岩石中的空隙

如题所述

推荐答案 2020-01-14

组成地壳的岩石，都或多或少地存在着空隙，即使在十分致密的花岗岩中，裂隙率也有0.02%～1.9%。岩石中空隙普遍存在，为地下水赋存提供了必要的空间条件。岩石空隙是地下水的储存场所和运移通道。空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布，对地下水的分布、储存和运动具有重要的影响。空隙可分为三种类型：孔隙、裂隙、溶穴，见图2-1。

图2-1 岩石中的各种空隙

1.孔隙

松散岩石由大小不等的颗粒组成，颗粒和颗粒集合体之间的空隙称为孔隙。岩石中孔隙体积的多少是影响其储容地下水能力大小的重要因素。孔隙体积的多少用孔隙度来表示。

孔隙度（n）是空隙体积V_n与包括空隙体积在内的岩石体积V 之比。可用小数或百分数表示：

生态水文地质学

另外也可用孔隙比（ε）表示空隙的多少，它是空隙体积V_n与固体颗粒体积V_s之比。同样可用小数或百分数表示：

生态水文地质学

孔隙度与孔隙比有以下关系：

生态水文地质学

影响孔隙度的主要因素有颗粒的排列方式、分选程度、颗粒形状及胶结程度。

（1）颗粒排列方式对孔隙度的影响

如果颗粒是等粒球形，按立方体排列，孔隙度可达到47.64%，按四面体排列孔隙度仅达到25.95%，与颗粒大小无关。四面体排列为最紧密排列，而六方体排列则是最疏松排列，见图2-2。自然界中松散岩石的孔隙度大多介于两者之间。

图2-2 颗粒的排列形式

（2）颗粒形状对孔隙度的影响

自然界中岩石颗粒形状往往是不规则的。组成岩石的颗粒形状越不规则，棱角越明显，通常松散排列时，孔隙度较大。一旦棱角明显的颗粒形成紧密堆积，其孔隙度就远小于浑圆状颗粒。例如，在水井成井时，需在井管和井壁间填入砾料，以形成过滤层；若是填入人工破碎的石英砂，在水位反复升降的振荡下，颗粒形成紧密堆积后，孔隙度降低，造成井的出水量减少；而填入磨圆程度好的颗粒，则不会出现这种现象。因此，在成井工艺中，严禁使用人工石英砂作为砾料，而是采用磨圆度好的天然砂或小砾石。

（3）分选程度对孔隙度的影响

孔隙度取决于充填物的性质。孔隙度等于两种颗粒单独组成时的孔隙度的乘积。自然界中大多松散岩石由不等粒岩石颗粒组成。细小颗粒充填在粗大颗粒之间的孔隙中，岩石的孔隙度自然会降低。岩石分选程度愈差，孔隙度愈小。例如，泥砾的孔隙度就很小。

（4）胶结程度对孔隙度的影响

在自然界中，地下水中物质的析出或淋滤作用，会使钙质、铁质和硅质在孔隙中沉积下来，形成胶结物，在增加颗粒间连接强度的同时，也降低了松散岩石的孔隙度。通常胶结程度愈好，岩石的孔隙度降低愈多。

粘性土的孔隙度往往可超过理论上的最大值，这是因为粘土颗粒十分细小，由表面带有电荷的片状矿物组成，在沉积过程中，粘土矿物构成颗粒集合体，可形成直径比颗粒大得多的结构孔隙。另外，粘土中也常常发育有虫孔、根孔、干裂缝等大的次生孔隙。因此，对于粘性土来说，孔隙大小不完全取决于颗粒大小，主要受粘土矿物的性质、沉积环境、后期的固结条件影响。另外，有机物含量以及结构孔隙、次生孔隙也是影响孔隙度的重要因素。

孔隙大小对地下水的运动影响很大。孔隙通道中最细小的部分称为孔喉。它对水流的运动影响最大。有时孔喉的分布影响到水流的途径和溶质运移的方向。

主要松散岩石孔隙度参考数值见表2-1。

表2-1 松散岩石孔隙度参考数值

2.裂隙

坚硬的岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，结构致密，主要发育各种地质应力作用下岩石变形产生的裂隙。按其成因可分为成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙。

成岩裂隙是岩石在成岩过程中，由于岩浆岩冷凝收缩或沉积岩干燥固结产生的裂隙。成岩裂隙通常在岩浆岩中比较发育，其中以玄武岩中的柱状节理最有意义。

构造裂隙是在构造应力作用下岩石产生破裂形成的裂隙，具有方向性，大小悬殊（由细小的微节理到大断裂），分布极不均匀。

风化裂隙是岩石在各种风化营力作用下，岩石产生破坏形成的裂隙，分布在地表附近。裂隙的方向、宽度、切穿性、充填程度对水运动有很大的影响。裂隙的多少以裂隙率来表示。

裂隙率（K_R）：是裂隙体积（V_R）与包括裂隙在内的岩石体积（V）的比值，用小数或百分数表示：

生态水文地质学

3.溶穴

可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩、白云岩等，在地下水的溶蚀作用下会产生空洞，这种空隙称为溶穴。溶穴体积的大小用岩溶率来表示。