1、第七章 地下水7.1 岩石中水的类型 蒸汽状水以水蒸气的形式存在于岩石的空隙中。 强结合水依靠分子电荷吸附在岩石空隙表面的第一个水分子层。 弱结合水依靠分子电荷吸附在岩石空隙表面的若干个水分子层。 毛细水依靠表面张力充填在岩石毛细管中的水。 重力水能够在重力或其它水动力作用下在岩石空隙中自由流动的水 固态水以固态的形式存在于岩石空隙中的水。 结晶水进入矿物晶格中的结合水。 透水岩石可以让地下水通过的岩石，如：砂岩、砾岩、未固结岩石和其他孔隙、裂隙发育的岩石等。 弱透水岩石岩石的透水能力较差，如：亚粘土、黄土等。 隔水岩石地下水难以通过的岩石类型，如：粘土岩、结晶岩石等。岩石的透水性7.2 地下
2、水的成因及赋存方式 入渗地下水 大气降水入渗到透水岩石中形成的，是地下水成因的主要类型，尤其是降雨量大的地区，是地下水的主要来源。 凝结地下水 由岩石孔隙中的气态水凝结而成，是气候干燥、昼夜温差大的地区地下水的主要来源。根据孙自永（2008）等人的研究，罗布泊地区的年降雨量平均为38.5mm，平均日降雨量仅有0.105mm。而该区在冬季的平均日凝结水量达0.275mm，最少的秋季也有0.127mm/d，远大于降水量。 沉积地下水 在地层沉积过程中被封存起来的地下水。深层地下水的主要来源，往往被构造封闭，地下水的活性较差。 原生地下水 在岩浆冷却过程中，从岩浆中析离出来的水。 再生地下水 从含有
3、结晶水的矿物中分离出来的水。 上层滞留水 在包气带范围内，由大气降水形成的，滞留在局部隔水岩石之上的聚集水。 上层滞留水具有局部性、季节性、临时性等特点，其规模取决于隔水岩石的大小和大气降水量。 潜水 分布于地下第一个隔水层之上的透水层中。 潜水水面所处的位置称为潜水面，从隔水层顶部到潜水面的高度称为含水层厚度。 潜水的水力特征是非承压的，即潜水面是自由的。 潜水面与地形表面的起伏成正相关，但比地面更平缓。潜水面河流上层滞留水与潜水的赋存条件及关系示意图包气带 潜水（水饱和带） 隔水层 毛细上升水上层滞留水 土壤水潜水运动方向地下水的运动遵循达西定律：V=k h/lV 地下水流速h 两点间的高
4、差l 两点间的距离k 常数，与岩石性质有关h/l 也称为水头梯度。地下水的流速很慢，一般只有0.5 2米/昼夜。层间水 位于两个隔水层之间的地下水称为层间水。可分为层间承压水和层间非承压水。层间非承压水 位于两个隔水层之间的透水层中。这类地下水通常分布于地形切割严重地区，而且未充满整个透水层的空间。透水层常与冲沟、河流、湖泊等相连，使地下水以泉水的形式出露。补给区排泄区 层间承压水 承压水同样受到上下隔水层的限制，且不受局部排泄作用的影响，使层间水承受一定的压力。 补给区 含水层标高最大的出露于地表的区域，大气降水在补给区入渗到透水层中，并沿透水层的倾向流向承压区。 泄水区 是承压水出露地表的
5、地段，其标高比补给区低。 承压区 位于补给区和排泄区之间，是承压水的主要分布区。图89 向斜盆地和单斜岩层承压水结构剖面图a补给区，b承压区，c泄水区，H1、H2水头高度，M自流水厚度1含水层，2隔水层，3水压面 （图中箭头指向为自流水流动方向） 泉 地下水的天然露头。 下降泉 非承压水的露头。 上升泉 承压水的露头。 能对人的身体起生理作用的，并被用于治疗目的的地下水称为矿泉水。地下水的作用 机械潜蚀作用 由于在岩石空隙或裂隙中的地下水流动速度非常缓慢，其机械作用一般较弱，只能对细小颗粒的粉砂、粘土级别的松散碎屑物进行机械潜蚀。如果发育地下河，则可以形成与地表流水类似的侵蚀作用。 化学溶蚀作
6、用 这是地下水潜蚀作用的主要形式。并可形成各种地下岩溶地貌。一般地说，地下水的溶蚀作用主要是含有CO2的水对碳酸盐岩的溶蚀。地下水的潜蚀作用 同样，地下水的搬运能力也很弱，其搬运能力的大小与潜蚀能力的大小成正比。机械潜蚀的产物以机械搬运为主；溶蚀的产物则以溶液的形式搬运。地下河则有很强的搬运能力。 通过地下水所搬运的物质成分，可以了解地下水所通过的岩石的物质组成。地下水的搬运作用 过饱和沉积 地下水在运动过程中，由于温度、压力的变化，可使地下水的溶解物产生过饱和，使搬运物沉积下来。 地下水的过饱和沉积物有以下一些主要类型： 溶洞滴石 由于CO2的逸出，使CaCO3沉淀下来而成，有石笋、石钟乳等
7、 矿脉和假化石 溶解了矿物质的地下水在流入岩石的裂隙后，由于压力的降低，矿物质会沉淀或结晶出来，形成矿脉。在一些较紧闭的裂隙中，有时会沉淀一些树枝状的铁、锰氧化物，称之为假化石。地下水的沉积作用银旗假化石方解石脉 泉水出露地表时，由于温度压力等因素的变化，泉水中所含物质沉淀在露头附近形成独特的堆积物，称之为泉华。以CaCO3为主要成分的称为钙华；SiO2为主要成分的称为硅华。石化作用 石化作用是指地下水中溶解的矿物质与掩埋在沉积物中的生物体之间进行的物质交换。在石化过程中，生物体内能够被地下水溶解的物质被地下水溶解带走，留下的空间则被地下水所携带的矿物质所充填。生物体的物质成分虽然发生了变化，
8、但其生物结构却被保留了下来，这就是化石形成的基本原理。硅化木7.3 岩溶作用 岩溶作用是流水（地表水和地下水）对易溶岩石进行溶解、淋滤、冲刷等地质作用所形成的独特的地貌景观。 岩溶发育的基本条件是： 可溶性岩石具有较好的透水性（主要是裂隙） 水可以沿裂隙自由流动 水有较强的溶解能力 溶沟是出露与地表的可溶性岩石在地表水流的作用下形成的。流水沿可溶性岩石的裂隙流动，不断地溶蚀岩石，在岩石表面形成一系列的深刻槽、线沟、裂隙状溶缝等，深几厘米到几米不等。溶沟的进一步发展，岩石逐渐地被溶蚀成孤立的锥状形态，称为石芽。溶蚀作用的继续发展，流水进一步深切，把可溶性岩石分割成各种各样的石柱，称为石林 。地表
9、岩溶形态桂林山水甲天下象 鼻 山阿诗玛贵 州 万 峰 林溶斗是地表岩溶发育最为广泛的一种，可以分布在不同气候带的山区、平原。溶斗的规模和形态差异很大，直径从数米到数百米不等，多数直径在150m之间，斗深在20m以内。按照溶斗的成因，可以把溶斗分为两种基本类型：地面溶滤溶斗，是地表水流的溶解作用形成的，其发育过程通常是由于落水洞上部加宽、加深而形成的，溶斗的底部通常有一进水口与落水洞连通，有时也会因为泥土的充填而堵塞；塌陷溶斗，是地下水作用形成的溶洞顶部岩石塌陷而形成的。贵州兴义八卦田溶斗 落水洞是垂向或倾斜的深洞，呈裂隙状或井状深入地下，能吸收地表水流。落水洞是地表水沿可溶性岩石的裂隙尤其是交
10、叉的位置向下溶蚀而形成的，通常与地下的岩溶作用相伴而生。 盲谷是河流在到达主干流之前，径流水就在吸水岩溶区被吸入地下而消失的一种河谷。通常是在落水洞处顺着岩溶通道流入地下暗河，有时会重新流出地表。重庆奉节县小寨天坑奉节天坑江南地缝，全长 37公里，宽1至500余米，深4至900米 对于可溶性岩石，除了地表水的作用，在地表形成各种岩溶地貌外，在地下水的作用下也会在地下形成各种地貌。地下水的岩溶作用形成的地下形态可以分为两大基本地貌，一类是地下水溶蚀作用形成的地貌，一类是地下水过饱和沉积的堆积地貌。 地下岩溶形态北京北京石花洞石花洞广西桂林芦笛岩广 西 阳 朔 银 子 岩 地下水首先是居民生活用水
11、的主要来源，也是工农业用水的主要来源。解决居民和工农业使用地下淡水资源问题是世界性的最重要的问题之一，因此查明地下水的资源量及其分布活动规律的需求已经超过或等同于对查明其他矿床资源的需求。 研究地下水及其活动规律也是现代工程建设一项重要的工作。如水库建设必须了解库区地下水分布及活动规律以及岩石的容水、透水性能，并根据不同情况采取不同的施工方案；油田开发需要查明地下水的流动方向，在地下水的上游地区注水，利用地下水的驱动增加采收率；垃圾填埋场研究地下水的流动规律和隔水层的分布特征，把污染控制在一定范围以内，减少二次污染。 高温地下水是一种清洁的能源，可以直接用于供暖、发电等，节约其他形式的能源，还可用于医疗、娱乐等方面。7.4 地下水研究的意义
