固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，一般不存在或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。

按裂隙的成因可分成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙。

成岩裂隙是岩石在成岩过程中由于冷凝收缩（岩浆岩）或固结干缩（沉积岩）而产生的。岩浆岩中成岩裂隙比较发育，尤以玄武岩中柱状节理最有意义。构造裂隙是岩石在构造变动中受力而产生的。这种裂隙具有方向性，大小悬殊（由隐蔽的节理到大断层），分布不均一。风化裂隙是风化营力作用下，岩石破坏产生的裂隙，主要分布在地表附近。有关各种成因裂隙的形成分布规律详见第十一章。

裂隙的多少以裂隙率表示。裂隙率（Kr）是裂隙体积（Vr）与包括裂隙在内的岩石体积（V）的比值，即Kr=Vr/V或Kr=(Vr/V)×100%。除了这种体积裂隙率，还可用面裂隙率或线裂隙率说明裂隙的多少。野外研究裂隙时，应注意测定裂隙的方向、宽度、延伸长度、充填情况等，因为这些都对水的运动具有重要影响。

2．1．3 溶穴

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）。溶穴的体积（Vk）与包括溶穴在内的岩石体积（V）的比值即为岩溶率（Kk），即Kk=Vk/V或Kk=(Vk/V)×100%。

溶穴的规模十分悬殊，大的溶洞可宽达数十米，高数十乃至百余米，长达几至几十公里，而小的溶孔直径仅几毫米。岩溶发育带岩溶率可达百分之几十，而其附近岩石的岩溶率几乎为零。

自然界岩石中空隙的发育状况远较上面所说的复杂。例如，松散岩石固然以孔隙为主，但某些粘土干缩后可产生裂隙，而这些裂隙的水文地质意义，甚至远远超过其原有的孔隙。固结程度不高的沉积岩，往往既有孔隙，又有裂隙。可溶岩石，由于溶蚀不均一，有的部分发育溶穴，而有的部分则为裂隙，有时还可保留原生的孔隙与裂缝。因此，在研究岩石空隙时，必须注意观察，收集实际资料，在事实的基础上分析空隙的形成原因及控制因素，查明其发育规律。

岩石中的空隙，必须以一定方式连接起来构成空隙网络，才能成为地下水有效的储容空间和运移通道。松散岩石、坚硬基岩和可溶岩石中的空隙网络具有不同的特点。

松散岩石中的孔隙分布于颗粒之间，连通良好，分布均匀，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少都很接近。赋存于其中的地下水分布与流动都比较均匀。 ①①②面裂隙率即单位面积岩石上裂隙面积所占的比例，即Ka=∑bigli/F或

Ka=(∑bigli/F)×100%，式中，Kα一面裂隙率；∑bili—在测量面积内每根裂隙宽度和长度乘积的总和；F—进行裂隙测量的岩石面积。

②线裂隙率，即与裂隙走向垂直方向上单位长度内裂隙所占的比例，即K1=∑bi/l或

K=(∑bi/l)×100%，式中：K1—线裂隙率；∑bi—裂隙宽度总和；K1—测量线段的长度。 中国地质大学（武汉）环境学院 《水文地质学基础》课程组 18

坚硬基岩的裂隙是宽窄不等，长度有限的线状缝隙，往往具有一定的方向性。只有当不同方向的裂隙相互穿切连通时，才在某一范围内构成彼此连通的裂隙网络。裂隙的连通性远较孔隙为差。因此，赋存于裂隙基岩中的地下水相互联系较差。分布与流动往往是不均匀的。 可溶岩石的溶穴是一部分原有裂隙与原生孔缝溶蚀扩大而成的，空隙大小悬殊且分布极不均匀。因此，赋存于可溶岩石中的地下水分布与流动通常极不均匀。

赋存于不同岩层中的地下水，由于其含水介质特征不同，具有不同的分布与运动特点。因此，按岩层的空隙类型区分为三种类型地下水——孔隙水、裂隙水和岩溶水。

2．2 岩石中水的存在形式

地壳岩石中存水文地质学重点研究的对象是岩石空隙中的水。

水文地质学基础重点研究的对象是岩石空隙中的水。

２．２．１ 结合水

松散岩石的颗粒表面及坚硬岩石空隙壁面均带有电荷，水分子又是偶极体，由于静电吸引，固相表面具有吸附水分子的能力（图2—6）。根据库仑定律，电场强度与距离平方成反比。因此，离固相表面很近的水分子受到的静电引力很大；随着距离增大，吸引力减弱，而水分子受自身重力的影响就愈显著。受固相表面的引力大于水分子自身贡力的邵部分水，称为结合水。此部分水束缚于固相表面，不能在自身重力影响下运动。

由于固相表面对水分子的吸引力自内向外逐渐减弱，结合水的物理性质也随之发生变化。因此，将最接近固相表面的结合水称为强结合水，其外层称为弱结合水（图2—6）〔罗戴，1964〕。

强结合水（又称吸着水）的厚度，不同研究者说法不一，一般认为相当于几个水分子

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的厚度；也有人认为，可达几百个水分子厚度。它所受到的引力可相当于101325×l04Pa，水分子排列紧密，其密度平均达2g/cm3左右。不能流动，但可转化为气态水而移动。

图2-6 结合水与重力水

〔部分参照列别捷夫〕

左图：椭圆形小粒代表水分子，结合水部分的水分子带正电荷一端朝向颗粒；

右图：箭头代表水分子所受合力方向

弱结合水（又称薄膜水）处于强结合水的外层，受到固相表面的引力比强结合水弱，但仍存在范德华尔斯〔Van der Waals〕引力和强结合水最外层水分子的静电引力的合力的影响，不同学者认为其厚度为几十、几百或几千个水分子厚度。水分子排列不如强结合水规则和紧密，溶解盐类的能力较低。弱结合水的外层能被植物吸收利用。

结合水区别于普通液态水的最大特征是具有抗剪强度，即必须施一定的力方能使其发生变形。结合水的抗剪强度由内层向外层减弱。当施加的外力超过其抗剪强度时，外层结合水

①发生流动，施加的外力愈大，发生流动的水层厚度也加大〔汪民，1987〕。

2．2．2 重力水

距离固体表面更远的那部分水分子，重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力，因而能在自身重力影响下运动，这部分水就是重力水。

重力水中靠近固体表面的那一部分，仍然受到固体引力的影响，水分子的排列较为整齐。这部分水在流动时呈层流状态，而不作紊流运动。远离固体表面的重力水，不受固体引力的影响，只受重力控制。这部分水在流速较大时容易转为紊流运动。

岩土空隙中的重力水能够自由流动。井泉取用的地下水，都属重力水，是水文地质研究的主要对象。 ①关于粘土矿物表面与结合水的连接有物理连接（此处所论述的即为物理连接）和化学连接两种看法，主张化学连接者认为，强结合水相当双电层中吸附层的水，弱结合水相当双电层中扩散层中的水。后一观点可参见土质学教科书及地质出版社1984出版的《土中结合水译文集》，〔汪民，1987〕。

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2．2．3 毛细水

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。

松散岩石中细小的孔隙通道构成毛细管，因此在地下水面以上的包气带中广泛存在毛细水。

由于毛细力的作用，水从地下水面沿着小孔隙上升到一定高度，形成一个毛细水带，此带中的毛细水下部有地下水面支持，因此称为支持毛细水（图2—7）。

细粒层次与粗粒层次交互成层时，在一定条件下，由于上下弯液面毛细力的作用，在细土层中会保留与地下水面不相连接的毛细水，这种毛细水称为悬挂毛细水（图2—7）。 在包气带中颗粒接触点上还可以悬留孔角毛细水（触点毛细水），即使是粗大的卵砾石，颗粒接触处孔隙大小也总可以达到毛细管的程度而形成弯液面，将水滞留在孔角上（图2—

8）。

关于毛细现象的实质及毛细水运动规律详见第五章。

图2—7 支持毛细水与悬挂毛细水 图2—8 孔角毛细水

井左侧表示高水位时砂层中支持毛细水；右侧表示

水位降低后砂层中的悬挂毛细水；砾石层中孔隙直

径已经超过了毛细管，故不存在支持毛细水

2．2．4 气态水、固态水及矿物中的水

在未饱和水的空隙中存在着气态水。气态水可以随空气流动而流动。另外，即使空气不流动，它也能从水汽压力（绝对湿度）大的地方向小的地方迁移。气态水在一定温度、压力条件下，与液态水相互转化，两者之间保持动平衡。

岩石的温度低于0℃时，空隙中的液态水转为固态水。我国北方冬季常形成冻土。东北及青藏高原，有一部分岩石赋有其中的地下水多年中保持固态，这就是所谓多年冻土。 除了存在于岩石空隙中的水，还有存在于矿物结晶内部及其间的水，这就是沸石水、结晶水及结构水。如方沸石（Na2Al2Si4O12·H2O）中就含有沸石水，这种水在加热时可以从矿物中分离出去。

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2．3 与水的储容及运移有关的岩石性质

岩石空隙大小、多少、连通程度及其分布的均匀程度，都对其储容、滞留、释出以及透过水的能力有影响。

2．3．1 容水度

容水度是指岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积的比值。可用小数或百分数表示。一般说来容水度在数值上与孔隙度（裂隙率、岩溶率）相当。但是对于具有膨胀性的粘土，充水后体积扩大，容水度可大于孔隙度。

2．3．2 含水量

含水量说明松散岩石实际保留水分的状况。

松散岩石孔隙中所含水的重量（Gw）与干燥岩石重量（Gs）的比值，称为重量含水量（Wg），即： Wg=Gw×100% Gs

含水的体积（Vw）与包括孔隙在内的岩石体积（V）的比值，称为体积含水量（Wv），即

Wv=Vw×100% V

当水的比重为1，岩石的干容重（单位体积干土的重量）为γa时，重量含水量与体积

γa 含水量的关系为： Wv=Wgg

。饱和含水量与实际含水量之间的差值孔隙充分饱水时的含水量称作饱和含水量（Ws）

称为饱和差。实际含水量与饱和含水量之比称为饱和度。

2．3．3 给水度

若使地下水面下降，则下降范围内饱水岩石及相应的支持毛细水带中的水，将因重力作用而下移并部分地从原先赋存的空隙中释出。我们把地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积，称为给水度（μ）（图3—8b）〔贝尔，1985〕、〔陈崇希，1984〕。给水度以小数或百分数表示。例如，地下水位下降2m，1m2水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积为0.2m3（相当于水柱高度0.2m），则给水度为0.1或10％。