地下水及其地质作用.ppt

普通地质学,南京大学地球科学系舒良树,第十三章地下水及其地质作用,第十三章地下水及其地质作用地下水undergroundwater，水文Hydrology定义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。地下水与生命密切相关；水是社会文明的标志。第一节地下水的基本概念一.地下水的赋存条件1.岩石空隙孔隙松散沉积物或沉积岩颗粒之间的空间；裂隙岩石中的破裂；洞穴Cave可溶性岩石溶蚀后形成的空洞ηVn/V100η，孔隙度孔隙的数量；Vn，孔隙体积；V，沉积物或岩石总体积影响孔隙度的4因素颗粒粗则η低、颗粒形态不规则则η低、分选性差则η低、胶结好则η低。,2.岩石的透水性perviousness岩石的透水能力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）●透水层水能自由通过的地层。●隔水层不透水层水不能自由通过的地层●含水层饱含地下水的隔水层。3.地下水面某地区内地下彼此连通连续的水面,为饱水带顶面。●地下水位地下水的出露高度不同地方地下水位高度并不同，与地表起伏无关。●包气带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。●饱水带saturatedzone地下水面以下的部分,岩石空隙中充满了水。,泉水的各种形成条件,a,b,c,i含水层被侵蚀；d,e,f,g水流被隔水层阻挡；h水流被断层阻挡;j水流沿导水断层上升,1,隔水层2,透水层3,致密基岩4,裂隙岩石5,断层6,地下水面7,下降泉8,上升泉,二．地下水的化学成分1.自然界中绝大多数元素在地下水均被发现。2.OKNaCaMgCl等以离子状态大量存在于水中。●OKNaCaMg克拉克值大,溶解度也大，水中含量就高。●Cl克拉克值小,但溶解度大,故水中含量高。●Si，Fe克拉克值大,但溶解度小,故水中含量就小。3.矿化度地下水中诸元素的总量,单位克/升●矿泉水（mineralwater）含有对人体有益矿物质的地下水。degreeofmineralization●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）。,三.地下水的补给与排泄1.含水层失去水量称排泄drainage，含水层从外界获得水称补给recharge。●流动的地下水称地下径流runoff）。它从补给区向排泄区流动。2.补给来源大气降水、地表水。3.地下水的露头地下水的人工露头为井well，天然露头为泉spring（上升急喷的泉即喷泉，重力向下者为下降泉）。台湾和云南有“蝴蝶泉”;南京有“珍珠泉”、“江南第二泉”南宋陆游题）;济南有“趵bao突泉”。,第二节地下水的类型一.根据埋藏条件分类1.包气带水包括气态水、结合水、毛细管水、过路重力水、上层滞水局部隔水层中蓄的水2.潜水phreaticwater地面下第一个稳定隔水层上的饱和水saturatedwater。潜水层厚度潜水面至下伏隔水层顶板的距离潜水埋藏深度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。3.承压confined水充满于二个隔水层中间的含水层中的地下水。承受着一定的静水压力，形成环境主要为向斜盆地（图13-7）,,包气带与饱水带,,,,,,,,,,,压力水头高度,补给区,承压区,排泄区,自溢区,,,,,,,二.根据含水层空隙性质划分的类型1.孔隙pore水2.裂隙fissure水（裂隙发育贯通性好者为层状裂隙水；裂隙稀疏局部贯通者为脉状裂隙水。3.喀斯特karst水第三节地下热水1.低温20-40度,中温40-60度,高温60-100度,过热100度。高温热泉需具备较大的空隙、较热的岩体、通向地表的不规则裂隙系统）2.地下热水分布区常是地热异常区；出露地表即成为温泉（hotspring）。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YellowStone老实泉OldFaithful3.地下热水的成因与断裂有关、与地热有关、与水文地质条件有关。,四川巴塘的温泉,第四节地下水的地质作用一.地下水的剥蚀作用及喀斯特1.剥蚀潜蚀suffosion机械冲刷scour水冲力小,故颗粒细;化学溶蚀chemicalcorrosion对象是可溶性岩石。2.喀斯特karst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之。中国译为岩溶。喀斯特地区，风景优美，石林壮观。所拍电影赏心悦目阿诗玛,刘三姐。以下结构名称自学a.溶沟、石牙表面溶蚀冲刷，形成沟槽（溶沟）、突起（石牙，发育成石林）。b.落水洞地表向下与地下河相连的近直立的洞穴。二组直立裂隙交会处最易形成。c.溶斗漏斗深度较小的凹坑，可连地下河。,,岩溶Karst地貌示意图,d.干谷、盲谷河床中的落水洞，使下游断流成干谷；上游下蚀且流水入洞成为盲谷。e.峰丛、峰林、孤峰f.溶洞石灰岩地区的地下洞.层面、节理面、断裂面最易发育。地壳上升→潜水面下降→溶洞干涸。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，下洞有水可通舟楫）。g.溶蚀谷地、天然桥地下暗河暴露地表,为溶蚀谷地.未塌陷部分叫天然桥。h.喀斯特洼地、喀斯特平原溶斗扩大形成洼地，进一步发展则成为喀斯特平原（地壳稳定、侧向溶蚀充分）。岩溶（karst，喀斯特）,3.影响岩溶（karst）发育的因素a.气候潮湿、降雨量大、常年气温高。b.岩石可溶性岩石，纯的石灰岩更好。c.构造断层、节理发育有利于karst的形成。d.流水溶蚀性强、流动性好，有利于karst的形成。e.环境地质环境稳定,有利于karst的形成。二.地下水的搬运作用1.搬运在地下进行。其余与河流无异。2.沉积机械沉积、化学沉积，后者重要。2.1引起化学沉积的因素压力降低、水温降低、水分蒸发，CaCO3浓度增加而沉淀。,2.2沉积方式孔隙→沉积产物像胶结块。裂隙→具梳状构造的方解石脉。溶洞→钟乳石，石钟乳同心环状的空心体。→石笋同心环状实心体。→流水中的CaCO3沉淀→石帘、石瀑布。温泉→泉华，包括钙硅华即石灰华、硅华。第五节地下水的开发利用1.寻找更多更好的地下水。2.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）。3.中科院桂林岩溶研究所、中科院水文研究所,岩溶谷-沟-脊,云南路南石林,广西鹿寨石芽,广西阳朔黑岩石盾,泉华柱-西藏,泉华蘑菇-云南,热泉蒸气凝结的冰塔,本章重点一、基本概念孔隙度；矿化度；地下径流；盲谷、落水洞；包气带水、潜水、承压水、空隙水、裂隙水、Karst水二、基本特征1影响水质的因素、影响孔隙度的4因素2水的富集、运移特征3温泉和地热水的形成条件构造、地热、水文地质4影响岩溶（karst）发育的因素,