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1、1.3地下水的赋存条件及特征岩石的空隙性地壳表层10km范围内,或多或少都存在着空隙,特别是浅部12km以内,空隙分布 较为普遍。这就为地下水的赋存提供了必要的空间条件。按维尔纳茨基的形象说法,“地球 表层就好像饱含着水的海绵”。岩石空隙既是地下水的储存场所,又是地下水的运动通道。岩石空隙的大小、多少、连 通程度及分布状况等性质,统称为岩石的空隙性(图1-7)。而正是这岩石的空隙性,决定 着地下水的分布和运动特点,因而研究岩石的空隙性就成为研究地下水形成及其运动的基础。 而空隙岩层又被称为介质。图1-7岩土的空隙1分选良好,排列疏松的砂;2分选良好,排列紧密的砂;3分选不良的,含泥砂的砾石;4
2、经过部 分胶结的砂岩;5具有结构性孔隙的粘土; 6经过压缩的粘土;7发育裂隙的基岩;8具有溶隙及溶穴的可溶岩岩石空隙的差异,取决于空隙的成因。根据岩石空隙成因和空间形态的不同,空隙可以 分为三类:松散岩石中的孔隙,坚硬岩石中的裂隙,可溶岩石中的溶穴。孔隙松散(半松散)岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗粒集合体之间的空隙称为孔 隙。孔隙的多少,决定了岩石储容水的能力,在一定条件下还影响向着岩石保持、释出和传 输水的能力。岩石孔隙的多少用孔隙度(孔隙率)表示。孔隙度(n)是单位体积岩石(包 括孔隙在内)中孔隙所占的比例。n表示孔隙度,V表示包括孔隙在内的岩土体积,V”表示 岩石中孔隙体积,那么
3、:= 或 = Z100%(1-10)VV孔隙度是个比值,通常用百分比表示,也可用小数表示。粗粒土(砂、砾)孔隙度的大小,孔隙度大小主要取决于颗粒排列情况及分选程度;另外, 颗粒形状及胶结情况也影响孔隙度。对于粘性土,结构及次生孔隙常是影响孔隙度的重要因 素。1 .排列方式图1-8颗粒的排列形式a 立方体排列;b四面体排列为了说明颗粒排列方式对粗粒土孔隙度的影响,可以假设一种理想的情况,即颗粒均为 大小相等的圆球。当其为立方体排列时(图1-8, a),可算得孔隙度为47.64%;作四面体排 列进,孔隙度仅为25.95% (图1-8,b)。颗粒受力排列发生变化时,可使其密集程度不同。 由几何学可知
4、,六方体排列为最松散排列,四面体排列为最紧密排列,而自然界中松散岩石 的孔隙度与此大体相近,或介于两者之间(表13)。表1-3松散岩石孔隙度参考数值(据弗里泽等,1987)应当注意的是,上述讨论并未涉及圆球的大小,因为孔隙度的大小与颗粒大小无关(图 l-9)o图1-9不同粒度等粒岩石的孔隙度与孔隙大小(转引自 A. H. CeMHXaTOB)2 .分选程度自然界并不存在完全等粒的松散岩石。分选性愈差,颗粒大小愈不相等,孔隙度便愈小。这是因为细小颗粒充填于粗大颗粒之间的孔隙中,自然会大大降低孔隙度(图1-7, 3)o我 们可以假设一种极端的情况:如果一种等粒砾石孔隙度5=40%,另一种等粒的极细
5、砂的孔 隙度由=40%,而极细砂完全充填与砾石空隙中,那么此混合砂砾石的孔隙度n3=niXn2=16%o3 .颗粒形状自然界中岩石的颗粒形状也多是不规那么的。组成岩石的颗粒形状越是不规那么,棱角越明 显,孔隙度就越大,因为这时突出局部相互接触,会使颗粒架空。4 .胶结充填松散沉积物受到不同程度的胶结,由于胶结物的充填,孔隙度有所降低(图1-7,4)。5 .粘性土粘土的孔隙度往往可以超过上述最大孔隙度值。因为粘土颗粒外表常带电荷,在沉积过 程中粘土颗粒聚合而形成颗粒集合体,可形成直径比颗粒还大的结构孔隙(图1-7, 5、6)o 此外,粘性土中往往还发育有虫孔、根孔、干裂缝等次生孔隙,有时也有胶结
6、物。孔隙大小对地下水的运动影响极大,孔隙通道最细小的局部称作孔喉,最宽大局部称作 孔腹(图1-10);孔喉对地下水流动的影响更大,讨论孔隙大小时可以用孔喉直接进行比拟。图1-10孔喉(D)与孔腹(d) 通过孔隙通道中心切面图(b)图1-11排列方式与孔隙大小关系a立方体排列;b四面体排列影响孔隙大小的主要因素是颗粒大小。颗粒大那么孔隙大,颗粒小那么孔隙小。需要注意的 是,对分选不好,颗粒大小悬殊的松散沉积物来说,孔隙大小并不取决于颗粒的平均直径, 而主要取决于细小颗粒的直径。原因是,细小颗粒把粗大颗粒的孔隙充填了(图17(3)。 颗粒排列方式也影响孔隙大小。仍以理性等粒圆球状颗粒为例,设颗粒直径为D,孔喉直径 为d,那么做四方体排列时,d=0.414D (图1-11, a);作四面体排列时,d=0.155D (图1-llb, )o 除此以外,孔隙大小还与颗粒形状以及胶结程度有关。对于粘性土,决定孔隙大小的不仅是颗粒大小及排列,结构孔隙及次生孔隙的影响时不 可忽视的。