11第十一章 地下水的地质作用

又称层间水（ 又称层间水（interlayer water）。承压水是 ） 承压水是 指充满两个隔水层间的地下水。它与潜水不同， 指充满两个隔水层间的地下水。它与潜水不同， 其上下都有隔水层，不能普遍地与大气接触， 其上下都有隔水层，不能普遍地与大气接触 ， 不易受污染，其补给区小于分布区。 不易受污染，其补给区小于分布区。最重要的 特征是具有承压性
地下水的垂直分带
包气带； 季节变动带； 饱水带， Ⅰ——包气带；Ⅱ——季节变动带；Ⅲ——饱水带，Ⅳ——深循环带 包气带 季节变动带 饱水带 深循环带 隔水层； 平水位； 洪水位； 最高地下水位； 1——隔水层；2——平水位；3——洪水位；4——最高地下水位；5——最低地下水 隔水层 平水位 洪水位 最高地下水位 最低地下水 水位； 上层滞水； 水流方向； 水位；6——上层滞水；7——水流方向；8——悬挂泉 上层滞水 水流方向 悬挂泉
3 岩溶地形的发展演化
可溶性岩石地区经长期的溶蚀和崩塌作用可 形成大型半封闭洼地，称溶盆或溶原。 形成大型半封闭洼地，称溶盆或溶原。
CaCO3+H++HCO3-→Ca2++2 HCO3-
由于CO 的存在， 由于CO2的存在，会使石灰岩的溶蚀作用 增强。 增强。 因而， 因而，在石灰岩地区常发育有溶蚀作用形 成的孔隙或孔洞， 成的孔隙或孔洞，并可逐渐扩大成为巨大的 溶洞。 溶洞。 持续发展还会形成纵横交错的洞穴体系。 持续发展还会形成纵横交错的洞穴体系。 在洞穴发育到一定程度， 在洞穴发育到一定程度，受重力作用的影响 还会发生崩坍现象， 还会发生崩坍现象，可以形成奇峰耸立的独 特景观。 特景观。
第二节 地下水的剥蚀作用
地下水的剥蚀作用称潜蚀作用 （underground erosion） ） 按作用方式可分为机械的、 按作用方式可分为机械的、化学的两种 地下水主要在岩石孔隙中渗流，流动缓慢， 地下水主要在岩石孔隙中渗流，流动缓慢， 水量分散，冲击力甚小， 水量分散，冲击力甚小，所以其机城潜蚀 作用占次要地位 水中常富含CO2和各种溶剂，这些成分能 水中常富含 和各种溶剂， 和各种溶剂 与组成岩石的矿物颗粒广泛接触并发生化 学反应， 学反应，因而化学潜蚀作用显著
（2）地下河（underground river ） ）地下河（
溶洞内常发育有地下河流。 溶洞内常发育有地下河流。 有时地表河流也可沿落水洞、 有时地表河流也可沿落水洞、溶斗等潜入溶 潜入地下，沿溶洞或裂隙流动， 洞。潜入地下，沿溶洞或裂隙流动，形成暗河 地下河， river）。 （地下河，underground river）。 暗河在溶洞内的陡急地段可形成瀑布， 暗河在溶洞内的陡急地段可形成瀑布，在平 缓地段则可积水成地下湖泊（ 缓地段则可积水成地下湖泊（underground lake）。 lake）。 暗河在地下流动一段距离后， 暗河在地下流动一段距离后，又可重新流出 地表成为地表河流。 地表成为地表河流。
（二）岩溶作用及岩溶地貌
垂直溶蚀作用及岩溶地形： 1 垂直溶蚀作用及岩溶地形 ： 主要发育于地 表和包气带中的岩溶地形 溶沟(karren)和石芽 和石芽(stony sprout)： （ 1 ） 溶沟 和石芽 ： 是地表水沿岩石表面流动溶蚀而形成的沟、槽 是地表水沿岩石表面流动溶蚀而形成的沟、 和脊状突起。石林(stono forest)：巨型石牙 和脊状突起。石林 ：
岩石孔洞
二
地下水的存在形式
地下水在岩石孔隙中的存在形式随岩石 的孔隙及含水量大小而有不同。
1 吸附水(hydroscopic water)：不能在重力作 用下自由运动，水量少时 ， 水分子因受静电 水量少时， 水量少时 引力作用， 引力作用 ， 可吸附在岩石颗粒表面或孔隙壁 面成为吸着水 面成为吸着水 2 薄膜水(thinfilm water)：当其厚度大于几个 当其厚度大于几个 到几百个水分子直径时， 便形成薄膜状， 到几百个水分子直径时 ， 便形成薄膜状 ， 称 为薄膜水
（一）岩溶作用的进行条件
1．岩石的可溶性：碳酸盐岩（石灰岩、白云 ．岩石的可溶性：碳酸盐岩（石灰岩、 盐类岩石，钙质胶结的碎屑岩。 岩）盐类岩石，钙质胶结的碎屑岩。 2．岩石的透水性：透水性好，岩溶作用易于 ．岩石的透水性：透水性好， 进行， 进行，裂隙发育 3．地下水的溶蚀力：取决于 ．地下水的溶蚀力：取决于CO2的浓度 的浓度 4．地下水的流动特征：流速越快，岩溶作用 ．地下水的流动特征：流速越快， 越易进行
第七章 地下水的地质作用
地下水概述
地下水是自然界水的一部分 据估算，埋藏在地下17Km以内 据估算，埋藏在地下 以内 的地下水总量约为8.4× 的地下水总量约为 ×1015m3， 其中有一半埋藏在地面以下1Km 其中有一半埋藏在地面以下 的范围内
第一节 地下水的 一般特征
一 地下水的储存及运动条件
三 地下水的基本类型
据地下水的运动状态、埋藏条件， 据地下水的运动状态、埋藏条件，可以将地 下水分为： 下水分为：
（1）包气带水 ）包气带水(aoration zone water) 是埋藏在包气带中的地下水， －是埋藏在包气带中的地下水，主要以吸附
水、薄膜水和毛细水形成存在
（2） 潜水(phceatic water) 潜水
一、地下水的溶蚀作用及其产物
地下水通过对岩石、 地下水通过对岩石、矿物的溶解所产生的破坏作用 称化学潜蚀作用，或岩溶作用、 称化学潜蚀作用，或岩溶作用、喀斯特作用 （karstfication） ） 这种作用可使岩石中的孔隙或裂隙逐渐扩大， 这种作用可使岩石中的孔隙或裂隙逐渐扩大，以至 发育成巨大的洞穴， 发育成巨大的洞穴，并形成一些独特的地形形态和 沉积物 岩溶作用形成的地形称岩溶地形（或喀斯特地形） 岩溶作用形成的地形称岩溶地形（或喀斯特地形） （karst landform） ） 这种作用及其产生的自然现象可统称为岩溶现象或 喀斯特现象
（2）饱水带（saturation zone）－ ）饱水带（ ）－
地下水下渗时，因遇隔水层阻隔而汇聚起来， 地下水下渗时，因遇隔水层阻隔而汇聚起来， 当水充满了孔隙时，则形成饱水带。 当水充满了孔隙时，则形成饱水带。饱水带 的水具有自由水面。 的水具有自由水面。又称为地下水的水平运 动带 （3）自由水面（地下水面）－饱水带 ）自由水面（地下水面）－ 与包气带的界面就是饱水带的自由水面 自由水面， 与包气带的界面就是饱水带的自由水面，它 随季节或气候变化而变化。当干旱季节， 随季节或气候变化而变化。当干旱季节，蒸 发量大于补给量时，自由水面会下降。 发量大于补给量时，自由水面会下降。因而 在饱水带和包气带间存在一个季节变动带 在饱水带和包气带间存在一个季节变动带
地下水对可溶性岩石的溶解力 与地下水中CO2的含量有关 与地下水中
CO2的含量越大，对岩石的溶蚀力越大 的含量越大， 地下水中的一部分CO 是以碳酸氢根（ 地下水中的一部分CO2是以碳酸氢根（HCO3-）的 形式存在的。 形式存在的。 的水与石灰岩（ 含H+和（HCO3-）的水与石灰岩（主要成分为方解 接触时，便会发生化学反应， 石CaCO3）接触时，便会发生化学反应，使其溶解度 大大增加。 大大增加。 其化学反应式为： 其化学反应式为：
（2）落水洞(sinkhole)： 落水洞(sinkhole)： (sinkhole) 是地面水沿裂隙垂直下渗和溶蚀形成的近于 直立的深洞。 直立的深洞。 落水洞是饱气带的主要岩溶地形。 落水洞是饱气带的主要岩溶地形。 溶蚀洼地： （3）溶蚀洼地： 岩溶作用在地表及浅处形成的碟状、 岩溶作用在地表及浅处形成的碟状、漏斗状 洼地称溶斗 称溶斗(funnel)（或岩溶漏斗 洼地称溶斗 （或岩溶漏斗doline）。 ） 溶斗侧向扩大、合并、加深形成的小型封闭 溶斗侧向扩大、 合并、 洼地称为溶洼。 洼地称为溶洼。
1 地下水的化学成分
溶于地下水中的气体主要有： 溶于地下水中的气体主要有：O2、N2、CO2、 H2S等。O2含量高代表氧化环境；H2S含量高 含量高代表氧化环境； 等 含量高 代表还原环境。 代表还原环境。 地下水中含有多种元素，主要阳离子有： 地下水中含有多种元素，主要阳离子有：Na+、 K+、Mg2+、Ca2+，主要阴离子有：SO42-、 主要阴离子有： HCO3-等。
四 地下水温度与成分
（1）井(well)：人工揭露的地下水露头 ） ： （2）泉(spring)：是地下水的天然露头。 ） ：是地下水的天然露头。 （3）上升泉：由承压水补给 ）上升泉： （4）下降泉：由非承压水补给 ）下降泉： （5）其它：接触泉；断层泉；侵蚀泉；普通 ）其它：接触泉；断层泉；侵蚀泉； 温泉、 泉；温泉、冷泉
二
地下水的运动特点
多数情况下地下水都以重力水状态运动
1地下水的分带： 地下水的分带： 地下水的分带
（1）包气带（aeration zone）－水渗入 ）包气带（ ）－
地下后，在水量多时，会以重力水状态垂直下渗。 地下后，在水量多时，会以重力水状态垂直下渗。 当水量少时，则以毛细水、薄膜水或吸着水状态， 当水量少时，则以毛细水、薄膜水或吸着水状态， 保存在岩石孔隙中， 保存在岩石孔隙中，这种地带的水主要呈垂直方向 的运动，故称为地下水的垂直运动带； 的运动，故称为地下水的垂直运动带；因孔隙中并 未充满水， 未充满水，又称包气带
2 水平溶蚀作用及岩溶地形
主要发育于饱水带中 主要发育于饱水带中 （1）溶洞(karst cave)：在潜水面附近，地下水作 溶洞(karst cave)：在潜水面附近， 近水平方向运动。 近水平方向运动。 处于饱水带上部或季节变动带的地下水、 处于饱水带上部或季节变动带的地下水、沿岩层层 裂隙和断裂带作近水平方向的运动，ห้องสมุดไป่ตู้面、裂隙和断裂带作近水平方向的运动，因而在该带 的溶蚀作用也沿水平方向进行较快， 的溶蚀作用也沿水平方向进行较快，形成近水平方向 的空洞， 的空洞，称为溶洞 溶洞形成后如果发生阶段性升降运动，潜水面的高 溶洞形成后如果发生阶段性升降运动， 度会发生变化， 度会发生变化，从而形成不同高度的溶洞
一
地下水的储存及运动条件
地下水能在岩石中储存和运动是因为岩石具 孔隙度和渗透性 1 孔隙度（porosity）－岩石中孔隙体积占岩 孔隙度（ ）－岩石中孔隙体积占岩 ）－ 石总体积的百分比 衡量孔隙大小的指标为孔隙度（ 衡量孔隙大小的指标为孔隙度（porosity） ）
2 渗透率（permeability） 渗透率（ ）
3 毛细水(capillary water)：若水量增多，孔 若水量增多， 若水量增多 隙孔径小， 隙孔径小 ， 水受表面张力作用逆重力方向运 动称毛细水 动称毛细水 4 重力水(gravity water)：若孔隙孔径大，水 若孔隙孔径大， 若孔隙孔径大 的重力大于表面张力和静电引力时， 的重力大于表面张力和静电引力时 ， 水受重 力影响而发生垂直渗流，这种水称为重力水 力影响而发生垂直渗流，这种水称为重力水
潜水埋藏于地表下第一个隔水层以上， 潜水埋藏于地表下第一个隔水层以上，是具有 埋藏于地表下第一个隔水层以上 自由水面的地下水。 自由水面的地下水。潜水的自由水面称为潜水 其上无稳定的隔水层， 面，其上无稳定的隔水层，可以直接接受大气 降水、 降水、地表水及其他水源的补给
（3） 承压水(confined water) 承压水
地下水能否在岩石中运动取决于岩石的渗透性 衡量渗透性的指标为渗透率（permeability） 衡量渗透性的指标为渗透率（permeability） 透水层(permeable bed)： （1）透水层(permeable bed)：地下水易于通 过的岩石 含水层(aquifer) (aquifer)： （2）含水层(aquifer)：能透过和保存地下水 并能在重力作用下释放相当数量水的岩石 隔水层(impervious bed)： （3）隔水层(impervious bed)：地下水不易 透过的岩石