第八章地下水的地質(zhì)作用學(xué)習(xí)目的：1.熟悉地下水的基本特征。2.理解地下水的剝蝕、搬運(yùn)與沉積作用的方式。3.學(xué)會(huì)對(duì)巖溶發(fā)育條件進(jìn)行分析。引言

地下水是指存在于地表以下松散堆積物和巖石空隙中的水。地下水也有氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)之分。地下水的來(lái)源主要是降水、冰雪融水和地面流水，次要來(lái)源有大氣的凝結(jié)水、埋藏水或巖漿水等等。地下水不僅是一種寶貴的水資源，而且也是改造地表的動(dòng)力之一。第一節(jié)地下水的基本特征一.地下水的儲(chǔ)存條件地下水在重力、表面張力或熱力等的作用下，可以在巖石和堆積物內(nèi)流動(dòng)，其流動(dòng)性能與巖石空隙有關(guān)。巖石空隙包括孔隙、節(jié)理和洞穴?？紫吨杆缮⒍逊e物和巖石顆粒之間的空間；洞穴則為出現(xiàn)于易溶巖石內(nèi)大小、形狀、方向均不規(guī)則的空洞。巖石空隙的種類

地下水的分布、儲(chǔ)量、及運(yùn)動(dòng)均由巖石空隙的數(shù)量、大小、形狀及其連通情況所決定?？障抖仁菐r石內(nèi)空隙的體積與總體積之比?？障哆B通的巖層，地下水可在其中流動(dòng)，稱為透水層。有的巖層雖有很高的孔隙度但孔隙過(guò)小而且連通情況極差，例如粘土層和頁(yè)巖層，地下水很難在其中流動(dòng)，稱為不透水層或隔水層。透水層如果被地下水所飽和就成為含水層。二.地下水類型與運(yùn)動(dòng)

水分子是偶極體,碎屑表面和巖石裂隙壁面帶有電荷能吸附一部分水,水膜很薄時(shí)不受重力的驅(qū)動(dòng),相反水分受毛細(xì)作用可向上移動(dòng),稱毛細(xì)作用。由這種作用可形成一個(gè)水與空氣混合的毛細(xì)帶，稱包氣帶。當(dāng)水膜增厚，受重力影響能向下流動(dòng)時(shí)，稱重力水。重力水向下運(yùn)移受阻于第一個(gè)隔水層，并在其上的透水層中匯聚起來(lái)填滿空隙形成飽和帶，該帶的水稱為潛水。潛水水層有一個(gè)自由表面稱為潛水面。

潛水面的高度隨季節(jié)和降水量大小而變化，在空間上還隨地形高低而起伏，只是起伏程度較地形小。潛水面的起伏特性十分重要，它造成水頭勢(shì)能差而產(chǎn)生橫向運(yùn)動(dòng)。潛水運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)特性是主要發(fā)生在潛水上部的潛水面附近，其流動(dòng)速度也最大，越向深部流速越小。含于石灰?guī)r溶洞或地下管道中的地下水其運(yùn)動(dòng)則隨通道斷面的大小和連通情況而異，有些石灰?guī)r溶洞水量集中，可能成為地下河或稱暗河，甚至可能由錯(cuò)綜復(fù)雜的暗河組成地下水系。潛水面及其與地形的關(guān)系

處于兩個(gè)隔水層中間的水，稱層間水。這種水因其具有封閉管道的性質(zhì)，常具有一定的水頭壓力，故又稱承壓水。

承壓水具有以下特點(diǎn)：（1）層間含水層在高處出露,以獲取水源補(bǔ)給；（2）另一端受到封閉，使水得以存儲(chǔ)。層間水在地面低于水頭的部位可循自然裂隙或通道，也可循人工開鑿的井、孔噴出地表，形成自流井或噴泉。地下水類型與垂直分帶三.地下水的溫度與成分

通常情況下，地下水的溫度接近或低于當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟?，稱為冷水。但深層地下水或因局部接近熱源的潛水溫度常高于當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟确Q為熱水。地下水出露地表時(shí)，叫做泉。據(jù)溫度可分為冷泉和溫泉。地下水的在巖石裂隙或孔隙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，可溶解巖石中的某些成分，使地下水中含有多種礦物質(zhì)，如Br、I、H2S、CO2、F、Rn等，當(dāng)其流出地表，可形成礦泉。四.地下水是改造地殼表層的一種動(dòng)力

地下水改造地殼表層的能力是不可忽視的，它依靠自己特殊的運(yùn)動(dòng)和內(nèi)在力量，它能破壞和帶走可溶性巖石中的某些成分，促進(jìn)廣泛的巖石循環(huán)；同時(shí)也塑造出風(fēng)格迥異的地貌景觀。地下水的這種作用主要通過(guò)溶蝕完成，我國(guó)統(tǒng)稱為巖溶作用，國(guó)際上統(tǒng)稱為喀斯特作用。巖溶作用不僅是溶解過(guò)程，同時(shí)也包括搬運(yùn)和沉積過(guò)程及其產(chǎn)物。第二節(jié)地下水的剝蝕作用

地下水是通過(guò)化學(xué)和機(jī)械兩種方式破壞巖石的，在兩種方式中尤以化學(xué)溶蝕最為典型和重要。一.地下水的溶蝕作用及其產(chǎn)物

地下水中普遍溶有一定數(shù)量的CO2、Cl2、SO42-、HNO3以及有機(jī)酸等，因而具有較大的溶蝕能力，地下水中所含的CO2及HNO3的溶蝕能力最強(qiáng)，尤其對(duì)可溶性巖石具有很的破壞力。所以地下水的剝蝕作用集中的反映在碳酸巖類巖石發(fā)育地區(qū)，化學(xué)反應(yīng)式如下：CaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2CaCO3+2HNO3Ca(NO3)2+H2O+CO2

上述反應(yīng)能夠在常溫常壓下進(jìn)行，所以地下水的溶蝕作用隨時(shí)隨地可以發(fā)生，化學(xué)反應(yīng)是向右還是向左受控于溫度和壓力，特別是CO2表現(xiàn)尤為突出，溫度升高或壓力減小CO2溶解度會(huì)降低，反應(yīng)式向左進(jìn)行，CaCO3可以從水溶液中沉淀出來(lái)；溫度降低或壓力增大，反應(yīng)式向右進(jìn)行，CaCO3被分解為Ca2+及HCO3-，隨水被帶走。

從地面到潛水面之間，地下水主要是豎直方向的下滲或流動(dòng)，喀斯特作用主要也是垂直方向上進(jìn)行。最初，由雨水或片流對(duì)碳酸鹽類巖石進(jìn)行差異溶蝕，可形成無(wú)數(shù)起伏不大的溝紋，稱溶紋；進(jìn)而起伏加大，形成深為數(shù)十厘米、甚至數(shù)十米的溝槽，稱為溶溝；縱橫交錯(cuò)的溶溝之間的突出部分，稱為石芽；大的石芽發(fā)育區(qū)，似劍峰矗刺林立，稱為石林；溶溝通常是循巖石的節(jié)理發(fā)育而成的,在適當(dāng)部位可沿一定通道向地下滲流，可溶蝕成垂向發(fā)育的管洞系統(tǒng)，稱為落水洞。落水洞可深達(dá)潛水面附近。落水洞的地面出口處因片流匯聚剝蝕形成漏斗狀，稱為溶斗；溶斗大小不等，口寬數(shù)米至數(shù)百米，一般深度小于寬度，陡坡上滿布溶溝和石芽。溶斗發(fā)育區(qū)，地面呈蜂窩狀，使耕地極為缺乏。

大致沿水平方向滲流的潛水，同時(shí)也進(jìn)行著水平方向的溶蝕作用。由于潛水流速以潛水面附近最大，溶蝕作用也最強(qiáng)，因此能在潛水面附近塑造出橫向洞穴，稱為溶洞。由于巖性、裂隙發(fā)育狀況及落水洞的連通情況等不同，各處的溶蝕作用有一定的差異，因而形成的溶洞很不規(guī)則，經(jīng)常是窄的管道連接著大廳，在長(zhǎng)度方向呈不規(guī)則節(jié)狀，沿著橫向的溶洞系統(tǒng)常伴隨著地下河的發(fā)育。巖溶地形示意圖北京房山云水洞平剖面圖

溶洞發(fā)育程度視潛水面在固定高度上停留時(shí)間的長(zhǎng)短而定，潛水面保持穩(wěn)定的時(shí)間受該地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)情況的控制，當(dāng)一個(gè)地區(qū)的地殼穩(wěn)定相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期，此時(shí)期可形成一個(gè)溶洞層，以后如發(fā)生上升運(yùn)動(dòng)，然后又穩(wěn)定一段時(shí)間，這時(shí)由于河流下切，潛水面下降至另一個(gè)水平面上穩(wěn)定下來(lái)，可溶蝕出一個(gè)新的溶洞層，上面一層溶洞系統(tǒng)淪為干洞層。這種多層溶洞的發(fā)育規(guī)模、形式以及洞層之間的距離等特征，記錄了這個(gè)地區(qū)地殼階段性的上升和相對(duì)穩(wěn)定期的歷史，是地質(zhì)學(xué)調(diào)研的珍貴資料。隨著落水洞和溶洞的擴(kuò)大和發(fā)展（特別是地下的溶洞），將引起溶洞頂層規(guī)模不等的巖溶塌陷，陷落部分形成塌陷溶斗，當(dāng)其繼續(xù)擴(kuò)大，底部被泥沙填平形成大型洼地時(shí)稱溶蝕洼地。洼地常呈串珠狀連接構(gòu)成大型溶蝕谷。洼地和谷地是喀斯特發(fā)育地區(qū)最珍貴的土地，因?yàn)橹挥羞@里才是唯一的可耕之所。洼地和谷地之間是殘留下來(lái)的溶蝕殘丘、殘峰或殘