第七章地下水的地質(zhì)作用第一節(jié)概述第二節(jié)地下水的潛蝕作用第三節(jié)地下水的搬運(yùn)作用和沉積作用第四節(jié)古巖溶2學(xué)時(shí)，觀看《神秘的地下世界》1學(xué)時(shí)。第一節(jié)概述地下水（undergroundwater）：是埋藏在地表以下巖石和松散堆積物空隙中的水體。井(well)和泉(spring)是它的露頭。地下水的類(lèi)型：（1）滲入水——由地表水（包括大氣降水及地面河、湖中的水）的下滲聚集而成。（2）凝集水——由大氣中的水汽直接進(jìn)入巖石或土壤孔隙中冷凝而成。（3）埋藏水（或古水）——隨著沉積物的堆積被埋藏在地下的水。（4）原生水——巖漿活動(dòng)過(guò)程中冷卻析離出的水。后三者在地下水中所占比例極小。一、地下水的化學(xué)成分和物理性質(zhì)1、化學(xué)成分

地下水中常溶有一定數(shù)量的氣體和礦物質(zhì)。溶解于地下水的氣體——O2、N2、CO2、H2S等。地下水中的礦物質(zhì)——Na+、K+、Mg2+、Ca2+、SO42-、HCO3-、Fe2O3、Al2O3其含量隨地而異，主要與流經(jīng)地段的巖石性質(zhì)有關(guān)。氣溫、生物活動(dòng)及地下水補(bǔ)給條件等，都會(huì)對(duì)地下水的化學(xué)成分有影響。2、地下水的物理性質(zhì)主要有透明度、顏色、嗅味及味感等。孔隙水溶隙水裂隙水透水性（permeability）：巖石能透過(guò)地下水的性能。透水層（permeablebed）：地下水易于通過(guò)的巖石層。含水層（aquifer）：能透過(guò)或保存地下水并能在重力作用下釋放出相當(dāng)數(shù)量水的巖層。隔水層（imperviousbed）：地下水不易透過(guò)和儲(chǔ)存的巖層。透水層含水層隔水層各種巖石的透水性能良透水的卵石、礫石、砂層、具有大溶洞的巖層透水的砂層、砂巖、礫巖、裂隙發(fā)育的巖層半透水的粉砂巖、泥灰?guī)r劣透水的亞沙土、亞粘土不透水的粘土、無(wú)裂隙的巖石亞沙土、亞粘土是介于粘土和砂土之間的一種地基土。它的特征分別接近沙土和粘土，但顆粒較沙土細(xì)、較粘土粗，可塑范圍較粘土小。粘土——亞粘土——亞沙土——沙土——土沙——沙（3）毛細(xì)水（capillarywater）：水量增多，孔隙孔徑小，水受表面張力(液體表面具有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)，這種收縮力稱為表面張力)

作用，逆重力方向運(yùn)動(dòng)的水。（可以被植物吸收）

（4）重力水（gravitywater）：孔隙孔徑大，水的重力大于其表面張力和靜電引力，水受重力影響而發(fā)生垂直滲流的水。（運(yùn)動(dòng)性最強(qiáng)，是地下水的主要研究對(duì)象）包氣帶（aerationzone）：空隙中沒(méi)有充滿水的帶，地下水垂直運(yùn)動(dòng)?！叵滤怪边\(yùn)動(dòng)帶

飽水帶（saturationzone）：地下水下滲時(shí)，遇到隔水層阻隔而匯集起來(lái)，當(dāng)水充滿空隙時(shí)，則形成飽水帶。——地下水水平運(yùn)動(dòng)帶四、地下水的基本類(lèi)型據(jù)地下水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、埋藏條件，可以把地下水分為：包氣帶水、潛水、層間（承壓）水1．包氣帶水：包氣帶水是埋藏在包氣帶中的地下水。其中，埋藏在土壤中的也稱為土壤水。

當(dāng)水通過(guò)包氣帶下滲時(shí)，重力水可以在包氣帶中的局部隔水層上受阻積聚，形成“上層滯水”。

2．潛水（phreaticwater）：指埋藏在地表以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層以上，具有自由表面的重力水。

潛水面——隔水層之上，潛水的自由水面。潛水面受地形，構(gòu)造因素的影響，可以有起伏。3．承壓水（confinedwater）：指埋藏在兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的透水層內(nèi)的重力水。又稱為層間水（interlayerwater）。承壓水的類(lèi)型排泄區(qū)排泄區(qū)排泄區(qū)補(bǔ)給區(qū)自流井五、地下水的露頭井——泉井（well）（飲水不忘挖井人，吃米不忘袁隆平）是人工揭露的地下水露頭，一般民用井只到達(dá)上層滯水或潛水，一些深井則可揭露到承壓水，因而可獲得水量穩(wěn)定、水質(zhì)好的地下水。地下水的開(kāi)采不能超過(guò)一定限度。否則會(huì)導(dǎo)致地面下沉。地面塌陷袁隆平1950年大一期末考試成績(jī)單袁隆平1950年大一期末考試成績(jī)單清楚地表明：袁隆平當(dāng)時(shí)農(nóng)學(xué)課程成績(jī)并不很突出，反而英文成績(jī)特別好，高達(dá)93分。國(guó)文64分，植物學(xué)65分，普通化學(xué)60分，地質(zhì)學(xué)88分，農(nóng)業(yè)概論88分，氣象學(xué)84分，農(nóng)場(chǎng)實(shí)習(xí)67分。他專(zhuān)業(yè)成績(jī)?cè)诎嗌蟽H相當(dāng)于中等。對(duì)此，西南大學(xué)教授、國(guó)際著名蠶學(xué)專(zhuān)家向仲懷表示，成績(jī)并不代表實(shí)際能力，袁隆平自己也說(shuō)過(guò)：“書(shū)本很重要，電腦很重要，但書(shū)本和電腦都種不出水稻”。

這驗(yàn)證了一句古詩(shī)所講的道理：“紙上得來(lái)終覺(jué)淺,絕知此事要躬行?！苯佑|泉——透水層和不透水層的接觸面正好遇到地面，于是在巖層里流動(dòng)的地下水，就會(huì)沿著接觸面流出地面，這種泉叫接觸泉。斷層泉——地下發(fā)生了斷層，一側(cè)的含水層正好碰上了不透水層，地下水也會(huì)沿著斷層溢出地表，這種泉叫斷層泉。裂隙泉——因巖層有裂隙，這種裂隙正好在地表附近，地下水就會(huì)沿著裂隙趁機(jī)流出地面，這種泉稱為裂隙泉。上升泉——上升泉由承壓水補(bǔ)給，在壓力作用下由地下冒出，有時(shí)可噴涌高出泉口幾米甚至數(shù)百米；下降泉——由潛水補(bǔ)給，一般從側(cè)向流出。被稱為“天下第一泉”的名泉江西廬山的谷簾泉江蘇鎮(zhèn)江的中泠泉北京西郊玉泉山的玉泉山東濟(jì)南的趵突泉四川峨眉的玉泉等。趵突泉，三窟并發(fā)，聲如隱雷，“泉源上奮，水涌若輪”。泉水一年四季恒定在攝氏18度左右。歷代著名文學(xué)家、哲學(xué)家、詩(shī)人諸如曾鞏、蘇軾、張養(yǎng)浩、王守仁、蒲松齡等都有吟泉佳作和美文。《老殘游記》清·劉鶚

第三回金線東來(lái)尋黑虎布帆西去訪蒼鷹老殘……先到趵突泉上吃了一碗茶。這趵突泉乃濟(jì)南府七十二泉中的第一個(gè)泉，在大池之中，有四五畝地寬闊，兩頭均通溪河。池中流水，汩汩有聲。池子正中間有三股大泉，從池底冒出，翻上水面有二三尺高。據(jù)土人云：當(dāng)年冒起有五六尺高，后來(lái)修池，不知怎樣就矮下去了。這三股水，均比吊桶還粗。池子北面是個(gè)呂祖殿，殿前搭著涼棚，擺設(shè)著四五張桌子、十幾條板凳賣(mài)茶，以便游人歇息。騰沖一泓熱海，直徑3米多，水深1.5米，水溫達(dá)97℃，云南元謀土林二、巖溶作用和巖溶作用的影響條件地下水對(duì)巖石、礦物所產(chǎn)生的溶解破壞作用稱化學(xué)潛蝕作用（或稱巖溶作用，喀斯特作用（karstfication））。巖溶作用形成的地形稱巖溶地形（或稱喀斯特地形（karstlandform））?？λ固亍獊?lái)源于南斯拉夫亞得里亞沿海的喀斯特高原，該地區(qū)以碳酸鹽巖石發(fā)育為主。徐霞客在桂林的塑像地下水對(duì)可溶性巖石的溶解力與地下水中CO2的含量有關(guān)，CO2的含量越大，對(duì)巖石的溶蝕力越大。地下水中的一部分CO2是以碳酸氫根（HCO3-）的形式存在的。含H+和HCO3-的水與石灰?guī)r（主要成分為方解石CaCO3）接觸時(shí)，便會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其溶解度大大增加?；瘜W(xué)反應(yīng)式：（1）CO2+H2O→H++HCO3-（2）CaCO3+H++[HCO3]-——Ca2++2[HCO3]-

（一）巖溶作用的進(jìn)行條件

1．巖石的可溶性——碳酸鹽巖、鹵化物、硫酸鹽、硼酸鹽、鈣質(zhì)膠結(jié)的碎屑巖等。2．巖石的透水性——裂隙發(fā)育程度、緊閉程度。

3．地下水的溶蝕力——所溶解的CO2的濃度。4．地下水的流動(dòng)特征——流速、流動(dòng)方向。（二）常見(jiàn)的巖溶地形的類(lèi)型及其形成過(guò)程溶溝-石芽-落水洞-溶斗-溶洼-溶洞-溶盆-溶原1．溶溝與石芽（karrenandstonysprout）溶溝——地表水沿巖石表面流動(dòng)溶蝕而形成的溝、槽。石芽——脊?fàn)钔黄?。云南路南石林（stoneforest)小石林

——阿詩(shī)瑪2．落水洞（sinkhole）地下水沿裂隙垂直下滲和溶蝕所形成的近于直立的深洞。是包氣帶的主要巖溶地形。直徑小，深度大。3．溶斗與溶洼（funnelanduvala）溶斗——地表水沿裂隙集中滲流并溶蝕可溶性巖石，在地表及淺處形成的碟狀、漏斗狀洼地。溶洼——溶斗側(cè)向擴(kuò)大、合并和加深所形成的小型封閉洼地稱為溶洼。4．溶洞（karstcave）飽水帶上部或季節(jié)變動(dòng)帶的地下水沿近水平方向溶蝕巖石所形成的近水平方向的空洞。溶洞的發(fā)育由溶蝕、機(jī)械潛蝕和重力崩塌等多種作用共同形成。近于同一高度的洞穴可以連接起來(lái)，構(gòu)成迂回曲折、忽高忽低、時(shí)寬時(shí)窄的溶洞系統(tǒng)?！绹?guó)肯塔基州巨洞國(guó)家公園的猛犸洞，長(zhǎng)252公里。——桂林七星巖有總長(zhǎng)16公里的地下溶洞。多層溶洞——地殼經(jīng)過(guò)多次抬升和相對(duì)穩(wěn)定的周期性變化形成。北京上房山地區(qū)發(fā)育有海拔300-500米，500-700米，700-1000米三層溶洞。云水洞位于500-560米高程。

5．溶盆和溶原（poljeandkarsticplain）在可溶性巖石地區(qū)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的溶蝕和崩塌作用形成的大型半封閉洼地。溶盆規(guī)模較?。蝗茉娣e較大。峰林地形——峰林峰叢孤峰——巖溶發(fā)育的階段性：早期——地表形成石芽、溶溝、溶斗、落水洞。地下形成獨(dú)立的洞穴。中期——地表溶洼和峰林；地下溶洞、洞穴系統(tǒng)。晚期——溶原、孤峰。明代地理學(xué)家徐霞客曾兩次到黔西南考察，稱萬(wàn)峰林“磅礴數(shù)千里，為西南形勝”。第三節(jié)地下水的搬運(yùn)作用和沉積作用一、地下水的搬運(yùn)作用地下水的搬運(yùn)作用以化學(xué)方式為主；機(jī)械搬運(yùn)能力通常微弱，但在地下暗河中可以有較大的搬運(yùn)力，其搬運(yùn)方式和特點(diǎn)與地面流水相似。地下水的溶運(yùn)能力與水溫、壓力、地下水的循環(huán)速度及水中所溶解的CO2的數(shù)量及酸度有關(guān)。溶運(yùn)物包括各種離子和膠體。二、地下水的沉積作用

化學(xué)沉淀、溶解殘余堆積、重力崩塌或機(jī)械潛蝕作用產(chǎn)生的碎屑堆積、地下河湖碎屑堆積。（一）化學(xué)沉積1．溶洞沉積物（1）石鐘乳（stalactite）——懸掛在洞頂?shù)腻F狀碳酸鈣沉積物。（2）石筍（stalagmite）——滴至洞底后向上增長(zhǎng)的竹筍狀沉積物。（3）石柱（stalacto-stalagmite）——石鐘乳和石筍連在一起后形成的串通溶洞上下的柱狀碳酸鈣沉積。世界上最長(zhǎng)的石鐘乳是愛(ài)爾蘭波爾洞的石鐘乳，長(zhǎng)達(dá)11.6米；最高的石筍是法國(guó)阿爾芒洞內(nèi)的石筍，高達(dá)29米；最高的石柱是西班牙的內(nèi)爾雅洞內(nèi)的石柱，高達(dá)59米。石柱石鐘乳石筍2．泉華沉淀物——石灰華、硅華、硫磺華3．滲水裂隙和孔隙中的沉淀物——方解石脈、石英脈?！杌荆ǘ┤芪g殘余堆積物碳酸鹽巖被溶蝕后，常在溶溝、溶洞、溶洼、溶原等負(fù)地形及洞穴的底部，殘留富含F(xiàn)e2O3及Al2O3的紅色粘土。（三）碎屑沉積地下水碎屑沉積——洞穴崩塌堆積——地下河湖沉積。溶洞常是地史時(shí)期動(dòng)物和古人類(lèi)的棲息場(chǎng)所，洞穴堆積物中，常能發(fā)現(xiàn)古動(dòng)物化石和古人類(lèi)化石，有時(shí)還保存有人類(lèi)活動(dòng)的文化遺跡?！本┓可絽^(qū)的周口店有北京猿人和山頂洞人所居住過(guò)的洞穴。土耳其的石灰華北京猿人洞

山頂洞人洞徐霞客對(duì)我國(guó)地下水地質(zhì)作用的研究云南騰沖硫磺塘“遙望峽中蒸騰之氣，東西數(shù)處，郁然勃發(fā)，如濃煙卷霧，東瀕大溪，西貫山峽。先趨其近溪煙勢(shì)獨(dú)大者，則一池大四五畝，中洼如釜，水儲(chǔ)于中，止及其半，其色渾白，從下沸騰，作滾涌之狀，而勢(shì)更厲，沸泡大如彈丸，百枚齊躍而有聲，其中高且尺余，亦異觀也。”桂林象鼻山“上既空明如月，下復(fù)內(nèi)外瀠波，水月之稱以此。而插江之涯下跨于水，上屬于山，中垂外掀，有卷鼻之勢(shì)，象鼻之稱又以此