第三篇

礦床水文地質

hydrogeology

水文地質學

——專門研究地下水的地質科學水文地質學是研究地下水的數量和質量隨空間和時間變化的規律，以及合理利用地下水或防治其危害的學科。

在不同環境中地下水的埋藏、分布、運動和組成成分均不相同。查明這些狀況，可為科學地利用或防治地下水提供根據。水文地質學對地下水的研究，著重自然歷史和地質環境的影響。學科演化：水文地質學的研究，目前已形成了一系列分支學科：地下水動力學水文地球化學供水水文地質學礦床水文地質學*農業水文地質學區域水文地質學古水文地質學水文地質學礦床水文地質學——水文地質學的一部分，是研究礦床開發過程的水文地質問題的分支。研究內容1.地下水的分布、形成規律2.地下水的物理性質、化學成分3.地下水運動規律、動態變化4.礦山充水條件、富水分析5.防排水工程第三篇礦床水文地質第11章地下水基本知識§11.1地下水賦存狀態1.巖土的空隙性2.水在巖土中存在形式3.巖土的水理性質§11.2地下水的物理性質、化學成分1.物理性質2.化學成分§11.3

地下水的分類及各類地下水的特征

概述

1.自然界的水大氣水(AtomospharicWater)

地表水(SurfaceWater)

地下水(UndergroundWater)

2.礦床地下水

埋藏、運動在礦床范圍的地下水3.水的循環第11章地下水基本知識132.2億億噸3.8億億噸8600萬億噸0.34(地表水+大氣水）自然界水的循環陸地上的淡水來自天上。海水在陽光下蒸發，鹽留在了海里，而淡水蒸發到天上，形成云。云被風吹到陸地的上空，凝結后降落到大地上。如此，陸地上的江河、湖泊、濕地才得以形成，它們是陸地生命的淡水源。自然界水的循環434§11.1

地下水賦存狀態

1.巖土的空隙性巖土中的空隙是地下水存在的環境。空隙的大小、多少、連通程度及分布狀況等是決定地下水存在和運動規律的重要因素。根據巖土空隙的成因和結構的不同，巖石的空隙可分為三種類型：孔隙、裂隙和巖溶溶洞。（1）孔隙Pove

土(粘土、砂土、礫石等)和碎屑巖等沉積巖中的顆粒和顆粒集合體間存在的空隙。

不同的巖土，孔隙的大小和發育程度不同，在科學研究和工程應用中，常用孔隙度(n)來表示孔隙的發育程度：

n=Vn/V或n=Vn/V×100%

Vn

—孔隙體積；V—包括孔隙在內的巖石(土)總體積。松散巖土的孔隙度：26~47.5%堅硬巖石：巖漿巖、變質巖—1~3%砂巖、礫巖—3~10%（2）裂隙堅硬巖石由于巖漿的冷凝作用、地殼運動中構造應力作用或風化剝蝕作用，在巖石中產生的裂縫，稱為裂隙。裂隙在巖石中的分布不均勻。裂隙度（裂隙率Kt

）

衡量裂隙發育程度的指標度，也稱為裂隙率。

Kt=Vt/V×100%

在巖層露頭處或坑道中

Ka=ΣL·B/F×100%

(面裂隙度)巖層露頭面積(F)，該面積上裂隙的長度(L)及平均寬度(B)

鉆孔中所取巖心

Kl=ΣB/L×100%

(線裂隙度)（3）巖溶溶洞

地下水溶蝕了某些可溶性巖石(如石灰巖、石膏、巖鹽等)，而在巖石中形成的洞穴稱巖溶溶洞。巖石中巖溶溶洞的不均勻性較裂隙更甚，大的巖溶溶洞，體積可達數十萬立方米以上。溶洞度(Kk)，巖溶率

衡量巖溶溶洞發育程度的指標

Kk=Vk/V×100%

Vk

—巖溶溶洞的體積；V

—總體積(包括Vk

)巖溶溶洞度通常通過鉆孔中所取得的巖心測量而得。2.水在巖土中的存在形式根據水在空隙中的物理狀態，水與巖土顆粒的相互作用等特征，將其分為氣態水、結合水、毛細水、重力水、固態水等五類。氣態水

即水蒸氣，和空氣一起充填在巖土的空隙中。結合水包括吸著水和薄膜水。由于細小的土粒表面帶電，而水又是極性分子，在土粒表面靜電引力作用下而被吸附的水稱為結合水。指緊靠土粒表面的結合水，極其牢固的結合在土粒表面上，性質接近于固體，密度約為1.2～2.4g/cm3，冰點為－78℃，具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強度，沒有溶解鹽類的能力，不能傳遞靜水壓力；緊靠于吸著水的外圍形成一層的結合水膜。它仍然不能傳遞靜水壓力，但水膜較厚的弱結合水能向臨近的較薄的水膜緩慢移動。2.水在巖土中的存在形式毛細水由毛細力作用而充滿在巖土毛細空隙(一般指直徑小于1mm的孔隙和寬度小于0.25mm的裂隙)中的水。重力水充滿于非毛細空隙中的液態水。當薄膜水的薄膜更加增大時，水與巖土顆粒間的作用力逐漸減小，當這種力量不能保持薄膜水時，薄膜水即變為液態水滴受重力影響而在巖土空隙中運動。固態水以冰的形式存在于巖土中的水。高寒地區冬季或全年地殼表層凍結，其中液態水即變成固態水。它在我國的西北和西藏的高寒山區的永凍層中廣泛分布。水在巖土中存在形式3.巖土的水理性質地下水存在和運動于巖土空隙中時，巖土所表現出來的各種性質，稱為巖土的水理性質。主要包括容水性、持水性、給水性和透水性。容水性巖土空隙所能容納水的性能

容水度（WaterCapacity）

體積容水度

VH2O/V=Vn/V+Vt/V+Vk/V

重量容水度WH2O/W巖(干)=Wn/W+Wt/W+Wk/W持水性

在自然條件下，巖土能夠保持一定水量的性能

持水度（Water-holdingproperty）

W薄膜水/W巖(干)或

V薄膜水/V巖(干)給水性

巖土在重力作用下，自由排出重力水的性能

給水度（Specificyield）=

容水度-持水度

μ=VH2O/V-V薄膜水/V巖(干)透水性

巖土能使水透過本身的一種性能

滲透率（permeability）表示巖土透水性能大小的指標，稱為滲透系數3.巖土的水理性質巖石名稱給水度（μ）松散巖土礫石0.35~0.30粗砂0.30~0.25中砂0.25~0.20細砂0.20~0.15極細砂0.15~0.10堅硬巖石近于0§11.2

地下水的物理性質、化學成分

（1）溫度

TH=TB+(H-h)/GH=(TH-TB)/r+hTH-

在H(m)處地下水的溫度(°C)；

TB-所在地區年平均氣溫(°C)；

H-所測地下水水溫處的深度(m);

h-所在地區年常溫帶深度(m)；G-地溫梯度，33m/°C；r-地熱增溫率(1/G)H

1.物理性質

TH=TB+(H-h)/GH=(TH-TB)/r+h

TB=15°C(所在地區年平均氣溫)；

H=510m(所測地下水水溫處的深度);

h=15m(所在地區年常溫帶深度);G=33m/°C地溫梯度；例

則TH=15+(510-15)/33=30°C

即在地下510m處地下水的溫度30°C水的分類水的溫度/℃水的分類水的溫度/℃極冷的水0~4熱水37~42冷水4~20極熱的水42~100溫水20~37沸騰的水100以上根據水溫不同的地下水分類(2)顏色

含FeO的水——呈淺藍色

含Fe2O3的水——呈褐紅色

含腐殖質的水——呈暗黃褐色

含懸浮雜質的水——懸浮物本身的顏色；顏色的深淺——水中懸浮物的化學成分和含量的多少。(3)密度

1~1.3g/cm3，死海含鹽30%，海水的密度為1.172～1.227

，人體密度1.021～1.097

2.化學成分(1)地下水成分地下水中常見的成分如下：

陽離子：H+、Na+、K+、NH+4

、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Mn2+等；

陰離子：OH-、Cl-、SO2-4、NO-、NO-3、HCO-3

、CO2-3、SiO2-3及PO3-4等。

化合物分子：Fe2O3、Al2O3及H2SiO3等。地下水的化學定名和評價就是根據七種離子進行的。>97~975~7<5pH值強堿性弱堿性中性弱酸性強酸性水的類型(2)pH

2.化學成分(3)硬度指水中Ca2+、Mg2+的總量，包括暫時硬度和永久硬度。水中Ca2+、Mg2+以碳酸鹽形式存在的部分，因其遇熱即形成碳酸鹽沉淀而被除去，故稱為暫時硬度；以硫酸鹽、硝酸鹽和氯化物等形式存在的部分，因其性質比較穩定，故稱為永久硬度。

總硬度=暫時硬度+永久硬度1mmol/L=2.8德國度

(4)總礦化度單位體積水中所含有的離子、分子和各種化合物(不包括游離狀態的氣體)的總量稱為水的總礦化度（M），以g/L表示。通常以105～110℃下將水蒸干后所得的干涸殘余物含量來表示。

2.化學成分由于某些組分揮發以及一些含水鹽類的生成，干涸殘余物重量亦不能確切地代表水的總礦化度。一般的地下水總礦化度多在0.5g/L以下，很少超過1g/L。按總礦化度大小，地下水可分為五種：淡水、弱半咸水、強半咸水、咸水和鹽水通常我們所飲用的所謂“淡水”就是指礦化度<1的水。3.地下水化學成分表示方法及水質評價(1)庫爾洛夫式實例：周口店關砥村南民井某日抽水資料如下:

HCO-3

60毫克當量%Na+

50毫克當量%

Cl-

25毫克當量%Mg2+

45毫克當量%

SO2-4

<10毫克當量%Ca2+

<10毫克當量%

CO20.016g/l稀有元素無總礦化度M0.28g/l水溫15°C

涌水量Q60m3/day(試用庫式表示）

HCO360Cl25CO20.016M0.28T°15Q60Na50Mg45答案水—生命之源(2)地下水的水質評價1）飲用水的水質評價天然狀態下，水中存在有害物質或缺乏某些人體所需的物質時，稱第一環境地質問題；由于人為因素污染了地下水，使水中存在著有害的物質，稱第二環境