岩体发生较大的位移和错动。,褶皱、断层的地质符号,8.5 地质图,地质图的阅读和分析方法： 1.查看图名和比例尺。 2.阅读图例。 3.分析地形地貌，内容：山川形势，相对高差，地形起伏，地貌特征。 4. 分析岩层，包括

12、：岩层年代，岩层分布及产状。 5.分析地质构造，内容：褶皱，断层。,读地质图,1. 地质图比例尺1：10000。覆盖黑山寨地区面积1.2km1.4km1.7km2。 2. 地形地貌 本地区西北高，最高处高程约560m。东南部低，最低处高程约120m。地势从北向南倾斜。东部有个小山，高程300m。,3. 岩层 本区岩层从新到老有：新生代第三纪R，中生代白垩纪K，中生代三叠纪，晚T3，中T2 ，早T1 。晚古生代的石炭纪，中C2 ，早C1 。泥盆纪，晚D3，中D2 ，早D1 。 4. 地质构造 西北部的第三纪岩层R为水平层。白垩纪岩层K和三叠纪岩层T产状为330 35 。可能为向斜褶皱。 西南部有

13、向斜褶皱，中心为C2 ，北翼为C1 ，产状为170 34 。南翼依次有C1 ， D3， D2 。,南部有一个向斜褶皱，其构造与西南部的向斜褶皱结构相同，应属同一褶皱。中心为C2 ，北翼为C1 ，产状为180 32 。南翼依次有C1 ， D3， D2 。产状为350 58 。显然是断层F1将此褶皱错开了。 南部还有一个背斜褶皱，中心岩层为D2 ，两侧为D3。,东北部有背斜褶皱，中心处岩层为D1 ，其南翼岩层D2， D3 ，C1 的产状为160 33 。北翼岩层有D3， D2 ，D1 ，产状为330 35 。 东南部有背斜褶皱，中心处岩层为D1 ，其北翼岩层D2的产状为350 56 。南翼岩层有D

14、2 ， D3， C1 的产状为180 50 。 本区褶皱发生在早石炭纪之后，早三叠纪之前。 本区有两条大断层F1和F3 。此外还有两条小断层F2和F4 。,宁陆河地区地形地质图,宁陆河地区地形图,宁陆河地区地质图,宁陆河地形地质图,1.本图表示宁陆河地区4.5km2.5km范围的地形、地质。 2.宁陆河自西北流入东南。河的两岸为高山。北部的二龙山，东西走向，海拔824m。比河谷高出约500m。西南部的扁担峰和东部的红石岭，均为南北走向，海拔约为700m。南部的白云山海拔600m。十里沟位于宁陆河谷，海拔约为400m。,3.本区出露的岩层，多为南北走向。自西向东的岩层依次为：P，D3，S， D3

15、 ，P，T1-2，P， D3 。河谷地区地表覆盖第四纪松散沉积层。由于有大断层F3 ，因此，南北的岩层分布发生错开。 4.本区有三个褶皱构造。十里沟褶皱，白玉山褶皱和红石岭褶皱。 5.十里沟褶皱的轴部在十里沟附近，为背斜褶皱，岩层自西向东的分布次序为P，D3，S， D3 ，P。受大断层F3的影响，十里沟褶皱轴部向北偏移至宁陆河的北端河谷。,6.白云山褶皱为向斜褶皱，其轴部从白云山向北延伸至二龙山。岩层自西向东的分布次序为D3， P，T1-2，P， D3。 7.红石岭有向斜褶皱，岩层自西向东的分布次序为J，K，J。红石岭褶皱形成于白垩纪后期，其地质年代晚于十里沟褶皱和白云山褶皱。 8.区内由三条

16、断层。F1为东西走向。绿辉石熔岩沿着断裂层侵入二叠纪P和三叠纪T1-2岩层。绿辉石火成岩形成的地质年代，应在三叠纪T1-2之后，侏罗纪J之前。,9.断层F2呈南北走向。形成于二叠纪P以后。 10.断层F3是本区的最大断层。呈东西走向。形成于三叠纪T1-2之后，侏罗纪J之前。,8.6 地下水基础知识,1.岩层的孔隙率 各类岩层内部存在的大小不等、形状各异的空隙，称为岩层的孔隙。孔隙是地下水能够储存的空间。 松散岩层由大小不等的颗粒组成。颗粒与颗粒之间的空间就是孔隙。 孔隙体积与岩层总体积的比值称为孔隙率。,常见沉积岩层的孔隙率,坚硬岩石的颗粒致密，但存在裂缝。坚硬岩石的裂缝空隙称为裂隙。裂隙体积与岩体体积的比值称为裂隙率。,2. 含水层以及地下水的分类 含水层是能够渗透并能储存重力水的岩层。 构成含水层的三个条件：岩层孔隙良好，有隔水层，有水源补给。 隔水层是不能渗透不能储存重力水的岩层。 岩层孔隙率越大，储存地下水的能力就越强。 隔水层是地下水能够储存在某处的必备条件。垂直方向的地下深处总是有不透水的基岩存在的。因此，要构成含水层，还必须有阻隔地下水沿水平方向流动的隔水层。,