地下水的地质作用

第八章地下水的地质作用目的要求地下水是重要的地质营力，其剥蚀作用和搬运作用对地表的岩石具有强烈的破坏作用，因而是一种非常重要的外动力地质作用。

要求学生了解地下水的基本特征，掌握基本概念；掌握地下水溶蚀作用的特点及产物，了解地下水的搬运作用和沉积作用，初步能对岩溶发育条件进行分析。

课时：4学时授课内容一、地下水的基本特征二、地下水的剥蚀作用三、地下水的搬运和沉积作用四、岩溶发育条件分析重点地下水的溶蚀作用的特点与产物是本节的重点。

难点地下水的溶蚀是一个长期的、复杂的过程，学生难以理解。

可借助一些典型的实例，并通过多媒体教学手段进行讲解。

教学方法利用多媒体等以讲授为主，结合部分实地照片进行说明。

讲授重点内容提要一、地下水的基本特征（一）地下水的储存条件地下水储存于岩石中的孔隙、节理和洞穴之中，它的储存与岩石的性质有关。

透水层：空隙连通的岩层，地下水可在其中流动的岩层。

不透水层：地下水很难流动的岩层。

含水层：被地下水所饱和(所有空间都是液态水)，含有相当数量水的岩层。

(二)地下水的类型(按不同的埋藏条件)1、潜水：地下赋向下运移受阻于第一个隔水层，开在其上的透水层中汇聚起来填满空隙形成饱和带水，该带的水称之为潜水。

其水层上有一个自由表面称为潜水面。

2、包气带水：存在于潜水面之上，受毛细管作用与空气混合的水。

3、上层滞水：在饱气带中，局部隔水层之上的水。

4、层间水：处在两个隔水层之间的水。

5、承压水：处在两个隔水层之间，并具有一定水头压力的水。

(三)地下水的温度与成份地下水的温度和成分是两个重要的性状。

按地下水的温度可分冷泉和温泉。

地下水由于可溶解岩石中的某些成分，使地下水中含有多种物质。

二、地下水剥蚀作用（一）地下水的潜蚀作用地下水在运动过程中对周围岩石的破坏作用称为地下水的潜蚀作用（suffosion）。

其包括以下几种方式：1、冲刷（scour）地下水流体一般分散，流速缓慢，冲刷力微弱，只能冲刷细小的颗粒，使岩石的空隙逐步扩大。

但是长时间的冲刷，也可造成大型空洞并引起地表塌陷。

规模较大的洞穴和裂隙中的地下水流速较快，冲刷力较强。

黄土最易被地下水冲刷破坏，因为它主要由粉砂组成，颗粒细小而且松散，同时，黄土含有较多碳酸盐类矿物，易被地下水溶解。

疏松的钙质砂岩也容易受冲刷破坏。

2、溶蚀（corrosion）地下水中含有CO2，易溶解石灰岩或含碳酸盐类矿物的岩石。

其反应式如下：CaCO3 + CO2+ H2O = Ca2+ + 2HCO3-此处分解而成的钙离子和碳酸氢根离子便随水带走。

3、喀斯特（karst)由于地下水的运动是发生在岩石空隙中，水与岩石的接触面大，而且地下水流速缓慢，因而溶蚀作用极为显著。

特别是在湿热气候条件下，溶蚀是可溶性岩石遭受破坏的主要原因，并形成特殊的地貌。

将以主要为地下水（兼有部分地表水），对可溶性岩石进行以化学溶蚀为主、机械冲刷为辅的地质作用以及由这些地质作用所产生的地貌，称为喀斯特（karst）。

喀斯特是南斯拉夫西北部沿海一带石灰岩高原的地名，那里发育着各种奇特的石灰岩地形。

十九世纪末，南斯拉夫学者司威治（J．Cvijic）对这个地区首先进行了研究，并借用“喀斯特”一词来称呼石灰岩地区的一系列特殊的地貌形成过程和水文现象，至今喀斯特一词已成为世界各国通用的专门术语。

喀斯特作用也称岩溶作用，主要形成以下地貌特征（图5—14）。

(1)溶沟（karren）和石芽（stone bud）溶沟是石灰岩表面上的沟槽，是地表水流沿可溶性岩石表面进行溶蚀和机械冲刷的结果。

沟槽的宽度和深度一般由数厘米到数米，有时更大，其形态各异。

沟槽之间凸起的石脊称为石芽。

如石芽形态高大，沟坡近于直立，且发育成群，远观之宛如森林，称为石林（stone forest）。

(2)落水洞（sinkhole）地表水沿近于垂直的裂隙向下溶蚀而成的直立或陡倾斜的洞穴，下接地下河（under- ground river）或溶洞，是地表水转入地下河或溶洞的通道。

在两组直立的裂隙交汇处，落水洞最易形成。

有时许多落水洞呈串珠状分布。

(3)溶斗（corroded funnel）又称漏斗，是小型洼坑。

其平面呈圆形或椭圆形，直径一般由数十米到数百米；深度常为数米或数十米，最深可达400多米。

纵剖面形态有碟状、锥状和井状等。

(4)干谷（dry valley）和盲谷（blind valley）落水洞如果发育在河床中，它可吸收河水，使其转入地下，把河流截断。

落水洞以上有水流的一段河谷继续受河水侵蚀使河床降低，落水洞以下的河谷因断水遂转变成干谷，干谷谷底相对高起。

(5)峰丛（peak cluster）、峰林（peak forest）和孤峰（isolated peak）它们都是正向的喀斯特地貌。

其中，峰顶尖锐或圆锥状竞相突出，而基部相连，宏观上似簇状者称为峰丛。

它是喀斯特发展较早阶段的地貌。

如峰体上部挺立高大，基部仅稍许相连，称为峰林。

耸立于喀斯特地区平原上的孤立山峰称为孤峰。

(6)溶洞系指地下水沿可溶性岩层的构造面（层面、节理面、断裂面等）进行剥蚀，并进一步崩塌扩大形成的洞穴。

形成初期，孔隙孔道很小，地下水运动缓慢，以溶蚀为主。

空洞扩大后互相串通，水流加强，动能增大，引起冲刷。

在水平流动带发育者多呈水平状态。

影响喀斯特发育的主要因素有：①气候；②岩石性质；③水的作用；④构造。

(二)地下水的机械剥蚀作用地下水的机械剥蚀能力很小，在非可溶性岩石中作渗透性流动时，基本不产生机械剥蚀，在可溶性岩石中，当地下溶洞系统连通形成地下河流后，其机械剥蚀作用与河流相同。

三、地下水的搬运和沉积作用（一）地下水的搬运作用除溶洞水有较强的机械搬运外，地下水的搬运主要是以化学方式进行，包括真溶液及胶体溶液两种形式。

搬运物以重碳酸盐为主，有时氧化物、硫酸盐、氢氧化物、二氧化硅、磷酸盐、氧化锰以及氧化铁等也很重要。

地下水搬运的成分和数量，取决于渗流区岩石性质和风化程度。

地下水的搬运能力，与水温、压力、运移速度、PH值及CO2含量有关。

一般说来，温度高、压力大、流速快、CO2和酸类物质含量高时，其搬运能力强；反之，则较弱。

(三)、地下水的沉积作用地下水的沉积作用以化学沉积作用为主，主要有以下三类：1、溶洞沉积（karst cave deposit）富含Ca（HCO3）2的地下水，沿着孔隙、裂隙渗入空旷的溶洞，由于温度、压力改变，CO2逸出，加之蒸发作用加强，就沉淀出CaCO3。

如水自洞顶下滴，边滴边沉淀，可形成自洞顶向下垂直生长的石钟乳（stalactite）（图6—7）。

石钟乳横切面呈同心环带构造，核心常是空的。

渗出水滴落洞底后，CaCO3就在洞底沉淀并向上生长形成石笋（stalagmite）（图6—7）。

石笋的形态一般为岩锥状、塔状，横切面具有同心环带构造，是实心的。

石钟乳与石笋长大后连成一体，称为石柱（stone pillar）（图6—7）。

石钟乳、石笋、石柱合称为钟乳石（stalactite）（图6—7）。

此外，如地下水沿着洞壁裂隙成层状渗出，能沉积成石帘、石帷幕、石瀑布和石幔（curtain）等。

2、温泉沉积发生在温泉出口处。

沉积物疏松多孔，称为泉华（sinter），钙质的称为钙华或石灰华（travertine），硅质的称为硅华（siliceous sinter）。

3、置换沉积指地下水中所含的矿物质可逐渐与生物体内的有机质进行置换。

如硅化木的形成。

四、岩溶发育条件分析1、气候条件：温暖潮湿 (多雨)的气候。

如广西桂林。

2、地质条件：(1)厚度大，质地纯的可溶性岩层。

如云南路南石林等景观。

(2)近于水平的岩层产状，利于保水。

如路南石林。

(3)阶段性地面抬升和构造相对稳定的地区。

如云南九乡溶洞和扬子地台区。

(4)半封闭式大面积盆地。

如广西乐业地区等。

实例分析：广西桂林地貌(多媒体)云南路南石林昆明九乡溶洞云南建水燕子洞本章小结地下水是重要的一种地质营力，其改变地壳表面的能力是不可忽视的。

了解地下水的储存条件和地下水类型，以及地下水的运动形式等基本特征，有促于掌握地下水地质作用的特点。

地下水的地质作用以溶蚀作用为特点，以喀斯特地貌为最终产物。

不同的岩溶地区，其岩溶作用也不尽相同。

思考题（一）基本概念地下水、潜水、上层滞水、饱气带水、喀斯特作用（二）区分以下每两个概念的主要区别1、透水层与不透水层；2、层间水与承压水；3、含水层与隔水层；（三）回答1、地下水的类型有哪些？哪种类型最重要？2、潜水面一般分布在什么位置？有何特点？1、何谓岩溶作用？其作用有何特点？2、岩溶作用的产物有哪些？3、岩溶发育的条件有哪些？试举例说明。

4、简述地下水的化学沉积方式、沉积产物。

5、地下水搬运的特点是什么？。