第二章　岩石中的孔隙与水.doc

第二章　岩石中的孔隙与水第一节　岩石中的空隙 ??地壳表层十余公里范围内，都或多或少存在着空隙，特别是深部1~2km以内，空隙分布较为普遍。按维尔纳茨基的形象说法，“地壳表层就好象是饱含着水的海绵”。 ??岩石——在水文地质学中包括坚硬的岩石（基岩）及松散的土层。 ??空隙——是指岩石（岩土）中各种类型的空洞的总称。 研究空隙的意义：空隙是地下水的赋存场所（places）和运移通道（conduits）。 ??空隙依据成因分为三类，即：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴。 ??学习了解空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地下水的分布和运动具有重要影响。 ??本节以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念、指标和分析方法。 ???? ????图2—1 岩石中的各种空隙〔据迈因策尔修改补充〕 ????1—分选良好，排序疏松的砂；2—分选良好，排列紧密的砂；3—分选不良的，含泥、砂的砾石；4—经过部分胶结的砂岩；5—具有结构性孔隙的粘土；6—经过压缩的粘土；7—具有裂隙的岩石；8—具有溶隙及溶穴的可溶岩 ???? 一、孔隙 ??土体孔隙特征主要描述孔隙的大小、多少、形状、连通性与胶结等。 ??松散土体宏观上可以分为两大类：砂砾石土和粘性土。 ??（1）砂砾石孔隙大小及其影响因素 ??首先，请大家比较以下三种砂砾石试样的孔隙大小 ? 试样为理想的圆球组成的a—砾石（模型）、b—砂样、c—砂砾混合样 ????砾石（模型） b—砂样 c—砂砾混合样 请回答：以上三种试样所构成的孔隙哪类大？哪类小？ ??请总结影响砂砾石土孔隙大小的因素。 ??简单归纳，影响砂砾石土孔隙大小的主要因素有： ??颗粒大小：与构成砂砾石土的颗粒粒径成正比（由上述插图2-1理解） ?颗粒排列：立方体（疏松）、四面体（紧密） ??由图2-2可以总结出，颗粒呈立方体排列为最疏松的排列方式，颗粒呈四面体排列为最紧密的排列方式。因此，颗粒排列的紧密程度，影响孔隙大小。 ???? 图2-2 颗粒的排列形式(参照格雷通) ????A—立方体排列（疏松）； B—四面体排列（紧密） ??试样的分选：试样的分选是指样品的颗粒粒径的级配情况。 插图2-2 某地三种不同成因砂土的颗粒粒度累计分布图 ??试样颗粒粒径分布域大，试样的分选也就差，颗粒大小越混杂，大孔隙易被小颗粒充填，样品的孔隙也就变小。样品分选较差时，孔隙大小取决于充填大孔隙中实际构成孔隙的细小颗粒的直径（如图2-1，3）。 ??颗粒形状及胶结充填情况等。要求看书自学掌握。 ??孔隙的大小：可以用孔喉（d）和孔腹（）来定量表征。 ??理想条件下孔喉（d）、孔腹（）与构成孔隙颗粒的直径有关，如图2-2理想等园的颗粒，立方体排列条件下，有以下关系： ??孔喉（d）与颗粒（D）的关系为： d = 0.414D（粒径） ??孔腹（）与颗粒（D）的关系为： = 0.732D（粒径) ??（2）砂砾石的孔隙度（porosity）及其影响因素 ??孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标，常用n表示。 ??孔隙度的定义：是指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例，用下式表示： ???? ??式中：为孔隙度，为孔隙体积，为岩石总体积。 ??孔隙度是一个比值，常用可用小数或百分数表示。 ??请思考并回答：砂砾类土的孔隙度大小与什么有关？ ??思考孔隙度与颗粒大小是否有关？请看图2-3。 ???? ????大颗粒的砾石样 中颗粒的砂样 小颗粒的细纱样 图2-3 不同粒度等粒岩石的孔隙度与孔隙大小 ??通过阅读教材思考图2-2和2-3，你是否可以得出理想砂砾类土的孔隙度大小与颗粒粒径大小无关？影响砂砾石土孔隙度的主要因素有： ??a. 与排列有关：试样排列的紧密与疏松是影响孔隙度的重要因素 ??由几何学可知，立方体排列为最松散排列，四面体排列为最紧密排列，自然界中松散岩石的孔隙度大多介于此两者之间。 ??（参照图2-2）理想最疏松排列孔隙度为47.64%，最紧密排列孔隙度为25.95% ??b. 与分选有关：这点与上述讨论影响孔隙大小的原理相同，仔细阅读插图2-1—三种砂砾石试样的模型图，不难理解分选好坏是影响孔隙度的主要原因。 ??c. 与颗粒形状、胶结充填情况有关： ??颗粒形状与沉积物磨圆度有关，扁平装和棱角状的颗粒容易形成架空装结构，造成颗粒；颗粒间发生胶结或孔隙被充填，直接减少孔隙数量，使孔隙度减小。 ??d．自然界中松散岩石的孔隙度大小，可以参见表2-1。 ??思考表2-1给出的孔隙度数值与上述分析影响孔隙度大小的因素是否不一致？ ??请总结有哪些不同？为什么会不同。 ??参考回答：不同（1）在表2-1中