第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存第二節(jié)地下水的運(yùn)動的特點第三節(jié)地下水的潛蝕作用第四節(jié)地下水的搬運(yùn)作用與沉積作用第五節(jié)地下水的其它地質(zhì)作用第六章地下水的地質(zhì)作用

地下水〔groundwater〕是貯存于地面以下巖石空隙中的水，是地球水圈的重要組成局部，地下水分布十分廣泛。它不僅發(fā)育在潮濕地區(qū)，在干旱的沙漠、高寒極地地區(qū)也同樣存在地下水。據(jù)聯(lián)合國教科文組織資料，全球地下水總量約為23716500km3，占地球淺部圈層水的1.723%。地下水的功能主要包括：資源、生態(tài)環(huán)境因子、災(zāi)害因子、地質(zhì)營力和信息載體。第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存一、巖石中的空隙巖石中的空隙是地下水貯存場所和運(yùn)動通道?？障兜亩嗌?、大小、形狀、連通情況和分布規(guī)律，對地下水的分布和運(yùn)動具有重要影響。1.巖石空隙的類型

松散巖石是由大小不等的顆粒組成的。在顆粒或顆粒集合體之間的空隙，稱為孔隙.1)孔隙第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存一、巖石中的空隙1.巖石空隙的類型

巖石中孔隙體積的多少是影響其儲容地下水能力大小的重要因素。孔隙體積的多少，可用孔隙度表示，它是指某一體積巖石〔包括孔隙在內(nèi)〕中孔隙體積所占的比例。假設(shè)以n表示孔隙度，V表示包括孔隙在內(nèi)的巖石體積，Va表示孔隙體積，那么：Van=V孔隙度是一個比值，可用小數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示。1)孔隙第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存一、巖石中的空隙1.巖石空隙的類型

孔隙度的大小主要取決于顆粒的分選程度和排列情況，顆粒的形狀及膠結(jié)充填情況也影響孔隙度。顆粒分選程度愈差，孔隙度愈小。顆粒排列方式對孔隙度亦有影響，可設(shè)想一種理想的情況，即構(gòu)成松散巖石的顆粒均為等粒圓球：當(dāng)其為立方體排列時〔圖6-2a〕，可算得孔隙度為47.64%；當(dāng)為四面體排列時〔圖6-2b〕，孔隙度僅為25.95%。由幾何學(xué)可知，當(dāng)排列方式相同時，等粒圓球的直徑不同，孔隙度完全相同。自然界中松散的巖石的孔隙度大約介于上述兩種排列方式之間。自然界中的巖石顆粒均是不規(guī)那么的，而形狀愈不規(guī)那么，棱角愈明顯，通常排列就愈松散，孔隙度愈大。巖石顆粒膠結(jié)充填程度越差，孔隙度越大，相反，孔隙度越小。1)孔隙第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存一、巖石中的空隙1.巖石空隙的類型

固結(jié)的堅硬巖石，包括沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖，主要發(fā)育各種應(yīng)力作用下巖石破裂產(chǎn)生的裂隙〔圖6-1b〕。按裂隙的成因可分為成巖裂隙、構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙。裂隙的多少以裂隙率表示。裂隙率〔Kr〕是裂隙體積〔Vr〕與包括裂隙在內(nèi)的巖石體積〔V〕的比值，即Kr=Vr/V或/Kr=〔Vr/V〕×100%2)裂隙

第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存一、巖石中的空隙1.巖石空隙的類型

可溶的沉積巖，如巖鹽、石膏、石灰?guī)r和白云巖等，在地下水溶蝕下會產(chǎn)生空洞，這種空隙稱作溶穴或溶隙〔圖6-1c〕。溶穴的體積〔Vk〕與包括溶穴在內(nèi)的巖石體積〔V〕的比值稱為巖溶率〔Kk〕，即Kk=Vk/V或Kk=〔Vk/V〕×100%溶穴的大小十分懸殊，大的溶洞可寬達(dá)數(shù)十米，高數(shù)十乃至百余米，長達(dá)幾至幾十公里，而小的溶孔直徑僅幾毫米或更小。巖溶發(fā)育帶內(nèi)巖溶率可達(dá)百分之幾十，而其附近的巖溶率幾乎為零。3)溶穴

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第一節(jié)地下水的儲存一、巖石中的空隙2.巖石的透水性巖石的透水性是指巖石允許水透過的能力。其好壞，主要取決于孔隙的大小，還與孔隙度及連通情況有關(guān)。對于未固結(jié)巖石的透水性主要取決于其組成顆粒的大小，如由粗大顆?！仓睆酱笥?mm〕組成的礫石層通常透水性良好，而由細(xì)小顆?！仓睆叫∮?.001mm〕組成的黏土層常很難透水。對于已固結(jié)或結(jié)晶的巖石，其透水性那么主要取決于裂隙的張開程度或溶穴〔隙〕的直徑大小，裂隙的張開寬度愈大或溶穴的直徑愈粗，那么巖石的透水性愈良好。另一方面，在巖石的空隙大小一定的條件下，巖石的空隙度愈大，透水性也就愈好。巖石的空隙之間相互連通，有利于透水。第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存一、巖石中的空隙2.巖石的透水性巖層按其透水性可分為透水層與不透水層。飽含水的透水層稱作含水層。不透水層通常叫隔水層。實際上含水層是能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層，而隔水層那么是不能透過與給出水，或者透過與給出的水量微缺乏道的巖層。第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存二、地下水的存在形式

地下水以多種形式存在于地表以下的巖石孔隙中，可分為結(jié)合水〔強(qiáng)結(jié)合水與弱結(jié)合水〕、液態(tài)水〔重力水與毛細(xì)水〕，固態(tài)水和氣態(tài)水。結(jié)合水是指受松散巖石顆粒外表及堅硬巖石孔隙壁面的靜電引力大于水分子自身的重力的那局部水。此局部水束縛于固相外表，不能在自身重力影響下運(yùn)動。由于固相外表對水分子的吸引力自內(nèi)向外逐漸減弱，結(jié)合水的物理性質(zhì)也隨之發(fā)生變化。1.結(jié)合水第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存二、地下水的存在形式

重力水是指距離固相外表較遠(yuǎn)的那局部水分子，重力對它的影響大于固體外表對它的靜電引力，因而能在自身重力作用下運(yùn)動。重力水中緊靠弱結(jié)合水的那局部水，仍然受固體引力的影響，在流動時呈層流狀態(tài)。遠(yuǎn)離固體外表的重力水，不受固體引力的影響，只受重力控制，在流速較大時容易轉(zhuǎn)為紊流運(yùn)動。巖土孔隙中的重力水能夠自由流動，井、泉取用的地下水都屬于重力水。2.重力水

第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存二、地下水的存在形式

毛細(xì)水是指存在于地下水面以上松散巖石中細(xì)小孔隙中的水。這局部水由于毛細(xì)力的作用，水從地下水面沿著細(xì)小孔隙上升到一定高度形成了毛細(xì)水帶，其受地下水面支持，隨著地下水面的升降上下移動。3.毛細(xì)水

第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存二、地下水的存在形式

在未飽和水的空隙中存在著氣態(tài)水。氣態(tài)水可以隨空氣流動而流動，即使空氣不流動，它也能從水汽壓力〔絕對濕度〕大的地方向小的地方移動。氣態(tài)水在一定的溫度、壓力條件下，與液態(tài)水相互轉(zhuǎn)化，兩者之間保巖石的溫度低于0℃時，孔隙中的液態(tài)水轉(zhuǎn)為固態(tài)水，在我國北方冬季常形成凍土。東北和青藏高原，一局部巖石中貯存的地下水多年保持固態(tài)，成為多年凍土。4.氣態(tài)水與固態(tài)水第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存二、地下水的存在形式

在未飽和水的空隙中存在著氣態(tài)水。氣態(tài)水可以隨空氣流動而流動，即使空氣不流動，它也能從水汽壓力〔絕對濕度〕大的地方向小的地方移動。氣態(tài)水在一定的溫度、壓力條件下，與液態(tài)水相互轉(zhuǎn)化，兩者之間保巖石的溫度低于0℃時，孔隙中的液態(tài)水轉(zhuǎn)為固態(tài)水，在我國北方冬季常形成凍土。東北和青藏高原，一局部巖石中貯存的地下水多年保持固態(tài)，成為多年凍土。4.氣態(tài)水與固態(tài)水第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存三、地下水的根本類型1.包氣帶水在地表以下一定深度，巖石中的空隙被重力水所充滿，形成地下水面。地下水面以上稱為包氣帶；地下水面以下稱為飽水帶?！惨弧嘲吹叵滤穆癫貤l件劃分的類型第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存三、地下水的根本類型1.包氣帶水當(dāng)包氣帶中有局部隔水層〔如黏性土透鏡體〕存在時，局部隔水層上部的透水層中會積聚具有自由水面的重力水，這被稱為上層滯水。因其接近地表，雨季獲得補(bǔ)給，積存一定水量，但旱季水量會逐漸耗失。故其水量小，動態(tài)變化大，只有在缺水的地區(qū)上層滯水才能成為小型供水水源或暫時性供水水源。〔一〕按地下水的埋藏條件劃分的類型第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存三、地下水的根本類型潛水：是位于第一個穩(wěn)定隔水層以上的含在透水層中、能夠自由流動的地下水。其水面是起伏不平的面，稱為潛水面。潛水主要由大氣降水和地表水補(bǔ)給。多數(shù)情況下，補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)一致。所以潛水的埋藏深度及含水層厚度經(jīng)常是變化的，而且變化范圍較大，其中以氣候、地形的影響最為顯著?！惨弧嘲吹叵滤穆癫貤l件劃分的類型2.潛水

第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存三、地下水的根本類型〔一〕按地下水的埋藏條件劃分的類型2.潛水

特征：A〕潛水直接接受大氣降水和比它水位高的地表水的滲入補(bǔ)給區(qū)一致,補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)一致；B〕潛水面不承受靜水壓力；C〕在重力作用下，由高向底流動，稱潛水流；D〕潛水的埋深因地而異，與水位、水量變化有關(guān);E〕潛水的水質(zhì)主要取決于氣候、地形及巖性條件.第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存三、地下水的根本類型承壓水〔自流水〕：是埋藏在兩個隔水層之間的透水層中的地下水，其運(yùn)動受上下隔水層的約束和水壓的作用，通常是從補(bǔ)給區(qū)流向排泄區(qū)。其補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)不一致，受大氣降水變化的影響較小，不易受污染。〔一〕按地下水的埋藏條件劃分的類型3.承壓水

第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存三、地下水的根本類型特征：A〕承壓水具有靜水壓力；B〕以側(cè)向補(bǔ)給位主，因此補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)不一致；C〕承壓水逕流嚴(yán)格受隔水層控制，其埋藏分布主要取于地質(zhì)構(gòu)造；D〕承壓水的動態(tài)受降水、蒸發(fā)、水文等因素影響，但如潛水顯著，水位變化幅度小，一般有滯后性；F〕由于有連續(xù)的隔水層的覆蓋，承壓水不易污染；〔一〕按地下水的埋藏條件劃分的類型3.承壓水

第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存三、地下水的根本類型孔隙水主要賦存于松散沉積物顆粒構(gòu)成的孔隙中。在我國，第四系與局部第三系未膠結(jié)或半膠結(jié)的松散沉積物的孔隙中均貯存孔隙水?？紫端ǔＲ赃B續(xù)層狀分布，與裂隙水、巖溶水相比，其水量分布均勻，構(gòu)成具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的層狀含水層。由于松散沉積物的成因類型不同，其形成過程受到不同的水動力條件的控制，因而其巖性和地貌呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，決定著賦存于其中的地下水特征。例如，山前洪積扇、盆地與沖積平原、湖泊沉積、黃土高原中的地下水，其分布狀況、補(bǔ)給、徑流、排泄與水質(zhì)等均有所差異?！捕嘲春橘|(zhì)不同劃分的類型1.孔隙水

第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存三、地下水的根本類型2.裂隙水裂隙水系指貯存于巖石裂隙中的地下水。由于巖石裂隙成因不同，致使巖石的裂隙率大小、裂隙的張開程度、連通情況常常差異頗大，裂隙通道在空間上的展布具有明顯的方向性，因而裂隙水的分布一般很不均勻。其水力聯(lián)系較差，水的運(yùn)動受裂隙展布方向及其連通程度的制約，并受補(bǔ)給條件的影響，所以裂隙水在不同部位其富水程度相差極大。很多情況下，存在同一巖層中相距幾米的鉆孔，水量懸殊，甚至一孔有水而鄰孔無水；有時在相距很近的井孔測得的地下水位差異也很大。由此可見，與孔隙水相比，裂隙水表現(xiàn)出強(qiáng)烈的不均勻性和各向異性。〔二〕按含水介質(zhì)不同劃分的類型第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存三、地下水的根本類型3.巖溶水巖溶水特指貯存于可溶巖石的溶蝕裂隙、溶穴、暗河中的地下水。它的分布較裂隙水更不均勻，常常相對集中且流動迅速，可能承壓亦可能不承壓。很多情況下，它的水量比較豐富，?？勺鳛榇笮凸┧?。而當(dāng)其分布于礦層的頂板或底板時，常常成為采礦的障礙或隱患。對于上述地下水的分類，在實際應(yīng)用中往往給予綜合命名，如稱為“孔隙潛水〞、“孔隙承壓水〞、“裂隙潛水〞、“裂隙承壓水〞等等?！捕嘲春橘|(zhì)不同劃分的類型第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存四、地下水的化學(xué)成分和物理性質(zhì)地下水不是化學(xué)純的H2O，而是一種復(fù)雜的溶液。地下水不斷地與其周圍的巖石發(fā)生相互作用，并且在與大氣圈、水圈和生物圈進(jìn)行水量交換的同時，交換化學(xué)成分。人類活動對地下水的化學(xué)成分的影響也不容無視。地下水中含有多種元素，在目前道的有組成地殼的87種元素中，地下水中含有70余種，但其含量一般都很少。其中分布最廣、含量較多的離子有7種：即Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+，這些離子之和通常占水中溶解鹽量的90%以上。第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存四、地下水的化學(xué)成分和物理性質(zhì)地下水的物理性質(zhì)包括透明度、顏色、嗅味、味道和溫度。通常地下水是無色、無味、無臭且透明的，但當(dāng)其中含有某些物質(zhì)或某些特殊成分時，其物理性質(zhì)就會發(fā)生相應(yīng)的變化。地下水的溫度受其貯存與循環(huán)處所的地溫控制。處于變溫帶中的淺埋地下水顯示微小的水溫季節(jié)變化。常溫帶的地下水水溫與當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁睾芙咏?。此兩帶的地下水，常給人以“冬暖夏涼〞的感覺。增溫帶的地下水水溫隨其貯存與循環(huán)深度的加大而增高，成為熱水甚至蒸汽。如西藏羊八井的鉆孔，獲得溫度為160℃的熱水和蒸汽。第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存五、地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程稱為補(bǔ)給，失去水量的過程稱為排泄，水分由補(bǔ)給處向排泄處的運(yùn)移過程稱為徑流。第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存五、地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

地下水的補(bǔ)給來源最重要的是大氣降水，其次為地表水。因此，降水量的多少和包氣帶的巖性與厚度是影響地下水補(bǔ)給的主要因素。對于地表水，如湖泊及河流的水位高于地下水位，它們便補(bǔ)給兩岸的地下水；相反，假設(shè)河流與湖泊的水位低于地下水面，此時地下水那么向河、湖排泄。大氣中的水汽進(jìn)入土壤孔隙，冷凝所形成的凝結(jié)水對干旱沙漠地區(qū)的地下水有一定的補(bǔ)給意義。此外，農(nóng)田灌溉水及來自其它含水層的水也有補(bǔ)給作用。第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存五、地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

線狀排泄--地下水可以向河、湖等地表水體以泄流形式排泄。面狀排泄--地表蒸發(fā)和植物蒸騰的形式排泄。人工排泄--利用鉆孔或井抽吸地下水。一個含水層或含水系統(tǒng)中的水可向另一個含水層或含水系統(tǒng)排泄

點狀排泄--以泉來排泄。

第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存五、地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

泉地下水在地表的天然出露，叫做泉。泉主要分布在山區(qū)、丘陵區(qū)的溝、谷中及山麓邊緣，平原地區(qū)極為少見。根據(jù)成因分為:①接觸泉；②侵蝕泉③裂隙泉；④斷層泉；⑤溶洞泉。根據(jù)泉水運(yùn)動的特點分為：①上升泉；②下降泉。第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存五、地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

根據(jù)泉水運(yùn)動的特點分為：①下降泉：由潛水含水層形成的泉侵蝕下降泉：河谷、沖溝切割潛水含水層形成。接觸下降泉：地形切割含水層下面隔水層，潛水從兩者接觸處，出露地表。溢流下降泉：巖石透水性變?nèi)趸蚋羲畬拥装迓∑?，潛水流動受阻而溢出地表。第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存五、地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

根據(jù)泉水運(yùn)動的特點分為：①上升泉：由承壓含層水形成的泉侵蝕上升泉：河谷、沖溝切穿承壓含水層的隔水層頂板斷裂上升泉：導(dǎo)水?dāng)鄬油ㄟ^承壓含水層，由于承壓水水位較高，底下水沿著斷層、裂隙上升溢出地表。第六章地下水的地質(zhì)作用

第一節(jié)地下水的儲存五、地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄

地下水一方面獲得補(bǔ)給，另一方面進(jìn)行排泄，因而地下水經(jīng)常處于不斷的流動之中，這種流動稱作徑流，它是連接補(bǔ)給與排泄的中間環(huán)節(jié)。地下水通過徑流將水量與鹽分由補(bǔ)給處傳輸?shù)脚判固?，從而影響含水層或含水系統(tǒng)水量與水質(zhì)的時空分布。

第六章地下水的地質(zhì)作用

第二節(jié)地下水運(yùn)動的特點地下水在巖石空隙中是不斷流動的，這種運(yùn)動通常稱為滲流〔滲透〕。地下水運(yùn)動狀態(tài)1、層流：水質(zhì)點作連續(xù)運(yùn)動，流束平行而不混雜。2、紊流：水質(zhì)點運(yùn)動不連續(xù)，流束不平行而混雜。第六章地下水的地質(zhì)作用

第二節(jié)地下水運(yùn)動的特點地下水的運(yùn)動條件：1、巖層必須透水。2、地下水面必須具有水力坡度。水力坡度：沿水流方向上單位距離內(nèi)的水位差。水力坡度式中：H1--過水?dāng)嗝?處水位標(biāo)高；H2--2處標(biāo)高，L—兩斷面距離第六章地下水的地質(zhì)作用

第二節(jié)地下水運(yùn)動的特點地下水運(yùn)動的根本定律：

反映層流運(yùn)動的根本定律叫達(dá)爾西定律。Q=KΔH/L=KI式中：Q—單位時間的滲透流量，m3/s；K—滲透系數(shù)，m/s；—砂樣過水?dāng)嗝婷娣e，m2；L—砂樣長度，m。等式兩邊同除，上式變?yōu)椋篞/=KIV=KIV—滲透速度，m/s第六章地下水的地質(zhì)作用

第二節(jié)地下水運(yùn)動的特點地下水的滲透速度，并不等于地下水在巖層中運(yùn)動的實際速度，因為滲透速度V=Q/，其中過水?dāng)嗝鎃包括巖石顆粒和空隙，實際上水流只通過巖石的空隙局部，因此不是實際的過水?dāng)嗝妫瑢嶋H的過水?dāng)嗝?=n，n—巖石空隙率，既在巖石或土壤中，單位體積所含空隙的量。實際流速：u=Q/0=Q/n有V=nu∴n﹤1∵V﹥u既實際流速總是大于滲透速度。在式V=KI中，當(dāng)I=1時，滲透系數(shù)在數(shù)值上等于滲透速度，滲透系數(shù)表示了巖石滲透性的好壞，透水性好的巖石，滲透系數(shù)值大，滲透系數(shù)是一個非常重要的概念。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用地下水對地殼巖石圈產(chǎn)生剝蝕作用，由于其在地下進(jìn)行，故常稱為潛蝕作用。按作用方式可分為機(jī)械沖刷和化學(xué)溶蝕兩種。地下水一般情況下流動緩慢、水量分散、沖擊力很小，所以其機(jī)械沖刷作用居次要地位；但地下水中常富含CO2和其它溶劑，這些成分與周圍介質(zhì)廣泛接觸發(fā)生化學(xué)溶蝕，作用顯著。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用一、機(jī)械沖刷作用地下水對巖石的沖刷破壞作用稱為機(jī)械潛蝕作用.黃土、砂巖組成的地殼表層，經(jīng)地下水長期機(jī)械潛蝕作用，形成與下面將要闡述的“巖溶〞地區(qū)相似的地質(zhì)開展過程，如黃土濕陷、丹霞地貌。稱為“假巖溶〞作用過程.盡管地下水滲流速度緩慢，動能很小，沖刷力量微弱，但由于作用時間長久，尤其對未成巖的沉積物，細(xì)顆粒被沖走，空隙變大，水的流速加快，動能加大，將會沖刷更大的顆粒，使空隙更大、沖刷能力更強(qiáng)，最終可能形成較大的空隙，甚至形成空洞，造成管涌、流沙或地表塌陷等危害工程設(shè)施的不良現(xiàn)象。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

地下水通過對巖石、礦物的溶解所產(chǎn)生的破壞作用，即化學(xué)溶蝕作用，國外稱為喀斯特作用〔karstfication〕，我國稱作巖溶作用〔1966年我國第二次喀斯特會議決定的〕。這種作用使可溶巖石〔碳酸鹽巖、石膏、鹽巖等〕中的空隙逐漸擴(kuò)大，形成各種形狀和大小不一的溶隙、洞穴和管道等巖溶現(xiàn)象。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔一〕巖溶發(fā)育的根本條件與影響因素巖溶是水與可溶巖介質(zhì)相互作用的產(chǎn)物，巖溶作用過程實際上就是水作為營力對可溶巖石的改造過程。因此，巖溶發(fā)育必不可少的兩個根本條件是：巖層具有可溶性及地下水具有侵蝕能力。由上述兩個根本條件派生出一系列影響因素。例如，蘇聯(lián)學(xué)者索科洛夫即曾提出巖溶發(fā)育應(yīng)具備四個條件：可溶巖的存在、可溶巖必須是透水的、具有侵蝕能力的水及水是流動的。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔一〕巖溶發(fā)育的根本條件與影響因素1.可溶巖性質(zhì)的影響鹵化物巖〔巖鹽、鉀鹽、鎂鹽〕，硫酸鹽巖〔石膏等〕及碳酸鹽巖〔石灰?guī)r、白云巖、大理巖〕等都是可溶巖。鹵化物鹽類和硫酸鹽類巖石分布范圍小、巖體較??；而碳酸鹽類巖石分布廣、巖體大，具有普遍意義。為此，這里僅對分布最廣最有實際意義的碳酸鹽巖進(jìn)行分析。碳酸鹽巖類的溶蝕強(qiáng)度受其成分與結(jié)構(gòu)影響，碳酸鹽巖由不同比例的方解石和白云石組成，有時還會有泥質(zhì)、硅質(zhì)等雜質(zhì)。實驗說明，純方解石的溶解速度約為純白云石的兩倍，故純灰?guī)r的巖溶最發(fā)育，白云巖次之，硅質(zhì)與泥質(zhì)灰?guī)r最難溶蝕。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔一〕巖溶發(fā)育的根本條件與影響因素2.可溶巖透水性的影響

可溶巖具有一定透水性，是進(jìn)行溶蝕作用不可缺少的條件。各種碳酸鹽巖雖然具有原生的孔隙，但比較細(xì)小，連通性不好，如果沒有構(gòu)造裂隙連通，水仍然很難進(jìn)入可溶巖發(fā)生溶蝕作用。因此，可溶巖經(jīng)受構(gòu)造變動并發(fā)育構(gòu)造裂隙，是巖溶發(fā)育的良好條件。例如，在褶皺軸部尤其是向斜軸部，往往張開裂隙發(fā)育，又是地下水聚集的部位，地下巖溶發(fā)育，地下河系的主干往往沿此分布。斷裂帶往往也是巖溶集中發(fā)育的地帶。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔一〕巖溶發(fā)育的根本條件與影響因素3.地下水溶蝕能力的影響進(jìn)入透水的可溶巖層中的水，一般都含有或多或少的CO2。研究說明，碳酸鹽巖、水與二氧化碳之間的相互作用是一個涉及固、液、氣三相的復(fù)雜化學(xué)體系，其化學(xué)過程通常以CaCO3—H2O—CO2體系為例進(jìn)行分析。水中的CO2能夠促進(jìn)CaCO3溶解，是因為C2溶于水的生成物H+，能與CaCO3溶于水的生成物OH-結(jié)合，降低了CaCO3溶于水的生成物OH-的濃度，帶動反響向正反響方向進(jìn)行，使CaCO3進(jìn)一步溶解。由此可見，地下水CO2含量增加將有利于碳酸鹽巖溶蝕作用的進(jìn)行。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔一〕巖溶發(fā)育的根本條件與影響因素4.地下水流動的影響

地下水流動是巖溶發(fā)育的主要因素。在水停滯的條件下，隨著CO2的不斷損耗，當(dāng)?shù)竭_(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)，水成為飽和溶液而完全喪失溶蝕能力，溶蝕作用便告終止。只有當(dāng)?shù)叵滤粩嗔鲃?，水中溶蝕的物質(zhì)被帶走，富含CO2的滲入水不斷補(bǔ)充更新，水才能經(jīng)常保持侵蝕性，溶蝕作用才能持續(xù)進(jìn)行。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔二〕地下巖溶發(fā)育的不均一性和分帶性1.可溶巖的差異性溶蝕作用造成了地下巖溶發(fā)育的不均一性在巖溶發(fā)育之前，可溶巖中分布著張開程度和密度不等的構(gòu)造裂隙，具有侵蝕性的水在裂隙中流動，溶解隙壁上的固相CaCO3，使裂隙逐漸擴(kuò)大。細(xì)小的裂隙阻力大，水流緩慢，不易溶蝕擴(kuò)寬。寬大的裂隙阻力小，水流通暢，滲流速度大，溶蝕擴(kuò)寬迅速，反過來又使水流動更加迅速。同時又爭奪細(xì)小裂隙中的水流，使細(xì)小裂隙中的水量減少，流速更小。這為寬大裂隙的進(jìn)一步開展創(chuàng)造了有利條件，最終開展成為溶蝕管道第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔二〕地下巖溶發(fā)育的不均一性和分帶性2.地下巖溶發(fā)育的分帶性

在一個裸露碳酸鹽巖分布的巖層中，巖溶發(fā)育與地下水流動是相適應(yīng)的。地下水的流動可分為包氣帶中的流動、局部地區(qū)的流動及區(qū)域流動。地下水在包氣帶內(nèi)流動發(fā)生在地下水面以上，此帶中地下水以大氣降水的間歇性下滲垂向運(yùn)動為主，與此相適應(yīng)，常形成垂向發(fā)育的溶蝕裂隙、落水洞、溶蝕漏斗〔溶斗〕及豎井等〔如圖6-9〕。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔三〕巖溶地貌1.溶溝〔槽〕、石芽和石林溶溝〔槽〕是發(fā)育在石灰?guī)r外表上的溝槽，是地表水流與巖面淺表部裂隙中的地下水流共同作用，對可溶性巖石表部進(jìn)行溶蝕和機(jī)械沖刷的結(jié)果。溝槽寬深不一，一般為數(shù)厘米到數(shù)米，有時更大，其形態(tài)各異。溝槽之間凸起的石脊稱為石芽。如石芽的形態(tài)高大，坡壁近于直立，且發(fā)育成群，遠(yuǎn)觀之宛假設(shè)森林，那么稱為石林。石林常見于熱帶地區(qū)，我國云南路南縣的石林發(fā)育較好，其中石芽〔柱〕最高達(dá)30m以上，峭壁林立，各具姿態(tài)。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔三〕巖溶地貌2.落水洞地表水滲入近于垂直的裂隙，沿裂隙向下溶蝕，形成的直立或陡傾的洞穴，稱為落水洞。其下通地下河或溶洞，是地表水轉(zhuǎn)入地下河或溶洞的通道。在兩組直立裂隙交會處，落水洞最易形成。有時沿裂隙帶發(fā)育許多落水洞，它們呈串珠狀分布。落水洞的深度?？蛇_(dá)數(shù)十米至百余米。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔三〕巖溶地貌3.溶斗與溶洼溶斗，亦稱巖溶漏斗，是巖溶發(fā)育地段的小型洼坑，截面呈圓形或橢圓形，直徑一般由數(shù)十米至數(shù)百米。深度不大，常為數(shù)米或數(shù)十米，最深的可達(dá)數(shù)百米?？v剖面形態(tài)有碟狀、錐狀或漏斗狀等。其底部常有落水洞，可引導(dǎo)地表水向下排泄。溶斗的形成是由于地表水流沿垂直裂隙向下滲流、溶蝕，裂隙不斷加寬擴(kuò)大，開展為空洞，同時常伴有壁面及上部土體逐步垮落、塌陷的結(jié)果。溶斗的側(cè)向擴(kuò)大、合并和加深可形成小型的封閉洼地，被稱為溶蝕洼地，簡稱溶洼。如果溶斗或溶洼底部被塌陷物堵塞，可暫時或長久積水成為池塘或湖泊。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔三〕巖溶地貌4.盲谷巖溶發(fā)育區(qū)的地表河谷沒有出口，好似進(jìn)入了死胡同，這種向前沒有通路的河谷叫盲谷。盲谷一般是在非巖溶化地區(qū)發(fā)育的地表河流，流到強(qiáng)巖溶化地區(qū)后，其水流消失在河谷末端陡崖下的落水洞而轉(zhuǎn)為地下河形成的。盲谷下游一般是高于現(xiàn)代河床的谷地。這多是早期連續(xù)的一條河流，后來由于巖溶不斷發(fā)育，形成地下巖溶水系統(tǒng)，使地表河流入落水洞而轉(zhuǎn)到地下，造成其下游高于現(xiàn)代河床的谷地，它是早期河流留下的印跡。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔三〕巖溶地貌5.干谷原來常年有地表水流的溝谷，因地殼抬升或氣候變化導(dǎo)致基蝕基準(zhǔn)面下降，使原河床變干而成為干谷。盲谷下游高于現(xiàn)代河床的谷地也是一種干谷。干谷谷底一般較平坦，常覆蓋有松散堆積物，有時有溶斗或落水洞分布。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔三〕巖溶地貌6.丘叢、峰叢、峰林和孤峰它們都是正向的巖溶地形，山體頂部突出。假設(shè)山體頂部呈渾圓狀態(tài)為溶丘，基部相連的一些溶丘為丘叢。丘叢區(qū)地形起伏不大，相對高差一般小于100m，坡度小于45°。假設(shè)山體頂部呈錐狀，基部相連的一些溶蝕峰稱為峰叢。峰叢區(qū)地形起伏較大，相對高差大于100m，有時達(dá)數(shù)百米，坡度大于45°，是強(qiáng)烈?guī)r溶作用下形成的。當(dāng)山峰上部挺立高大，基部幾乎不連接時，稱為峰林。聳立于巖溶地區(qū)平原上的孤立山峰稱為孤峰。它是峰林進(jìn)一步開展的結(jié)果，其相對高度一般50～100，是巖溶發(fā)育晚期的產(chǎn)物。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔三〕巖溶地貌7.溶洞與地下河溶洞是地下水沿可溶性巖層的各種構(gòu)造面〔層面、節(jié)理面、斷裂面等〕，進(jìn)行溶蝕和沖刷而形成的地下洞穴。形成初期，裂隙孔道狹小，地下水流動緩慢，以溶蝕作用為主。隨著孔道擴(kuò)大，水流作用加強(qiáng)，動能增大，除溶蝕作用外還產(chǎn)生機(jī)械沖刷作用?？椎篱_展為空洞，小空洞不斷擴(kuò)大并相互串通，形成較大的空洞，即溶洞。第六章地下水的地質(zhì)作用

第三節(jié)地下水的潛蝕作用二、化學(xué)溶蝕作用及巖溶地貌

〔三〕巖溶地貌8.溶蝕盆地四周為山或丘陵環(huán)繞，沒有地表排水口，長寬幾千米至數(shù)十千米的大型負(fù)地形稱為溶蝕盆地。地表水通過落水洞排泄，常與地下河連通。地面平坦，并有較厚的土層，因此成為巖溶山區(qū)主要的農(nóng)業(yè)區(qū)及人口集中地區(qū)。當(dāng)?shù)叵潞愉中共粫硶r，其局部地區(qū)常被淹。此種地形只有在濕熱條件下才能發(fā)育，主要見于熱帶、亞熱帶及溫帶。在南斯拉夫稱其為坡立谷。第六章地下水的地質(zhì)作用

第四節(jié)地下水的搬運(yùn)作用與沉積作用一、地下水搬運(yùn)作用

〔一〕機(jī)械搬運(yùn)作用當(dāng)?shù)叵滤趲r石孔隙、裂隙中流動時，因其流速十分緩慢，搬運(yùn)能力較弱，只能搬運(yùn)少量泥質(zhì)、粉質(zhì)或粉砂質(zhì)等細(xì)粒物質(zhì)。但在某些情況下，地下水的搬運(yùn)能力會增強(qiáng)。例如，當(dāng)?shù)叵滤趲r溶管道、溶洞或地下河系中流動時，由于水量大、流動快、搬運(yùn)動能較大，不僅能搬運(yùn)細(xì)粒物質(zhì)，還可搬運(yùn)由崩落而形成的泥沙和碎石，在搬運(yùn)過程中亦能產(chǎn)生分選作用和磨圓作用，其特征類似于地表河流。另一種情況發(fā)生在平原河流沿岸。為了抵御洪水泛溢，人們加固加高了河堤。當(dāng)雨季洪水下泄時，河床水位暴漲，造成河床水位遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于堤外地面，假設(shè)河床兩側(cè)為砂質(zhì)地層展布，堤內(nèi)外有水力聯(lián)系，由于堤內(nèi)外水位差形成堤下滲流場的水力梯度變大，隨之滲透流速加快，地下水的搬運(yùn)能力增強(qiáng)，極易形成管涌冒沙，危及河堤平安。第六章地下水的地質(zhì)作用

第四節(jié)地下水的搬運(yùn)作用與沉積作用一、地下水搬運(yùn)作用

〔二〕化學(xué)搬運(yùn)作用地下水的化學(xué)搬運(yùn)作用極為普遍，其搬運(yùn)的物質(zhì)主要來自地下水對圍巖的溶蝕，少局部來源于巖石的風(fēng)化。這些物質(zhì)包括各種離子和膠體。它們隨著地下水向下滲透或水平流動而被搬運(yùn)，其中除局部物質(zhì)因溶液發(fā)生過飽和而沉淀或被介質(zhì)吸附外，大局部可隨地下水滲流并匯入地表河流或湖泊，最終被帶入海洋。地下水滲流攜帶的溶解物質(zhì)的成分和數(shù)量，取決于滲流的巖石性質(zhì)與風(fēng)化程度。流經(jīng)石灰?guī)r地區(qū)的地下水主要含HCO3-、Ca2+、Mg2+、CO32-等；干旱及半干旱地區(qū)因風(fēng)化作用較弱，地下水主要搬運(yùn)易遷移的K+、Na+、Cl-、SO42-等離子；在濕熱氣候區(qū)風(fēng)化作用強(qiáng)烈，地下水搬運(yùn)的溶質(zhì)中可含有大量SiO2、Al〔OH〕3、Fe〔OH〕3等膠體物質(zhì)。流經(jīng)金屬礦床的地下水中會含有相關(guān)的金屬離子。第六章地下水的地質(zhì)作用

第四節(jié)地下水的搬運(yùn)作用與沉積作用二、地下水的沉積作用〔一〕機(jī)械沉積作用具有一定流動速度的地下水?dāng)y帶不同粒徑的顆粒物質(zhì)，當(dāng)其流動至開闊地段時，因地下水流速降低，動能減弱，局部顆粒物質(zhì)就會沉積下來。常在發(fā)育地下河的溶洞中出現(xiàn)礫石、砂和黏土等沉積物，并具層理結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，沉積的砂礫石多數(shù)是從洞外帶入的，常有較好的磨圓度，但也常?；祀s有溶洞崩塌下的礫塊。分析研究這些沉積物，有助于了解地下水的補(bǔ)給來源。第六章地下水的地質(zhì)作用

第四節(jié)地下水的搬運(yùn)作用與沉積作用二、地下水的沉積作用〔二〕化學(xué)沉積作用地下水?dāng)y帶其溶解的各種物質(zhì)，如在滲流過程中因水溫降低、壓力減小或水分蒸發(fā)等物理條件的改變，可使地下水溶液迅速到達(dá)過飽和狀態(tài)，并發(fā)生沉淀。此外，膠結(jié)物質(zhì)那么可通過凝聚作用發(fā)生沉淀。有利于化學(xué)沉積的場所有溶洞中滲水裂隙的流出帶、泉水的溢出帶，還有某些滲入裂隙或孔隙內(nèi)。按沉積物出現(xiàn)的場所可分為溶洞沉積物、泉華沉積物和裂隙中的沉積物。第六章地下水的地質(zhì)作用

第四節(jié)地下水的搬運(yùn)作用與沉積作用二、地下水的沉積作用〔二〕化學(xué)沉積作用1.溶洞沉積物石鐘乳--水從洞頂下滴，因邊滴邊沉淀，可逐步形成自洞頂向下垂直生長的錐狀CaCO3沉積物.石鐘乳橫切面呈同心環(huán)帶構(gòu)造，