第十一章地下水地质作用课件.ppt

普通地质学普通地质学n n内蒙古科技大学n n采矿工程2010n n教材：普通地质学 陶晓风 主编 科学出版社第十一章 地下水的地质作用n n地下水的运动特征n n地下水的地质作用第十一章 地下水的地质作用n n地下水地下水 指存在于地表以下松散堆积物或基岩空隙中的水。n n地下水的化学特征地下水的化学特征 n n地下水长期在地下运动，可从岩石中获得大量可溶性地下水长期在地下运动，可从岩石中获得大量可溶性的物质成分，使之成为的物质成分，使之成为成分复杂的溶液成分复杂的溶液成分复杂的溶液成分复杂的溶液 。n n地下水中含大量的离子、分子和化合物，其地下水中含大量的离子、分子和化合物，其矿化度高。矿化度高。矿化度高。矿化度高。n n地下水中常见的地下水中常见的气体成分气体成分气体成分气体成分：O2O2、N2N2、CO2CO2及及H2S.H2S.n n地下水中还含有大量的地下水中还含有大量的胶体物质胶体物质胶体物质胶体物质：Fe(OH)3Fe(OH)3、Al(OH)3Al(OH)3、SiO2SiO2及以胶体形式存在的有机质。及以胶体形式存在的有机质。第一节 地下水的运动特征n n地下水运动的条件地下水运动的条件地下水运动的条件地下水运动的条件 n n地下水运动的基本条件地下水运动的基本条件地下水运动的基本条件地下水运动的基本条件空隙空隙空隙空隙n n空隙：空隙：空隙：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(可溶性 岩石溶蚀后形成的空洞)。n n空隙度空隙度空隙度空隙度指一定体积岩石中空隙体积所占的比例指一定体积岩石中空隙体积所占的比例 。地下水的分布、储量及运动均受岩石空隙的地下水的分布、储量及运动均受岩石空隙的多少（多少（空隙度空隙度空隙度空隙度）支配）支配 。以。以n n表示空隙度，表示空隙度，V Vp p表表示空隙体积，示空隙体积，V V表示岩石体积，则表示岩石体积，则n=n=V Vp p/V /V。影响空隙度的四个因素影响空隙度的四个因素 1 1、颗粒的大小（颗粒粗，则空隙度低）、颗粒的大小（颗粒粗，则空隙度低）2 2、颗粒分选性（分选性差则空隙度低）、颗粒分选性（分选性差则空隙度低）3 3、颗粒形态（颗粒形态不规则，则空隙度低）、颗粒形态（颗粒形态不规则，则空隙度低）4 4、胶结程度、胶结程度 （胶结好则空隙度低）（胶结好则空隙度低）第一节 地下水的运动特征n n地下水运动的条件地下水运动的条件 影响地下水运动的因素影响地下水运动的因素影响地下水运动的因素影响地下水运动的因素透水性和隔水性透水性和隔水性透水性和隔水性透水性和隔水性透水性透水性透水性透水性:岩石被水透过的性能岩石被水透过的性能。空隙较大，且相互连通的。空隙较大，且相互连通的岩石，地下水可以在岩石中流动。有些岩石虽有很高岩石，地下水可以在岩石中流动。有些岩石虽有很高空隙度，但空隙不连通的岩石和空隙过小，且连通性空隙度，但空隙不连通的岩石和空隙过小，且连通性不好的粘土和泥岩，地下水也很难在其中流动。不好的粘土和泥岩，地下水也很难在其中流动。透水层透水层透水层透水层:能透水的岩层能透水的岩层。洞隙大，且相互连通的石灰岩和。洞隙大，且相互连通的石灰岩和白云岩以及孔隙大的砾石层和沙层是良好的透水层。白云岩以及孔隙大的砾石层和沙层是良好的透水层。含水层含水层含水层含水层:储有地下水的透水层。储有地下水的透水层。隔水性隔水性隔水性隔水性:岩石阻挡水通过的性质岩石阻挡水通过的性质。隔水层隔水层隔水层隔水层:具隔水性的岩层具隔水性的岩层。粘土岩、粉砂质泥岩及节理不。粘土岩、粉砂质泥岩及节理不发育的岩浆岩和块状变质岩可视为隔水层。发育的岩浆岩和块状变质岩可视为隔水层。第一节 地下水的运动特征n n地下水的来源地下水的来源 （1 1）地表水的入渗。地表的雨水，冰雪融化的水，河流）地表水的入渗。地表的雨水，冰雪融化的水，河流及湖泊中的水均可渗入地下而成为地下水。这是地下及湖泊中的水均可渗入地下而成为地下水。这是地下水的最主要来源；水的最主要来源；（2 2）大气中的水汽可凝结进入岩石孔隙中。在一些干旱）大气中的水汽可凝结进入岩石孔隙中。在一些干旱地区，夜间因气温降幅较大，大气中水的凝结也成为地区，夜间因气温降幅较大，大气中水的凝结也成为地下水的补充。地下水的补充。（3 3）古埋藏水。古代的海洋、湖泊中的沉积物因埋深在）古埋藏水。古代的海洋、湖泊中的沉积物因埋深在特殊情况下可封存了其中所含的部分水体。特殊情况下可封存了其中所含的部分水体。（4 4）其它还有如岩浆中分异出的地下水，矿物结晶水中）其它还有如岩浆中分异出的地下水，矿物结晶水中分离出来的地下水等。分离出来的地下水等。第一节 地下水的运动特征包气带水包气带水 贴近地表的气态水、土壤颗粒水吸附毛细水分子。这些水虽可连结起来成为液体，但因是充填在细微的孔隙中而不能自由运动。n n地下水的赋存及运动地下水的赋存及运动 地下水在岩层中的赋存形式可以是气态，液态和固态的，其地下水在岩层中的赋存形式可以是气态，液态和固态的，其中以液态为主。在地下的赋存自上而下分为包气带和饱水带：中以液态为主。在地下的赋存自上而下分为包气带和饱水带：第一节 地下水的运动特征饱水带：饱水带：入渗的大气降水在到达地下一定深度后，可汇聚起来，特别是遇到区域不透水层的阻碍，便可形成地下水的饱和带，即饱水带。在第一个区域不透水层之上，饱水带中的地下水称潜水潜水。此水层的水面称为潜水面潜水面。潜水面与地表面的形态具有相似性。n n地下水的赋存及运动地下水的赋存及运动 地下水在岩层中的赋存形式可以是气态，液态和固态的，其地下水在岩层中的赋存形式可以是气态，液态和固态的，其中以液态为主。在地下的赋存自上而下分为包气带和饱水带：中以液态为主。在地下的赋存自上而下分为包气带和饱水带：第一节 地下水的运动特征 承压水承压水(层间水层间水)是指埋藏在两个隔水层之间的透水层中的地下水。它的运动受到上下隔水层的约束和水压的作用。打井穿过上面的隔水层时，承压水就可向上涌出来。n n地下水的赋存及运动地下水的赋存及运动 地下水在岩层中的赋存形式可以是气态，液态和固态的，其地下水在岩层中的赋存形式可以是气态，液态和固态的，其中以液态为主。在地下的赋存自上而下分为包气带和饱水带：中以液态为主。在地下的赋存自上而下分为包气带和饱水带：第一节 地下水的运动特征泉地下水的天然露头第一节 地下水的运动特征温泉温泉泉的一种，其水温高于当地年平均温度摄氏泉的一种，其水温高于当地年平均温度摄氏5 5以上。以上。第一节 地下水的运动特征n n按地下水的运动方式可分为：按地下水的运动方式可分为：按地下水的运动方式可分为：按地下水的运动方式可分为：毛细水（结合水）毛细水（结合水）毛细水（结合水）毛细水（结合水）在毛细作用下运动的水在毛细作用下运动的水。岩。岩石颗粒表面和空隙壁面在静电吸引作用下，会石颗粒表面和空隙壁面在静电吸引作用下，会吸附水分子吸附水分子 。这类水束缚于颗粒表面及空隙壁。这类水束缚于颗粒表面及空隙壁面，不能在自身重力作用下运动。而且还可逆面，不能在自身重力作用下运动。而且还可逆重力而运动（毛细运动）。重力而运动（毛细运动）。重力水重力水重力水重力水 在自身重力作用下产生运动的水。在岩在自身重力作用下产生运动的水。在岩石和松散物质的空隙中，石和松散物质的空隙中，重力水在重力作用下重力水在重力作用下产生运动产生运动称称渗流渗流渗流渗流(渗透渗透)。第一节 地下水的运动特征 三类地下水的运动方向三类地下水的运动方向 .包气带中的重力水从地表向下作垂向包气带中的重力水从地表向下作垂向运动，毛细水逆重力向上运动，气态水运动，毛细水逆重力向上运动，气态水很难运动。很难运动。.潜水作近水平方向运动。从高处向低潜水作近水平方向运动。从高处向低处流，从分水岭向谷底流，最后流入河处流，从分水岭向谷底流，最后流入河流、湖泊、海洋，或以喷泉的形式出露流、湖泊、海洋，或以喷泉的形式出露地表。地表。.承压水从压力高处向压力低处运动。承压水从压力高处向压力低处运动。第二节 地下水的地质作用 地下水在岩石孔隙、裂缝中流动十分地下水在岩石孔隙、裂缝中流动十分缓慢，动能较小，故而机械作用十分微缓慢，动能较小，故而机械作用十分微弱。但由于地下水与岩石、矿物的接触弱。但由于地下水与岩石、矿物的接触时间长，加之溶有一定量的酸类物质时间长，加之溶有一定量的酸类物质(如如H2CO3、H2SO4及有机酸及有机酸)，对地下岩石、，对地下岩石、矿物具有强烈的溶解作用。就整个地下矿物具有强烈的溶解作用。就整个地下水的地质作用而言，以化学作用为主。水的地质作用而言，以化学作用为主。第二节 地下水的地质作用n地下水的机械地质作用地下水的机械地质作用 地下水机械地质作用在松散堆积层孔隙中作用地下水机械地质作用在松散堆积层孔隙中作用明显，把细粒物质，如粘土颗粒，粉砂冲刷掉明显，把细粒物质，如粘土颗粒，粉砂冲刷掉的作用叫机械潜蚀作用。长期的机械潜蚀作用的作用叫机械潜蚀作用。长期的机械潜蚀作用可使堆积层变得更疏松，孔隙扩大，甚至形成可使堆积层变得更疏松，孔隙扩大，甚至形成大的孔洞。大的孔洞。大的洞穴或裂隙的地区，地下水大的洞穴或裂隙的地区，地下水流动常形成暗河，暗河中的水流具有流量大，流动常形成暗河，暗河中的水流具有流量大，流速快的特点，其对洞穴或裂隙的侵蚀作用流速快的特点，其对洞穴或裂隙的侵蚀作用 第二节 地下水的地质作用第二节 地下水的地质作用地下水的机械地质作用地下水的机械地质作用 机械搬运和沉积作用微弱，仅在地下河中机械搬运和沉积作用微弱，仅在地下河中机械搬运和沉积作用微弱，仅在地下河中机械搬运和沉积作用微弱，仅在地下河中可见较明显的机械搬运和沉积作用。可见较明显的机械搬运和沉积作用。可见较明显的机械搬运和沉积作用。可见较明显的机械搬运和沉积作用。第二节 地下水的地质作用n地下水的化学地质作用喀斯特作用地下水的化学地质作用喀斯特作用n n喀斯特喀斯特喀斯特喀斯特：指水流（主要指地下水）与可溶性岩指水流（主要指地下水）与可溶性岩石相互作用的过程及其所产生的各地质、地貌石相互作用的过程及其所产生的各地质、地貌现象的总称。现象的总称。n n基本条件基本条件基本条件基本条件：喀斯特发育首先应具备喀斯特发育首先应具备具有溶蚀具有溶蚀具有溶蚀具有溶蚀性水性水性水性水和具有和具有可溶性岩石。可溶性岩石。可溶性岩石。可溶性岩石。n n可溶性岩石可溶性岩石可溶性岩石可溶性岩石：包括卤化物类岩石包括卤化物类岩石(食盐、钾盐、食盐、钾盐、镁盐等镁盐等)，硫酸盐类岩石，硫酸盐类岩石(石膏、芒硝石膏、芒硝 等等)及碳及碳酸盐类岩石酸盐类岩石(石灰岩、白云岩、大理岩等石灰岩、白云岩、大理岩等)。第二节 地下水的地质作用喀斯特作用（溶蚀作喀斯特作用（溶蚀作用、潜蚀作用）用、潜蚀作用）在包气带，地下水在可溶在包气带，地下水在可溶性岩石的裂缝中向下渗流，性岩石的裂缝中向下渗流，使裂缝不断加深加宽，形使裂缝不断加深加宽，形成成石芽石芽石芽石芽，石芽不断升高。石芽不断升高。在岩石成分较纯、岩层巨在岩石成分较纯、岩层巨厚、岩层倾角平缓的可溶厚、岩层倾角平缓的可溶性岩石地区，石芽可高达性岩石地区，石芽可高达几十米，远望宛如树林，几十米，远望宛如树林，称为称为石林。石林。石林。石林。第二节 地下水的地质作用喀斯特作用（溶蚀作喀斯特作用（溶蚀作用、潜蚀作用）用、潜蚀作用）在包气带，地下水在可溶在包气带，地下水在可溶性岩石的裂缝中向下渗流，性岩石的裂缝中向下渗流，使裂缝不断加深加宽，形使裂缝不断加深加宽，形成成石芽，石芽，石芽，石芽，石芽不断升高。石芽不断升高。在岩石成分较纯、岩层巨在岩石成分较纯、岩层巨厚、岩层倾角平缓的可溶厚、岩层倾角平缓的可溶性岩石地区，石芽可高达性岩石地区，石芽可高达几十米，远望宛如树林，几十米，远望宛如树林，称为称为石林石林石林石林。第二节 地下水的地质作用喀斯特作用（溶蚀作用、潜蚀作用）喀斯特作用（溶蚀作用、潜蚀作用）在包气带，地下水在可溶性岩石的裂缝中向下渗流，使裂缝不断在包气带，地下水在可溶性岩石的裂缝中向下渗流，使裂缝不断加深加宽，石芽不断升高。在岩石成分较纯、岩层巨厚、岩层倾加深加宽，石芽不断升高。在岩石成分较纯、岩层巨厚、岩层倾角平缓的可溶性岩石地区，石芽可高达几十米，远望宛如树林，角平缓的可溶性岩石地区，石芽可高达几十米，远望宛如树林，称为称为石林。石林。石林。石林。规模较大者称为规模较大者称为峰林峰林峰林峰林。第二节 地下水的地质作用喀斯特作用（溶蚀作用、潜蚀作用）喀斯特作用（溶蚀作用、潜蚀作用）包气带中，铅直节理的交叉处，溶蚀作用沿交叉带优先进包气带中，铅直节理的交叉处，溶蚀作用沿交叉带优先进行，长期溶蚀，可形成铅直方向的洞穴行，长期溶蚀，可形成铅直方向的洞穴落水洞落水洞落水洞落水洞。落水。落水洞不断扩大可形成洞不断扩大可形成天坑天坑天坑天坑。第二节 地下水的地质作用第二节 地下水的地质作用喀斯特作用（溶蚀作用、潜蚀作用）喀斯特作用（溶蚀作用、潜蚀作用）长期溶蚀，可形成较大范围的洼地长期溶蚀，可形成较大范围的洼地溶蚀洼地溶蚀洼地 第二节 地下水的地质作用喀斯特作用（溶蚀作用、潜蚀作用）喀斯特作用（溶蚀作用、潜蚀作用）在潜水面附近，地下水在重力作用下沿层面、节在潜水面附近，地下水在重力作用下沿层面、节理面和断裂带从高水位向低水位作近于水平方向的流理面和断裂带从高水位向低水位作近于水平方向的流动，常形成近于水平的洞穴称动，常形成近于水平的洞穴称溶洞溶洞溶洞溶洞 。第二节 地下水的地质作用喀斯特作用喀斯特作用（溶蚀作用、（溶蚀作用、潜蚀作用）潜蚀作用）在潜水面附近，在潜水面附近，地下水在重力作用下地下水在重力作用下沿层面、节理面和断沿层面、节理面和断裂带从高水位向低水裂带从高水位向低水位作近于水平方向的位作近于水平方向的流动，常形成近于水流动，常形成近于水平的洞穴称平的洞穴称溶洞溶洞。第二节 地下水的地质作用干溶洞：干溶洞：干溶洞：干溶洞：当地壳抬升，当地壳抬升，潜水面相对下降。在原潜水面相对下降。在原潜水面附近溶洞中的水，潜水面附近溶洞中的水，就会沿竖直的落水洞下就会沿竖直的落水洞下渗到新的潜水中。原来渗到新的潜水中。原来的溶洞就会干枯，形成的溶洞就会干枯，形成干溶洞。若地壳多次的干溶洞。若地壳多次的稳定和抬升交替出现，稳定和抬升交替出现，就会形成多层的溶洞。就会形成多层的溶洞。第二节 地下水的地质作用n喀斯特作用（溶蚀作用、潜蚀作用）喀斯特作用（溶蚀作用、潜蚀作用）n n影响潜蚀的因素：影响潜蚀的因素：影响潜蚀的因素：影响潜蚀的因素：气候气候气候气候：a.a.干旱区潜蚀弱：干旱区潜蚀弱：干旱区潜蚀弱：干旱区潜蚀弱：少雨，地下水补充不足少雨，地下水补充不足,潜蚀弱；潜蚀弱；b.b.炎炎炎炎热潮湿多雨气候区热潮湿多雨气候区热潮湿多雨气候区热潮湿多雨气候区：多雨，地下水充足，生物繁盛，分解：多雨，地下水充足，生物繁盛，分解CO2CO2利利于潜蚀，炎热气温高，化学反应速度快，潜蚀强烈于潜蚀，炎热气温高，化学反应速度快，潜蚀强烈岩石岩石岩石岩石：a.a.岩性：岩性：岩性：岩性：碳酸盐、硫酸盐、氯化物溶解度大，这些岩石最碳酸盐、硫酸盐、氯化物溶解度大，这些岩石最易潜蚀易潜蚀 b.b.结构：结构：结构：结构：孔隙多、大，连通性好，松散，可粒状均有利潜孔隙多、大，连通性好，松散，可粒状均有利潜蚀蚀地质构造地质构造地质构造地质构造：断裂、破碎、褶皱发育、岩石产状平缓有利于潜蚀断裂、破碎、褶皱发育、岩石产状平缓有利于潜蚀，岩层倾斜不利于潜蚀岩层倾斜不利于潜蚀 n n构造运动构造运动构造运动构造运动：a.a.地壳相对上升：地壳相对上升：地壳相对上升：地壳相对上升：潜水面相对下降，落水洞、溶沟、潜水面相对下降，落水洞、溶沟、石芽发育，但溶洞不发育石芽发育，但溶洞不发育;b.b.壳相对稳定：壳相对稳定：壳相对稳定：壳相对稳定：溶洞发育，峰林、岩溶溶洞发育，峰林、岩溶盆地地等出现，甚至出现岩溶化、准平原化盆地地等出现，甚至出现岩溶化、准平原化;c.c.地壳稳定地壳稳定地壳稳定地壳稳定上升上升上升上升稳定稳定稳定稳定上升上升上升上升:形成多层溶洞（与河谷阶地意义相同）形成多层溶洞（与河谷阶地意义相同）第二节 地下水的地质作用n地下水的化学搬运作用地下水的化学搬运作用地下水主要为化学搬运；搬运地下水搬运的溶地下水主要为化学搬运；搬运地下水搬运的溶地下水主要为化学搬运；搬运地下水搬运的溶地下水主要为化学搬运；搬运地下水搬运的溶解物为重碳酸盐，如解物为重碳酸盐，如解物为重碳酸盐，如解物为重碳酸盐，如CaCa（HCO3HCO3）2 2 搬运物是搬运物是搬运物是搬运物是真溶液或胶体溶液。真溶液或胶体溶液。真溶液或胶体溶液。真溶液或胶体溶液。第二节 地下水的地质作用地下水的化学沉积作用地下水的化学沉积作用地下水的机械沉积作用较少，主要为化学沉积地下水的机械沉积作用较少，主要为化学沉积作用。作用。在地下水携带着被溶解的碳酸盐物质渗流到开在地下水携带着被溶解的碳酸盐物质渗流到开阔的阔的扩大裂隙、溶洞扩大裂隙、溶洞扩大裂隙、溶洞扩大裂隙、溶洞、泉口泉口泉口泉口，由于压力减小，由于压力减小，导致地下水中的二氧化碳逸出，碳酸氢钙被分导致地下水中的二氧化碳逸出，碳酸氢钙被分解成碳酸钙而产生沉淀解成碳酸钙而产生沉淀 。CaCa（HCO3HCO3）2 CaCO32 CaCO3CO2CO2H2OH2O压力下降，温度下降，压力下降，温度下降，H2OH2O蒸发都可引起过饱蒸发都可引起过饱和而发生沉积。和而发生沉积。根据沉积作用因素及发生部位不同，有以根据沉积作用因素及发生部位不同，有以下几种化学沉积类型：下几种化学沉积类型：na.裂隙沉积（脉）：裂隙沉积（脉）：地下水在裂隙中运移时，由于压力下降，形成过饱和沉积，沉积物呈脉状，常见有方解石脉，石英脉等。nb.泉口沉积（泉华）：泉口沉积（泉华）：在地下水携带着被溶解的碳酸盐物质渗流到泉口，由于压力减小，导致地下水中的二氧化碳逸出，碳酸氢钙被分解成碳酸钙而产生沉淀。nc.洞穴沉积：洞穴沉积：含有的Ca(HCO3)2的水溶液由岩石中的裂隙或断层流入洞穴中时，由于压力降低或温度升高（压力降低，温度升高都会使CO2降低、减少、逸出），使CaCO3沉淀，形成石钟乳，石笋、石柱、石幔等。