岩溶水的概念
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
岩溶水的类型
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。
岩溶水处理技术
岩溶水是指在石灰岩、白云岩等可溶性岩石中形成的地下水，其处理技术主要针对以下几个方面：
除铁、锰过量：
当岩溶水中铁、锰含量超标时，通常采用曝气-氧化-沉淀法进行处理。
首先通过曝气设备将空气中的氧气引入水中，使二价铁和二价锰氧化为三价形式，然后通过絮凝剂作用使其形成易于沉淀的氢氧化物，最后经过沉淀池或过滤器去除。
硬度处理：
岩溶水往往含有较高浓度的钙、镁离子导致硬度高。
处理方法可以是离子交换法，使用钠离子交换树脂或氢离子交换树脂来软化水质；或者通过石灰-纯碱（碳酸钠）法进行化学软化，生成碳酸钙和氢氧化镁沉淀后分离。
酸碱度调节：
对于pH值不适宜饮用或工业用途的岩溶水，可以通过添加碱性物质（如石灰乳）提高pH 值，或者加入酸性物质降低pH值，使之达到标准范围。
微生物污染控制：
如果岩溶水受到微生物污染，需进行消毒处理，常见的消毒方法包括氯化消毒、紫外线消毒、臭氧消毒等。
氟、砷等有毒有害元素处理：
若岩溶水中含氟、砷等超标，则需要特定的技术手段进行深度处理。
例如，对于氟污染，可用活性氧化铝吸附法、电渗析法或反渗透法进行脱氟；对于砷污染，可采用铁盐沉淀法、离子交换法或高级氧化工艺（如Fenton试剂氧化）去除。
矿化度及总溶解固体（TDS）调控：
对于矿化度过高的岩溶水，除了上述针对性的离子去除外，还可以采用反渗透膜技术进行淡化处理，有效减少水中的总溶解固体含量。
以上各种技术的应用需结合具体水源水质特点、处理目标以及经济效益综合考虑。
同时，在实际操作过程中，也需要注意处理设施的设计、运行维护以及处理后的废弃物处置等问题。
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
！ 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。
myliu86@
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
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。
第十二章岩溶水
12.1 岩溶发育的基本条件与影响因素 12.2 岩溶水系统的演变（差异溶蚀与地下河系化） 12.3 岩溶发育与岩溶水的分带性 12.4 岩溶水的特征 12.5 我国南北方岩溶及岩溶水的差异
概述
1.岩溶：水对可溶岩石进行化学溶解，伴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。也叫喀斯特。 岩溶可以划分为地表岩溶和地下岩溶。
注意：经过白云岩化后的岩石，孔隙度可以增大到百分之十几（由 于白云岩化使岩石体积变小）；在裂隙不发育的条件下孔隙对岩溶发 育起控制作用，多形成岩溶中等发育、比较均一的岩溶含水层。 2.岩石的透水性： 1）碳酸盐岩的透水性确定因素： a.碳酸盐岩形成时的原生孔隙：孔隙度小，孔隙细，连通不好，对透水 性的作用不大； b.成岩后形成的次生裂隙：包括风化裂隙和构造裂隙。尤其是后者对透 水性起决定性作用。 2）各类碳酸盐岩中构造裂隙发育及岩溶透水性特点： a.厚层质纯灰岩：构造裂隙发育很不均匀，比较稀疏、宽而长。各部分 的透水性差别大。有利于形成大型岩溶洞穴，岩溶发育极不均匀。 b.中薄层灰岩：构造裂隙往往发育密集、短小而均匀，连通性好的层面 裂隙尤其发育，有利于形成溶蚀比较均匀的岩溶含水层。但由于厚度 所限，且一般含杂质较多，因此，岩溶发育均匀而不强烈。 c. 泥质灰岩：具有比较强的塑性，形成的裂隙张开宽度比较小，延伸 性也比较差，不溶的泥质充填裂隙会阻碍水的循环流动，不利于岩溶 的发育。
2.岩溶水：赋存并运移于岩溶化岩层中的水称为岩溶水。
3.岩溶水作用：岩溶水在流动过程中不断扩展介质的空隙，改变其形状， 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。
4.岩溶水总体特点：
岩溶水的利用
岩溶水的利用
岩溶水是指储存在岩溶洞穴中的地下水。
岩溶地区地下水资源丰富，目前主要的开发利用方式有4种，分别为：表层岩溶泉蓄引取水、地下河巷道截水、地下河堵洞成库、钻井取水。
其中，表层岩溶泉蓄引取水是指受表层岩溶带补给的泉水，其形成主要是西南岩溶山区地表和近地表附近，四大圈层（大气、水、岩石、生物）交汇，碳-水-钙循环活跃，岩溶动力作用强烈，导致地表和近地表附近岩溶发育强烈，岩溶发育深度一般在几米至几十米之间，相对于下伏致密灰岩，表层岩溶带含水透水性强，降水入渗后，地下水沿表层岩溶带与下伏基岩交界面径流，在表层岩溶带变薄或地形转折处出露成泉。
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。
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岩溶水的概念
岩溶水是指在岩层中流动、穿透和溶蚀的水，也称为溶蚀水。
岩溶水对地表和地下岩石的溶蚀作用十分重要，是形成溶洞、地下河流、地下水系等岩溶地貌和地下水资源的重要因素之一。
岩溶水的形成是由于地下水与溶蚀性的岩层接触并溶解而产生的。
溶解作用是岩溶水的基本特征之一，它指的是溶质溶于溶剂形成溶液的过程。
在岩溶水中，主要的溶解作用是碳酸盐岩中的碳酸钙溶解，导致溶洞和其他岩溶地貌的形成。
一个岩溶水系统通常由三个主要组成部分组成：供水区、传递区和排水区。
供水区指的是源头区域，也就是岩溶水的来源，一般是地表水、降水或者田地中的水体。
传递区是指岩溶水在岩石中穿透和传输的部分，可以是地表或地下的空隙和裂缝、地下河流或者水下洞穴。
排水区是指岩溶水通过地下河流或者渗透进入地下水系统的部分。
岩溶水对地表和地下的岩石有着很强的溶蚀能力。
碳酸盐岩由于其含有可溶性的碳酸钙晶体，容易受到岩溶水的溶解作用。
溶解作用会加速岩石的侵蚀和溶解，形成各种形状的洞穴和通道。
随着时间的推移，这些洞穴和通道会逐渐扩大，形成复杂的地下洞穴系统。
世界上一些著名的岩溶地貌，如中国的桂林喀斯特地貌、美国的卡尔斯巴德洞穴、马来西亚的槟岛洞穴等，都是由岩溶水的溶蚀作用形成的。
此外，岩溶水还对地下水资源的形成和补给有着重要的影响。
岩溶山区通常有着丰富的地下水资源，这是因为岩溶水可以通过地下洞穴和裂缝快速地储存和传输水分。
这些地下水资源对于人类生活和农业生产是至关重要的。
总的来说，岩溶水是在岩层中流动、穿透和溶蚀的水。
岩溶水通过溶解作用形成各种形状的洞穴和通道，造成了岩溶地貌的形成。
此外，岩溶水还对地下水资源的形成和补给起着重要的作用。
深入研究岩溶水的形成和作用机制，对于认识地貌演化和水资源管理具有重要的意义。