水文与工程地质专业《131岩石的空隙

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 似饱含着水的海绵。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 及其运动的根底。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经过局部胶结的砂岩；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。1 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，Vn表示岩石中孔隙体积，那么：n = Vn 或 n = Vn X100%1-10VV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 一立方体排列；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 作四面体排列进，孔隙度 仅为图l-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，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1-3。表 1-3 松散岩石孔隙度参考数值据弗里泽等，1987_岩石名称砾石砂粉砂粘土孔隙度变化区间125%-40%1125%-50%1135%-50%1140%-70%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 1-9。图1-9不同粒度等粒岩石的孔隙度与孔隙大小（棒可白 A. H. CeMnxaTOB, 1954：（转引自）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。我们可以 假设一种极端的情况：如果一种等粒砾石孔隙度叫=40%，另一 种等粒的极细砂的孔隙度n2=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=n1Xn2=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。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2-4孔吼（直径为d）与孔腹（直径为dT图1-10孔喉D'与孔腹d图1-11排列方式与孔隙大小关系通过孔隙通道中心切面图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 173。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=图 1-11, a作四面体排列时，d=图1-llb,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无视的。