第2章岩石中的空隙与水..ppt
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1、董少刚董少刚董少刚董少刚Shaogang_Shaogang_内蒙古大学环境与资源学院内蒙古大学环境与资源学院内蒙古大学环境与资源学院内蒙古大学环境与资源学院呼和浩特市大学西街呼和浩特市大学西街呼和浩特市大学西街呼和浩特市大学西街235235号号号号第第 二章二章 岩石中的空隙与水岩石中的空隙与水Fundamentals of Hydrogeoloy1第二章第二章 岩石中的空隙与水岩石中的空隙与水2.1 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙2.2 2.2 岩石空隙中水的存在形式岩石空隙中水的存在形式2.3 2.3 与水的储容运移有关的岩石水理性质与水的储容运移有关的岩石水理性质22.1 2.1 岩石
2、中的空隙岩石中的空隙 Interstices in rocksl岩石岩石包括坚硬岩石及松散土。包括坚硬岩石及松散土。l空隙空隙岩、土中各种类型空洞的总称。岩、土中各种类型空洞的总称。l空隙是地下水的空隙是地下水的赋存场所赋存场所和和运移通道运移通道。孔隙(孔隙(porepore):松散岩石颗粒间的空隙松散岩石颗粒间的空隙 空隙分为空隙分为 裂隙(裂隙(fissurefissure):坚硬岩石破裂产生的空隙坚硬岩石破裂产生的空隙 溶穴(溶穴(cavecave):可溶性岩石被溶蚀后产生的空隙可溶性岩石被溶蚀后产生的空隙32.1 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙分选好,排列疏松的砂分选好,排列疏松的
3、砂分选好,排列紧密的砂分选好,排列紧密的砂分选不好,含泥砂的砾石分选不好,含泥砂的砾石部分胶结的砂岩4有结构空隙的粘土有结构空隙的粘土经过压缩的粘土经过压缩的粘土裂隙发育的岩石裂隙发育的岩石有溶隙和溶穴的可溶岩有溶隙和溶穴的可溶岩2.1 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙5l松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗粒集合体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。之间的空隙,称为孔隙。l土体孔隙的描述内容包括:土体孔隙的描述内容包括:孔隙的大小、多少、形状、连通程度与分布规律孔隙的大小、多少、形状、连通程度与分布规律l松散土体宏观上可以分为松散土体宏观上可以分为2
4、 2大类:大类:砂性土砂性土与粘性土与粘性土2.1 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙一、孔隙一、孔隙61 1、孔隙大小及其影响因素孔隙大小及其影响因素孔隙大小及其影响因素孔隙大小及其影响因素岩石颗粒愈粗,孔隙愈大;颗粒愈细,孔隙愈小岩石颗粒愈粗,孔隙愈大;颗粒愈细,孔隙愈小!(1)(1)孔隙大小与孔隙大小与颗粒大小颗粒大小的关系:的关系:7(2)(2)孔隙大小与孔隙大小与分选程度分选程度的关系:的关系:分选愈差,细粒占的比例愈大,孔隙愈小!分选愈差,细粒占的比例愈大,孔隙愈小!胶结程度越好,充填物越多,孔隙愈小!胶结程度越好,充填物越多,孔隙愈小!a试样的孔隙为细颗粒形成的小孔隙。试样的孔隙为
5、细颗粒形成的小孔隙。?思考:下列思考:下列2 2种试样哪种孔隙大?种试样哪种孔隙大?a砂砾混合样砂砾混合样砂砾混合样砂砾混合样bbbb砾石砾石砾石砾石8孔隙大小特征的描述孔隙大小特征的描述孔隙大小特征的描述孔隙大小特征的描述:孔喉孔喉(d)d)与孔腹与孔腹(d)d)孔喉对水流影响更大,孔隙大孔喉对水流影响更大,孔隙大小可用孔喉直径进行比较。小可用孔喉直径进行比较。立方体排列:立方体排列:d=0.414D d=0.414D四面体排列:四面体排列:d=0.155D d=0.155D颗粒排列愈紧密,孔隙越小!颗粒排列愈紧密,孔隙越小!(3)(3)颗粒排列方式颗粒排列方式对孔隙大对孔隙大 小的影响小的
6、影响ABCOABCDO91、影响孔隙大小的因素主要有:、影响孔隙大小的因素主要有:颗粒大小;颗粒排列;分选及胶结充填程度,形状颗粒大小;颗粒排列;分选及胶结充填程度,形状颗粒愈粗,分选愈好,排列愈疏松,胶结充填程度愈差,孔颗粒愈粗,分选愈好,排列愈疏松,胶结充填程度愈差,孔隙愈大;隙愈大;反之愈小反之愈小2、天然松散岩石的孔隙特征:复杂的空隙网络。、天然松散岩石的孔隙特征:复杂的空隙网络。宏观上宏观上均质各向同性的连续均质各向同性的连续的空隙网络;的空隙网络;微观上微观上非均质各向异性的连续非均质各向异性的连续的空隙网络。的空隙网络。小结:小结:102 2、孔隙度、孔隙度(porosity)及
7、其影响因素及其影响因素l孔隙度的大小与哪些因素有关?孔隙度的大小与哪些因素有关?l孔隙大孔隙度也大吗?孔隙大孔隙度也大吗?孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标。孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标。概念:概念:某一体积岩石(包括颗粒骨架与空隙在内)中孔隙体某一体积岩石(包括颗粒骨架与空隙在内)中孔隙体积所占的比例。通常用积所占的比例。通常用 n n 表示表示11?下面试样哪个孔隙度大?哪个小?下面试样哪个孔隙度大?哪个小?试样:试样:aa砾石,砾石,bb砂石,砂石,cc砂砾混合样砂砾混合样2 2 2 2、孔隙度、孔隙度、孔隙度、孔隙度(porosity)porosity)及其影响因素及其影响因
8、素假设假设a a与与b b为等粒的理想圆球体,经计算:为等粒的理想圆球体,经计算:n n砂砂=n n砾砾说明:说明:孔隙度与颗粒大小无关!孔隙度与颗粒大小无关!12砂样与砾石样混合时,砾石样中孔隙体积变小,因此孔隙度砂样与砾石样混合时,砾石样中孔隙体积变小,因此孔隙度变小。变小。当粗细颗粒完全混合时,混合样的孔隙度:当粗细颗粒完全混合时,混合样的孔隙度:n n混混=n n粗粗n n细细因此影响孔隙度大小的主要因素是试样的因此影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度分选程度,分选愈,分选愈差,孔隙度愈小!差,孔隙度愈小!(1 1)分选程度分选程度与孔隙度的关系与孔隙度的关系2 2 2 2、孔隙度
9、、孔隙度、孔隙度、孔隙度(porosity)porosity)及其影响因素及其影响因素13(2 2)颗粒排列方式颗粒排列方式对孔隙度的影响对孔隙度的影响 理想最疏松排列(立方体):孔隙度为理想最疏松排列(立方体):孔隙度为47.64%47.64%;理想最紧密排列(四面体):孔隙度为理想最紧密排列(四面体):孔隙度为25.95%25.95%。在实际中,天然砂砾石孔隙度一般介于两者之间。在实际中,天然砂砾石孔隙度一般介于两者之间。排列愈紧密,孔隙度愈小。排列愈紧密,孔隙度愈小。胶结程度高,孔隙度愈小。胶结程度高,孔隙度愈小。2 2 2 2、孔隙度、孔隙度、孔隙度、孔隙度(porosity)poro
10、sity)及其影响因素及其影响因素14自然界中松散岩石的孔隙度自然界中松散岩石的孔隙度(P17P17表表2-12-1)。)。岩石名称岩石名称 砾石砾石 砂砂 粉砂粉砂 粘土粘土空隙度空隙度(%)2540 2550 3550 4070(%)2540 2550 3550 4070 与前面的分析矛盾!为什么?与前面的分析矛盾!为什么?矛盾之一:矛盾之一:粒径愈小粒径愈小,孔隙度愈大!孔隙度愈大!矛盾之二:矛盾之二:为何粘性土的孔隙度超过最疏松排列的为何粘性土的孔隙度超过最疏松排列的47.64%47.64%,可达可达70%70%?2 2 2 2、孔隙度、孔隙度、孔隙度、孔隙度(porosity)por
11、osity)及其影响因素及其影响因素153 3、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度l粘土颗粒粘土颗粒(指直径指直径0.0050.005mmmm的颗粒的颗粒););l粘粘性性土土颗颗粒粒细细小小,比比表表面面积积大大,连连结结力力强强;颗颗粒粒表表面面带带电电,粘粘粒粒在在悬悬浮浮、推推移移、互互相相接接触触时时,易易连连结结起起来来形形成成粘粘粒粒团团,细细小小粘粘粒粒集集合合(团团)构构成成颗颗粒粒集集合合体体。颗颗粒粒集集合合体体在在重重力力作用下沉积下来,形成蜂窝或絮状结构。作用下沉积下来,形成蜂窝或絮状结构。l粘土孔隙:粘土孔隙:粒间
12、孔隙粒间孔隙粘粒之间的空隙;粘粒之间的空隙;结构孔隙结构孔隙集合体与集合体之间的空隙;集合体与集合体之间的空隙;次生孔隙次生孔隙虫孔、根系孔、干裂缝等。虫孔、根系孔、干裂缝等。16集合体间的孔隙示意图集合体间的孔隙示意图3 3、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度17粘性土团聚结构示意图粘性土团聚结构示意图(a a)蜂窝结构;()蜂窝结构;(b b)絮状结构;()絮状结构;(c c)非均粒团聚结构)非均粒团聚结构3 3、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度18粘性土中的次生孔隙粘性土中的次生孔隙
13、虫孔、根孔、裂缝等虫孔、根孔、裂缝等3 3、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度粘性土中结构孔隙和次生孔隙的存在,使得粘性土的孔隙率超粘性土中结构孔隙和次生孔隙的存在,使得粘性土的孔隙率超过理论最大值很多。过理论最大值很多。19小结:小结:影响孔隙度大小的因素主要有:分选;颗粒排列;影响孔隙度大小的因素主要有:分选;颗粒排列;胶胶结充填程度;结充填程度;结构及次生孔隙。结构及次生孔隙。思考题:思考题:分析一条河流从上游到下游沉积物的孔隙大小及孔分析一条河流从上游到下游沉积物的孔隙大小及孔隙度的变化规律。隙度的变化规律。20固结坚硬岩石一般仅残存
14、很小部分的颗粒间的孔隙,主要发固结坚硬岩石一般仅残存很小部分的颗粒间的孔隙,主要发育因各种内外力作用产生的裂隙:育因各种内外力作用产生的裂隙:风化(卸荷)裂隙、成岩风化(卸荷)裂隙、成岩裂隙、构造裂隙裂隙、构造裂隙裂隙的空间形态:两向延伸长、横向延伸短的裂隙的空间形态:两向延伸长、横向延伸短的“饼状饼状”从水的从水的赋存与运移角度赋存与运移角度,裂隙描述内容包括:,裂隙描述内容包括:1)1)连通性(裂隙的组数、产状、长度和密度)连通性(裂隙的组数、产状、长度和密度)2)2)张开性(裂隙宽度)张开性(裂隙宽度)3)3)裂隙率等裂隙率等二、裂隙二、裂隙(fissurefissure,fractur
15、e)fracture)2.1 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙21三、溶穴(三、溶穴(Cavity)溶穴:溶穴:可溶岩在地下水溶蚀作用下产生的空隙。可溶岩在地下水溶蚀作用下产生的空隙。溶孔、溶隙、溶穴、溶洞等溶孔、溶隙、溶穴、溶洞等对可溶岩要描述岩溶发育特征(裂隙对可溶岩要描述岩溶发育特征(裂隙+溶洞)溶洞)1 1)岩溶发育方向)岩溶发育方向 2 2)岩溶率)岩溶率-表示岩溶发育程度表示岩溶发育程度3 3)溶洞(方向、规模等)溶洞(方向、规模等)2.1 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙22l松散岩石中的孔隙分布于颗粒之间,连通良好,分布均匀,在不同方向上,孔隙的通道和多少都很接近。赋存于其中的
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