南京大学普通地质学13普地地下水.ppt

普通地质学普通地质学南京大学地球科学系南京大学地球科学系 舒良树舒良树第十三章第十三章 地下水及其地质作用地下水及其地质作用 第十三章第十三章 地下水及其地质作用地下水及其地质作用 地下水地下水 underground waterunderground water，， 水文水文 HydrologyHydrology定义定义: :赋存在地表以下岩层空隙中的水是水资源重赋存在地表以下岩层空隙中的水是水资源重 要的组成部分要的组成部分 地下水与生命密切相关；水是社会文明的标志地下水与生命密切相关；水是社会文明的标志 第一节第一节 地下水的基本概念地下水的基本概念一一. . 地下水的赋存条件地下水的赋存条件1.1.岩石空隙岩石空隙：：孔隙孔隙( (松散沉积物或沉积岩颗粒之间的松散沉积物或沉积岩颗粒之间的 空间空间) )；；裂隙裂隙( (岩石中的破裂岩石中的破裂) )；；洞穴洞穴( (Cave Cave 可溶性可溶性 岩石溶蚀后形成的空洞岩石溶蚀后形成的空洞) ) η=η=VnVn/V×100%/V×100% ηη，，孔隙度孔隙度( (孔隙的数量孔隙的数量) )；；VnVn，，孔隙体积孔隙体积；；V V，，沉积物或岩石总体积沉积物或岩石总体积影响孔隙度的影响孔隙度的4 4因素因素：颗粒粗则：颗粒粗则ηη低、颗粒形态不规低、颗粒形态不规 则则则则ηη低、分选性差则低、分选性差则ηη低、胶结好则低、胶结好则ηη低。

低2.2.岩石的透水性岩石的透水性perviousnessperviousness : :岩石的岩石的透水能力透水能力 取决于空隙大小与贯通程度（能否自由透水）取决于空隙大小与贯通程度（能否自由透水）以及空隙大小（透水多少）以及空隙大小（透水多少）●●透水层透水层：水能自由通过的地层水能自由通过的地层●●隔水层隔水层：：( (不透水层不透水层) )水不能自由通过的地层水不能自由通过的地层●●含水层含水层：饱含地下水的隔水层饱含地下水的隔水层3.3.地下水面地下水面: :某地区内地下彼此连通连续的水某地区内地下彼此连通连续的水 面面, ,为饱水带顶面为饱水带顶面●●地下水位地下水位：地下水的出露高度：地下水的出露高度( (不同地方不同地方地下地下 水位水位高度高度并不同，与地表起伏无关并不同，与地表起伏无关) )●●包气带包气带：地下水面以上部分岩层空隙中的气：地下水面以上部分岩层空隙中的气 体与大气相通，含不饱和液态水体与大气相通，含不饱和液态水●●饱水带饱水带saturated zonesaturated zone ：：地下水面以下的部地下水面以下的部 分分, ,岩石空隙中充满了水。

岩石空隙中充满了水 泉水的各种形成条件泉水的各种形成条件a,b,c,i: 含水层被含水层被 侵蚀；侵蚀；d,e,f,g: 水流被水流被隔隔水层阻挡；水层阻挡；h:水流被水流被断层阻挡断层阻挡; j:水流水流沿沿导水断层导水断层上升上升1, 隔水层隔水层2, 透水层透水层3, 致密基岩致密基岩4,裂隙岩石裂隙岩石5, 断层断层6, 地下水面地下水面 7, 下降泉下降泉 8, 上升泉上升泉二二．地下水的化学成分地下水的化学成分1.1.自然界中绝大多数元素在地下水均被发现自然界中绝大多数元素在地下水均被发现2.2.O K Na Ca MgO K Na Ca Mg Cl Cl等以离子状态大量存在于等以离子状态大量存在于 水中● ● O K Na Ca MgO K Na Ca Mg克拉克值大克拉克值大, ,溶解度也大，水溶解度也大，水 中含量就高中含量就高● ● ClCl克拉克值小克拉克值小, ,但溶解度大但溶解度大, ,故水中含量高故水中含量高● ● SiSi，，FeFe克拉克值大克拉克值大, ,但溶解度小但溶解度小, ,故水中含故水中含 量就小3.3.矿化度矿化度: :地下水中诸元素的总量地下水中诸元素的总量, ,单位单位: :克克/ /升升●●矿泉水矿泉水（（mineral watermineral water））：：含有对人体有益矿含有对人体有益矿 物质的地下水物质的地下水。

degree of degree of mineralizationmineralization● ● 如地下水中含无益的矿物质，则会形成人体结石如地下水中含无益的矿物质，则会形成人体结石 （类似于玛瑙）和马宝（动物体内结石）类似于玛瑙）和马宝（动物体内结石）三三. .地下水的补给与排泄地下水的补给与排泄1 1. .含水层失去水量称含水层失去水量称排泄排泄( (drainage)drainage)，，含水层含水层 从外界获得水称从外界获得水称补给补给( (recharge)recharge) ●●流动的地下水称地下流动的地下水称地下径流径流( (run offrun off））它从它从 补给区向排泄区流动补给区向排泄区流动 2.2.补给来源补给来源：大气降水、地表水大气降水、地表水3.3.地下水的露头地下水的露头：地下水的人工露头为：地下水的人工露头为井井wellwell，， 天然露头为天然露头为泉泉 springspring（（上升急喷的泉即上升急喷的泉即喷泉喷泉，， 重力向下者为重力向下者为下降泉下降泉） 台湾和云南有台湾和云南有““蝴蝶泉蝴蝶泉”;”;南京有南京有““珍珠泉珍珠泉””、、““江南江南 第二泉第二泉”(”(南宋陆游题）南宋陆游题）; ;济南有济南有““趵趵( (baobao) )突泉突泉””。

 第二节第二节 地下水的类型地下水的类型一一. .根据埋藏条件分类根据埋藏条件分类1.1.包气带水包气带水：包括气态水、结合水、毛细管水、：包括气态水、结合水、毛细管水、 过路重力水、上层滞水过路重力水、上层滞水( (局部隔水层中蓄的水局部隔水层中蓄的水) )2.2.潜水潜水( (phreaticphreatic water) water)：：地面下第一个稳定地面下第一个稳定 隔水层上的饱和水隔水层上的饱和水( (saturated watersaturated water) ) 潜水层厚度潜水层厚度= =潜水面至下伏隔水层顶板的距离潜水面至下伏隔水层顶板的距离 潜水埋藏深度潜水埋藏深度= =潜水面至地表的距离潜水面至地表的距离 潜水面的特征：波状起伏、随季节而变化潜水面的特征：波状起伏、随季节而变化3.3.承压承压confinedconfined水：充满于二个隔水层中间的水：充满于二个隔水层中间的 含水层中的地下水含水层中的地下水承受着一定的静水压力，承受着一定的静水压力， 形成环境主要为向斜盆地（图形成环境主要为向斜盆地（图13-713-7）） 包气带与包气带与 饱水带饱水带压力水压力水头高度头高度补给区补给区 承压区承压区排泄区排泄区 自溢区自溢区二二. .根据含水层空隙性质划分的类型根据含水层空隙性质划分的类型1.1.孔隙孔隙porepore水水2.2.裂隙裂隙fissurefissure水水（裂隙发育贯通性好者为（裂隙发育贯通性好者为层状层状 裂隙水；裂隙稀疏局部贯通者为裂隙水；裂隙稀疏局部贯通者为脉状脉状裂隙水。

裂隙水3.3.喀斯特喀斯特karstkarst水水 第三节第三节 地下热水地下热水1.1.低温低温20-4020-40度度, ,中温中温40-6040-60度度, ,高温高温60-10060-100度度, , 过热过热>100>100度高温热泉度高温热泉( (需具备较大的空隙、需具备较大的空隙、 较热的岩体、通向地表的不规则裂隙系统）较热的岩体、通向地表的不规则裂隙系统）2.2.地下热水分布区常是地热异常区；出露地表地下热水分布区常是地热异常区；出露地表 即成为温泉即成为温泉（（hot springhot spring） 西藏羊八井、南京汤山、西安临潼华清池；冰岛、西藏羊八井、南京汤山、西安临潼华清池；冰岛、 新西兰、美国黄石新西兰、美国黄石Yellow StoneYellow Stone老实泉老实泉( (Old Faithful)Old Faithful)3.3.地下热水的成因地下热水的成因：与断裂有关、与地热有关、：与断裂有关、与地热有关、与水文地质条件有关与水文地质条件有关四四川川巴巴塘塘的的温温泉泉  第四节第四节 地下水的地质作用地下水的地质作用一一. .地下水的剥蚀作用及喀斯特地下水的剥蚀作用及喀斯特1.1.剥蚀剥蚀( (潜蚀潜蚀suffosionsuffosion) )：： 机械冲刷机械冲刷scourscour( (水冲力小水冲力小, ,故颗粒细故颗粒细); ); 化学溶蚀化学溶蚀chemical corrosionchemical corrosion( (对象是可溶性岩石对象是可溶性岩石) )。

2 2. .喀斯特喀斯特karstkarst：：含二氧化碳的地下水对灰岩进行的以含二氧化碳的地下水对灰岩进行的以化学溶蚀为主、机械冲刷为辅的地质作用及其地貌称化学溶蚀为主、机械冲刷为辅的地质作用及其地貌称之中国译为岩溶中国译为岩溶喀斯特地区，风景优美，石林壮喀斯特地区，风景优美，石林壮观所拍电影赏心悦目观所拍电影赏心悦目: :阿诗玛阿诗玛, ,刘三姐 以下结构名称自学以下结构名称自学a.a.溶沟、石牙溶沟、石牙：表面溶蚀冲刷，形成沟槽（溶沟）、：表面溶蚀冲刷，形成沟槽（溶沟）、 突起（石牙，发育成石林）突起（石牙，发育成石林）b.b.落水洞落水洞：地表：地表向下与地下河相连的近直立的洞穴向下与地下河相连的近直立的洞穴 二二组直立裂隙交会处最易形成组直立裂隙交会处最易形成c.c.溶斗溶斗( (漏斗漏斗) )：深度较小的凹坑，可连地下河深度较小的凹坑，可连地下河岩溶岩溶( Karst)地貌示意图地貌示意图d.d.干谷、盲谷干谷、盲谷：河床中的落水洞，使下游断流成干：河床中的落水洞，使下游断流成干 谷；上游下蚀且流水入洞成为盲谷。

谷；上游下蚀且流水入洞成为盲谷e.e.峰丛、峰林、孤峰峰丛、峰林、孤峰f.f.溶洞溶洞：石灰岩地区的地下洞：石灰岩地区的地下洞. .层面、节理面、断裂层面、节理面、断裂 面最易发育面最易发育 地壳上升地壳上升→→潜水面下降潜水面下降→→溶洞干涸溶洞干涸 溶洞一般形成于大片石灰岩分布区，如瑶林仙境、溶洞一般形成于大片石灰岩分布区，如瑶林仙境、 灵山幻境、宜兴善卷洞（上洞、中洞为干洞，下洞灵山幻境、宜兴善卷洞（上洞、中洞为干洞，下洞 有水可通舟楫）有水可通舟楫）g.g.溶蚀谷地、天然桥溶蚀谷地、天然桥：地下暗河暴露地表：地下暗河暴露地表, ,为溶蚀谷为溶蚀谷 地地. .未塌陷部分叫天然桥未塌陷部分叫天然桥h.h.喀斯特洼地、喀斯特平原喀斯特洼地、喀斯特平原：溶斗扩大形成洼地，：溶斗扩大形成洼地， 进一步发展则成为喀斯特平原（地壳稳定、侧向进一步发展则成为喀斯特平原（地壳稳定、侧向 溶蚀充分）溶蚀充分） 岩溶（岩溶（karstkarst，，喀斯特喀斯特））3.3.影响岩溶（影响岩溶（karstkarst））发育的因素发育的因素a.a.气候气候：潮湿、降雨量大、常年气温高。

潮湿、降雨量大、常年气温高b.b.岩石岩石：可溶性岩石，纯的石灰岩更好可溶性岩石，纯的石灰岩更好c.c.构造构造：断层、节理发育有利于：断层、节理发育有利于karstkarst的形成d.d.流水流水：溶蚀性强、流动性好，有利于：溶蚀性强、流动性好，有利于karstkarst 的形成e.e.环境环境：地质环境稳定：地质环境稳定, ,有利于有利于karstkarst的形成二二. .地下水的搬运作用地下水的搬运作用1.1.搬运搬运：在地下进行其余与河流无异在地下进行其余与河流无异2.2.沉积沉积：机械沉积、化学沉积，后者重要机械沉积、化学沉积，后者重要2.1 2.1 引起化学沉积的因素引起化学沉积的因素：压力降低、水温：压力降低、水温 降低、水分蒸发，降低、水分蒸发，CaCOCaCO3 3浓度增加而沉淀浓度增加而沉淀2.2 2.2 沉积方式沉积方式孔隙孔隙→→沉积产物像沉积产物像胶结块胶结块裂隙裂隙→→具具梳状构造的方解石脉梳状构造的方解石脉溶洞溶洞→→钟乳石，石钟乳钟乳石，石钟乳: :同心环状的空心体同心环状的空心体 → →石笋石笋: :同心环状实心体。

同心环状实心体 → →流水中的流水中的CaCOCaCO3 3沉淀沉淀→→石帘、石瀑布石帘、石瀑布温泉温泉→→泉华，包括钙硅华即泉华，包括钙硅华即石灰华、硅华石灰华、硅华 第五节第五节 地下水的开发利用地下水的开发利用1.1.寻找更多更好的地下水寻找更多更好的地下水2.2.要求科学开采（上海过量开采，造成地面要求科学开采（上海过量开采，造成地面下降；后向地下注水，地面回升）下降；后向地下注水，地面回升）3.3.中科院桂林岩溶研究所、中科院水文研究所中科院桂林岩溶研究所、中科院水文研究所岩岩 溶溶 谷谷 - 沟沟 - 脊脊 云云 南南 路路 南南 石石 林林广广 西西 鹿鹿 寨寨 石石 芽芽广广西西阳阳朔朔黑黑岩岩石石盾盾 泉华柱泉华柱-西藏西藏泉泉华华蘑蘑菇菇-云云南南 热泉蒸气凝结的冰塔热泉蒸气凝结的冰塔 本章重点本章重点一、基本概念一、基本概念 孔隙度；矿化度；地下径流；盲谷、落孔隙度；矿化度；地下径流；盲谷、落 水洞；包气带水、潜水、承压水、空隙水洞；包气带水、潜水、承压水、空隙 水、裂隙水、水、裂隙水、KarstKarst水水二、基本特征二、基本特征 1 1 影响水质的因素、影响孔隙度的影响水质的因素、影响孔隙度的4 4因素因素 2 2 水的富集、运移特征水的富集、运移特征 3 3 温泉和地热水的形成条件温泉和地热水的形成条件: : 构造、地构造、地 热、水文地质热、水文地质 4 4 影响岩溶（影响岩溶（karstkarst））发育的因素发育的因素。