空隙发育的复杂性
松散层主要发育孔隙，但粘性土失水干缩后可产生裂隙； 坚硬岩石中也不全为裂隙或裂隙-溶穴。如有些沉积岩往 往存在大量的原生孔隙，其数量可大大超过裂隙与溶穴。
第1节 岩石中的空隙—三者比较
不同地区岩性空隙度比较
地区
岩性
孔隙度（%） 裂隙率（%）
中国北京西山 地区
美国斯普拉贝 尔油田
前苏联斯涅别 林斯基油田
慢。
第2节 岩石中水的存在形式— （矿物表面）结合水
– 溶解盐类能力较弱 – 冰点为-15℃ – 有一定的粘滞性和抗剪强度 – 在一定条件下（饱水带）可传递静水压力 – 弱结合水的外层能被植物吸收利用
第2节 岩石中水的存在形式— 毛细水(capillary water)
概念
依靠毛细力而保持在毛细空隙中的水，称为毛细水。 毛细空隙是岩土中的细小空隙，一般指直径小于1mm的 孔隙或宽度小于0.25mm的裂隙。
第二章 岩石中的空隙与水分
岩石中的空隙 岩石中的水分 岩石的水理性质 含水层与含水系统
第1节 岩石中的空隙
岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。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。
孔隙 – 松散沉积物中的空隙 裂隙 – 坚硬岩石地层中的空隙 溶穴 – 可溶性基岩地层中经溶蚀后的空隙
毛细现象及实质
将一根玻璃毛细管插入水中，毛细管内的水面即会上升 到一定高度，这便是发生在固、液、气三相界面上的毛 细现象。 其实质是毛细张力的作用。
形弯液面产生的附加压强Pc，是个负压强，称毛细负压。
毛细上升高度hc(capillary height)和毛细上 升速度
式中D的单位为mm，Pc为毛细压力。 对主曲率半径分别为R1和R2的毛细空隙，拉普拉斯公式：
坚硬岩石中的空隙，除沉积岩尚包含一定的原生孔 隙外，其余的岩浆岩和变质岩一般均很少存在粒间孔 隙。岩石中的空隙主要由各种成因的裂隙——成岩裂 隙、构造裂隙和风化裂隙所构成。
裂隙岩石的空隙特征，主要表现为单个裂隙或裂隙 组在发育方向与几何尺寸上的差异性、分布上的不均 匀性、裂隙相互间的连通性、裂隙的充填情况以及裂 隙面的粗糙程度等方面，这些都对地下水的分布与运 动具有重要影响。
第1节 岩石中的空隙—孔隙
影响孔隙度n大小的因素：
– 颗粒的排列方式： 等体积球作立方体排列，是最疏松排列 n = 47.64% 等体积球作四面体排列，是最紧密排列 n = 25.95%
第1节 岩石中的空隙—孔隙
第1节 岩石中的空隙—孔隙
– 颗粒大小： 理论上讲（按等体积球），n与颗粒大小无关， 但实际上则无理想的等体积颗粒，大小必不 相等，甚至大小悬殊。一般颗粒越大，则n越 大。但由于分选性的影响，往往孔隙度反而 减小。实际n值可大于47.64%或小于25.95%。
因此，对粘性土，它们对n的大小影 响很大，不可忽视。
岩石名称 砾 石
砂
粉砂
粘土
n变化区间 0.25~0.40 0.25~0.50 0.35~0.50 0.40~0.70
第1节 岩石中的空隙—孔隙
Actual tortuous flow paths through the pore spaces
第1节 岩石中的空隙—裂隙
第1节 岩石中的空隙
不同介质中的空隙特征
第1节 岩石中的空隙—孔隙
Outwash sand and gravel in a gravel pit
第1节 岩石中的空隙—孔隙
概念：松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。
颗粒或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。
孔隙度（n）：
或 V 表示包括孔隙在内的岩石体积 Vn表示岩石中孔隙的体积
脱离颗粒表面而移动 – 溶解盐类能力弱 – -80 ℃时仍不结冰
第2节 岩石中水的存在形式— （矿物表面）结合水
– 有较大的粘滞性、弹性和抗剪强度 – 不能传递静水压力 – 无导电性
弱结合水(薄膜水film water,pellicular moisture) 的特点
– 密度大于1，为1.3~1.774g/cm3 – 不受重力影响 – 可以从簿膜厚的颗粒向簿膜小的颗粒方向移动，但速度十分缓
第2节 岩石中水的存在形式— 毛细水
最细毛管最大毛细上升高度Hc： 以最细毛管的直径代入上式即可。
关于毛细上升速度： （1）具有不均匀性：开始时上升速度快，以后逐渐减
慢，直到停止。 （2）毛细空隙越大，毛细上升速度越大
毛细空隙越小，毛细上升速度越小
第2节 岩石中水的存在形式— 毛细水
土的最大毛细上升高度[据西林—别克丘林，1958]
第1节 岩石中的空隙—裂隙
体积裂隙率（Kr）
（裂V隙）体的比积值（，Vn即）K与r 包Vn括/V裂隙在内的岩石体积
面积裂隙率（Ka）
单位面积岩石上向上单位长度上裂隙的条数。
第1节 岩石中的空隙—溶穴
Limestone exposed in a road cut
第1节 岩石中的空隙—溶穴
概念
可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白 云岩等，在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空 隙称为溶穴（隙）。
岩溶率（Kk）
Kk Vr /V
第1节 岩石中的空隙—三者比较
空隙特征
孔隙：分布均匀、连通性好、各向异性不明显 裂隙：分布不均匀、连通性差、各向异性明显 溶穴：以空隙大小悬殊、分布极不均匀为特征
下奥陶统碳 酸盐岩 砂岩
砂岩
6~10 13 5~27
0.3~0.8 小于1 0.3~0.4
第2节 岩石中水的存在形式
第2节 岩石中水的存在形式— （矿物表面）结合水(bound water)
第2节 岩石中水的存在形式— （矿物表面）结合水
强结合水的特点
– 密度大于1，平均2g/cm3左右 – 不受重力影响 – 不能流动。只有在温度105~110℃时才以气态的形式
第1节 岩石中的空隙—孔隙
– 分选性(sorting) 分选性越差，颗粒大小越悬殊，n则越小。反 之则越大。
– 颗粒形状 形状越不规则，棱角越明显，排列越疏松，n 越大。反之则越小。
– 胶结程度 胶结越好，n越小。
第1节 岩石中的空隙—孔隙
– 特殊孔隙的影响：
结构性孔隙
虫孔、根孔、甘裂缝等次生空隙