水文地质学基础第13章 岩溶水
水文地质学基础习题和答案
绪论(1)水文地质学的研究任务是什么?本课程是煤及煤层气工程专业/岩土工程专业的专业基础课，主要任务是为后续的专业课奠定有关现代水文地质学的基本概念、基本原理。
通过该课程的学习，学生能够正确理解水文地质学的基本概念、基本原理，在此基础上能够初步掌握解决工程/煤田水文地质问题的分析方法与思路。
(2)地下水的主要功能包括哪些?>>宝贵的资源①理想的供水水源②重要的矿水资源③良好的景观资源>>敏感的环境因子地下水是极其重要的环境因子。
地下水的变化往往会打破原有的环境平衡状态，使环境发生变化。
(人类活动主要通过三种方式干扰地下水，造成一系列不良后果(图14-1)：①过量开发与排除地下水→地下水位下降→地表径流衰减、沼泽湿地消失、土地沙化、海(咸)水入侵等；②过量补充地下水→地下水位升高→土地的次生盐渍化、次生沼泽化；③地下水位下降导致的粘土压密释水释放有害离子、化肥农药的不适当使用、废弃物的无序排放──地下水恶化、污染；④地下水位的变动会破坏其与周围岩土构成的统一的力学平衡，而产生某种效应──地面沉降与地裂缝、岩溶塌陷、地下洞室垮塌或突水、滑坡、岩崩、水库诱发地震、渗透变形。
) >>活跃的地质营力地下水的主要作用是传递应力、传输热量和化学组分、侵蚀(化学溶蚀、机械磨蚀和冲蚀)等。
>>重要的信息载体由于地下水是应力传递者，同时又是在流动，所以地下水水位，水量，水温，水化学等的变化或异常可以提供埋藏在地下的许多信息，如找矿、地震预报、地质演变。
(3)试分析我国地下水分区的特点，并探讨分区的自然背景。
略。
第一章地球上的水及其循环(1)试比较水文循环与地质循环。
水文循环与地质循环是很不相同的自然界水循环：>>水文循环通常发生于地球浅层圈中，是H2O分子态水的转换、更替较快；水文循环对地球的气候、水资源、生态环境等影响显着，与人类的生存环境有直接的密切联系；水文循环是水文学与水文地质学研究的重点。
孔隙水、裂隙水、岩溶水
思考：断层或断层带起到什么作用 ?
❖ 下图中断层的水文地质意义如何？
❖ 第四纪松散沉积物分布： 平原和盆地中普遍发育；砂砾构成含水水水源。 第四系松散沉积物存在多种成因类型，如洪积、冲
积、坡积等，成因类型不同，其分布、地貌形态及内部 地质条件差异较大，由此也决定了其中水文地质条件存 在较大差异。故而，以下按成因类型来分析其中的水文 地质特征。
❖ 风化裂隙深度有限 ❖ 局部形成层状裂隙含水层 ❖ 动态变化大
10.3.2 裂隙的成因类型及其中的地下水
10.3.2.2 构造裂隙水
1、裂隙发育规律的控制因素 ❖ 岩石（层）力学性质
▪ 岩性：受力后的破坏（脆，塑）
▪ 结构：厚层，互层等 ❖ 构造应力
▪ 大小， ▪ 应力频率， ▪ 性质（张，压） ❖ 构造部位 应力集中的部位，裂隙常较发育，岩层透水性也好。 背斜轴部常较两翼富水，倾斜岩层较平缓岩层富水，断 层带附近往往格外富水。
❖ 例如： 西北某些新构造运动影响的洪积扇 山西霍县--新构造运动结果→有多个溢出带
西北某些新构造运动影响的洪积扇
山前水位埋深 深 浅 深 浅
10.1.5 冲积物（fluvial plain）中的地下水
❖ 河流沉积物与洪积物相比：
① 经常性水流作用的结果 ② 河流是线状或带状分布的，横向与纵向差异大；
▪ 水力联系不统一性 ——裂水含水系统的迭置与独立
▪ 渗透的各向异性 ——KX≠KY
裂隙水特点
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裂隙水的特点、裂隙水含水系统
❖ 水量分布不均匀 ——有的地方打井有水，有的地方无水 ❖ 水力联系不统一性 ——裂水含水系统的迭置与独立 ❖ 渗透的各向异性 ——KX≠KY
10.3.1 概述
水文地质学基础试题库(新)
第一二章绪论与地球中的水及其循环一、名词解释：1．水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。
它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作业下地下水水量和水质的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务。
2．地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。
3．矿水：含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，因而具有一定医疗与保健作用的地下水。
4．自然界的水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水相互联系、相互转化的过程。
5．水文循环：发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。
6．地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
7．大循环：海洋与大陆之间的水分交换。
8．小循环：海洋或大陆内部的水分交换。
9．绝对湿度：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。
10．相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。
11．饱和差：某一温度下，饱和水汽含量与绝对湿度之差。
12．露点：空气中水汽达到饱和时的气温。
13．蒸发：在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。
14．降水：当空气中水汽含量达饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面。
14．径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。
15．水系：汇注于某一干流的全部河流的总体构成的一个地表径流系统。
16．水系的流域：一个水系的全部集水区域。
17．分水岭：相邻两个流域之间地形最高点的连线。
18．流量：单位时间内通过河流某一断面的水量。
19．径流总量：某一时间段内，通过河流某一断面的水量。
20．径流模数：单位流域面积上平均产生的流量。
21．径流深度：计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。
22．径流系数：同一时段内流域面积上的径流深度与降水量二、填空1．水文地质学是研究地下水的科学。
它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律。
2．地下水的功能主要包括：资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力、或信息载体。
13 岩溶水
13 岩溶水13.1 岩溶水及其研究意义岩溶水：赋存并流动于岩溶化岩层中的水。
（1）岩溶分布面积占国土面积约35%，岩溶水资源量占地下水资源总量的约23%。
（2）岩溶水地区岩溶水开发以及地下水环境问题也很急迫。
地区地下水资源岩溶水资源岩溶水与地下水资源比值/%/×108m3·a-1/×108m3·a-1云南742 345 46贵州479 386 80四川551 135 24重庆160 118 73广西699 374 53湖南456 263 57湖北416 185 44总计3503180651中国南方主要地区岩溶水资源简表（卢耀如等，2006）岩溶作用是指化学溶解、沉淀、水流冲蚀、重力崩塌、生物溶蚀、机械破坏与沉积等多种多用的综合。
13.2 岩溶发育的基本条件和影响因素（1）岩石的可溶性溶解度：卤化物岩>硫酸盐岩>碳酸盐岩碳酸盐岩的溶解性：灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩、硅质灰岩、泥灰岩碳酸盐岩的结构也影响溶解性：晶粒大小、晶粒均匀性、孔隙等碳酸盐岩层的组合结构也影响溶解性。
（2）岩石的透水性岩石的透水性主要取决于岩石的裂隙发育情况。
岩石的裂隙发育情况与岩性、地质构造有关。
可溶岩中裂隙的透水性取决于裂隙的长度、裂隙面的粗糙度、裂隙率、张开度和充填情况及相互间的连通性。
（3）水的侵蚀性CaCO3+H2O+CO2⇋Ca2++2HCO3-CO2的参与是岩溶发育的另一个重要前提，CO2来源于浅层大气与土壤层。
pH值对反应的进行和一些组分的存在形式也会产生影响。
混合溶蚀效应：两种或两种以上已经丧失其侵蚀性的饱和溶液，在岩层中混合后重新变成不饱和溶液，从而对他盐酸盐岩进行新的溶蚀作用。
（4）水的流动性水的流动可以不断更替补充具侵蚀性的水；将溶解与侵蚀的物质带走----留下空洞（岩溶）。
包括：气候条件、地质环境和地理条件。
气候条件：影响着水运动的快慢、水量的大小、土壤CO2含量及生物作用，主要指降水量。
岩溶水
发育条件之四
h n 其作用：不断更替补充具侵蚀性的水；将溶解与侵蚀 w o r u o n i s i 的物质带走----留下空洞（岩溶） e r u t u f r u O
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1.岩溶发育基本条件和影响因素
影响因素
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桂林溶岩
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1.岩溶发育基本条件和影响因素
发育条件
岩溶是水与可溶性岩石相互作用的产物，岩溶化过程是水 作为营力对可溶岩层的改造过程。因此，岩溶发育必不可少的 两个基本条件是：岩层具有可溶性及地下水具有侵蚀能力。考 ！ s d 虑到其相互作用，又将两者一分为二，故基本条件有四个。即： an
可溶岩的界面上，可溶岩中岩溶格外发育。
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2. 岩溶水系统的演变
地下水流对介质的改造
由于裂隙通道规模上的差别引起水流分配的不均匀性，而水流的不均匀性 又造成裂隙溶蚀扩展上的差别，由此便形成了一个岩溶演化的正反馈过程：
不均匀介质
不均匀水流
r u 更不均匀的水流 O
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卤化物岩(岩盐、钾盐、镁盐) our
in s i e r 硫酸盐岩(石膏等) u t u f r u O 分布不广，岩体较小
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碳酸盐岩(石灰岩、白云岩、大理岩等) 分布广、岩体大，有普遍意义
作为溶解对象，不同成分和结构的岩石溶解的难易程度不同。
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2015年4月 成都理工大学
主要内容
！ s • 1.岩溶发育基本条件和影响因素 d an r u o • 2.岩溶水系统的演变 in s i e r u t u f r u • 3.岩溶水的特征 O h n ow
岩溶及岩溶水ppt课件
❖ 可溶性岩石在世界上分布很广，占全球面积的 10.2％。在我国裸露的可溶性岩(碳酸盐类)面 积为90.7万／km2，占全国面积的9.4％，主 要分布于广西、云南及贵州等地，是世界上喀 斯特地貌最发育的地区之一，如桂林山水和路 南石林皆著名于世。
❖ 在岩溶地区，由于存在大量的地下空洞，进行 水库修建是要注意防止渗漏问题，在开挖隧道 和建设矿井时要注意涌水排水问题，在建筑铁 路、桥梁和厂房时要注意地基的塌陷问题。
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16
岩溶地貌
岩溶地貌根据它们出露的情况分为地表岩溶地貌、地下岩溶地貌 以及它们的组合地貌。 1 地表岩溶地貌：石芽与溶沟；漏斗；竖井；落水洞；溶蚀洼地 ；坡立谷；干谷和盲谷 2 地下岩溶地貌：溶洞；地下河 3 落水洞、竖井、地下通道组合；河谷和暗河组合；塌陷与地下 通道组合；溶洞与地下通道组合；溶洞与阶地组合；分水岭风口 与溶洞组合
4
喀 斯 特 地 貌
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6
岩溶发育的基本条件和影响因素
岩溶发育的基本条件： ①可溶岩层的存在
②可溶岩层必须是透水的 ③ 具有侵蚀能力的水 ④ 水是流动性的
影响岩溶发育的因素： ①气候 ②地层的组合、厚度及产状的影响 ③构造的影响
岩石的可溶性
可溶性岩层时发生溶蚀作用的必要前 提，它必 须具有一定的透水性，使水能进入岩层内部进行 溶蚀
•
H=H0/(K-1)
• 式中 H0——洞体最大高度（m）；
•
K——岩体松散（涨余）系数，石灰岩K=1.2，粘土
K=1.05。
• c.若溶洞顶板不完整，裂隙、节理发育，则可按裂隙节理 分布特征采用受力的梁（板）计算弯矩，根据弯矩和岩体 应力求洞顶板的厚度。
土洞地基
第十三章岩溶水
本章内容
13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 概述 岩溶发育的基本条件与影响因素 岩溶水系统的演变 岩溶水的特征 我国南北方岩溶水特征
第十三章 岩 溶 水
岩溶水 赋存并运移于岩溶化岩层中的水。 岩溶水变化特点 演化初期的岩溶水系统往往与裂 隙水相同。演化后期的岩溶水系统，管道系统发育， 大范围内的水汇成一个完整的地下河系，具有地表 水的特征：空间分布极不均一，时间上变化强烈， 流动迅速，排泄集中。
构造开启程度对岩溶发育的控制
碳酸盐岩隔水底板上发育层状岩溶 Nhomakorabea三、我国南方岩溶的地下河系化 与地表水一样，岩溶水流系统也有溯 源发展趋势，在溯源发展过程中，处于同 一构造边界之内的局部岩溶水流系统相互 袭夺，优势系统并吞弱势系统，最终形成 统一地下河系。 一般南方岩溶地下河系化主要经历四 个阶段：溶蚀初期，岩溶水流系统出现， 溯源溶蚀，水流系统汇合和转变为统一区 域岩溶水流系统——即地下河，见下图。
4.水流对岩溶发育的控制作用
影响岩溶发育的基本条件中，最关键的水流 条件，所以要掌握岩溶及岩溶水 发育规律，必须 抓住关键即水流分析，水流对岩溶水系统的改造 与演变，主要是通过改造介质机制：即溶蚀-机械 侵蚀-重力崩塌机制进行的。其次，差异性水流与 介质差异性改造也是关键因素，最后加上新构造 运动对岩溶发育也有很大影响。
四、岩溶水动态特征 南北方岩溶有明显区别，南方的岩溶泉对 降水的响应十分灵敏，流量季节变化很大。 在典型的岩溶化地区，贯入式的补给、畅 通的径流与集中的排泄决定着岩溶水水位 动态变化特征。而北方正好相反，对降水 入渗补给响应慢，水位变化不灵敏，所以 导致地下水流量动态相当稳定。
开启型岩溶系统：存在强烈的季节性，对降水反 应快，大起大落。常以暗河的形式排泄。
第十三章岩溶水
• 岩溶对大多数人来说都不陌生，岩溶现象对许多人来说是很神密的（含 部分专业人员），岩溶现象的壮观奇特，岩溶水的神出鬼末，有着积极 的一面：
§ 济南泉城世界著名：蕴育滋养了该城文明与发展; § 山西自北向南沿太行山脉的名泉：晋祠泉，娘子关泉，洪山泉，郭
庄泉，广胜寺胜泉，龙子祠泉，是山西盆地的工农业发展的主要支柱; § 广西桂林山水甲天下，奇特岩溶景观; § 云南的路南石林，壮观与气势，让游人流涟忘返.
• （2）局部地下水流动系统：循环深度浅，源汇距离短，地下径流强烈， 大体以水平运动为主，岩溶最为发育，多形成以水平溶洞为主的管道系 统、倾斜溶洞。
• （3）区域地下水流系统：地下水流受区域性侵蚀基准面控制，径流途径 长，径流迟滞且随深度增大而更缓慢，岩溶通常不发育，仅在局部径流 较强烈的地段形成岩溶洞穴。
解的难易程度不同；作为导水介质，在后期的构造应力作用下形成的裂隙有 所差异，控制地下水流动而影响岩溶发育。
• 13.2 岩溶水的演变 • 13.2.1地下水流对介质的改造
• 具有化学侵蚀作用的水进入可溶岩层，对原有的狭小通道（原生裂隙和构 造裂隙）进行扩展，水流不断溶蚀裂隙壁面，溶于水的岩石成分被流动的 水流带走，裂隙通道不断加宽。
• 岩溶水系统，演化初期与裂隙水系统差异不大；演化后期，大范围内形成完 整的地下暗河，空间分布极不均一，时间上变化强烈，流动迅速，排泄集中。
• 水量丰富的岩溶含水系统是理想的供水水源，岩溶区有奇峰异洞和大泉，易 渗漏，危及采矿。可溶岩占全国1/3。
• 13.1岩溶发育的基本条件与影响因素
• 13.1.1岩溶发育条件 • 岩溶发育条件包括两个基本条件、四个必备条件。 • 两个基本条件： • （1）岩层具有可溶性； • （2）地下水具有侵蚀能力。 • 四个必备条件： • （1）可溶岩的存在； • （2）水是流动的； • （3）可溶岩必须是透水的； • （4）具有侵蚀能力的水。
水文地质学基础课后思考题(附答案)
第1-2章思考题1、试概括地下水的功能及其意义。
（1）宝贵的资源：地下水分布广泛，变化稳定，水质良好，便于利用，是理想的饮用水源，也是工业、农业用水的重要供水水源。
含水介质储能，夏储冬用。
地源热泵。
地下水景观，如古井遗址、湿地等是良好的旅游资源。
（2）重要的地质营力：地下水是物质和热量传输（温泉）及应力传递（水库诱发地震，滑坡）的载体。
地下水是良好溶剂，成矿、找矿发挥重要作用。
（3）不可忽视的致灾因子：地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷、潜蚀管涌等。
地方病，如甲状腺病。
（4）活跃灵敏的生态环境因子：地下水是生态环境系统中一个最为活跃灵敏的子系统。
气候、水、土壤和生物，处于相互作用的动平衡，人类活动干扰天然地下水，成为生态环境恶化的重要因素。
如盐渍化（干旱－半干旱地区）、沼泽化（湿润地区）、石漠化（南方岩溶地区）、地下水污染等。
（5）极有价值的信息载体：地下水及其沉淀物、化学及微生物特征，可提供十分珍贵的环境变化信息。
可预测地震，提供不同时空尺度的环境信息，水文地质找矿，可重塑历史时期及地质时期的气候变化。
2、试比较水文循环与地质循环。
水文循环：大气水、地表水、地壳浅表地下水之间的水分交换。
（1）是直接循环，浅部层圈水分子直接交换。
（2）循环速度快，途径短，交替迅速。
（3）水文循环的驱动力是太阳辐射和重力。
（4）对于保障生态环境及人类的生存发展，至关重要。
水质持续净化，水量持续更新再生。
地质循环：大气圈到地幔之间发生的水分交换。
（1）是间接循环，与沉积岩、岩浆活动、岩石重结晶有关。
（2）循环途径长，速度缓慢，周期长。
（3）有助于分析地层浅表和深部各种地质作用，对于寻找矿产资源、预测大尺度环境变化和深部地质灾害等均有重大意义。
第3章讨论题1、孔隙度大和孔隙大有区别吗？孔隙是松散岩层中颗粒及颗粒集合体之间的空隙；孔隙度是单位体积岩土（包括孔隙在内）中孔隙所占的比例。
孔隙大表示松散岩层中颗粒及颗粒集合体之间的空隙大，孔隙度大指的是岩体中孔隙的比例大。
岩溶及岩溶水课件 (一)
岩溶及岩溶水课件 (一)岩溶是指由于地下水的化学侵蚀作用和物理侵蚀作用而形成的一类自然地貌。
岩溶水则是指天然流经岩溶地貌地区的地下水和地表水。
岩溶及岩溶水作为地理学中一个重要分支，继承和发扬了自然地理学和动力地貌学的理论和方法，为人类认识和开发地球资源提供了重要的科学依据。
以下是有关岩溶及岩溶水课件的详细内容。
一、岩溶与其特征1、岩溶的概念：岩溶是指在地下水的化学腐蚀和物理侵蚀作用下，岩石、矿物和土壤形成的一类地貌。
2、岩溶的发育特征：（1）丰富的地表水和地下水资源；（2）地貌类型多样，形态复杂；（3）普遍存在的地下水通道与溶洞空间。
二、岩溶水及其特征1、岩溶水的概念：岩溶地貌下，由于地下水、地表水经过岩溶作用而形成自然流通的水文系统。
2、岩溶水的特征：（1）构成复杂，呈现多元化类型；（2）含水量大，水文循环速度快；（3）水文特征活跃，水质好，污染少。
三、岩溶及岩溶水在人类生产生活中的应用1、作为城市地下管网岩溶地质带地下空间多，又有不规则的裂隙和洞穴，天然的岩溶地质可以开挖形成城市道路、地下管网和地下停车场等。
2、清洗污水的补给水岩溶区容水能力强，地下水埋深深，水流速度快，水质清澈、微生物污染少。
利用岩溶区域自净能力进行地下水前期处理，如污水再生、供水一体化和河道治理等，可以达到良好的净化效果。
3、矿产资源的开发岩溶区域中泉水受到地热作用和岩溶作用的双重影响，容易形成丰富的地热矿泉水和喀斯特储水大气压、负气压等不同受力环境下各自具有的运移特性，所以岩溶带地区的矿产品颇多。
例如石漠化的治理，可将脆化石灰岩切割成不同的规格，作为建筑材料，消耗极小，符合可持续发展的需求。
总结如上所述，岩溶及岩溶水作为地理学中一个重要分支，是人们对于自然环境进行理论探讨和人工开发的重要依据，可以广泛应用于城市建设、环保治理、水利开发等多个领域，对于人类社会的可持续发展具有极其重要的意义。
岩溶水
岩溶水：赋存于各种岩溶空隙中的地下水便是岩溶水。
它的独特性在于不断改造其赋存环境，通过溶蚀的分异作用，使含水空间及本身的赋存趋于不均一性，常造成岩溶区地表严重缺水，而深部地下水富集并趋于“地下河系化”的现象。
基本特点：水量丰富而不均一，在不均一之中又有相对均一的地段；含水系统中多重含水介质并存，既具有统一水位面的含水网络，又有相对孤立的管道流；既有向排泄区的运动，又有导水通道与蓄水网络之间的互相补排运动；水质水量动态受岩溶发育程度的控制，在强烈发育区，动态变化大，对大气降水或地表水的补给响应快；岩溶水既是赋存于溶孔、溶隙、溶洞中的水，又是改造其赋存环境的动力，不断促进含水空间的演化。
岩溶含水层的含水介质特征：碳酸盐岩地区并不一定都是岩溶含水层，在那些岩溶不发育，岩块致密，仍以原生孔隙为主的地区或地段，实际上是碳酸盐岩地区的“相对隔水层”。
岩溶水含水体中存在着溶蚀孔隙、微裂隙，层面等扩散流介质，溶蚀大裂隙含水介质和管道流介质。
岩溶水的运动特征岩溶含水体中多重含水介质并存，为四个并存：层流和紊流并存；在压流和无压流并存；统一水流与孤立水流并存；明流与伏流并存。
岩溶水的运动速度变化很大。
在溶孔、溶隙中，地下水缓慢地渗流，水流流态属于层流状态；而在溶洞、暗河等岩溶管道中，地下水流速大，处于紊流状态；在介于两者之间的大裂隙中则多显示过渡的混合流状态。
岩溶水的补给、排泄、和动态特征1、溶孔裂隙水（ 1）补给仍以缓慢地入渗补给为主，岩溶水量、水位等动态滞后于降雨。
（ 2）具有统一的地下水位面及较完整的降落漏斗，各个方向上渗透性及水力联系相似。
（ 3）地下径流以扩散流为主，排泄以大泉集中式排泄为主，动态相对稳定，年变幅小，不具备暴涨暴落的水文型动态，泉水流量和数年前降水有关。
（ 4）地下水动态常具有多年周期性变化。
（ 5）局部可以发育溶孔溶隙及小管道共同组成的强含水段。
2、管道流：在岩溶强烈发育地区，地下管道极其发育。
岩溶水
广西都安地苏地下 河系由一条主流， 十一条支流组成。 支流呈不对称的树 枝状分布，河系汇 水面积达1000平方 公里。枯水期流量 为4 m3/s，洪水期 流量为390m3/s。
隔水断层 断层 地下暗河 地下河系分水岭界限 广西地苏地下河系略图
二、岩溶发育和岩溶水赋存的优势方位
发育：垂直落水洞，溶斗，过水溶洞（无水） 常年有水地下河道
演变过程图示
岩溶水系统演变过程
岩溶发育初期
乙河
甲河
乙河
甲河
局部岩溶水系统发育阶段
岩溶水系统演变过程
岩溶水系统的袭夺
乙河 甲河
乙河
甲河
统一地下河系的形成
•结果
1、介质改造愈强烈，机械破坏也愈强 2、介质改造后，地下岩体中出现各种规模洞穴 3、地表形成溶斗，落水洞以及各种规模的洼地， 汇集降水 4、介质导水能力增加，地下水位总体下降，水面 以上岩体或洞穴失去进一步发展的水动力条件 5、地下河系发生袭夺，河系归并，地下河系的流 域不断扩大
垂直落水洞溶斗过水溶洞无水常年有水地下河道演变过程图示岩溶水系统演变过程局部岩溶水系统发育阶段岩溶发育初期岩溶水系统演变过程岩溶水系统的袭夺统一地下河系的形成wwwthemegallerycom?结果1介质改造愈强烈机械破坏也愈强2介质改造后地下岩体中出现各种规模洞穴3地表形成溶斗落水洞以及各种规模的洼地汇集降水4介质导水能力增加地下水位总体下降水面以上岩体或洞穴失去进一步发展的水动力条件5地下河系发生袭夺河系归并地下河系的流域不断扩大广西地苏地下河系略图隔水断层断层地下河系分水岭界限地下暗河广西都安地苏地下河系由一条主流十一条支流组成
1.厚层质纯灰岩分布区 2.断裂及其交汇部位 3.可溶岩与非可溶岩交接面附近 4.硫化矿床氧化带 5.河谷区深岩溶发育
水文地质学基础课后思考题（附答案）
⽔⽂地质学基础课后思考题（附答案）第1-2章思考题1、试概括地下⽔的功能及其意义。
（1）宝贵的资源：地下⽔分布⼴泛，变化稳定，⽔质良好，便于利⽤，是理想的饮⽤⽔源，也是⼯业、农业⽤⽔的重要供⽔⽔源。
含⽔介质储能，夏储冬⽤。
地源热泵。
地下⽔景观，如古井遗址、湿地等是良好的旅游资源。
（2）重要的地质营⼒：地下⽔是物质和热量传输（温泉）及应⼒传递（⽔库诱发地震，滑坡）的载体。
地下⽔是良好溶剂，成矿、找矿发挥重要作⽤。
（3）不可忽视的致灾因⼦：地⾯沉降、地裂缝、岩溶塌陷、潜蚀管涌等。
地⽅病，如甲状腺病。
（4）活跃灵敏的⽣态环境因⼦：地下⽔是⽣态环境系统中⼀个最为活跃灵敏的⼦系统。
⽓候、⽔、⼟壤和⽣物，处于相互作⽤的动平衡，⼈类活动⼲扰天然地下⽔，成为⽣态环境恶化的重要因素。
如盐渍化（⼲旱－半⼲旱地区）、沼泽化（湿润地区）、⽯漠化（南⽅岩溶地区）、地下⽔污染等。
（5）极有价值的信息载体：地下⽔及其沉淀物、化学及微⽣物特征，可提供⼗分珍贵的环境变化信息。
可预测地震，提供不同时空尺度的环境信息，⽔⽂地质找矿，可重塑历史时期及地质时期的⽓候变化。
2、试⽐较⽔⽂循环与地质循环。
⽔⽂循环：⼤⽓⽔、地表⽔、地壳浅表地下⽔之间的⽔分交换。
（1）是直接循环，浅部层圈⽔分⼦直接交换。
（2）循环速度快，途径短，交替迅速。
（3）⽔⽂循环的驱动⼒是太阳辐射和重⼒。
（4）对于保障⽣态环境及⼈类的⽣存发展，⾄关重要。
⽔质持续净化，⽔量持续更新再⽣。
地质循环：⼤⽓圈到地幔之间发⽣的⽔分交换。
（1）是间接循环，与沉积岩、岩浆活动、岩⽯重结晶有关。
（2）循环途径长，速度缓慢，周期长。
（3）有助于分析地层浅表和深部各种地质作⽤，对于寻找矿产资源、预测⼤尺度环境变化和深部地质灾害等均有重⼤意义。
第3章讨论题1、孔隙度⼤和孔隙⼤有区别吗？孔隙是松散岩层中颗粒及颗粒集合体之间的空隙；孔隙度是单位体积岩⼟（包括孔隙在内）中孔隙所占的⽐例。
孔隙⼤表⽰松散岩层中颗粒及颗粒集合体之间的空隙⼤，孔隙度⼤指的是岩体中孔隙的⽐例⼤。
地质课件-岩溶水
巨厚的純灰岩形成的構造裂隙往往比較稀疏、寬而長，有利於 形成大型岩溶洞穴，岩溶發育不均勻。
碳酸鹽岩由不同比例的方解石和白雲石組成，並含有泥質、矽 質等雜質。實驗表明，純方解石的溶解速度約為白雲石的兩倍，故 純灰岩要比白雲岩容易溶蝕，矽質與泥質灰岩最難溶蝕。
➢ 具有侵蝕能力的水；
➢ 水是流動的。
（一） 岩溶發育的基本條件
➢可溶性岩石
鹵化物岩(岩鹽、鉀鹽、鎂鹽)，硫酸鹽岩(石膏等)：分佈不廣，岩體較小 碳酸鹽岩(石灰岩、白雲岩、大理岩等) 。分佈廣、岩體大，有普遍意義。
❖岩石成分對其溶解的影響 泥質含量比較高的岩石往往表現出較強的塑性，形成的裂隙張
開寬度比較小，延伸性也比較差，不利於岩溶的發育。 成份不很純的岩層一般沉積間斷比較多，多呈中厚層至中薄層，
地下喀斯特水的垂直分帶
1.垂直滲透帶；2.季節變動帶；3.水準流動帶；4.深部 滯流帶
水經過相當長的流程以後，仍可具有一定的溶解能力。
➢ 地下水徑流強度 岩溶發育的一個必要條件是水的流動。 在水流停滯的條件下，隨著水中的侵蝕性CO2不斷消耗，
最終完全喪失其侵蝕能力，溶蝕作用便告終止。只有當地下 水不斷流動，富含CO2的滲入水不斷得到補充更新，水才能 經常保持侵蝕性，溶蝕作用才能持續進行。因此，地下水的 徑流條件是控制岩溶發育最活躍最關鍵的因素。
四 川 黃 龍 的 鈣 華 堤 壩
地表鈣華沉積 岷山南麓黃龍一帶河谷中的瀑布華
黃龍寺鈣華
黃龍寺鈣華
二、地下喀斯特
蝕空形態
1.溶洞
溶洞:是地下水沿著可溶性岩石的層面、節理或 斷層進行溶蝕和侵蝕而成的地下孔道。
2.地下河(暗河、伏流)
第13章 岩溶水
洞、天生桥、石钟乳、石笋、石柱、石幔、钙（硅）华。地下
河、千谷、盲谷等。
第1节 岩溶发育的基本条件
第1节 岩溶发育的基本条件
天坑——竖井
第1节 岩溶发育的基本条件
四、岩溶发育的基本条件
岩溶是水与可溶岩发生化学作用和岩土机械破坏的结果 岩溶与溶滤作用的区别？ 1、岩溶发育的基本条件（水与岩石两大类） （1）可溶性岩层的存在 主要为碳酸盐岩：灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩
第3节 岩溶水特征
三、岩溶水的补给、排泄与动态
1、补给源—— 大气降水是岩溶水的主要、甚至是唯一的
补给源，基本来自上边界的各种补给，但表现多种方式。
补给条件： （1）面状补给或渗入式补给; （2）点状集中补给—灌入式；入渗系数大（60—80% 南方，北方30%）
（3）南方岩溶地下水与地表水常常互为一体，互为转
初始介质场 K0
K1 K2
V0
V1 V2
K 小
V小
水流分散
……….……… Kn Vn K 大 V大 水流集中
第2节 岩溶水系统的演变
一、地下水对介质的改造 1、过程 （1）水流愈来愈集中在少数通道中，少数通道则优先 发展为溶洞
（2）介质改造过程也称为差异性溶蚀改造过程，其结
第3节 岩溶水特征
3、岩溶泉动态差异
南方——云南喷水洞地下暗河流量动态曲线
第3节 岩溶水特征
3、岩溶泉动态差异
北方——山西广胜寺岩溶泉流量动态曲线
第3节 岩溶水特征
4、影响南北方岩溶发育及岩溶水系统的因素
（1）岩溶含水介质 南方：常是高度管道化与强烈不均质的
北方：均匀得多（溶蚀裂隙为主以及局部的岩溶管道）
南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源
水文地质学基础--13岩溶水
岩溶水的补给、排泄与动态
补给方式
——灌入式，入渗系数大（60—80%南方，北方30%）
排泄
——集中大泉径流排泄
动态
——很不稳定，岩溶程度愈高，愈不稳定； ——北方与南方的差异（北方稳定，南方不稳定）
岩溶水的水化学特征
南北方岩溶泉 水动态特征
图示条件，岩溶可能最发育的部位，简述理由 （卤化物岩、硫酸岩盐、 碳酸岩盐）;
可溶岩必须透水（裂隙的发育程度）; 水具侵蚀性（碳酸、有机酸和硫酸）; 水的流动性（地下水的循环交替是岩溶
发育的充分必要条件）
大气 液相
CO2
CO2( eq)
HCO3-
H2O
H2CO3 H+
第一条途径： 水与气
第13章 岩溶水（Karst water）
13.1 岩溶及其研究意义 13.2 岩溶发育的基本条件 13.3 岩溶水系统的改造与演变 13.4 岩溶水的特征
13.1 岩溶及其研究意义
岩溶（Karst）：水对可溶岩石进行化学溶解，并伴随以冲蚀 作用及重力崩坍，在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各种 独特的地貌现象以及特殊的水文现象，上述作用及由此产生的各 种现象称之。它是水与可溶岩发生化学作用和岩土机械破坏的结 果（与溶滤作用不同）。
岩溶水（ Karst Water）：赋存并运移于岩溶化岩层中的水。 研究意义
➢积极方面：供水水源，旅游资源; ➢消极方面：采矿透水，岩溶渗漏，地下工程施工困难
地下暗河（ 广西桂林冠岩） 泉水的钙华堤坝（四川黄龙）
水文地质学基础第13章 岩溶水
岩溶水特征
南北方岩溶差异 表现：地貌、介质均匀性、系统规模、动态变化 原因：岩溶影响因素差异——岩性、构造、气候
南方岩溶及岩溶水
• 气候：气候湿热，雨量大，植被、土壤发育，驱动岩 溶发育的化学能与机械能的输入强烈。
• 岩溶发育程度：南方岩溶发育比较充分，岩溶现象较 典型，地表可有峰丛、峰林、溶蚀洼地、溶斗、落水 洞、竖井等，地下多发育较为完整的地下河系
• 岩性：岩溶区多分布巨厚到块状的纯净碳酸盐岩，多 发育有裸露型岩溶，介质可溶性强，受构造应力时易 形成稀疏而宽大的裂隙。内在原因
• 构造：地质构造上属于较紧密的褶皱，向斜核部多易 发地下河系。降水充沛，补给强
• 介质均匀性：岩溶含水介质常是高度管道化与强烈不 均匀的，岩溶岩对降水的响应十分灵敏，流量季节变 化很大
北方岩溶及岩溶水
• 气候：降雨7.量3少.8，植北被方、岩土壤溶的及影响岩，溶水水的侵蚀能力较
南方差 • 岩溶发育程度：北方岩溶发育多不完整，地表少有溶斗
、落水洞等，地表多呈常态的山形；未发现完整的地下 河系 • 岩性：含水介质--碳酸盐岩一般成层较薄，夹泥质与硅 质夹层，多与非可溶岩互层，多发育覆盖型岩溶；介质 可溶性差，形成密集、均匀而短小的构造裂隙 • 构造：因多为宽缓的向斜或单斜，不利于水流的集中分 布、降水少，水的侵蚀力弱，岩溶发育弱 • 介质均匀性：含水介质相对均匀，成井率较高，岩溶大 泉汇水面积大，流量相对稳定
可溶岩的透水性
控制因素 岩性
生物礁岩 泥晶粒屑碳酸盐岩及泥晶碳酸岩 亮晶碳酸岩 白云石化 层厚 层状分布：岩溶顺层发育 层厚影响构造裂隙发育
中厚层：密集均匀，利于形成溶蚀均匀的含水层 巨厚层：稀疏宽长，分布极度不均，大型溶洞
初始裂隙发育特征 岩溶易发育部位地下河系
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岩溶水特征
南北方岩溶差异 表现：地貌、介质均匀性、系统规模、动态变化 原因：岩溶影响因素差异——岩性、构造、气候
南方岩溶及岩溶水
• 气候：气候湿热，雨量大，植被、土壤发育，驱动岩 溶发育的化学能与机械能的输入强烈。
• 岩溶发育程度：南方岩溶发育比较充分，岩溶现象较 典型，地表可有峰丛、峰林、溶蚀洼地、溶斗、落水 洞、竖井等，地下多发育较为完整的地下河系
影响岩溶发育的最关键因素：水流条件 水流系统分析：揭示岩溶水发育规律
岩溶水系统的改造与演变
岩溶营力：溶蚀 机械侵蚀 重力崩塌 溶蚀：溶蚀裂隙-管道 机械侵蚀
管径扩大，比表面积减小，溶蚀减弱 管径>10cm时，紊流，机械侵蚀为主
重力崩塌
横向环流 地表岩溶景观
南方岩溶
北方岩溶
南北方岩溶营力差异 南方：溶蚀、机械侵蚀、重力崩塌 北方：溶蚀、部分机械侵蚀
水的侵蚀性
开放体系中的方解石溶解化学模式
大气 液相
CO2
CO2( aq)
H2O
H2CO3
第一条途径：
水-气平
HCO3- 衡
增加 H +
固相
Ca2+
H+ CO32-
HCO3-
CaCO3+H2O+CO2——Ca2++2HCO3水中碳酸平衡：H2CO3, HCO3- CO32-
第二条途径： 水-岩作
用
产生CO32-
水侵蚀性判断：CaCO3饱和指数
S IC
lg
[ Ca
2
][ CO
2 3
]
Kc
式中 SIC----饱和指数； [Ca2+]、[CO32-] ----表示 Ca2+、CO32-两种离子的活度； Kc ---- 式(12-1)中平衡常数，依温度 T、压力 p 查手册。 SIC>0，水中 CaCO3 过饱和，有发生沉淀趋势； SIC=0，水中 CaCO3 刚好饱和； SIC<0，水中 CaCO3 仍未饱和，具有侵蚀性。 注意：（1）用于对方解石的侵蚀性判断，（2）SIC与 PH 关系密切，PH 应野
演变机制：溯源侵蚀 同一构造边界内水流系统的 袭夺
年降水量：1739 mm 年均气温：21.3 河系：干流和12条支流 流量：4 ~545 m3/s 坡降、流速大：4~10km/d 流态：
•上游紊流、无压 •中游：有压 •下 游 ： 有 压 / 无 压 ， 层 流 / 紊流
水位变化：
•上游~100 m， •中下游~40m •降 水 量 50mm 时 ， 一 昼 夜 水位抬升60~70m
岩溶发育的四个条件
可溶岩的存在 可溶岩必须是透水的 具有侵蚀能力的水 水是流动的
岩石的可溶性
可溶岩种类
卤化物岩（岩盐、钾盐、镁盐） 硫酸盐岩（石膏等） 碳酸盐岩（石灰岩、白云岩、大理岩）
碳酸盐岩的组成
成分：不同比例方解石和白云石，含泥质、硅质等 可溶性：纯方解石的溶解速度约为白云石的两倍 力学性质：不同结构成分的碳酸盐岩具不同物理力学性质， 构造应力下形成的构造裂隙具不同特点
• 岩性：岩溶区多分布巨厚到块状的纯净碳酸盐岩，多 发育有裸露型岩溶，介质可溶性强，受构造应力时易 形成稀疏而宽大的裂隙。内在原因
• 构造：地质构造上属于较紧密的褶皱，向斜核部多易 发地下河系。降水充沛，补给强
• 介质均匀性：岩溶含水介质常是高度管道化与强烈不 均匀的，岩溶岩对降水的响应十分灵敏，流量季节变 化很大
营力与介质的相互作用：差异性水流与介质差异性改造 优势通道的形成 正反馈 岩溶驱动总能量：渗透流速与水流作用时间之积。
总能量越大，对介质的改造越强 构造开启程度：
排泄区：岩溶最为发育 补给区及深部：次之 断裂的控制作用
构造开启程度对岩溶发育的控制
• 褶皱轴部尤其是向斜 轴部，往往张开裂隙 发育，又是地下水汇 集的部位，流线在此 密集，地下河系发育
可溶岩的透水性
控制因素 岩性
生物礁岩 泥晶粒屑碳酸盐岩及泥晶碳酸岩 亮晶碳酸岩 白云石化 层厚 层状分布：岩溶顺层发育 层厚影响构造裂隙发育
中厚层：密集均匀，利于形成溶蚀均匀的含水层 巨厚层：稀疏宽长，分布极度不均，大型溶洞
初始裂隙发育特征 岩溶易发育部位：断裂带、裂隙发育的背斜、向斜。 巨厚层中这些部分可发育地下河系
北方岩溶及岩溶水
• 气候：降雨7.量3少.8，植北被方、岩土壤溶的及影响岩，溶水水的侵蚀能力较
南方差 • 岩溶发育程度：北方岩溶发育多不完整，地表少有溶斗
、落水洞等，地表多呈常态的山形；未发现完整的地下 河系 • 岩性：含水介质--碳酸盐岩一般成层较薄，夹泥质与硅 质夹层，多与非可溶岩互层，多发育覆盖型岩溶；介质 可溶性差，形成密集、均匀而短小的构造裂隙 • 构造：因多为宽缓的向斜或单斜，不利于水流的集中分 布、降水少，水的侵蚀力弱，岩溶发育弱 • 介质均匀性：含水介质相对均匀，成井率较高，岩溶大 泉汇水面积大，流量相对稳定
水文地质学基础第13章 岩溶水
提纲
岩溶及其研究意义 岩溶发育的基本条件 岩溶水系统的改造与演变 岩溶水特征
岩溶及其研究意义
岩溶示意图 岩溶：水对可溶岩石进行化学溶解，并伴随以冲蚀作用及重力崩坍， 在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各种独特的地貌现象以及特殊 的水文现象，上述作用及由此产生的各种现象称为岩溶（喀斯特） 岩溶水（喀斯特水）：赋存并运移于岩溶化岩层中的水
• 断层带往往是岩溶集 中发育处，因此处导 水好，流线密集
• 在可溶岩与下伏隔水 层的接触面上易发育 成层的溶洞，由于水 流下方受阻，流线密 集于接触界面上所致
• 硫化矿床氧化带 • 河谷区深岩溶发育 • 厚层质纯灰岩分布区
我国南方岩溶的地下河系化
岩溶地下水系统演变趋势 岩溶发育受溶蚀基准面控 制 趋势：若干局部水流系统 向统一的区域水流系统演变
外现场测定。
碳酸（CO2）的来源
大气中CO2以分子扩散经潜水面进入地下水（很少） 土壤中的CO2：土壤气中CO2含量通常1～3%，远比
大气中0.03%大 混合溶蚀效应：不具侵蚀的两种不同含量CO2的饱和
CaCO3溶液混合后会变为不饱和而重新具有侵蚀性 深部CO2：幔源及碳酸盐岩高温变质
水流的控制作用
世界岩溶分布面积约占全球面积的15%
我国可溶岩分布约占全国面积的1/3 岩溶山区严重缺水
娘子关泉（山西平定）
岩溶塌陷（湖南益阳）
石林（云南石林）
岩溶塌陷对房屋的破坏（立陶宛）
供水水源
旅游资源
水量大且分布极不均匀：对采矿的构成威胁
易于发生渗漏的岩溶化岩层：增加修建水利工程难度
岩溶发育的基本条件