地下水的分类及物理化学性质

地下水的分类及物理化学性质宝丰能源集团丁家梁煤矿技术管理科授课人：王强专业：地质工程地下水分广义地下水：地表以下岩石空隙中的水(包气带、饱水带中的水）狭义地下水：地表以下饱水带岩层空隙中的水—重力水地下水分类：主要依据—含水介质的类型（赋存空间）埋藏条件（赋存部位）含水介质三类，埋藏三分，组合共分为9类一地下水分类孔隙水裂隙水岩溶水包气带上层滞水上层滞水上层滞水潜水孔隙潜水裂隙潜水岩溶潜水承压水孔隙承压水裂隙承压水岩溶承压水煤矿水文地质最关心地下水分类表abc1—隔水层；2—透水层；3—饱水部分；4—潜水位；5—承压水测压水位；6—泉（上升泉）；7—水井，实线表示井壁不进水；上层滞水、潜水及承压水上层滞水承压水潜水埋藏在离地表不深、包气带中局部隔水层之上的重力水。这是包气带中唯一有实际利用价值的重力水1.1潜水与潜水含水层概念潜水：地表以下，第一个具有自由表面的稳定含水层中的重力水自由表面—即没有隔水层限制，与大气直接相通，除大气压强外不受其它力。稳定含水层—指具有一定的空间连续性（范围）以示区分上层滞水潜水含水层——赋存潜水的岩层1.2基本要素（专业术语）潜水面潜水位潜水含水层-含水层厚度-潜水埋深-隔水层潜水面大气降水入渗蒸发流向泉潜水埋深h1潜水含水层含水层厚度h潜水位H基准面1.3主要特征A）潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗入补给；B）潜水面不承受静水压力；C）潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关；D）在重力作用下，由高向底流动，称潜水流。潜水面的形状含水层厚度增大等水位线由密变疏岩石颗粒由细变粗2承压水与承压含水层2.1基本要素与特征充满于2个稳定隔水层（或弱透水层）之间的含水层中的重力水，称之承压水。①承压含水层②隔水顶板③隔水底板④承压含水层厚度（M）⑤测压水位线（面）：⑥承压水头-H⑦补给区⑧承压区⑨排泄区⑩自溢区主要特征：（1）承受静水压（2）补给区与分布区不一致（3）动态变化不显著（4）其运动方式是在静水压力的作用下，以水交替的形式进行运动2.2地质构造条件与承压水形成的关系承压盆地2.2.1按地下水的排泄方式•开放型承压盆地•封闭型承压盆地2.2.2根据地形与构造的关系：正地形盆地负地形盆地2.3承压斜地2.4等水压线图（1）判断含水层岩性和厚度的变化（2）确定测压水位的埋藏深度和承压水的水头（3）确定潜水与承压水间的相互关系2.5承压含水层的储水与释水问题：承压含水层的变化：在储水与释水时，含水层厚度是不变的，承压含水层的储水与释水是如何进行的？！弹性给水度μe承压含水层中当测压水位下降(或上升)1个单位，单位水平面积含水层柱体所释放(或储存)的水量测压水位降低导致（1）含水层孔隙中水的压力降低—水体积膨胀释水，水的膨胀系数约为1/20000（2）孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加—骨架被压缩，当颗粒不变时，骨架压缩=空隙体积减小（排列改变）——发生释水（挤出来）水这两部水很有限，所以μe很小；与重力给水度μd相比要小10-1~10-3承压含水层的贮水系数与潜水含水层给水度的比较承压水含水层潜水含水层承压含水层的弹性给水度从理论上来看：•弹性给水度是可以恢复的•实际上弹性是有限恢复的•越过含水层弹性范围（限定），将产生一次性的变形—即永久性不可恢复的变形•最终导致含水层的弹性给水与释水能力降低承压含水层的贮水系数与潜水含水层给水度的比较承压水含水层潜水含水层在自然或实际条件下，潜水与承压水的划分也是相对的在复杂条件下，很难将某些含水层中的水划定为潜水或承压水几个例子：山区基岩互层一个较厚的含水层一个封闭的含水层—潜水？开采前—潜水含水层开采后—承压含水层3.潜水与承压水的相互转化例：潜水与承压水的转化类型潜水承压水埋藏条件埋藏在第一个隔水层之上的地下水埋藏在上下两个隔水层之间，承受一定压力的地下水补给来源大气降水和地表水渗入补给大气降水和地表水通过潜水补给承压水排泄方式露出地表成泉或直接补给地表水或蒸发补给潜水或补给地表水或露出地表成泉主要特点1.具有自由水面2.受制于地形的坡度，在重力作用下，顺着倾斜方向从高处流向低处3.分布区与补给区基本一致4.埋藏较浅，流量不稳定5.受气候因素影响大，易受污染1.受隔水层顶的限制，承受静水压力2.水的运动取决于静水压力3.分布区、补给区、排泄区基本不在同一地区4.埋藏较深，直接受气候影响较小，流量稳定5.不易受污染，水质比较好二地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、气味、味道、比重、导电性和放射性等。1.地下水的温度地壳表层热能来源：1.太阳的辐射2.地球内部的热流地壳表层分带（根据受热的情况）：1.变温带：受太阳的辐射影响，地温有季节、昼夜变化，下限深度1-2m。地下水温度随季节变化。2.常温带：不受太阳的辐射影响，地温变化很小，下限深度15-30m。地温比年平均气温高1-2℃。3.增温带：受地球内热影响，随深度增加地温而有规律地升高。一般地温梯度平均值为3℃/100m。2.地下水的化学成分1.1主要气体成分O2、N2、CO2、CH4、H2S意义：（1）说明地下水所处的地球化学环境；（2）增强水对岩石的溶解能力。溶解氧多说明地下水所处地球化学环境于氧化作用进行；N2单独存在，地下水处于封闭的还原环境；CH4、H2S指示还原环境；CO2来源于土壤，CO2多，地下水溶解碳酸盐与对结晶岩进行风化作用的能力愈强。1.2主要离子成分Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+原因：（1）元素丰度大；（2）在水中的溶解度大。矿化度高中低主要离子组分Cl-Na+K+；SO42-；HCO3-Ca2+Mg2+1.来源低矿化度地下水中的主要成分来源于：（1）沉积岩(碳酸盐)类和变质岩(大理岩)的溶解；（2）岩浆岩的变质作用；（3）岩浆岩的风化溶解(铝硅酸盐矿物如钙长石)。中矿化度地下水中的主要成分(SO42-)来源于：（1）沉积岩类的溶解（石膏及其他硫酸盐）；（2）金属硫化物的氧化（黄铁矿）；（3）人类活动——酸雨（化石燃料的燃烧）。高矿化度地下水中的主要成分(Cl-Na+K+)来源于：（1）沉积岩类的溶解（钾盐、钠盐）；（2）岩浆岩的风化溶解（钾长石、钠长石）（3）海水；（4）火山喷发；（5）人类活动——Cl-是污染标志。3.其他成分1.微量组分天然微量组分：Br(溴)、I(碘)、F(氟)、Sr(锶)、Se(硒)。若水中含有I、Sr、Se等微量元素，则可作为矿泉水。污染微量组分：As、Se、Cd、Cr、Hg、Pb、氟化物、CN、酚类、硝酸盐、洗涤剂、农药等有机和无机成分，对人体有害。2.其他成分(1)同位素(2)胶体化合物(3)有机物(4)微生物