水文地质基础(第十章)

2018年12月8日2时49分
第十章
岩溶水
水文地质基础
1.岩石的可溶性。即岩石必须是可溶的，因为岩石可溶才可 能被溶蚀而发育岩溶。 岩石的可溶性主要取决于岩石的成分、岩石结构、可溶 岩层与非可溶岩层的组合关系、可溶岩分布范围大小、 产状等。 2.岩石的透水性。即岩石必须是透水的，因为岩溶的形成以 化学溶蚀作用为主，岩石透水才可能给地下水及渗水提 供赋存和运动的空间与可溶岩广泛接触，进行溶蚀作用 形成岩溶。 岩石的透水性主要取决于裂隙的发育程度。在各种裂隙 中，构造裂隙对岩溶发育具有控制作用。构造裂隙的方 向和密度，控制岩溶发育的方向和程度。
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位于地下水面以下的溶洞，被地下水完全充满，地下水在 其中的运动属于管道流性质；位于地下水位变动带的溶洞 ，地下水一般只占据溶洞的下半部，地下水在其中的运动 属于明渠流性质。随着地下水位的降低，上部的一些溶洞 完全暴露在地下水位以上，就成为无水的干洞。 2.溶蚀裂隙 溶蚀裂隙是被地下水溶蚀扩大了的岩石裂隙。它在某种程 度上仍然保持着岩石的裂隙形态，但缝隙已被溶蚀扩大， 相互间的连通性大大加强。溶蚀裂隙进一步发展，则成为 溶洞。溶蚀裂隙的形成以化学溶蚀作用为主，溶蚀裂隙的 规模比溶洞小。但它的连通性仍然很好，导水能力一般比 构造裂隙大得多，所以它的含水性也常常是很好的。
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5.硫化矿体氧化带附近岩溶发育 硫化矿体易于氧化。硫化矿物氧化后产生大量硫酸根离子 ，使地下水呈酸性反应，对碳酸盐类岩石有很大的侵蚀性 ，导致岩溶强烈发育。 酸性水不仅使碳酸盐类岩石裂隙迅速溶蚀扩大，而且也使 岩石内部产生大量微孔隙，也给岩溶进一步发育创造了有 利的条件。然而，由于硫化矿体氧化带的分布并不普遍， 所以它对碳酸盐类岩层的岩溶发育影响也是局部的。 四、岩溶发育的成层性 地壳升降活动对岩溶发育有很大的影响。地壳间歇性升降 运动的结果，在大厚度碳酸盐类岩分布区形成多层岩溶带 。这就是岩溶分布的成层性特征。
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3.岩溶水的动态特征 对降水的反映敏感性强，水位、流量变化幅度大，但在不同 地区，动态变化不同。 （1）在裸露型或浅覆盖型潜水区： 潜水动态对降水反映迅速，水位、流量变化幅度大，动态曲 线呈剑峰状。 （2）在埋藏型岩溶承压区： 岩溶承压水的动态较稳定，动态曲线一般呈圆滑状，水位、 流量曲线的峰谷较降水曲线对应的峰谷迟后一段时间。 四、岩溶水的化学特征 岩溶水的化学特征与水的补给交替强度密切相关。在补给区 受降雨稀释作用，一般矿化度较小；随着向深部或排泄区运 动，矿化度不断增大，水化学类型也可能转变为SO4-HCO3-Ca 型水。
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3.统一水流与孤立水流并存 由于岩溶发育的不均一性，含水介质之间水力联系程度变 化较大，在许多情况下地下水流互相穿过而没有混合，造 成水力联系密切的具有统一水位面的水流与个别封闭孤立 管道水流并存的现象。 4.明流与伏流并存 在强烈岩溶化地区，地表河流常常被地下暗河所袭夺而潜 入地下；当它在下流动一段距离后，受通道发育条件的限 制又流至地表并继续以河流形式流动。在地表的河段为明 流，潜入地下流动的地段被称为伏流。这种明流与伏流交 替出现的现象许多岩溶区都是十分常见的。
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三、岩溶水的补给、排泄、动态特征 1.岩溶水的补给 （1）岩溶水的补给来源：主要有大气降水和地表水的补给， 其次是其它含水层中地下水的补给及人工补给。 （2）岩溶水的补给方式：一种是沿可溶岩的细小溶蚀裂隙渗 入地下；另一种是沿溶井、落水洞等宽大的溶隙直接流入 或灌入地下。 2.岩溶水的排泄 （1）岩溶水排泄的最大特点：以集中大流量的形式排泄（集 中地通过一个大泉或大的泉群及地下河出口进行排泄。） (2)岩溶水的排泄方式：以泉或泉群形式排泄、向河流排泄、 向其它含水层排泄、人工排泄。
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3.岩溶多沿着可溶岩层与非可溶层接触带发育 碳酸盐类岩石与非可溶性岩层或岩体的接触带，由于地下 水流常在这里集中并沿着接触带流动，所以岩溶常沿着可 溶岩层与非可溶岩层的接触带发育。在可溶岩与非可溶岩 、强可溶岩与弱可溶岩接触部位富集岩溶水。 4.岩溶多沿地下水强烈交替带发育 水的溶蚀能力是岩溶发育不可缺少的条件。它的大小主要 取决于水中侵蚀性CO2的含量及水交替的程度。近地表处 水中CO2较多，水的溶蚀能力较强。地下水只有在不断交 替更新的条件下，才能始终保持其较大的溶蚀能力。所以 水交替积极的地方，岩溶发育强烈；水交替迟缓的地方， 岩溶发育弱；水停滞的地方，岩溶不发育。
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3.溶孔 溶孔是指可溶性岩石中微小的溶蚀孔隙或孔穴。溶孔主要 是由地下水的溶蚀作用形成的。溶孔的导水能力比溶洞小 得多，也比溶蚀裂隙小。溶孔有针孔状、蜂窝状、网格状 等各种形态。 二、岩溶发育的基本条件 岩溶又称“喀斯特”，它是具有溶解能力的水在不断交替 运动中对透水的可溶性岩石进行以溶蚀作用为主，并伴有 侵蚀、冲蚀作用的地质现象。 可溶岩的存在是岩溶发育的先决条件，岩溶发育必须具备 四个基本条件。
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第一节 岩溶空隙的形成和发育特征 岩溶空隙也称溶穴。溶穴就是由岩溶作用形成的各种空隙， 包括溶洞、溶蚀裂隙和溶孔等。它们发育在石灰岩、白云岩 、大理岩等可溶性岩石中。 一、岩溶空隙的类型与特征 岩溶空隙按其大小和形态分为溶洞、溶蚀裂隙和溶孔三种。 其中以溶洞的导水能力最强，溶蚀裂隙次之，溶孔较弱。 1.溶洞 溶洞是地下水沿着可溶性岩石的各种不连续面（断层、节理 、层面裂隙等），特别是它们的交叉处，进行化学溶蚀与机 械侵蚀作用而形成的地下大空洞。
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五、岩溶发育的地带性 岩溶发育特征受自然地理条件，特别是气候条件的影响很大 ，同时也与区域的地质条件有关。随着这些条件的不同，岩 溶发育表现出明显的地带性特征。我国南、北方岩溶也具有 不同的特点和发育程度。 我国南方的碳酸盐类岩层分布区，地表和地下岩溶均很发育 。地表上的岩溶洼地、落水洞、岩溶漏斗、峰林、天生桥、 干谷等岩溶现象普遍分布。地下岩溶以溶洞、地下河、地下 湖为主，溶洞多而大，常形成地下河系。 我国北方岩溶化程度比南方低，地表岩溶不发育，漏斗、溶 井、落水洞、溶蚀洼地等现象都很罕见，而以岩溶泉、干谷 为主。地下岩溶则以互相连通的溶蚀裂隙为主，发育深度较 大。溶洞少而小，常形成岩溶径流带，地下河比较少见。
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（3）岩溶沿着层面构造裂隙发育 可溶岩层的层面裂隙也为岩溶发育提供了条件，这些层面 构造裂隙是地下水活动的通道，岩溶很容易沿着它们发育 起来。在包气带中，由地面下渗的水，顺着层面倾斜方向 运移，促使岩溶沿着层面倾斜方向发育。在饱水带中，地 下水多沿层面裂隙顺着岩层走向运移，所以溶洞和溶蚀裂 隙也顺岩层走向发育。 岩溶沿断层破碎带、褶曲轴部、层面构造裂隙发育岩溶， 富集岩溶水。
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3.水的溶蚀性。即水必须是具有侵蚀性的。因为CaCO3+ CO2 +H2O→Ca2++2HCO3-，正说明侵蚀CO2 的存在并参与岩溶发育 的溶蚀过程，如果CO2达到平衡状态,则岩溶不再继续发育。 这是岩溶发育程度的一个重要条件。此外，水中H+、SO42-的 大量存在，使PH值降低，则更促使溶蚀速度加快。 水对碳酸盐类的溶蚀能力，主要取决于水中侵蚀性CO2 、H+ 、SO42-的含量。一般它们的含量愈高，水对可溶岩的溶蚀 能力愈强，岩溶愈发育。 4.水的流动性。即水必须是流动的。因为水流越快,水交替条 件越好,不但起到稀释水中的Ca2+、HCO3-浓度的作用,而且不 断补充CO2,使岩溶继续发育。 水的流动起到稀释水溶液及不断补充CO2的作用，使岩溶继 续发育。水的流动是加强岩溶不断发育的必要条件。只有水
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二、岩溶水的径流特征 岩溶含水系统中多重含水介质并存，导致岩溶水的运动异常 复杂多变。 1.层流和紊流并存 在溶孔、溶蚀裂隙中，地下水缓慢地渗流，水流属于层流状 态；而在溶洞、暗河等岩溶管道中，地下水流速大，常处于 紊流状态；在介于两者之间的大溶蚀裂隙中则多显示过渡的 混合流状态。 2.有压流和无压流并存 岩溶水的运动往往在有些地段为无压流（有天窗与地表相通 ，或地下大洞厅没被地下水完全充满时），而在别一些地段 又受到孤立管道的束缚，为有压流。
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第二节 岩溶水的特征 一、岩溶水分布的不均一性 岩溶水的不均一性是指岩溶含水系统中不同地段富水的差 异性和水力联系的各向异性。 1.岩溶水富水性在水平和垂直方向变化大。 岩溶强烈发育的块段，其渗透性变化大；而在岩溶不发育 地段其渗透性变化不大。导致相距很近的钻孔或泉水其水 质、水量有很大的差异。 2.岩溶含水层中不同地段，地下水之间水力联系有明显的各向 异性。 沿着大的溶蚀裂隙及管道的延伸方向水力联系密切，而在 其他方向上则联系微弱。
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在碳酸盐类岩石中，不溶于酸的物质（粘土、二氧化硅、沥 青等）含量越多，岩石的可溶性就越低，岩溶就不易发育。 此外，当存在有非可溶性岩石夹层时，对岩溶发育也不利。 2.岩溶多沿着构造破碎带发育 构造裂隙的延伸方向常常控制着地下岩溶的发展方向。 （1）岩溶沿断层破碎带发育 可溶岩层的断层破碎带，特别是张性断层破碎带，地下岩溶 特别发育，常发育有地下河或强岩溶带，在断层交叉的部位 形成大型溶洞、地下河天窗及地下湖池等。 （2）岩溶沿着褶曲轴部发育 可溶岩层褶曲构造的轴部，因为纵张裂隙较多，有利于地下 水活动，岩溶发育。地下水易沿着张裂隙溶蚀扩展，形成溶 蚀裂隙和溶洞，发展成为强岩溶带或地下河。
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内容提要与学习目的 本章主要介绍岩溶发育的条件和影响因素，岩溶水各方面的 特征，岩溶水的富集规律。通过本章教学，使学生在充分理 解岩溶发育的基本条件与影响因素的基础上，掌握岩溶发育 的基本特征和基本规律；岩溶水埋藏、分布和富集规律、动 态特征；了解不同气候条件下岩溶发育及岩溶水的差异。 储存和运移于可溶岩层空隙（溶穴）中的地下水称为岩溶水 。岩溶水的分布较之孔隙水和裂隙水有更大的不均匀性。
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五、岩溶水的埋藏条件分类 根据岩溶水的出露和埋藏条件不同，岩溶水可以被划分为 下列三种类型： 1.裸露型岩溶水 岩溶化地层广泛出露于地表，其特点是以潜水为主。岩溶 水主要接受大气降水入渗补给，地下水循环交替快，常以 泉和地下河形式排泄。动态变化大，化学成分简单，矿化 度低。 2. 覆盖型岩溶水 岩溶含水层之上有松散岩层覆盖，根据覆盖层厚度不同， 可分为两个亚型。
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流动的比较迅速，才能使含有侵蚀性CO2的水，源源不断地 替换原来的水流，使水对可溶岩的侵蚀作用得以持续的进 行，岩溶就能更发育。 三、岩溶发育规律 地下岩溶的发育主要受岩石性质、地质构造、水文与气候 等因素的控制。因此，岩溶发育具有以下几个特征。 1.岩溶多沿厚层纯灰岩地层发育 可溶性岩石是岩溶发育的物质基础。岩石的可溶性越强，就 越有利于岩溶发育。在各种碳酸盐类岩石分布地区，岩溶 主要沿着厚层纯灰岩发育。 质纯、厚层、分布面积广的可溶岩，岩溶发育，富水性强 。