岩溶发育规律

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岩溶发展速度划分为三个阶段：
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第3节 岩溶水系统的演变
起动阶段 ：
地下水对介质以化学溶蚀作用为主，水流通道 比较狭小，地下水几乎没有机械搬运能力，岩 溶发展比较缓慢。 随着水流越来越集中的正 反馈机制的加强，岩溶演化加快。当主体通道 的宽度达到5—50mm时，紊流开始出现，地下 水开始具有一定机械搬运能力，岩溶演化便进 入快速发展阶段。

水质变化小，矿化度低，但容易受 污染
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第4节 岩溶水特征
岩溶水的富水特征：富水性空间分布极不均匀， 具有明显的方向性。 水平方向：同一岩溶含水层，水平方向相距几 十米甚至几米，富水性的差异 为数倍甚至数十倍。例如：广东凡口矿区0m标 高中段的坑道中施工两个水 平放水孔，相距0.3m，平行钻进壶天群石灰岩 中，孔深47m，一个孔出水量 50L/S，另一孔出水量0.5 L/S。

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岩溶水系统演变过程
乙河 甲河Leabharlann Baidu
乙河 甲河
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A) 岩溶发育初期 B)局部岩溶水系统发育阶段 www.themegallery.co
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岩溶水系统演变过程
乙河 甲河
乙河
乙河
甲河
C) 岩溶水系统的袭夺
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D)统一地下河系的形成
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第2节 岩溶发育的基本条件
影响因素 构造作用 控制构造裂隙的发育而影响可溶岩透水性 控制水的汇集与主要通路而影响地下水流动 气候 总体决定着一个区域的植被与土壤，而植被 土壤又是地下水中CO2的主要来源 。
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第2节 岩溶发育的基本条件
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第2节 岩溶发育的基本条件
水文地质学基础
General Hydrogeology
--主讲：李明辉
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第十一章 岩溶水 概述 岩溶发育的基本条件 岩溶水系统的演变 岩溶水特征 我国南北方岩溶及岩溶水差异
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第1节 概 述
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
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第5节 我国南北方岩溶及岩溶水差异
太行山山区岩溶水剖面示意图
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第5节 我国南北方岩溶及岩溶水差异
山西洪洞广胜寺泉流量动态图
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第5节 我国南北方岩溶及岩溶水差异
南方地区：气候湿热多雨，岩溶区发育有块状厚 层纯净碳酸岩， 水中CO2含量高，以溶洞水为主， 水量丰富，多集中于溶洞之中，洞之间有溶隙相 连，区域上具有统一的地下水位，水动态变幅大。 西南地区：第三纪末长期上升，补给区与排泄区 的水头差越来越大（水力坡度越来越大），冲蚀 作用强烈，发育地下暗河（如下图示），水量丰 富，暗河之间连通性差，多不具统一地下水位， 水动态受降水影响易产生暴涨暴落。
水的溶蚀性 水的流动性

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开放体系中的方解石溶解的基本物理化学模式
大气
CO2
CO2( eq)
液相 H2O
Ca2+
第一条途径： 水与气 HCO3-
H2CO3
H+
CO32 -
HCO3-
固相

第二条途径： 水与固 CO32www.themegallery.co m
水中碳酸平衡：H2CO3,
HCO3-
12.1 岩溶发育的基本条件
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第3节 岩溶水系统的演变
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第3节 岩溶水系统的演变
快速发展阶段 ：
地下水流对介质的改造由化学溶蚀变为机械侵
蚀与化学溶蚀共存，机械侵蚀变得愈益重要。 地下出现各种规模的洞穴。 地表形成溶斗及落水洞，并以它们为中心形成 各种规模的洼地，差异集降水。 随着介质导水能力迅速提高，地下水位总体下 降，新的地下水面以上洞穴干涸，失去进一步 发展的动力。
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第4节 岩溶水特征
垂直方向：同一岩溶含水层，垂直方向的富水 性很不均一。例如：凡口矿区 －20m标高以上，富水性强，单位涌水量1.55-5.10L/S.m； －20m标高以下， 富水性弱，单位涌水量0.0076L/S.m；
岩溶发育朝断裂破碎带的延伸方向时透水性好， 垂直岩溶发育方向透水性差。
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第5节 我国南北方岩溶及岩溶水差异
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第5节 我国南北方岩溶及岩溶水差异
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第5节 我国南北方岩溶及岩溶水差异
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第5节 我国南北方岩溶及岩溶水差异
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岩溶落水洞
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地下暗河-本溪水洞
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岩溶水分布
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岩溶水的垂直分带
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岩溶水的特征
1. 水量丰富但分布不均一； 2．潜水、承压水并存； 3．各方向水力联系有很大差异； 4．补给主要来自于大气降雨入渗、地表水入 渗；排泄以集中排泄为主； 5．地下水动态变化很大； 6．岩溶水本身就是改造赋存环境的动力； 7. 岩溶水水质较好但极易受污染。
在上述模式中：

第一条途径（水与气） 增加 H+ 第二条途径则产生 CO32-

结果：增加 Ca2+
HCO3-
CO2的参与是岩溶发育的另一重要前提，也是影响因素之

[CO2来源：浅层大气与土壤层，深部来源尚无定论]
4. 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

其作用 ： 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）
第5节 我国南北方岩溶及岩溶水差异
我国南北方岩溶及岩溶水的差异源于地域性因素的差异 性。

岩溶介质差异 岩溶发育程度与形态差异
岩溶泉动态差异 影响南北方岩溶发育及岩溶水系 统的因素
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第5节 我国南北方岩溶及岩溶水差异
以秦岭淮河为界，南、北方岩溶有明显的差 异。 北方地区：气候干旱少雨，岩溶区的碳酸岩 盐成层薄，常夹有泥质、硅质，在构造应力 的作用下，形成密 集、短小、均匀的溶隙。 此地区以溶隙水为主，分布较均匀，水位埋 深大，具有统一的地下水位，动态变化小 （如图示）。
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
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塔山
烟雨漓江
山水甲天下的桂林
九马山
象鼻山
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岩溶水的奇特又使人无可耐何——消积不利
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第3节 岩溶水系统的演变
库区地下水连通试验图示
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第4节 岩溶水特征
岩溶含水介质的特征
是尺寸不等的空隙构成的多级次空隙系统；
尺度不等的空隙彼此之间存在着不同程度的 水力联系，构成宏观上具有统一水力联系的岩 溶含水介质。

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第4节 岩溶水特征
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第4节 岩溶水特征
岩溶水运动特征
孤立水流与具有统一地下水面的岩溶含水 系统并存 层流与紊流并存 溶洞、暗河中的岩溶水为紊流运动。 有压流与无压流交替并存 明流与伏流并存 一般具有吸水（接受降水补给）能力、排水 （泉和径流）能力强，径流速度大的特点。
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第3节 岩溶水系统的演变
通道争夺水流的竞争变得更加剧烈。 不同地下河系发生袭夺，地下河系不断归并，流域
不断扩大。
停滞衰亡阶段 随着地下水位的总体下降和水力坡度的逐渐降低，
地下水的溶蚀能力逐渐降低甚至消失，岩溶发育呈 停滞状态。
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第3节 岩溶水系统的演变
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第3节 岩溶水系统的演变
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第4节 岩溶水特征
岩溶水的补给、排泄与动态
补给来源 大气降水 地表水 邻近含水层地下水 洞穴凝结水 补给方式 直接补给 间接补给
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第4节 岩溶水特征
排泄 最大特点是集中排泄 动态 裸露型岩溶潜水：水位变化强烈，且缺 乏滞后。 埋藏型岩溶承压 水：动态稳定，受降水 影响较小，但有明显的滞后效应。
例如：云南四营煤矿喷水洞暗河，一般雨后12---24小 时内流量显著增大，为6214.9 L/S，水位升高，水变 混浊，延续2---3天。旱季最小流量为367.5L/S，二者 相差16.9倍。
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第4节 岩溶水特征
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第4节 岩溶水特征
分带性特征
水平分带 垂直分带 岩溶水的径流具有明显 的分带性：即Ⅰ带（包 气带）、Ⅱ带（水位季 节变化带）Ⅲ带（饱水 带）和Ⅳ带（深部循环 带），如右图示。

华北的大多数煤层，下伏O2 灰岩水承压水头之高，带来开 采风险巨大 云南、广西、贵州省岩溶山区， 缺水严重，阻碍发展，生活赤 贫现象 岩溶区的库水渗漏，处理困难 在基本建设中，地下施工，燧 道施工困难重重
金沙江溪洛渡 水电站库区 岩溶洞穴
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第1节 概 述
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。
地下水流动系统与岩溶发育的空间特征
处于同一气候条件下构造开启程度不同的岩溶含水系统 可能由于种种原因地下水径流交替条件不同而具有不同的 岩溶发育程度。 岩溶含水系统在可溶岩之上无隔水层覆盖，有利于按受 降水补给与径流排泄，流线最为密集，岩溶最为发育。愈 靠近排泄区流线愈密集，岩溶愈发育，排泄区断层附近的 流线最为密集，岩溶也最发育。 岩溶含水系统上覆隔水层且断层不导水，除了石灰岩裸 露区浅部有短程地下水径流，岩溶有一定发育外，深部地 下水不发生径流，无岩溶发育。

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
第3节 岩溶水系统的演变
岩溶水
赋存并运移于岩溶化岩层中的水。
岩溶水系统
能够通过水与介质相互作用不断自我演化的动力系统。
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第2节 岩溶发育的基本条件
基本条件 岩石的可溶性 碳酸盐岩：灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩； 结构：豹皮灰岩，生物碎屑灰岩，厚层状，薄层状

岩石的透水性
——裂隙发育（初始裂隙）→岩溶系统 断层发育决定了→溶洞形成
第3节 岩溶水系统的演变
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第3节 岩溶水系统的演变
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第3节 岩溶水系统的演变
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第3节 岩溶水系统的演变
补给型河谷深岩溶分带及水动力图
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第3节 岩溶水系统的演变
排泄型河谷深岩溶分带及水动力图
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第3节 岩溶水系统的演变
河谷地下水与岩溶发育
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第3节 岩溶水系统的演变
岩溶管道水流地质模型
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第2节 岩溶发育的基本条件
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第2节 岩溶发育的基本条件
碳酸盐岩溶解反应综合模式图
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第3节 岩溶水系统的演变
地下水对介质的改造
岩溶演化的正反馈过程 不均匀介质→不均匀水流→差异性溶蚀→更不 均匀的介质→更不均匀的水流→进一步的差异性 溶蚀→… 上述过程的实质是介质的非均质化过程与水流 的集中过程。