El lecho rocoso duro sufre daños y deformaciones bajo la acción de diversas tensiones para producir grietas. El agua existente en las grietas y huecos pertenece al agua de fisura. Si se observa todo el macizo rocoso, la porosidad de las fracturas es muy pequeña, sólo de 0,1 a 2, y la porosidad de los medios porosos más sueltos es de varias a más de diez veces menor. Las grietas están distribuidas de manera desigual en el macizo rocoso y tienen una direccionalidad obvia. En comparación con los medios porosos, los medios fracturados son muy diferentes en términos de uniformidad, almacenamiento de agua y características de permeabilidad. Las fisuras causadas por diversas tensiones se cortan y se conectan entre sí para formar una red de fisuras, formando un sistema acuífero de fisuras. Su distribución espacial y estructura determinan las características de ocurrencia y migración del agua.
1. Tipos de sistemas acuíferos de fractura
Según el origen de las fracturas, se pueden dividir en agua de fractura intemperizada, agua de fractura diagenética, agua de fractura estructural y agua de fractura de descarga. . Debido a los diferentes tipos de tensiones que forman las grietas, existen diferencias en la distribución espacial, la escala de desarrollo y las características de flujo de las grietas formadas.
(1) Sistema acuífero de fisuras erosionadas
Es un sistema acuífero en las grietas de las rocas superficiales causado por cambios de temperatura, agua, organismos aéreos y otras fuerzas climáticas. Bajo la acción continua y a largo plazo de las fuerzas de intemperismo, las grietas de intemperismo son densas y uniformes, sin una direccionalidad obvia y con buena conectividad. A menudo forman una red de grietas de intemperismo, envueltas en la superficie de la roca, con un espesor general de varios metros a decenas. de metros. De arriba a abajo, las zonas de erosión de las rocas se pueden dividir en zonas de erosión fuerte, zonas de erosión moderada y zonas de erosión débil. La capa superficial es una zona fuertemente meteorizada, con fuerte pedogénesis rocosa, lo que proporciona buenas condiciones de suelo para el crecimiento de la vegetación en la zona moderadamente meteorizada, las grietas son densas y bien conectadas, lo que favorece la aparición y migración de aguas subterráneas; zona meteorizada, grietas meteorizadas Está poco desarrollada y la roca madre es fresca, convirtiéndose en el acuículo del sistema acuífero de fisuras.
El desarrollo de fisuras de meteorización está controlado por la litología, el clima y la topografía. Generalmente, en rocas con alto contenido de lodo, aunque las fisuras de meteorización están densamente desarrolladas, a menudo se llenan de lodo y pierden su capacidad de almacenamiento de agua y conductividad. Las rocas cristalinas compuestas de una variedad de minerales (como granito, gneis y migmatita, etc.) han desarrollado grietas de intemperismo y, a menudo, forman buenas zonas de grietas de intemperismo.
Las zonas con terreno suave y denudación débil son propicias para la formación y conservación de la corteza erosionada. Normalmente la corteza erosionada se desarrolla completamente en zonas bajas y con pendientes suaves. En áreas donde se distribuyen rocas magmáticas y rocas metamórficas profundas, a menudo se forma una estructura con una capa de suelo en la parte superior, una zona de fisura erosionada en el medio y roca medusa impermeable en la parte inferior. Esta estructura proporciona muy buena agua y suelo. condiciones para el crecimiento de la vegetación. Especialmente en valles con buenas condiciones de recolección de agua, el sistema que contiene agua de fisuras erosionadas puede recolectar una gran cantidad de agua. Además de satisfacer las necesidades de agua de la vegetación, el agua de fisuras erosionadas se descarga principalmente en aguas superficiales en forma de manantiales descendentes o. descargas. Consulte la Figura 5-5.
Figura 5-5 Diagrama esquemático de las fisuras de meteorización
Las fisuras de meteorización se distribuyen de forma discontinua con los cambios del terreno. Por lo general, tienen una escala limitada, tienen vías de suministro y descarga cortas y tienen grandes dimensiones estacionales. Cambios en la dinámica del agua de manantial.
(2) Sistema acuífero de fisuras diagenéticas
Es el sistema acuífero de fisuras primarias producido por las tensiones internas en la roca durante el proceso diagenético. La contracción por condensación de las rocas magmáticas y la deshidratación y consolidación de las rocas sedimentarias durante el proceso de diagénesis producirán grietas diagenéticas. Por lo general, estos dos tipos de grietas tienen buenas propiedades de cierre y tienen poca importancia para contener agua. Sólo dos tipos de fisuras diagenéticas pueden constituir un sistema acuífero de fisuras con importancia para el suministro de agua: uno es un sistema acuífero compuesto por fisuras diagenéticas de basalto de desbordamiento continental. Este tipo de fisuras diagenéticas de basalto es el más desarrollado cuando el magma se condensa, hexagonal. A menudo se forman fisuras. Las uniones de columnas y capas tienen las características de apertura, buena conectividad y distribución densa. Pueden formar un sistema portador de agua con buena conductividad y abundante agua. el basalto desbordado se distribuye, como Hawaii, En Mongolia Interior y la provincia norteña de Hainan, el basalto desbordado a menudo contiene abundante agua subterránea, que se ha convertido en una importante fuente de agua local y la otra es un sistema de retención de agua con forma de fisura formado por la condensación de; diques de roca Después de la condensación y contracción de los diques de roca y macizos rocosos intrusivos, a menudo se forman grietas de condensación con buena apertura en la zona de contacto con la roca circundante. Estas grietas se desarrollan profundamente y son casi verticales cuando se conectan con grietas de otros orígenes. Forman un sistema acuífero de grietas con las funciones de conducción y almacenamiento de agua. El manantial expuesto tiene una pequeña cantidad de agua y es dinámicamente inestable.
(3) Sistema acuífero de fisuras estructurales
Las fisuras tectónicas se forman por fracturas de rocas causadas por tensiones tectónicas generadas durante el movimiento de la corteza terrestre, incluidas fracturas y fisuras. Las fisuras estructurales son las más comunes y distribuidas, con fuerte direccionalidad, falta de uniformidad, anisotropía y aleatoriedad. Controladas por el campo de tensión tectónica, las grietas estructurales tienen una direccionalidad obvia. Las fisuras estructurales observadas son producto de campos de tensiones tectónicas en diferentes períodos geológicos y tienen una herencia evidente. A medida que la dirección del campo de tensiones tectónicas cambia en diferentes períodos geológicos, las fracturas afectadas por él también sufrirán las correspondientes transformaciones entre propiedades de compresión y tracción. Por ejemplo, la dirección del campo de tensión tectónica regional cambia, lo que provoca que algunas fracturas de compresión-torsión con grandes longitudes de corte se conviertan en fracturas de tracción, que tienen una fuerte capacidad de conducción y recolección de agua.
(4) Sistema acuífero de fisuras en pliegues
Figura 5-6 Fisuras en pliegues
Fracturas en pliegues de rocas estratificadas, según su relación con Pliegues Las relaciones de eje se pueden dividir en fisuras longitudinales, fisuras transversales, fisuras oblicuas y fisuras horizontales. La tendencia de las grietas longitudinales es consistente con el eje del pliegue. En la parte superior del anticlinal, hay grietas de tracción que se extienden durante mucho tiempo y pueden atravesar múltiples capas de roca. En el centro del pliegue, hay grietas cerradas por compresión. grietas. Las grietas transversales son casi perpendiculares al eje y en su mayoría son grietas de tracción con extensiones cortas. Las grietas oblicuas se forman por esfuerzo cortante y son un par de uniones de yugo. Las grietas del lecho son causadas por el deslizamiento entre capas de roca cuando las capas de roca se pliegan. Las fisuras desarrolladas en los pliegues se cortan y conectan entre sí, formando un sistema de fisuras en forma de red (Figura 5-6). Algunos pozos anticlinales escondidos bajo el nivel freático son ricos en agua. Los pliegues contienen capas de roca plástica con alto contenido de lodo. Las grietas se llenan fácilmente con lodo y tienen mala conductividad hidráulica. Las capas de roca frágiles han desarrollado grietas y buena conductividad hidráulica. Por lo tanto, el sistema portador de agua de pliegue y fisura. varias partes por capas de rocas fangosas impermeables.
(5) Sistema acuífero de fisuras en zonas de falla
Las zonas de falla son deformaciones de ruptura con desplazamiento causado por la liberación concentrada de tensión tectónica. Las grandes zonas de falla pueden extenderse por decenas de kilómetros o incluso miles de kilómetros, y el ancho de la falla es de cientos a miles de metros. Por ejemplo, la falla profunda de Altyn Tagh tiene tendencias NE-NEE, tiene una longitud total de 1.500 km y está compuesta de múltiples fallas con una zona de fractura de 20 km. Bajo ciertas condiciones, las zonas de falla y sus fallas y fisuras secundarias pueden constituir un sistema acuífero de fisuras.
Las propiedades mecánicas de la fractura y la litología de las dos placas controlan la conductividad y el almacenamiento de agua de la fractura. Las fracturas por compresión suelen ser a gran escala, la superficie de la fractura está fuertemente apretada y se rellena con lodo estructural denso e impermeable, que es una fractura que bloquea el agua. Cuando se desarrolla en formaciones rocosas frágiles, los dos discos de fractura, especialmente el disco activo, desarrollan grietas de tensión-torsión y tienen buena conductividad del agua, formando un sistema acuífero de fractura en forma de cinturón limitado por fracturas resistentes al agua y compresivas, que tiene buena conductividad del agua y buena conductividad del agua. La función de almacenamiento de agua a menudo forma un sistema de fisura en forma de cinturón distribuido a lo largo de la falla (Figura 5-7). Las fracturas por tracción tienen superficies de fractura abiertas y las zonas de fractura son en su mayoría brechas estructurales. Las fracturas por tracción desarrolladas en formaciones rocosas frágiles a menudo forman un sistema acuífero de fisuras con buena conductividad del agua. Este no es el caso de las fracturas desarrolladas en estratos fangosos, ya sean fracturas por compresión o fracturas por tracción, el lodo a menudo llena las grietas y tiene poca permeabilidad al agua, formando a menudo el límite de aislamiento del agua del sistema acuífero.
Figura 5-7 Diagrama esquemático del contenido de agua del sistema de fracturas en la zona de la falla
El campo de tensión tectónica regional controla la tendencia regional de las fracturas tectónicas. Bajo la acción del campo de tensión tectónica regional, las grietas formadas tienen las características de una gran longitud de corte, una fuerte direccionalidad y un amplio rango de distribución. Por ejemplo, en el este y sur de China, la dirección principal del campo de tensiones en el área cercana está cerca de la dirección SE-NW, que es perpendicular a la dirección del campo de tensiones. Las fracturas con tendencia NE son compresivas, cerradas y. tienen una conductividad hidráulica débil; mientras que las fracturas con tendencia NO muestran características de tracción. Su longitud de corte es grande y su conductividad del agua es buena. A menudo forma un sistema de acuicultura de fisuras a gran escala y tiene una cierta capacidad de suministro de agua. El profesor Xiao Nansen de la Universidad de Nanjing notó este fenómeno muy temprano y señaló que las fallas con tendencia NW270°~290° tienen buena conductividad hidráulica. También utilizó el método de seguimiento alfa para explorar el alto contenido de radón en este grupo de fallas ocultas. La combinación de fracturas dirigidas en dirección NO y fracturas en otras direcciones a menudo forma un sistema acuífero de fractura con buena conductividad hidráulica.
2. Red de fisuras y sistema acuífero de fisuras
Según el tamaño de las fisuras de la roca se pueden dividir en tres tipos: microfracturas, fisuras medias y macrofracturas: las microfracturas están ampliamente distribuidas en la roca. Densas, el ancho de las grietas es muy pequeño, la conductividad del agua es pobre y tienen una cierta función de almacenamiento de agua. Las grietas medianas, que a menudo se ven en afloramientos rocosos, se extienden; desde varios metros hasta decenas de metros de largo, y el ancho de las grietas es fácil de medir. Las grietas grandes (incluidas las fracturas) tienen un gran ancho de abertura, una gran extensión y una gran capacidad de recolección de agua, y a menudo se convierten en el agua principal; -canal conductor.
Desde una perspectiva tridimensional, una sola grieta es como una fina lámina que se extiende en la roca (el espesor es el ancho de la grieta cuando se cortan y conectan entre sí grietas de diferentes escalas). Se forma un canal continuo de conducción de agua y se construye un sistema de red de fisuras tridimensional. Dentro de la red de fractura, aunque el agua se limita a fluir en canales de fractura en forma de hendidura, todavía sigue el principio de resistencia mínima, es decir, el agua de fractura siempre elige el canal de fractura con la menor pérdida de carga para migrar, y este canal debe ser la resistencia en la red de fracturas. Combinaciones de caminos topológicos de fisuras mínimas. El profesor Tian Kaiming (1982) realizó una vez una prueba de flujo cruzado con rendijas estrechas. La prueba demostró que, bajo la condición de que las cabezas de agua aguas arriba y aguas abajo y los caudales de entrada permanecieran sin cambios, después de que el agua pasara a través de la intersección de las rendijas, el flujo. La tasa en las rendijas estrechas disminuyó y la tasa de flujo en las rendijas anchas disminuyó y el agua fluye hacia la brecha amplia para recolectarse. Esta prueba muestra que en el sistema de red de fractura, el flujo de agua siempre elige canales de fractura anchos con buena conductividad hidráulica y pequeña pérdida de carga del flujo de agua para migrar y acumularse. Por lo tanto, las fracturas grandes con baja ubicación espacial y buena conductividad hidráulica a menudo se convierten en los principales canales para la recolección y migración del agua de fractura. Existe una conexión hidráulica unificada en el sistema acuífero fracturado y el nivel del agua está controlado por la ubicación del punto de descarga más bajo. El rango de captación de agua y la escorrentía de los sistemas acuíferos de fisuras a gran escala no están limitados por cuencas topográficas, sino que sólo están controlados por la ubicación espacial de las áreas de recarga y los puntos de descarga.
Por ejemplo, la mina de oro Wangershan en Laizhou, provincia de Shandong, está rodeada por gneis de plagioclasa de biotita arcaica. El yacimiento está ubicado en la zona de falla de Wangershan con tendencia NE, en forma de veta, con. una tendencia NE. La zona de la falla de Wangershan ha experimentado múltiples fases de actividad. En el período posterior, la actividad de presión fue dominante, con una conductividad hidráulica deficiente. Hay varias fallas de NW280° que atraviesan el yacimiento. Este grupo de fallas fueron fallas de compresión-torsión en su etapa inicial, con fallas rectas, extensiones lejanas y ángulos de buzamiento de 75° a 83°. Posteriormente, fueron principalmente actividades de tracción y fallas conductoras de agua. El túnel minero es consistente con la dirección del yacimiento. La cantidad de agua que entra desde la mina aumenta con la profundidad de la excavación. La profundidad de excavación actual es de -450 m y el volumen de entrada de agua en la mina alcanza más de 12.000 m3/d. La dinámica del volumen de entrada de agua es relativamente estable. El volumen de entrada de agua aumenta en los años húmedos y el volumen de entrada de agua. en la estación seca también es de más de 10.000 m3/d. El punto de salida de agua está ubicado en la intersección de la fractura con tendencia NWW y la fractura con tendencia NE o en la grieta de descarga cerca de la fractura con tendencia NWW (formada por la descompresión y apertura de la grieta con tendencia NE), y está expuesto en formas planas y lineales. Alrededor de la mina de oro Wangershan queda expuesta una gran superficie de gneis. En el oeste sólo hay una cuenca de captación con una superficie de menos de 50 km2. Lógicamente, no debería haber una entrada de agua tan grande. , la mina está ubicada en el noroeste y conduce agua al sistema acuífero de fisuras regional. En el pasaje, el túnel minero se convierte en el punto de drenaje más bajo del sistema acuífero de fisuras. A medida que aumenta la profundidad de la excavación, la posición del. El punto de drenaje continúa disminuyendo y la cantidad de agua recolectada continúa aumentando. Sin embargo, varias minas circundantes adyacentes a la mina de oro Wangershan no están sobre conductos de agua, por lo que el flujo de agua es muy pequeño, menos de 1000 m3/d. A juzgar por las características de un flujo de agua estable y grande desde la mina, el sistema acuífero de fisura regional del noroeste del noroeste tiene las características de una gran área de captación de agua y una fuerte capacidad de recolección de agua. Para reducir la entrada de agua en la mina y reducir los costos de drenaje, es necesario identificar la estructura del canal de desviación de agua, seleccionar la ubicación adecuada y sellarlo, para lograr el doble de resultado con la mitad de esfuerzo.
En un sistema acuífero de fisura, la filtración de agua subterránea es muy compleja y es difícil determinar la ruta principal de filtración del agua de fisura. Los académicos que actualmente participan en el estudio del agua de fractura están tratando de establecer un modelo de flujo tridimensional del agua de fractura a través del análisis del espacio de la red de fractura tridimensional para determinar la dirección de las fracturas sobre la base de una medición precisa de la ocurrencia de fracturas, la longitud de extensión y la fractura. espaciamiento, ancho de fractura y otros factores en la ubicación del canal de agua. Esta dirección de investigación es un tema de vanguardia en la investigación del agua de fractura en esta etapa y puede traer esperanzas para resolver el problema de filtración de los sistemas complejos de agua de fractura.