地下水的类型

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关于地下水按水力性质的分类,目前世界各国水文地质学家已基本趋向一致。但是由于把水头压力高出含水层顶板的地下水统称为“自流水”具有较大的局限性,同时考虑到与地下水动力学中两类地下水运动微分方程建立的基础相一致,所以几乎所有的水文地质学家都认为,从水力学观点把地下水划分为潜水和承压水两大类型最为合适。此外,由于地下水的水力学性质主要决定于含水层的埋藏条件,故一些水文地质文献又把地下水按水学性质的分类,称之为地下水埋藏类型的分类,并根据埋藏条件把地下水划分为上层滞水、潜水和承压水三大类型。某些文献上还加了一个“层间地下水类型”。实际上这种贮存于两个隔水层之间、又不具承压性质的含水层,从水力学性质来看,仍属潜水。

关于地下水按含水层介质类型的分类,目前存在着如下两种分类方案。

第一种分类方案是以俄罗斯和中国为主的一些国家,承袭了原苏联水文地质学者的地下水分类的基本观点,即以含水介质的空隙类型作为划分地下水类型的基本依据。该种分类的基本观点是岩石的基本类型和岩石中的空隙类型之间有着完全的对应关系;而一定类型的空隙(包括粒间孔隙、裂隙和溶蚀孔洞)则赋存一定类型的地下水。按照这一观点,可把地下水划分为孔隙地下水(松散未胶结岩石)、裂隙水(非可溶性坚硬岩石)和岩溶水(石灰岩、白云岩等可溶性岩石)三种。由于这种分类能直接反应出岩石类型、贮水空隙类型和地下水类型三者之间的相互依存关系(详见表1)。因此这个分类便成为寻找、勘探、评价与开发地下水资源的理论基础;也被广泛用于水文地质教科书及各种地下水勘查规程和水文地质科研、生产中。

地下水按含水介质分类的第二种方案,可以欧美国家为代表,即直接以岩石的类型作为划分地下水类型的依据。例如笔者从美国Ｄａｖｉｓ和Ｄｅｗｉｅｓｔ所著“水文地质学”(1966年)、加拿大、Ｒ.Ａ.Ｆｒｅｅｚｅ和Ｊ.Ａ.Ｃｈｅｒｒｙ出版的“地下水”(1979年)、以色列Ｊ.贝尔所著“多孔介质流体动力学”(1979年)、日本山本藏毅所著“地下水水文学”(1992年)等专著中均可见到。书中虽然没有专门的地下水分类的章节,但这些学者均按照岩浆岩和变质岩、火山熔岩、沉积岩(或进一步分为砂质岩石和碳酸盐岩)、冲积层、永冻层等岩石类型来描述其中的地下水特征,或者按岩石类型来命名含水层(如火成岩变质岩含水层,碳酸盐岩含水层和碎屑岩含水层等等)。这种分类方案的优点是比较直观,且易于掌握。但是岩石类型繁多,这种地下水分类就未免五花八门,缺少科学的系统性。同时,这种分类也不能反应出地下水贮、导水性质等重要特征。

比较以上两种地下水按介质条件的分类方案,显然按岩石空隙类型的分类更具科学性。但是,近年来,随着地下水勘探和开发工作的深入,发现这种单一按含水介质孔隙类型的地下水分类方案仍然不够完善,主要存在以下几方面的问题。

(1)岩石类型、空隙类型和地下水类型之间并无绝对的对应关系。例如裂隙空隙并非非可溶性的坚硬岩石所独有,松散岩石中的黄土和某些粘土也存在大量的裂隙空隙;尺寸较大的孔洞空隙也并非可溶性的碳酸盐岩石所独有,某些含有可溶质成分的碎屑岩石(如胶结物或角砾为可溶性的角砾岩),甚至于火山熔岩中也存在各种孔洞及管道空间。

(2)在三大基本岩石类型(松散岩石、非可溶性坚硬岩石、可溶性岩石)之间存在一些过渡类型的岩石;它们常具有两种类型的贮水空隙系统(即双重孔隙介质)。如我国中生代和新生代第三系地层中的许多半胶结(半坚硬)的碎屑岩,既有粒间孔隙又有成岩和构造裂隙的存在。亦即,既含有孔隙地下水又赋存有裂隙地下水。前已提出的某些含可溶质成分的碎屑岩,也可能同时具有成岩、构造裂隙和溶蚀裂隙、孔洞以至管道空间,即既含裂隙水又赋存岩溶水。我国西北地区的黄土亦是如此,既是孔隙含水、也是裂隙(垂直裂隙)含水的双重孔隙介质。在目前以含水层介质类型为基础的地下水分类中,并未明确这部分过度类型岩石、双重性质空隙类型地下水的位置。

(3)近年来在地下水勘探、开发中,发现了一些新的贮水空隙类型。如具有十分重大含水意义的基性熔岩中的大尺寸熔岩隧道、坚井和孔室空间,以及某些玄武岩中的大孔洞层(可能为埋藏的火山灰碴),这些空隙和地下水类型在目前通用的地下水介质分类中也没有位置。以上问题说明,简单的按照岩石类型和空隙特征来划分地下水类型,既不完全符合地下水赋存形式的客观实际状况;也不能概括自然界存在的所有地下水类型。因此,对目前广泛使用的这个地下水分类仍有必要进一步完善和改进;对三大类地下水的概念,特别是裂隙水的概念也需重新进行定义。

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