岩溶水的类型
水文地质学课件 12岩溶水
12.0 概述12.1 岩溶发育机理12.2 影响岩溶发育的因素12.3 岩溶水系统的演变12.4 岩溶水的特征12.5 我国南北方岩溶水的差异12.0 概述12.0.1 岩溶与岩溶水【定义】地下水和地表水对可溶性岩石进行化学溶解，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”。
赋存并运移于岩溶化岩层中的水称为“岩溶水”。
介质的可溶性以及水对介质的差异性溶蚀；岩溶水在流动过程中不断改造着自己的赋存与运动的环境，从而改造着自身的补给、径流、排泄与动态特征。
岩溶水系统是一个能够通过水与介质相互作用不断自我演化的动力系统。
（动态系统）演化初期：岩溶水系统往往与裂隙水系统没有很大的不同演化后期：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，某种程度上带有地表水的特征：空间分布极不均一，时间上变化强烈，流动迅速，排泄集中。
水量丰富的岩溶含水系统是理想的供水水源。
岩溶区的奇峰异洞与大泉是宝贵的旅游资源。
但是……12.1 岩溶发育机理溶滤作用的强度回忆1）矿物盐类的溶解度；2）岩土的空隙特征；3）水的溶蚀能力；4）水中气体成分的含量；5）水的流动状况。
12.1 岩溶发育机理岩溶发育的基本条件：1）具有可溶性岩石； 2）可溶岩必须是透水的；3）具有溶蚀能力的水；4）具有良好的水循环交替条件，即具有良好的地下水补给、径流、排泄条件。
最活跃最积极的条件是地下水的循环交替条件，它受控于气候、地形地貌、地质结构、地表非可溶岩覆盖及植被发育条件等。
12.1.1 碳酸岩盐的溶蚀过程1）与水接触的石灰岩，在偶极水分子作用下发生溶解：-++⇔2323CO Ca CaCO 2）水中存在由碳酸、有机酸、无机酸等酸类所解离的H +，与CO 32－结合成HCO 3－，使①右边的CO 32－不断减少而破坏平衡，进而促进CaCO 3的再度溶解。
第十二章 岩溶水综述
第十二章岩溶水一、名词解释1．岩溶：水对可溶岩进行化学溶解，并伴随以冲蚀作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表形成各种独特的地貌以及特殊的水文现象称为岩溶。
2．岩溶水：赋存并运移于岩溶化岩层中的水。
3．混合溶蚀效应：两种不同含量二氧化碳的饱和碳酸钙溶液混合后会变为不饱和而重新具有侵蚀性，这种现象称为混合溶蚀作用。
二、填空1．岩溶可划分为地表岩溶和地下岩溶。
2．常见的地下岩溶形态有溶孔、溶蚀裂隙、溶洞和管道。
3．岩溶发育应具备的四个条件为：可溶岩的存在、可溶岩必须是透水的、具有侵蚀性的水以及水是流动的。
4. 可溶岩一般有卤化物岩、硫酸盐岩和碳酸盐岩三类。
5. 保证岩溶发育的充要条件是水的流动性。
6. 岩溶的发育基本上可划分为三个阶段：起始阶段、快速发展阶段及停滞衰亡阶段。
7. 在一个裸露碳酸盐岩层中，岩溶发育与地下水流动是相适应的。
地下水的流动系统可以区分为非饱和流动系统、局部流动系统与区域流动系统。
三、判断题1．水中二氧化碳含量愈高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强。
（√）2．巨厚的纯灰岩有利于形成大型岩溶洞穴，其主要原因是成分较纯，而不是构造裂隙的发育。
（×）3．碳酸镁的溶解度比碳酸钙大，所以白云岩岩溶发育。
（×）4．地下水二氧化碳主要来源于大气，其次是土壤中产生的二氧化碳。
（×）5．水的流动是保证岩溶发育的最活跃最关键的因素。
（√）6．地下水径流强烈，地下水的侵蚀性愈强，可溶岩中留下的空洞的总体积便愈大。
（√）7．断层带往往也是岩溶集中发育处，此处透水性良好，流线密集。
（√）8．在一个裸露碳酸盐岩层中，局部流动系统，岩溶最为发育。
（√）9．在区域流动系统中，地下水流动时间长，对碳酸盐溶蚀时间长，所以区域流动系统岩溶最发育。
（×）10．岩溶水与孔隙水和裂隙水相比其分步更不均匀。
（√）11．我国南方地下多发育较为完整的地下河系，北方地下多为溶蚀裂隙、溶孔和少量溶洞。
第13章 岩溶水
第3节 岩溶(yánróng)水特征
岩溶介质(jièzhì)中的地下水流动
运动特征： 1、层流与紊流共生
2、有压与无压共存
3、运动方向的不同步 （局部与整体不一致）
4、缺乏统一的区域(qūyù)地 下水水位
共四十七页
雨季情况下
第3节 岩溶 水特征 (yánróng)
三、岩溶水的补给、排泄(páixiè)与动态
山泉、郭庄泉、广胜寺胜泉、龙子祠泉，支撑了山西盆地的工农 业发展
3、广西桂林山水甲天下，奇特岩溶景观；云南路南石林，壮观与气 势，让游客流连忘返
共四十七页
第1节 岩溶发育(fāyù)的基本条件
二、学习岩溶水的意义
岩溶水的奇特又常使人无奈，出现一些消极作用，如：
1、我国华北地区大多数煤矿煤层(méicéng)下伏为灰岩承压含水层， 承压水头高，带来了开采的巨大风险
水几乎没有机械搬运能力，岩溶发展比较缓慢。
2、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。
表现为：形成地下洞穴、地表的溶斗、落水洞、溶蚀洼地、地 下河流
3、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。
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→…
岩溶发展过程实质是介质的非均质化过程与水流的集中过程 岩溶发展速度划分为三个阶段：起动阶段、快速发展阶段、停滞衰 亡阶段
共四十七页
第2节 岩溶水系统(xìtǒng)的演变
1、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(bǐjiào)狭小，地下
特殊地质的水文情况分析
特殊地质的水文情况分析
场地地下水与地表水连通性较好，主要为孔隙水、承压水和基岩裂隙水。
岩溶水四类。
孔隙水主要赋存于第四系人工填土层中，人工填土透水性中等，主要受降雨补给，其水量相对较小，粉（砂）质粘土及残积土（砂岩），残积土（大理岩）含水性相对差，可视为相对隔水层；承压水主要赋存于第四系冲洪积粉细砂及中粗砂中，主要受孔隙潜水及地表水径流补给，砂层透水性中等～强，其含水量相对较多，是主要的含水层；基岩裂隙水主要赋存于中～微风化岩裂隙中和构造破碎带中，接受上覆空隙潜水和地下径流补给，其富水性及导水性受断裂构造控制，具各向异性。
岩溶水富水程度与岩溶发育程度密切相关，一般在断层切割或紧靠断层处、河流及河谷侵蚀切割处、地下水排泄区等强岩溶发育带为岩溶水富集地段，从垂直方向看，一般在当地侵蚀基准面以下30m范围浅部岩溶强发育带为岩溶水富集地带。
场地地下水埋深较浅，勘查期间实测地下水位埋深1.0～5.9m,平均埋深4.22m，高程在25.26m～31.64m，参考工程区附近已有的工程勘查资料中的水文观测资料，本场地地下水位年变化幅度为0.5m～2m。
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。
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
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
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
！ s d an
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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
myliu86@
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
e r u fut
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
岩溶水的特征
2．水动力分带
岩溶区存在着四个水动力带：充气带、季节变动带、完全饱水 带和深饱水带。前二者水动态呈不稳定状态，水流性质多呈重力 梯度流；后两者的动态较稳定，多呈压力梯度流。在不同地区， 这四个水动力带的优势和组合是有差异的，如在峰林、峰丛地区， 充气带和季节变动带比较深厚，在岩溶平原则很薄。
3．水动力分带的意义
b. 时间动态的不稳定性不仅表现在补给期动态上，而且还反应在 消耗期动态上。
c. 用调节系数γ（或称非稳定系数）表示时间动态的不稳定性：
tt1
Qmax Qmin
Qmax表示t时间最大流量，Qmin表示t1时间最小流量。按时间 区分，分为多年、年、季等调节系数，一般用年调节系数的较多。
峰林、峰丛岩溶区的地下河出口流量年调节系数正常值为50~200，
三、岩溶水循环的动力特征
1．循环系统的调蓄能力
当在一段时间内，无大气降水有效渗入补给，但在输出端仍有 流量消耗时，表明以前的输入量对流量起着滞缓调节释放作用， 这个时期水的动态就称为消耗期水动态。如果这种状况持续时间 较长，说明系统的调蓄能力较强。
当一段时间内，有大气降水有效渗入补给时，流量、水位回 升，这个时期水的动态就称为补给期水动态。
第二节 岩溶水的基本特征与分类
一、岩溶水的基本特征 1．空间分布的不均匀性
主要归因于含水介质的结构、构造在三度空间上的非均质性 和渗透性的各向异性，形成溶蚀优势方向的岩溶发育强于其他方 向。如洞穴或管道发育方向，就代表溶蚀优势方向，这个方向的 渗透性比原生孔隙大100万倍，比溶蚀扩大的节理和层面大100倍。
表16 岩溶水水位动态稳定性程度
Δh（米） 稳定性
<=1~2 极稳定
2~5 稳定
5~10 较稳定
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岩溶水的类型
岩溶水是指在岩石中或岩层间流动的水，因为长时间的浸润和侵蚀作用，常常具有特殊的物理、化学和生物学性质。
根据其来源、成分和性质的不同，可将岩溶水分为以下几类：
1. 雨水：雨水是最常见的岩溶水之一，它是由于大气中水蒸气的凝结而形成的，不含盐分和矿物质。
2. 地表水：地表水是指地表径流、泉水、湖泊和水库等，它们与大气和土壤接触，所以含有一定的矿物质和盐分。
3. 地下水：地下水是通过岩石裂缝、孔隙、断层等透水性较好的地层流动而形成的水，它的含盐量和矿物质含量较高。
4. 硅酸盐水：硅酸盐水是指含有较高浓度的碳酸钙、石灰和硅酸盐的岩溶水，这种水在与岩石接触时容易发生化学反应，形成石灰岩、洞穴和地下河等地貌。
5. 硫酸盐水：硫酸盐水含有较高浓度的硫酸盐，是一种具有强腐蚀性的酸性水体。
这种水对岩石的侵蚀作用很大，可以形成石漠化和岩溶溶洞。
6. 矿泉水：矿泉水是指含有一定量的矿物质和微量元素的天然水体，经常被用来治疗和预防疾病。
它们常常是地下水和硅酸盐水的混合物。
总之，岩溶水的类型繁多，每种类型都具有不同的成分、性质和应用价值。
对岩溶水进行分类研究，有助于深入了解其形成、演化和利用规律，为岩溶地区的水资源管理和环境保护提供科学依据。