第十三章地下水的地质作用 §3地下水的概念及其特征 概念:以各种形式存在于地表之下岩石和松散堆积物空隙中的水 二、地下水的来源 渗透水——大气降水、冰雪融水、地面流水(江、河、湖、海) 等从地面渗入地下积聚成 )凝结水—水蒸汽凝结成水滴后渗于地下。 )岩浆水——(原生水)地下岩浆活动形成的水(结晶水、水气 (四)埋藏水—(古水)地史中沉积物空隙中的水,被封闭保存下来。 三、地下水的赋存状态 (一)吸着水——靠分子引力及静电引力吸附在土和岩石颗粒表面 上的水。不受重力影响,不被植物吸收。 (二)薄膜水——包围在吸着水的外层,可以从原处向薄处“移动” 少部分可被植物吸收。 三)毛细管水—受表面张力影响,保留在毛细管中,易被植物 吸收。 (四)重力水—受重力影响可自由流动。 四、岩石的空隙类型 )孔隙—疏松未胶结好的岩石中形成的空隙颗粒之间的 空隙。Q、N地层常见,孔隙大小与碎屑颗粒有关。 颗粒磨圆差不等粒则孔隙小(图) 磨圆差好,近等粒则孔隙大(图) 孔隙度 二)裂隙—岩石中断层、节理、缝隙等。 三)溶洞——可溶性岩石被溶蚀形成的洞穴。 五、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。 (一)透水层孔隙大、孔隙及大的砂层和砾砂层胶结不好砂岩、 砾岩及裂隙发育的其它岩石。 透水系数:米/昼 当透水层含水时称含水层 良透水层 透水层 (二)不透水层常见由泥岩,粘土层等组成 六、地下水与地表水的差异
1 第十三章 地下水的地质作用 §３.地下水的概念及其特征 一．概念：以各种形式存在于地表之下岩石和松散堆积物空隙中的水。 二 、地下水的来源 （一）渗透水——大气降水、冰雪融水、地面流水（江、河、湖、海） 等从地面渗入地下积聚成。 （二）凝结水——水蒸汽凝结成水滴后渗于地下。 （三）岩浆水——（原生水）地下岩浆活动形成的水（结晶水、水气）。 （四）埋藏水——（古水）地史中沉积物空隙中的水，被封闭保存下来。 三 、.地下水的赋存状态 （一） 吸着水——靠分子引力及静电引力吸附在土和岩石颗粒表面 上的水。不受重力影响，不被植物吸收。 （二） 薄膜水——包围在吸着水的外层，可以从原处向薄处“移动” 少部分可被植物吸收。 （三） 毛细管水——受表面张力影响，保留在毛细管中，易被植物 吸收。 （四） 重力水——受重力影响可自由流动。 四、岩石的空隙类型 （一） 孔隙——疏松未胶结好的岩石中形成的空隙颗粒之间的 空隙。Ｑ、Ｎ地层常见，孔隙大小与碎屑颗粒有关。 颗粒磨圆差不等粒则孔隙小（图） 磨圆差好，近等粒则孔隙大（图） 孔隙度 （二） 裂隙——岩石中断层、节理、缝隙等。 （三） 溶洞——可溶性岩石被溶蚀形成的洞穴。 五、 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。 （一） 透水层：孔隙大、孔隙及大的砂层和砾砂层，胶结不好，砂 岩、 砾岩及裂隙发育的其它岩石。 透水系数：米／昼 当透水层含水时称含水层。 良透水层 透水层 (二) 不透水层:常见由泥岩，粘土层等组成 六、 地下水与地表水的差异
地下水大多被限制在透水层中流动与自由流动的地表水有一定的差异。 1.流速小、机械动能小 地下水除受重力影响由高向低流,受压力影响由高压向低压流动 外,在流动过程中受到透水层中岩石的阻碍,能量消耗在磨擦上,因此流速 小,机械动能小。 2.矿化度高、化学动力大 水中各种元素的离子、分子、化合物的总量。Mg/eg/e 矿化度高的水Na+CL 矿化度的大小与水中所含的 矿化物中等SO2Na+或C 离子成分有一定关系 矿化度低 HCO3、MG2+ ①压力较大,易溶入一些气体 地下水之所以有较大的矿化度②水温较高 ③与岩石接触面积大,有机会溶解元素 地下水随含矿物质的不同,气味等物理性质不同。 Nac|咸味 MgSO4—苦味 Fe—兰绿色 CO2—清凉可口,成为可供饮用的矿泉水 矿化度高,作为溶剂浓度大,成分复杂,有较强的溶解能力,化学动力强。 七、地下水的补给、径流和排泄 2.地下水的类型 按地下水的赋存空间分:孔隙水、裂隙水、岩溶水 二、按地下水的埋藏条件分:上层滞水、潜水、承压水 (一)上层滞水及包气带 包气带(不饱和带)——地表向下至较稳定的地下水面(潜水面)之 间的土层或岩层。 饱水带—潜水面之下称饱水带 包气带和饱水带的区别在于:包气带中空隙主要是气体;饱水带中空隙带中 空隙主要是充填了地下水 包气带中的水主要有:气态水,结合水(吸着薄膜水 过路重力水及毛细管水
2 地下水大多被限制在透水层中流动与自由流动的地表水有一定的差异。 1. 流速小、机械动能小 地下水除受重力影响由高向低流，受压力影响由高压向低压流动 外，在流动过程中受到透水层中岩石的阻碍，能量消耗在磨擦上，因此流速 小，机械动能小。 2. 矿化度高、化学动力大 水中各种元素的离子、分子、化合物的总量。Mg/e g/e 地下水随含矿物质的不同，气味等物理性质不同。 Ｎacl——咸味 MgSO4——苦味 Fe——兰绿色 CO2——清凉可口，成为可供饮用的矿泉水。 矿化度高，作为溶剂浓度大，成分复杂，有较强的溶解能力，化学动力强。 七、地下水的补给、径流和排泄 §２. 地下水的类型 一、按地下水的赋存空间分：孔隙水、裂隙水、岩溶水。 二、按地下水的埋藏条件分：上层滞水、潜水、承压水。 （一）上层滞水及包气带 包气带（不饱和带）—— 地表向下至较稳定的地下水面（潜水面）之 间的土层或岩层。 饱水带——潜水面之下称饱水带 包气带和饱水带的区别在于：包气带中空隙主要是气体；饱水带中空隙带中 空隙主要是充填了地下水。 包气带中的水主要有：气态水，结合水（吸着薄膜水）、 过路重力水及毛细管水。 矿化度高的水 Na+ CL- 矿化物中等 SO2- Na+ 或Ｃa 2+ 矿化度低 HCO3、MG2+ 矿化度的大小与水中所含的 离子成分有一定关系 地下水之所以有较大的矿化度 ①压力较大，易溶入一些气体 ②水温较高 ③与岩石接触面积大，有机会溶解元素
个 结合水 写水 重力水}包气带 毛细管水 饱水带 7/ 有时在包气带局部地区分布有面积不大,发育不稳定的融水层在其上集 聚了一些重力水称上层滞水 上层滞水—包气中局部隔水层上的重力水 特点:分布范围小,水量有限,受气候及季节变化的影响大 二)潜水——一地表之下,第一个稳定的隔水层之上的地下水。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。 ①大气降水经包气带向下渗透 补给②一些地表水如河、湖等如果切割了潜水面且 水位高于潜水位。 (三)承压水 两个稳定的隔水层之间的地下水。(图略) 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) 对承压的静水我们以水头高度来表示 承压水水头高度—穿透上部隔水层时,承压水能达到的水位高度 承压水的水质、水量比较稳定 泉 指地下水的天然露头。地下水天然流出地表的地方。 (一)按泉水的运动特征分: 上升泉—泉水为承压力,具压力向上运动(由于静水压力作用) 很多喷泉都是上升泉
3 有时在包气带局部地区分布有面积不大，发育不稳定的融水层在其上集 聚了一些重力水称上层滞水。 上层滞水——包气中局部隔水层上的重力水。 特点：分布范围小，水量有限，受气候及季节变化的影响大。 （二）潜水—— 地表之下，第一个稳定的隔水层之上的地下水。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。 （三）承压水 两个稳定的隔水层之间的地下水。（图略） 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） 对承压的静水我们以水头高度来表示 承压水水头高度——穿透上部隔水层时，承压水能达到的水位高度。 承压水的水质、水量比较稳定。 三、 泉 指地下水的天然露头。地下水天然流出地表的地方。 （一） 按泉水的运动特征分： 上升泉——泉水为承压力，具压力向上运动（由于静水压力作用） 很多喷泉都是上升泉。 上层滞水 气态水 结合水 重力水 毛细管水 包气带 饱水带 补给 ① 大气降水经包气带向下渗透 ② 一些地表水如河、湖等如果切割了潜水面且 水位高于潜水位
济南被誉为我国的泉城,主要由于承压水被火成岩体阻隔后沿裂隙涌出 地表,趵突泉即为上升泉。 下降泉—泉水仅在重力作用下由高向低流流出地表,泉水来源主 要是潜水。 下降泉主要出现在遭受剥蚀的山区流水(河、洪、片)剥蚀作用使 潜水面露出地表,可形成泉。山坡上下降泉多。 (二)温泉 水温高于当年平均气温的泉。不些甚至水沸腾。腾冲地区域2000多个(我 国)105℃-110°℃。温泉对人体的某些疾病有特殊的疗效,许多温泉如北京 的西山温泉,南京的汤山温泉,安徽的泮汤温泉,都是很好的疗养圣地. 温泉是地热异常的一种显示。它与岩浆活动和深处的地的热有关,常常 温泉出现在近代火山运动和深大断裂的附近(五大莲池附近有一些温泉,与 1719年火活动有关 目前国际上及我国对地热的开发利用都是比较重视的,天然的能源,我 国西藏羊八井地热田,地下水温高,喷出的汽柱达数百米,现已用于发电及 工农业生产 (三)矿泉 泉水中含有较多的矿物质 碱泉NaCO3 硫磺泉-H2S 盐泉NaCL 石灰泉CaCO3及CaSO4 53.地下水的地质作用 地下水的潜蚀作用 地下水的剥蚀作用我们称潜蚀 冲刷 潜蚀1溶蚀 1.机械冲刷作用 通常地下水动能小对岩石的冲刷破坏是比较弱的,主要在一些较大的裂 隙或洞穴,如暗河、水流集中,能够冲刷带走一些砂砾、粘土。 强调∶机械冲刷在黄土地区应该引起重视,黄土未胶结成岩,较疏松, 易于被冲蚀掉,下部被掏空后引起地面貌-新埸陷,称“假岩浴"。 2.化学溶蚀作用 地下水以化学反应的方式对可溶性岩石的溶解破坏 由于地下水矿物度较高,常含有多种不同的酸根离子,这种酸性水对某
4 济南被誉为我国的泉城，主要由于承压水被火成岩体阻隔后沿裂隙涌出 地表，趵突泉即为上升泉。 下降泉——泉水仅在重力作用下由高向低流流出地表，泉水来源主 要是潜水。 下降泉主要出现在遭受剥蚀的山区流水（河、洪、片）剥蚀作用使 潜水面露出地表，可形成泉。山坡上下降泉多。 （二） 温泉 水温高于当年平均气温的泉。不些甚至水沸腾。腾冲地区域 2000 多个（我 国）105℃－110℃。温泉对人体的某些疾病有特殊的疗效，许多温泉如北京 的西山温泉，南京的汤山温泉，安徽的泮汤温泉，都是很好的疗养圣地。 温泉是地热异常的一种显示。它与岩浆活动和深处的地的热有关，常常 温泉出现在近代火山运动和深大断裂的附近（五大莲池附近有一些温泉，与 1719 年火活动有关）。 目前国际上及我国对地热的开发利用都是比较重视的，天然的能源，我 国西藏羊八井地热田，地下水温高，喷出的汽柱达数百米，现已用于发电及 工农业生产。 （三） 矿泉 泉水中含有较多的矿物质. 碱泉ＮaＣＯ3 硫磺泉-Ｈ2Ｓ 盐泉ＮaＣＬ 石灰泉ＣaＣＯ3及ＣaＳＯ4 §3. 地下水的地质作用 一、 地下水的潜蚀作用 地下水的剥蚀作用我们称潜蚀 1 . 机械冲刷作用 通常地下水动能小对岩石的冲刷破坏是比较弱的，主要在一些较大的裂 隙或洞穴，如暗河、水流集中，能够冲刷带走一些砂砾、粘土。 强调：机械冲刷在黄土地区应该引起重视，黄土末胶结成岩，较疏松， 易于被冲蚀掉，下部被掏空后引起地面貌一新埸陷，称“假岩浴”。 ２．化学溶蚀作用 ——地下水以化学反应的方式对可溶性岩石的溶解破坏。 由于地下水矿物度较高，常含有多种不同的酸根离子，这种酸性水对某 潜蚀 冲刷 溶蚀
些岩石的溶蚀是很强烈的,一些在纯水中难溶的物质,遇到酸性水后,分解 的比较快,最典型常见的是 H20+co2+Caco3 Ca(HCO3)2(易溶、重碳酸钙) 我们知道地下水中都含有一定量的CO2,因此,在地下水丰富的石灰 岩地区,由于这样的溶蚀作用,常形成—种特殊的地质现象,称喀斯特 Karst (岩溶 喀斯特(专用术语)——以地下水为主,对可溶性岩石进行的以化学溶解 为主,机械冲刷为辅的地质作用及由这些地质作用所产生 的特殊的地貌现象 常见喀斯特地貌 溶沟、石芽和石林 这是喀斯特发育的最初地貌形态。 流水沿地表的沟槽流 个价/ 动,并发生溶蚀冲刷,使 个间槽加密扩大,形成溶沟 溶沟之间石脊称石芽。 石芽进上小发育且大 面积出现,形成石林,如 著名的云南路南石林 ②落水洞和溶斗 流水沿岩石的垂直裂隙流动,使裂隙不断溶解扩大。 宽深 落水洞 两组直立裂隙高叉处 宽 溶斗 ③峰林 流水在厚度较大且裂隙发育的石灰岩地区形成的山峰、孤峰、峰丛、峰林。 ④溶洞及地下河(暗河) 溶洞—石灰岩地区的地下洞穴(溶蚀作用 形成机理:潜水面附近,地下水沉岩层裂隙及层理面,节理面等空隙流动, 发生强烈的溶蚀作用使隙扩大洞穴
5 些岩石的溶蚀是很强烈的，一些在纯水中难溶的物质，遇到酸性水后，分解 的比较快，最典型常见的是 Ｈ2Ｏ＋ＣＯ２＋ＣaＣＯ３ Ｃa(ＨＣＯ３)２（易溶、重碳酸钙） 我们知道地下水中都含有一定量的ＣＯ２，因此，在地下水丰富的石灰 岩地区，由于这样的溶蚀作用，常形成一种特殊的地质现象，称喀斯特 Karst （岩溶）。 喀斯特(专用术语) —— 以地下水为主，对可溶性岩石进行的以化学溶解 为主，机械冲刷为辅的地质作用及由这些地质作用所产生 的特殊的地貌现象。 常见喀斯特地貌 ① 溶沟、石芽和石林： 这是喀斯特发育的最初地貌形态。 流水沿地表的沟槽流 动，并发生溶蚀冲刷，使 间槽加宽扩大，形成溶沟， 溶沟之间石脊称石芽。 石芽进上小发育且大 面积出现，形成石林，如 著名的云南 路南石林。 ② 落水洞和溶斗 流水沿岩石的垂直裂隙流动，使裂隙不断溶解扩大。 深 > 宽 落水洞 两组直立裂隙高叉处 宽 > 深 溶斗 ③ 峰林 流水在厚度较大且裂隙发育的石灰岩地区形成的山峰、孤峰、峰丛、峰林。 ④ 溶洞及地下河（暗河） 溶洞——石灰岩地区的地下洞穴（溶蚀作用）。 形成机理：潜水面附近，地下水沉岩层裂隙及层理面，节理面等空隙流动， 发生强烈的溶蚀作用使隙扩大洞穴。 石 芽 溶 沟