打井一定要了解的地下水层知识

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打井一定要了解的地下水层知识

相关知识 2016年3月22日

地下水按埋藏条件可分为三大类:包气带水、潜水、承压水。根据含水层的空隙性质,地下水可分为三个亚类:孔隙水、裂隙水、岩溶水。

松散岩类空隙水仅在区内地势较低的低洼地段零星分布,地下水主要为第四系孔隙潜水,其动态极不稳定,埋深较浅,水质易受周围环境影响,供水意义不大。

基岩裂隙水在区内广泛分布。主要分布于各向斜及背斜轴部和区内基岩网状风化带中。地下水主要赋存在浅部风化带裂隙中,地下水分布普遍、埋藏浅,但水量贫乏。

碎屑岩类裂隙孔隙水(承压水)主要分布在向斜两翼。含水层主要为泥岩互层,砂岩为透水层,泥岩为相对隔水层,形成叠置的多层互无水力联系的层间承压含水层,具向斜自流盆地储水构造特征,多数承压,少数自流。其单井水量大,水质较好,且水质不易受周围环境影响。是打井工程布置的主要对象。

包气带水

包气带水处于地表面以下潜水位以上的包气带岩上层中,包括土壤水、沼泽水、上层滞水以及基岩风化壳(粘土裂隙)中季节性存在的水。包气带水的主要特征是受气候控制,季节性明显,变化大,雨季水量多,旱季水量少,甚至干涸。

包气带水对农业有很大意义,对建筑工程有一定影响。

潜水

埋藏在地表以下第一层较稳定的隔水层以上具有自由面的重力水叫潜水。潜水的自由表面,承受大气压力,受气候条件影响,季节性变化明显,春、夏季多雨,水位上升,冬季少雨,水位下降,水温随季节而有规律的变化,水质易受污染。

潜水主要分布在地表各种岩、土里,多数存在于第四纪松散沉积层中,坚硬的沉积岩、岩浆岩和变质岩的裂隙及洞穴中也有潜水分布。潜水面随时间而变化,其形状则随地形的不同而异,可用类似于地形图的方法表示潜水面的形状,即潜水等水位线图。此外,潜水面的形状也和含水层的透水性及隔水层底板形状有关。在潜水流动的方向上,含水层的透水性增强;含水层厚度较大的地方,潜水面就变得平缓,隔水底板隆起处,潜水厚度减小。潜水面接近地表,可形成泉。当地表河流的河床与潜水含水层有水力联系时,河水可以补给潜水,潜水也可以补给河流。潜水的流量。水位、水温、化学成分等经常有规律的变化,这种变化叫潜水的动态。潜水的动态有日变化、月变化、年变化及多年变化。潜水动态变化的影响因素有自然因素及人为因素两方面。自然因素有气象、水文、地质、生物等。人为因素主要有兴修水利。修建水库。大面积灌溉和疏干等。这些因素都会改变潜水的动态,我们掌握潜水动态变化规律就能合理地利用地下水,防止地下水可能造成的对建筑工程的危害。

潜水的补给来源主要有:大气降水、地表水、深层地下水及凝结水。大气降水是补给潜水的主要来源。降水补给潜水的数量多少,取决于降水的特点及程度、包气带上层的透水性及地表的覆盖情况等。一般来说,时间短的暴雨,对补给地下水不利,而连绵细雨能大量的补给潜水。在干旱地区,大气降雨很少,潜水的补给只靠大气凝结水。地表水也是地下水的重要补给来源,当地表水水位高于潜水水位时,地表水就补给地下水。在一般情况下,河流的中上游基本上是地下水补给河流,下流是河水补给地下水。潜水的动态变化往往受地表水动态变化的影响。如果深层地下水位较潜水位高,深层地下水会通过构造破碎带或导水断层补给潜水,也可越流补给潜水,总之,潜水的补给来源是多种多样的,某个地区的潜水可以有一种或几种来源补给。

潜水的排泄,可直接流入地表水体。一般在河谷的中上游,河流下切较深,使潜水直接流入河流。在干旱地区潜水也靠蒸发排泄。在地形有利的情况下,潜水则以泉的形式出露地表。

承压水

地表以下充满两个稳定隔水层之间的重力水称为承压水或自流水。由于地下水限制在两个隔水层之间,因而承压水具有一定压力,特别是含水层透水性愈好,压力愈大,人工开凿后能自流到地表。因为有隔水顶板存在,承压水不受气候的影响,动态较稳定,不易受污染。承压水的形成与所在地区的地质构造及沉积条件有密切关系。只要有适宜的地质构造条件,地下水都可形成承压水。适宜形成承压水的地质构造大致有两种:一为向斜构或盆地,称为自流盆地;另一为单斜构造亦称为自流斜地。

但是,自然界中的自流盆地及自流斜地的含水层,埋藏条件是很复杂的,往往在同一个区域内的自流盆地或自流斜地,可埋藏多个含水层,它们有不同的稳水位与不同的水力联系,这主要取决于地形和地质构造二者之间的关系。当地形和构造一致时,即为正地形,下部含水层压力高,若有裂隙穿透上下含水层,下部含水层的水通过裂隙补给上部含水层。反地形,情况相反,含水层通过一定的渠道补给下部的含水层,这是因为下部含水层的补给与排泄区常位于较低的位置。

承压含水层直接出露在地面,属潜水,补给靠大气降水。若承压含水层的补给区出露在表面水附近时,补给来源是地面水体;如果承压含水层和潜水含水层有水力联系,潜水便成为补给源。承压水的径流主要决定于补给区和排泄区的高差与两者的距离及含水层的透水性。一般说来,补给区和排泄区距离短、含水层的透水性良好,水位差大,承压水的径流条件就好,如果水位相差不大,距离较远,径流条件差,承压水循环交替就缓慢。承压水的排泄方式是多种多样的。当承压含水层被河流切割,这时承压水以泉的形式排出;当断层切割承压含水层时,一种情况是沿着断层破碎带以泉的形式排泄;另一种情况断层将几个含水层同时切割,使各含水层有了水力联系,压力高的承压水便补给其他含水层。

裂隙水

埋藏在基岩裂隙中的地下水叫裂隙水。这种水运动复杂,水量变化较大,这与裂隙发育及成因有密切关系。裂隙水按基岩裂隙成因分类有:

( 1 )风化裂隙水

分布在风化裂隙中的地下水多数为层状裂隙水,由于风化裂隙彼此相连通,因此在一定范围内形成的地下水也是相互连通的水体,水平方向透水性均匀,垂直方向随深度而减弱,多属潜水,有时也存在上层滞水。如果风化壳上部的覆盖层透水性很差时,其下部的裂隙带有一定的承压性,风化裂隙水主要受大气降水的补给,有明显季节性循环交替性,常以泉的形式排泄于河流中。

( 2 )成岩裂隙水

具有成岩裂隙的岩层出露地表时,常赋存成岩裂隙潜水。岩浆岩中成岩裂隙水较为发育。玄武岩经常发育柱状节理及层面节理。裂隙均匀密集,张开性好,贯穿连通,常形成贮水丰富、导水畅通的潜水含水层。成岩裂隙水多呈层状,在一定范围内相互连通。具有成岩裂隙的岩体为后期地层覆盖时,也可构成承压含水层,在一定条件下可以具有很大的承压性。

( 3 )构造裂隙水

由于地壳的构造运动,岩石受挤压、剪切等应力作用下形成的构造裂隙,其发育程度既取决于岩石本身的性质,也取决于边界条件及构造应力分布等因素。构造裂隙发育很不均匀,因而构造裂隙水分布和运动相当复杂。当构造应力分布比较均匀且强度足够时,则在岩体中形成比较密集均匀且相互连通的张开性构造裂隙,赋存层状构造裂隙水。当构造应力分布相当不均匀时,岩体中张开性构造裂隙分布不连续,互不沟通,则赋存脉状构造裂隙水。具有同一岩性的岩层,由于构造应力的差异,一些地方可能赋存层状裂隙水,另一些地方则可能赋存脉状裂隙水。反之,当构造应力大体相同时,由于岩性变化,裂隙发育不同;张开裂隙密集的部位赋存层状裂隙水,其余部位则为脉状裂隙水。层状构造裂隙水可以是潜水,也可以是承压水。柔性与脆性岩层互层时,前者构成具有闭合裂隙的隔水层,后者成为发育张开裂隙的含水层。柔性岩层覆盖下的脆性岩层中便赋存承压水。脉状裂隙水,多赋存于张开裂隙中。由于裂隙分布不连续,所形成的裂隙各有自己独立的系统、补给源及排泄条件,水位不一致。有一定压力,分布不均,水量小,水位水量变化大。但是,不论是层状裂隙水还是脉状裂隙水,其渗透性常常显示各向异性。这是因为,不同方向的构造应力性质不同,某些方向上裂隙张开性好,另一些方向上的裂隙张开性差,甚至是闭合的。

综上所述,裂隙水的存在、类型、运动、富集等受裂隙发育程度、性质及成因控制,所以我们只有很好地研究裂隙发生、发展的变化规律,才能更好地掌握裂隙水的规律性。

岩溶水

赋存和运移于可溶岩的溶隙溶洞(洞穴、管道、暗河)中的地下水叫岩溶水。我国岩溶的分布比较广,特别在南方地区。因此,岩溶水分布很普遍,水量丰富,对供水极为有利,但对矿床开采、地下工程和建筑工程等都会带来一些危害,因此研究岩溶水对国民经济有很大意义。根据岩溶水的埋藏条件可分为:

( 1 )岩溶上层滞水

在厚层灰岩的包气带中,常有局部非可溶的岩层存在,起着隔水作用,在其上部形成岩溶上层滞水。

( 2 )岩溶潜水

在大面积出露的厚层灰岩地区广泛分布着岩溶潜水。岩溶潜水的动态变化很大,水位变化幅度可达数十米。水量变化的最大与最小值之差,可达几百倍。这主要是受补给和径流条件影响,降雨季节水量很大,其他季节水量很小,甚至干枯。

( 3 )岩溶承压水

岩溶地层被覆盖或岩溶层与砂页岩互层分布时,在一定的构造条件下,就能形成岩溶承压水。岩溶承压水的补给主要取决于承压含水层的出露情况。岩溶水的排泄多数靠导水断层,经常形成大泉或群泉,也可补给其他地下水,岩溶承压水动态较稳定。

岩溶水的分布 主要受岩溶发育规律控制。 所谓岩溶 就是指水流与可溶岩石相互作用的过程以及伴随产生的地表及地下地质现象的总和。岩溶作用既包括化学溶解和沉淀作用,也包括机械破坏作用和机械沉积作用。因此,岩溶水在其运动过程中不断地改造着自身的赋存环境。岩溶发育有的地方均匀,有的地方不均匀。若岩溶发育均匀,又无粘土填充,各溶洞之间的岩溶水有水力联系,则有一致的水位。若岩溶发育不均匀,又有粘上等物质充填,各洞之间可能没有水力联系,因而有可能使岩溶水在某些地带集中形成暗河,而另外一些地带可能无水。在较厚层的灰岩地区,岩溶水的分布及富水性和岩溶地貌很有关系。在分水岭地区,常发育着一些岩溶漏斗、落水洞等,构成了特殊地形“峰林地貌”。它常是岩溶水的补给区。这里岩溶水径流条件好,埋藏深度大,很少出露地表低洼的岩溶地形。在岩溶水汇集地带,常形成地下暗河,并有泉群出现,其上经常堆积一些松散的沉积物。

实践和理论证明,在岩溶地区进行地下工程和地面建筑工程,必须弄清岩溶的发育与分布规律,因为岩溶的发育致使建筑工程场区的工程地质条件大为恶化。

泉是地下水天然露头。主要是地下水或含水层通道露出地表形成的。因此,泉是地下的主要排泄方式之一。

泉的实际用途很大,不仅可做供水水源。当水量丰富,动态稳定,含有碘、硫等物质时,还可做医疗之用。同时研究泉对了解地质构造及地下水都有很大意义。

泉的类型按 补给源 可分为三类:

包气带泉:主要是上层滞水补给,水量小,季节变化大,动态不稳定。

潜水泉:又称下降泉,主要靠潜水补给,动态较稳定,有季节性变化规律,按出露条件可分为侵蚀泉、接触泉、溢出泉等。当河谷、冲沟向下切割含水层,地下水涌出地表便成泉,这主要和侵蚀作用有关,故叫侵蚀泉。有时因地形切割含水层隔水底板时,地下水被迫从两层接触处出露成泉,故称接触泉。当岩石透水性变弱或由于隔水底板隆起,使地下水流动受阻,地下水便溢出地面成泉,这就是溢出泉。

自流水泉:又叫上升泉,主要靠承压水补给,动态稳定,年变化不大,主要分布在自流盆地及自流斜地的排泄区和构造断裂带上。当承压含水层被断层切割,而且断层是张开的,地下水便沿着断层上升,在地形低洼处便出露成泉,故称断层泉。因为沿着断层上升的泉,常常成群分布,也叫泉带。

泉的出露多在山麓、河谷、冲沟等地形低洼的地方,而平原地区出露较少,有时有些泉出露后,直接流入河水或湖水中,但水流清澈,这就是泉出露的标志。在干旱季节,周围草木枯黄,但泉的附近却绿草如茵。

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