地下水的地质作用..

通常，岩土颗粒愈细小，其颗粒的比表面积愈大，分子吸附力亦愈大，吸 湿水和薄膜水的含量便愈多。综上所述，地下水在垂向上不仅形成结合水、毛 细水与重力水等不同的层次结构，而且各层次上所受到的作用力亦存在差异， 形成垂向力学结构。
◆地下水的储运及运动特点
岩石中的孔隙是地下水储运的主要场所和运移通道。孔隙的多少、 大小、均匀程度及其连通情况，直接决定了地下水的埋藏、分布和运 动特性。通常，将松散沉积物颗粒之间的空隙称为孔隙，坚硬岩石因 破裂产生的空隙称裂缝，可溶性岩石中的空隙称溶隙（包括巨大的溶 穴，溶洞等）。
岩溶地貌示意图
峰林地形——峰林或峰丛 孤峰—— 岩溶发育的阶段性： 早期——地表形成石芽、溶沟、 溶斗、 落水洞。 地下形成独立的洞穴。 中期——地表溶洼和峰林； 地下溶洞、洞穴系统。
晚期——溶原、孤峰。
●古岩溶
古岩溶是指新生代以前发育的岩溶。 识别古岩溶在理论上和生产实践中具有一定 的意义： （1）古岩溶面代表了地壳抬升的相对稳定阶段， 可作为分析地壳运动性质的重要依据。 （2）有古岩溶存在，说明当时该区处于温暖潮 湿的气候特征，而且是处于古陆被剥蚀的状态， 有助于分析古地理和古气候。 （3）石油和天然气可储存于古潜山周围和溶洞 中。 （4）有些金属矿床与溶洞有关，形成“岩溶型 矿床”，因而研究古岩溶具有一定的找矿意义。
◆岩溶作用
地下水对岩石、矿物所产生的溶解破坏作用称化学 潜蚀作用（或称岩溶作用，喀斯特作用)
岩溶作用形成的地形称岩溶地形（或称喀斯特地）。
喀斯特——来源于南斯拉夫亚得里亚沿海的喀斯特 高原，该地区以碳酸盐岩石发育为主。
地下水对可溶性岩石的溶解力与地下水中CO2 的含量有关， CO2的含量越大，对岩石的溶蚀 力越大。地下水中的一部分CO2是以碳酸氢根 （HCO3-）的形式存在的。含H+和HCO3-的水 与石灰岩（主要成分为方解石CaCO3）接触时， 便会发生化学反应，使其溶解度大大增加。 化学反应式： （1） CO2 +H2O→H++ HCO3（2 ） CaCO3 + H+ + [HCO3]- —— Ca2+ + 2 [HCO3]-
孔隙水
裂隙 水
溶隙 水
透水性
指在一定条件下，岩土允许水通过的性能。透水性能一 般用渗透系数K值来表示。其值大小首先与岩土空隙的直径大小和 连通性有关，其次才和空隙的多少有关。如粘土的孔隙度很大，但 孔隙直径很小，水在这些微孔中运动时，不仅由于水与孔壁的摩阻 力大而难以通过，而且还由于粘土颗粒表面吸附形成一层结合水膜， 这种水膜几乎占满了整个孔隙，使水更难通过。透水层与隔水层虽 然没有严格的界限，不过常常将渗透系数K值小于0.001米/日的岩 土，列入隔水层，大于或等于此值的岩土属透水层。
◆物理性质
主要有透明度、颜色、嗅味及味感等。
◆硬度
地下水中的Ca2+和Mg2+离子的浓度之和构成地下水的硬度。人 们长期饮用过硬水对健康有害。硬水在工业锅炉中易生成锅垢，既费 燃料，又可能引起锅炉炸裂。
◆矿化程度
淡水（<1g/L>)； 弱矿化水（1~10g/L); 中等矿化水（3~10g/L); 强矿化水（10~50g/L); 盐水（>50g/L)
◆地下水的流动状态
1)渗流地下水沿岩石空隙的这种缓慢运动，称为渗流。其运 动场所称为渗流场。 2)当重力水在岩石的狭小空隙中渗流时，受介质的吸引力影 响较大，水的质点排列较为有序，水作层流运动。 3)当地下水在一些宽大的空隙中(溶洞或裂缝)流动时，受介 质的影响较小，水的流速较大，水的质点呈无序地、互相 混杂地流动，形成紊流。 4)地下水在渗流场内运动，当其运动要素(水位、流速和 流向等)在一定时间内稳定不变时，则称为稳定流。
1．包气带水：包气带水是埋藏在包气带中的地下水。其中，埋藏在土 壤中的也称为土壤水。当水通过包气带下渗时，重力水可以在包气带中 的局部隔水层上受阻积聚，形成“上层滞水”。
2．潜水（phreatic water）：指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以 上，具有自由表面的重力水。(潜水面——隔水层之上，潜水的自由 水面。潜水面受地形，构造因素的影响，可以有起伏。)
3．溶洞（karst cave） 饱水带上部或季节变动带的地下水沿近水平方向溶蚀岩石 所形成的近水平方向的空洞。
溶洞的发育由溶蚀、机械潜蚀和重力崩塌等多种作用共同 形成。
近于同一高度的洞穴可以连接起来，构成迂回曲折、忽高 忽低、时宽时窄的溶洞系统。
4．溶斗与溶洼（funnel and uvala）
◆温度
地下水的温度受地温控制，变温带地下水水温有较小的季节 性变化；常温带地下水水温与当地平均气温接近；增温带地下 水随地温梯度的增加而增加。通常情况下，地下水的温度接近 或低于当地年平均气温称为冷水，温度高于当地年平均气温称 为地下热水

低温20-40°,中温40-60°,高温60-100°,过热>100°。
◆孔隙率
又称孔隙度，它是反映含水介质特性的重要指标，以孔隙 体积（Vn）与包括孔隙在内的岩土体积（V）之比值来表示，即n = Vn/V×100%。孔隙率的大小，取决于岩土颗粒本身的大小，颗粒之间 的排列形式、分选程度以及颗粒的形状和胶结的状况等。必须指出， 孔隙率只有孔隙数量多少的概念，并不说明孔隙本身的大小（即孔隙 率大并不表示孔隙也大）。孔隙的大小与岩土颗粒粗细有关，通常是 颗粒粗则孔隙大，颗粒细则孔隙小。但因细颗粒岩土表面积增大，因 而孔隙率反而增大，如粘土孔隙率达到45—55%；而砾石的平均孔隙 率只有27%。
低于空气的温度时，空气中的水汽便要进入土壤和岩石的空隙 中，在颗粒和岩石表面凝结形成地下水。
●埋藏水：与沉积物同时生成或海水渗入到原生沉积物的孔隙
中而形成的地下水成为埋藏水。
●岩浆水：既不是降水渗入，也不是水汽凝结形成的，而是由
岩浆中分离出来的气体冷凝形成，这种水是岩浆作用的结果， 成为初生水。
◆地下水存在状态
溶斗——地表水沿裂隙集中渗流并溶蚀可溶性岩石，在地表及浅 处形成的碟状、漏斗状洼地。
溶洼——溶斗侧向扩大、合并和加深所形成的小型封闭洼地称为 溶洼。
5．溶盆和溶原（polje and karstic plain）
在可溶性岩石地区经过长期的溶蚀和崩塌作用形成 的大型半封闭洼地。
溶盆规模较小；
溶原面积较大。
好
透水层
岩石：透水性
坏
含 水
含水层Βιβλιοθήκη 隔水层◆不同埋藏条件
(1)包气带： 岩石上部水未饱和带，岩石孔隙或裂隙未被液态地 下水充满，含有大量空气。 (2)饱和带：当地下水向下运动到一定深处，遇到不透水层阻隔时， 就不能往下运动了，于是在不透水层之上，地下水便逐渐积成一 层饱和带。
包气带 饱水带
地下水的垂直分带
◆化学成分
地下水中常溶有一定数量的气体和矿物质。 溶解于地下水的气体——O2、N2、CO2、H2S等。 地下水中的矿物质——Na+、K+、Mg2+、Ca2+、SO42-、 HCO3-、Fe2O3、Al2O3 其含量随地而异，主要与流经地段的岩石性质有关。气 温、生物活动及地下水补给条件等，都会对地下水的 化学成分有影响。
溶沟-石芽-落水洞-溶斗-溶洼-溶洞溶盆-溶原
1．溶沟与石芽（karren and stony sprout）
溶沟——地表水沿岩石表面流动溶蚀而形成 的沟、槽。
石芽——脊状突起。 2．落水洞（sinkhole） 地下水沿裂隙垂直下渗和溶蚀所形 成的近于直立的深洞。是包气带的 主要岩溶地形。直径小，深度大。
地下水的地质作用
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
一.地下水的基本特征
地下水是指以各种形式存在于地表之下岩石和松散堆积物
空隙中的水体。地下水有气态、液态和固态三种，但以液态为 主。
地 表 水
◆按来源不同,可将地下水分为渗入水、凝结水、岩 浆水和埋藏水。
●渗入水：降水渗入地下形成渗入水。 ●凝结水：水汽凝结形成的地下水称为凝结水。当地面的温度
上层滞水 包气带
季节变动带
饱水带 深循环带
达西定律:地下水呈现层流运动时的基本规律，可以表示为：
Q=KF h/ L =KFI V=KI (Q=FV )
式中， Q ：渗流流量；F ：为过水断面； h ：水头损失；L：渗流长度； I ：水力坡度；K ：渗透系数。 V ：流速 渗透系数同渗流速度具有相同的因次。一般采用m/d或cm/s为单位。 渗透系数可定量地说明岩石的渗透性能。岩石的渗透系数越大，表明其透水性 能越强。
◆地下水的沉积作用
地下水沉积作用包括机械和化学沉积。地下水的机械沉积 较少，只发生在地下河的较大洞穴中，其作用与河流沉积相似。 地下水的化学沉积是主要的，表现为溶解物质析出，其方式主 要有过饱和沉淀与置换沉淀两种。
◆岩溶作用的发育（影响）条件
是否具有溶蚀作用的地下水和可溶性岩石
1．岩石的可溶性——碳酸盐岩、卤化物、硫酸盐、 硼酸盐、钙质胶结的碎屑岩等。 2．岩石的透水性—— 裂隙发育程度、紧闭程度。 3．地下水的溶蚀力——所溶解的CO2的浓度。 4．地下水的流动特征——流速、流动方向。
◆常见的岩溶地形的类型及其形成过程
●吸湿水 又称强结合水，水分子与岩土颗粒表面之间的分子吸引力可达到几千甚 至上万个大气压，因此不受重力的影响，不能自由移动，密度大于1，不溶解盐 类，无导电性，也不能被植物根系所吸收。 ●薄膜水 又称弱结合水，它们受分子力的作用，但薄膜水与岩土颗粒之间的吸 附力要比吸湿水弱得多，并随着薄膜的加厚，分子力的作用不断减弱，直至向自 由水过渡。 ●毛管水 当岩土中的空隙小于1毫米，空隙之间彼此连通，就象毛细管一样，当 这些细小空隙贮存液态水时，就形成毛管水。 ●重力水 当含水层中空隙被水充满时，地下水分将在重力作用下在岩土孔隙中 发生渗透移动，形成渗透重力水。饱和水带中的地下水正是在重力作用下由高处 向低处运动，并传递静水压力。