第十一章 裂隙水

第十一章 裂 隙 水——11.2 裂隙水的类型
二、风化裂隙水 地表的岩石，温差和水、空气、生物等风化营力作用
下，形成的裂隙。 ▪ 风化裂隙带：在水流切割或人工开挖的影响下，形成减压
（卸荷）裂隙，通常沟谷两侧常见到与边岸平行的减压裂 隙；在剥蚀作用下，浅部裂隙扩张，张开性及裂隙率随深 度递减，浅部透水性也比深部好的多。地壳表层在减压、 剥蚀和风化作用下形成裂隙密集、张开性好的透水带—— 风化裂隙带。风化裂隙带呈壳状分布，一般厚数米到数十 米。
3．导水通道作用 导水断层沟通若干个含水层或（及）地表水体时，
断层带兼具贮水空间、集水廊道与导水通道的功能。钻 孔或坑道揭露此类断层时断层带将各个水源的巨大贮存 水量，源源不断地导入，涌水量极大且长期保持稳定。
4．隔水屏障作用 当存在厚层隔水层且断层断距较大的，原来连通的
含水层可被切割成为相对独立的块段。由于这种含水块 段与外界的水力联系减弱，甚至断绝，故有利于排水疏 干而不利于供水。（图11—9）
▪ 风化裂隙网络：是在成岩裂隙与构造裂隙的基础上发育 的，通常密集均匀、无明显方向性，是连通良好的裂隙 网络。风化裂隙的发育受岩性、气候及地形的控制。
▪ 风化裂隙水：暴露地表的风化壳（裂隙带）其母岩往往 构成隔水底板，风化裂隙水为潜水，图11-2中的泉；被 后期沉积物履盖的古风化壳，可以形成承压水，图11-2 中的井。
第十一章 裂 隙 水——11.2 裂隙水的类型
2、侵入岩接触带等处形成裂隙含水层。 冷凝收缩，以及岩浆运动产生应力，常形成近乎垂直
的带状裂隙含水层。 熔岩冷凝时留下喷气孔道，或表层凝固下部熔岩流逝
而形成熔岩孔洞或管道。孔道洞穴最大直径可达数米，会 出现掉钻，可获可观水量。 3、孤立的成岩气孔经过后期改造后可以成为统一的含水 层。 4、沉积岩及深成岩浆岩的成岩裂隙通常多是闭合的，含 水意义不大。
一、等效多孔介质方法 把非连续的裂隙系统假设为连续的孔隙系统。 严格运用条件：等效时含水系统的补、径、排条件不变；最 常用原则，大范围内导水能力等效；大范围内的水量问题
图11-8 裂隙介质及其等效多孔介质
11-4 裂隙水的研究方法
二、双重介质方法
强渗透性裂隙系统----连续介质1 微裂隙和基岩孔隙----连续介质2 双重介质 =连续介质1 + 连续介质2 两者存在水力联系，水量交换 双重介质方法仍属于连续介质方法的范畴，基本原理 是等效多孔介质方法，区别仅在于对大小空隙进行了分别 描述。
图11—1裂隙含水系统 1—不含水张开裂隙；2—含水张开裂隙；3—包气带水流向；4—饱水带流向；5—地下水位；
6—水井；7—自流井；8—无水干井；9—季节性泉；10—常年性泉
一、裂隙含水系统的现象
在基岩裂隙系统中，打井取水、开挖或观测地下水会有 许多与孔隙水完全不同的现象： 水量悬殊：某些情况下，打在同一岩层中相距很近的钻孔，
图11—9断层的阻水作用 1—含水层；2—隔水层；3—断层；4—地下水位；5—泉
广东凡口矿区F4断裂带为例来进行分析
▪ 凡口矿区F4断裂带是一条规模较大的压性断层，已控制的长度为 2200米，断距176—340米，并经后期多次构造运动的影响。为了准确 评价F4断裂带的透水性，该矿区在勘探阶段曾进行大量的水文地质 工作（图l—6），证实F4断裂带的透水性，沿走向和倾向均有变化。
二、裂隙水流的基本特征
前述裂隙水的基本特征，在构造裂隙中表现的更为突出。
裂隙含水系统通常具有树状或脉状结构，一些大的导水通道 作用突出，使裂隙水表现出明显的不均匀性，有时表现出突 变性。
钻孔或坑道如未揭露系统中的主干裂隙，由于次一级裂 隙的集水能力有限，水量不大，只揭露微小裂隙时便基本无 水。但一旦钻孔或坑道揭露含水裂隙网的主干裂隙，就如在 干渠中取水一般，广大范围内裂隙网络中的水便逐级汇于主 干通道，出现相当大的水量。
A
B
BALeabharlann 图11—5 夹于塑性岩层中的脆性岩层裂隙发育受层厚的控制 1—脆性岩层；2—塑性岩层；3—张开裂隙；4—井及地下水位；5—无水干井；
A—脉状裂隙水；B—层状裂隙水
11.3 裂隙介质及其渗流
一、裂隙及裂隙网络 ①裂隙的级次性 微小裂隙（由原生和次生构成），密度几十～十几条 /m，长度小于1米，隙宽小 中裂隙（多由顺层和层面构成），密度几条/m，延伸 长，隙宽达可达几mm 大裂隙～巨裂隙（主要断裂、断层），密度条/几m， 延伸长，宽度大，附近往往次级小裂隙密集
断层两盘均为脆性岩的导水； 断层一盘为脆性岩，一盘为塑性岩的部分导水； 断层两盘均为塑性岩的一般不导水。 （2）断层的力学性质 张性断裂带通常导水； 压性断裂带通常不导水，有时与两盘岩性有关； 扭性断裂的导水性介乎张性断裂与压性断裂之间。
张性断裂： 发育于脆性岩层中的张性断裂，中心部分 多为疏松多孔的构造角砾岩，两侧为张开度及裂隙率都 增大的裂隙增强带，具良好的导水能力。发育于塑性岩 层中的张性断裂，构造岩夹有大量泥质，两侧的裂隙增 强不明显，往往导水不良甚至隔水。
由于一个裂隙含水系统是不同级次裂隙的集合体，而同 一岩层中又可能包含着若干个规模不同的裂隙含水系统。在 同一裂隙岩层中打井或开挖坑道时，水量相差悬殊。
三、裂隙水与孔隙水的比较
（1）裂隙率极低：在整个岩体中，裂隙通道所占的空 间的比例很低，一般为千分之几至千分之十几。 （2）裂隙水流只在各裂隙通道内流动：裂隙水的流场 实际上是不连续的，渗流场的势除了裂隙中的若干点外 都是虚拟的（图11—7a，b）； （3）局部与整体流向不同：水流被限制在迂回曲折的 网络中运动，局部流向与整体流向往往不一致，有时甚 至与整体流向正好相反（图11—7b）。
②裂隙网络 由于主干裂隙延伸广阔，可连通其范围内不同级次、
不同成因的次级裂隙，在一定范围内形成相互连通的裂 隙网，所构成的空隙网络称为裂隙含水系统。
如果存在更高级次的导水断裂，将若干主干裂隙网串 通，就可形成更大规模的含水裂隙网络。 不同级次裂隙在裂隙含水系统中的作用
微裂隙→储水，裂隙率较大 中裂隙→连通作用，储水导水作用 大裂隙→传输地下水中起控制作用
图11—2风化裂隙水示意图 1—母岩；2—风化带；3—粘土；4—季节性泉；5—常年性泉；6—井及地下水位
第十一章 裂 隙 水——11.2 裂隙水的类型
三、构造裂隙水 1.构造裂隙
在地壳运动过程中岩石在构造应力作用下产 生的。
最常见、分布范围最广、与水文地质工程地 质关系最密切，是裂隙水主要研究对象。
③、水力联系不统一：裂隙连通性较差，很难形成统一的含 水层。当不同方向相连通时—裂隙网络。（如图11-1中有 四个独立的裂隙含水系统）
④、坚硬基岩的裂隙率，要比松散岩石的孔隙度小一到两个 数量级。
裂隙含水系统的特点：
➢ 裂隙岩层一般并不形成具有统一水力联系、水量分布
均匀的含水层，而通常由部分裂隙在岩层中某些局部范围 内连通构成若干带状或脉状裂隙含水系统（图11—1）。 ➢ 岩层中各裂隙含水系统内部具有统一的水力联系，水 位受该系统最低出露点控制。
第十一章 裂 隙 水
▪ 主要内容：了解裂隙水的分类，掌握构造裂隙 水的分布特点和影响因素，初步了解裂隙介质 的研究方法，学习分析断裂带的水文地质意义。
▪ 重难点：掌握构造裂隙水的分布特点和影响因 素；断裂带的水文地质意义。
第十一章 裂 隙 水—11.1 概述
裂隙水: 贮存并运移于基岩裂隙系统中的地下水。
➢ 各个系统与系统之间没有或仅有微弱的水力联系，各 有自己的补给范围、排泄点及动态特征，其水量的大小取 决于自身的规模。
➢ 规模大的系统贮容能力大，补给范围广，水量丰富， 动态比较稳定。
第十一章 裂 隙 水——11.2 裂隙水的类型
一、成岩裂隙水 岩石在成岩过程中受内部应力作用而产生的原生裂隙。
成岩裂隙的基本特征 1、陆地喷溢的玄武岩成岩裂隙最为发育。 岩浆冷凝收缩时，由于内部张力作用产生垂直于冷凝 面的六方柱状节理及层面节理。裂隙张开且密集均匀，连 通良好，构成储水丰富、导水通畅的层状裂隙含水层。 当玄武岩为致密块状时构成隔水层。
➢ 夹于塑性岩层中的薄层脆性岩层，往往发育密集而均 匀的张开裂隙。褶皱时被拉断形成张裂隙（如图115）。
➢ 透水性通常随深度增大而减弱。深度大，围压增大， 地温上升，岩石的塑性加强，裂隙张开性较差
图11—4层状岩石构造裂隙示意图 1—横裂隙；2—斜裂隙；3—纵裂隙；4—层面裂隙；5—顺层裂隙
图11—4层状岩石构造裂隙示意图 1—横裂隙；2—斜裂隙；3—纵裂隙；4—层面裂隙；5—顺层裂隙
压性断裂：在塑性岩层中，中心部分为致密不透水的 糜棱岩、断层泥等，两侧多发育张开性差的扭节理，通 常是隔水的。在脆性岩层中，压性断裂中心部分的构造 岩细碎紧密，透水性很差；但断层面两侧多发育开张性 较好的扭张裂隙，成为导水带。
扭性断裂的导水性介乎张性断裂与压性断裂之间。
二、断裂带的水文地质意义
上述现象说明，与孔隙水相比，裂隙水表现出更强 烈的不均匀性和各向异性。
二、裂隙水的特征
裂隙水的特点（与孔隙相比）
①、裂隙水空间分布不均匀：局部发育，呈脉状分布，导致 同一岩层中相距很近的钻孔，水量悬殊；（如图11-1中自 喷井，其两侧的井都是干井）
②渗透的各向异性：一般第三方向不发育，空间展布具有方 向性（不同方向发育差异）；（图11-1中裂隙水沿2组方 向分布）
3. 裂隙岩层的透水性 构造裂隙的渗透性与岩相和应力分布特征有关。 ①与碎屑岩的岩相（粒度）和胶结物有关： 岩石颗粒越粗，裂隙越容易发育，渗透性越大（如图 11-3）。粗颗粒的砂砾岩，裂隙张开性优于细粒的粉砂 岩。
➢ 钙质胶结者显示脆性岩石特征。
➢ 泥质及硅质胶结的与塑性岩石相近。
图11-3 岩性变化与裂隙率及涌水量的关系
11.4 裂隙水的研究方法
三、非连续介质方法
建立裂隙网络模型，计算每条裂隙的水流状态。水头、 孔隙水压力、渗透速度、流量等，研究裂隙渗流的较理想方 法。