主要內容：了解裂隙水的分類，掌握構造裂隙水的分布特點和影響因素，初步了解裂隙介質的研究方法，學習分析斷裂帶的水文地質意義。重難點：掌握構造裂隙水的分布特點和影響因素；斷裂帶的水文地質意義。第十一章裂隙水主要內容：了解裂隙水的分類，掌握構造裂隙水的分布特點和影響因1第十一章裂隙水—11.1概述裂隙水:貯存并運移于基巖裂隙系統中的地下水。

圖11—1裂隙含水系統1—不含水張開裂隙；2—含水張開裂隙；3—包氣帶水流向；4—飽水帶流向；5—地下水位；

6—水井；7—自流井；8—無水干井；9—季節性泉；10—常年性泉第十一章裂隙水—11.1概述裂隙水:貯存并運2一、裂隙含水系統的現象

在基巖裂隙系統中，打井取水、開挖或觀測地下水會有許多與孔隙水完全不同的現象：

水量懸殊：某些情況下，打在同一巖層中相距很近的鉆孔，出水量差異大，甚至一孔有水而鄰孔無水；

水位差異：在相距很近的井孔測得的地下水位差別很大，包括水質與動態也有明顯不同；

局部出現涌水：在裂隙巖層中開挖礦井，通常涌水量不大的巖層中局部可能大量涌水；一、裂隙含水系統的現象

在基巖裂隙系統3

不同方向變化差異：在裂隙巖層中抽取地下水，某一方向上離抽水井很遠的觀測孔水位已明顯下降，而在另一方向上離抽水井很近的觀測孔水位卻無變化。

上述現象說明，與孔隙水相比，裂隙水表現出更強烈的不均勻性和各向異性。

不同方向變化差異：在裂隙巖層中抽取地下水，某一方向上離4裂隙水的特點（與孔隙相比）①、裂隙水空間分布不均勻：局部發育，呈脈狀分布，導致同一巖層中相距很近的鉆孔，水量懸殊；（如圖11-1中自噴井，其兩側的井都是干井）

②滲透的各向異性：一般第三方向不發育，空間展布具有方向性（不同方向發育差異）；（圖11-1中裂隙水沿2組方向分布）

③、水力聯系不統一：裂隙連通性較差，很難形成統一的含水層。當不同方向相連通時—裂隙網絡。（如圖11-1中有四個獨立的裂隙含水系統）

④、堅硬基巖的裂隙率，要比松散巖石的孔隙度小一到兩個數量級。

二、裂隙水的特征裂隙水的特點（與孔隙相比）二、裂隙水的特征5裂隙含水系統的特點：

裂隙巖層一般并不形成具有統一水力聯系、水量分布均勻的含水層，而通常由部分裂隙在巖層中某些局部范圍內連通構成若干帶狀或脈狀裂隙含水系統（圖11—1）。

巖層中各裂隙含水系統內部具有統一的水力聯系，水位受該系統最低出露點控制。

各個系統與系統之間沒有或僅有微弱的水力聯系，各有自己的補給范圍、排泄點及動態特征，其水量的大小取決于自身的規模。

規模大的系統貯容能力大，補給范圍廣，水量豐富，動態比較穩定。裂隙含水系統的特點：裂隙巖層一般并不形成具有統一6

一、成巖裂隙水巖石在成巖過程中受內部應力作用而產生的原生裂隙。成巖裂隙的基本特征

1、陸地噴溢的玄武巖成巖裂隙最為發育。巖漿冷凝收縮時，由于內部張力作用產生垂直于冷凝面的六方柱狀節理及層面節理。裂隙張開且密集均勻，連通良好，構成儲水豐富、導水通暢的層狀裂隙含水層。當玄武巖為致密塊狀時構成隔水層。第十一章裂隙水——11.2裂隙水的類型一、成巖裂隙水第十一章裂隙水——11.2裂7

2、侵入巖接觸帶等處形成裂隙含水層。

冷凝收縮，以及巖漿運動產生應力，常形成近乎垂直的帶狀裂隙含水層。熔巖冷凝時留下噴氣孔道，或表層凝固下部熔巖流逝而形成熔巖孔洞或管道。孔道洞穴最大直徑可達數米，會出現掉鉆，可獲可觀水量。

3、孤立的成巖氣孔經過后期改造后可以成為統一的含水層。4、沉積巖及深成巖漿巖的成巖裂隙通常多是閉合的，含水意義不大。第十一章裂隙水——11.2裂隙水的類型2、侵入巖接觸帶等處形成裂隙含水層。第十一章裂8二、風化裂隙水地表的巖石，溫差和水、空氣、生物等風化營力作用下，形成的裂隙。風化裂隙帶：在水流切割或人工開挖的影響下，形成減壓（卸荷）裂隙，通常溝谷兩側常見到與邊岸平行的減壓裂隙；在剝蝕作用下，淺部裂隙擴張，張開性及裂隙率隨深度遞減，淺部透水性也比深部好的多。地殼表層在減壓、剝蝕和風化作用下形成裂隙密集、張開性好的透水帶——風化裂隙帶。風化裂隙帶呈殼狀分布，一般厚數米到數十米。第十一章裂隙水——11.2裂隙水的類型二、風化裂隙水第十一章裂隙水——11.29風化裂隙網絡：是在成巖裂隙與構造裂隙的基礎上發育的，通常密集均勻、無明顯方向性，是連通良好的裂隙網絡。風化裂隙的發育受巖性、氣候及地形的控制。風化裂隙水：暴露地表的風化殼（裂隙帶）其母巖往往構成隔水底板，風化裂隙水為潛水，圖11-2中的泉；被后期沉積物履蓋的古風化殼，可以形成承壓水，圖11-2中的井。第十一章-裂隙水ppt課件10圖11—2風化裂隙水示意圖

1—母巖；2—風化帶；3—粘土；4—季節性泉；5—常年性泉；6—井及地下水位圖11—2風化裂隙水示意圖11

三、構造裂隙水1.構造裂隙在地殼運動過程中巖石在構造應力作用下產生的。最常見、分布范圍最廣、與水文地質工程地質關系最密切，是裂隙水主要研究對象。第十一章裂隙水——11.2裂隙水的類型三、構造裂隙水第十一章裂隙水——11.2裂122.構造裂隙的分類巖石受力后，表現出來的破壞特點分為脆性和塑性兩種。

1、塑性巖石：以頁巖、泥巖、凝灰巖、千枚巖等為代表，受力后發生塑性形變，常形成閉合的乃至隱蔽的裂隙。這類巖石構成相對隔水層。2、脆性巖石：以塊狀致密石灰巖、非泥質膠結的砂巖為脆性巖石的代表。巖石主要呈現彈性形變，破壞時以拉斷為主；裂隙稀疏，但張開性好，延伸遠，導水能力好。這類巖石多構成含水（或透水）層。2.構造裂隙的分類13

3.裂隙巖層的透水性

構造裂隙的滲透性與巖相和應力分布特征有關。

①與碎屑巖的巖相（粒度）和膠結物有關：

巖石顆粒越粗，裂隙越容易發育，滲透性越大（如圖11-3）。粗顆粒的砂礫巖，裂隙張開性優于細粒的粉砂巖。

鈣質膠結者顯示脆性巖石特征。

泥質及硅質膠結的與塑性巖石相近。

3.裂隙巖層的透水性14

圖11-3巖性變化與裂隙率及涌水量的關系

圖11-3巖性變化與裂隙率及涌水量的關系15

②與應力分布的關系：應力集中，裂隙發育，巖層透水性好的部位層狀巖石裂隙的發育方向、張開度和密集程度，與構造部位密切相關（圖11-4）。縱裂隙、橫裂隙、斜裂隙、層面裂隙和順層裂隙應力集中的部位，裂隙常較發育，巖層透水性也好。同一裂隙含水層中，背斜軸部常較兩翼富水，傾斜巖層較平緩巖層富水，斷層帶附近往往格外富水。夾于塑性巖層中的薄層脆性巖層，往往發育密集而均勻的張開裂隙。褶皺時被拉斷形成張裂隙（如圖11-5）。透水性通常隨深度增大而減弱。深度大，圍壓增大，地溫上升，巖石的塑性加強，裂隙張開性較差②與應力分布的關系：應力集中，裂隙發育，巖層透水性好的部16

圖11—4層狀巖石構造裂隙示意圖

1—橫裂隙；2—斜裂隙；3—縱裂隙；4—層面裂隙；5—順層裂隙

圖11—4層狀巖石構造裂隙示意圖

1—橫裂隙；2—斜裂隙；3—縱裂隙；4—層面裂隙；5—順層裂隙

圖11—4層狀巖石構造裂隙示意圖

圖11—4層狀巖石構造裂17圖11—5夾于塑性巖層中的脆性巖層裂隙發育受層厚的控制

1—脆性巖層；2—塑性巖層；3—張開裂隙；4—井及地下水位；5—無水干井；

A—脈狀裂隙水；B—層狀裂隙水AABB圖11—5夾于塑性巖層中的脆性巖層裂隙發育受層厚的控制A1811.3裂隙介質及其滲流一、裂隙及裂隙網絡

①裂隙的級次性

微小裂隙（由原生和次生構成），密度幾十～十幾條/m，長度小于1米，隙寬小

中裂隙（多由順層和層面構成），密度幾條/m，延伸長，隙寬達可達幾mm

大裂隙～巨裂隙（主要斷裂、斷層），密度條/幾m，延伸長，寬度大，附近往往次級小裂隙密集11.3裂隙介質及其滲流一、裂隙及裂隙網絡19

②裂隙網絡

由于主干裂隙延伸廣闊，可連通其范圍內不同級次、不同成因的次級裂隙，在一定范圍內形成相互連通的裂隙網，所構成的空隙網絡稱為裂隙含水系統。

如果存在更高級次的導水斷裂，將若干主干裂隙網串通，就可形成更大規模的含水裂隙網絡。

不同級次裂隙在裂隙含水系統中的作用

微裂隙→儲水，裂隙率較大

中裂隙→連通作用，儲水導水作用

大裂隙→傳輸地下水中起控制作用

②裂隙網絡20二、裂隙水流的基本特征

前述裂隙水的基本特征，在構造裂隙中表現的更為突出。

裂隙含水系統通常具有樹狀或脈狀結構，一些大的導水通道作用突出，使裂隙水表現出明顯的不均勻性，有時表現出突變性。

鉆孔或坑道如未揭露系統中的主干裂隙，由于次一級裂隙的集水能力有限，水量不大，只揭露微小裂隙時便基本無水。但一旦鉆孔或坑道揭露含水裂隙網的主干裂隙，就如在干渠中取水一般，廣大范圍內裂隙網絡中的水便逐級匯于主干通道，出現相當大的水量。

由于一個裂隙含水系統是不同級次裂隙的集合體，而同一巖層中又可能包含著若干個規模不同的裂隙含水系統。在同一裂隙巖層中打井或開挖坑道時，水量相差懸殊。二、裂隙水流的基本特征21

（1）裂隙率極低：在整個巖體中，裂隙通道所占的空間的比例很低，一般為千分之幾至千分之十幾。

（2）裂隙水流只在各裂隙通道內流動：裂隙水的流場實際上是不連續的，滲流場的勢除了裂隙中的若干點外都是虛擬的（圖11—7a，b）；

（3）局部與整體流向不同：水流被限制在迂回曲折的網絡中運動，局部流向與整體流向往往不一致，有時甚至與整體流向正好相反（圖11—7b）。

三、裂隙水與孔隙水的比較

（1）裂隙率極低：在整個巖體中，裂隙通道所占的空間的22圖11—7裂隙滲透場與孔隙滲流場的比較〔a，b根據Tolman。1937〕

（a）裂隙水運動平面圖；（b）裂隙水運動剖面圖。（c）孔隙水運動平面圖；（d）孔隙水運動剖面圖

1—裂隙水；2—砂；3—地下水等水頭線（m）；4—剖面中的地下水位；5—包氣帶水流向；6—飽水帶流向；7—泉圖11—7裂隙滲透場與孔隙滲流場的比較〔a，b根據Tolma2311.4裂隙水的研究方法

一、等效多孔介質方法把非連續的裂隙系統假設為連續的孔隙系統。

嚴格運用條件：等效時含水系統的補、徑、排條件不變；最常用原則，大范圍內導水能力等效；大范圍內的水量問題圖11-8裂隙介質及其等效多孔介質11.4裂隙水的研究方法一、等效多孔介質方法圖11-2411-4裂隙水的研究方法二、雙重介質方法

強滲透性裂隙系統----連續介質1微裂隙和基巖孔隙----連續介質2

雙重介質=連續介質1+連續介質2兩者存在水力聯系，水量交換雙重介質方法仍屬于連續介質方法的范疇，基本原理是等效多孔介質方法，區別僅在于對大小空隙進行了分別描述。11-4裂隙水的研究方法二、雙重介質方法2511.4裂隙水的研究方法

三、非連續介質方法建立裂隙網絡模型，計算每條裂隙的水流狀態。水頭、孔隙水壓力、滲透速度、流量等，研究裂隙滲流的較理想方法。11.4裂隙水的研究方法三、非連續介質方法2611.5斷裂帶的水文地質意義一、斷裂帶的導水性的影響因素斷裂帶是應力集中釋放造成的破裂變形，大的斷層延伸數十至數百公里，斷層帶寬達數百米，穿切若干巖層，構成具有特殊意義的水文地質體。

（1）斷層兩盤的巖性

斷層兩盤均為脆性巖的導水；

斷層一盤為脆性巖，一盤為塑性巖的部分導水；

斷層兩盤均為塑性巖的一般不導水。（2）斷層的力學性質

張性斷裂帶通常導水；

壓性斷裂帶通常不導水，有時與兩盤巖性有關；

扭性斷裂的導水性介乎張性斷裂與壓性斷裂之間。11.5斷裂帶的水文地質意義一、斷裂帶的導水性的影響因素27

張性斷裂：

發育于脆性巖層中的張性斷裂，中心部分多為疏松多孔的構造角礫巖，兩側為張開度及裂隙率都增大的裂隙增強帶，具良好的導水能力。發育于塑性巖層中的張性斷裂，構造巖夾有大量泥質，兩側的裂隙增強不明顯，往往導水不良甚至隔水。

壓性斷裂：在塑性巖層中，中心部分為致密不透水的糜棱巖、斷層泥等，兩側多發育張開性差的扭節理，通常是隔水的。在脆性巖層中，壓性斷裂中心部分的構造巖細碎緊密，透水性很差；但斷層面兩側多發育開張性較好的扭張裂隙，成為導水帶。

扭性斷裂的導水性介乎張性斷裂與壓性斷裂之間。張性斷裂：發育于脆性巖層中的張性斷裂，中心部分多為疏281．貯水空間作用

當圍巖裂隙不發育，斷層帶破碎時，斷層角礫巖及裂隙增強帶構成局部的帶狀貯水空間。鉆孔或坑道揭露此類斷層時，初期涌水量及水壓可能較大，但迅即衰減，以至干涸。

2．集水廊道作用

發育于透水圍巖中的導水斷層，不僅是貯水空間，還兼具集水廊道的功能。鉆孔或坑道揭露斷層帶的某一部位時，水位下降迅速波及導水暢通的整個斷層帶，形成延展相當長的水位低槽，斷層帶就像集水廊道似的，匯集廣大范圍圍巖裂隙中的水，因此，涌水量較大且穩定。二、斷裂帶的水文地質意義1．貯水空間作用二、斷裂帶的水文地質意義29

3．導水通道作用

導水斷層溝通若干個含水層或（及）地表水體時，斷層帶兼具貯水空間、集水廊道與導水通道的功能。鉆孔或坑道揭露此類斷層時斷層帶將各個水源的巨大貯存水量，源源不斷地導入，涌水量極大且長期保持穩定。

4．隔水屏障作用

當存在厚層隔水層且斷層斷距較大的，原來連通的含水層可被切割成為相對獨立的塊段。由于這種含水塊段與外界的水力聯系減弱，甚至斷絕，故有利于排水疏干而不利于供水。（圖11—9）

3．導水通道作用30

圖11—9斷層的阻水作用

1—含水層；2—隔水層；3—斷層；4—地下水位；5—泉

圖11—9斷層的阻水作用31

廣東凡口礦區F4斷裂帶為例來進行分析凡口礦區F4斷裂帶是一條規模較大的壓性斷層，已控制的長度為2200米，斷距176—340米，并經后期多次構造運動的影響。為了準確評價F4斷裂帶的透水性，該礦區在勘探階段曾進行大量的水文地質工作（圖l—6），證實F4斷裂帶的透水性，沿走向和傾向均有變化。在走向上通過不同巖性地段時透水性不同。北部B24孔抽水延續43小時，水位降深達18．24米，相距164米的301觀測孔水位卻毫無變化，且二者靜止水位高差達54．65米，說明F4斷層通過上泥盆帽子峰組砂頁巖相對隔水地層段是不透水的。B19號雙主孔抽水時，斷層兩側的觀測孔水位均隨主孔水位升降而變化，說明灰巖中的斷層帶是透水的，但受巖溶發育程度不均一的影響，斷層帶的透水性大小從北往南有減弱趨勢，鉆孔的單位涌水量由6．06升／秒·米依次遞減為0．8升／秒·米和0．1升／秒·米，這與兩側正常地層的巖溶發育程度減弱趨勢一致。廣東凡口礦區F4斷裂帶為例來進行分析32第十一章-裂隙水ppt課件33表1斷層按水文地質特征的分類類型水文地質特征及意義力學性質兩盤巖性富水斷層斷層破碎帶具有較大的儲水空間，其透水性大于兩側正常巖層的透水性。主要起匯集兩盤含水層中地下水的作用，并有較充足的補給