11.第十一章 地下水地质作用

埋藏在地表以下，存在于岩石和地表松散堆积物的孔隙、裂隙及溶洞中的水，统称为地下水。全球地下水分布面积达1.3×108km2，，总水量8300000km3，占全球总水量的0.59%，它是重要的淡水来源，占淡水量的22%。地下水地质作用1.地下水的来源地下水主要来源于大气降水，其次为地表水。地下水还可能在沉积岩形成的时候就将水保留下来，一直埋藏在沉积岩内；这一部分水又称为原生水；岩浆活动也可以释放一部分水分，并保留在岩层中，这是一种矿质化泉水，称为初生水；在沿海地区，海水通过岩石向陆地渗透，这也是地下水的一种来源。一、地下水的储运特点及类型2.地下水的存在形式地下水也有三态，其中以液态为主。在岩层或土壤中，液态地下水又以吸着（湿）水、薄膜水、毛细水和重力水等形式存在。赋存条件：岩石中的空隙（孔隙、裂隙和溶穴）是地下水储运的场所。空隙率和连通性决定了岩石储运地下水的能力。透水层：地下水易通过的岩层，如砂岩、砾岩等含水层：能透过相当数量水并含有相当数量水的岩层，如砾岩、砂岩、灰岩层等。隔水层：基本上不能透过水的岩层，如泥岩等。3.地下水的赋存条件4.地下水的分带地下水分带：包气带（以气态水和结合水为主，以垂直运动为主）饱水带（以重力水为主，以近水平运动为主）图6-3包气带与饱水带5.地下（重力）水的类型重力水的特征：1.上层滞水:包气带局部隔水层之上积聚的具有自由水面的重力水。2.潜水:饱水带中第一个隔水层之上的具有自由表面的重力水,以水平运动为主。3.潜水面:第一个隔水层之上的重力水所具有的自由水面,随地形、季节变化。承压水：充满在两个隔水层中的重力水。泉水：地下水的天然露头，常为上层滞水和潜水，少数为承压水。上层滞水泉天然喷泉6.地下水的补给和排泄含水层或含水系统从外界获得水量的过程称为补给，失去水量的过程称为排泄，水分由补给处向排泄处的运移过程称为径流。地下水的补给来源最重要的是大气降水，其次为地表水。地下水通过补给河湖而排泄，也可通过植物蒸发、人工抽取等方式排泄，还有自流井和泉也是其排泄方式。1.地下水的潜蚀作用定义：地下水在运动过程中对周围岩石的破坏作用。分为机械潜蚀（仅在地下河中明显）和化学潜蚀作用（又称岩溶作用）。可溶性岩石分布区在地下水的作用下，形成的独特地形称岩溶地形或称喀斯特地形。二、地下水的地质作用1）岩石的可溶性：应为可溶性岩类（石灰岩、大理岩、白云岩等）。2）岩石的透水性：岩石的空隙率、连通性等。3）地下水的溶蚀能力：二氧化碳的含量、水的饱和状态、压力、温度等。4）地下水的流动特征：是否流动、流速快慢等。2.岩溶作用的发育条件3.岩溶作用的分带性及主要岩溶地形地表及包气带:垂直运动为主石芽石林峰丛峰林孤峰-平原溶沟溶蚀洼地落水洞溶蚀漏斗饱水带:水平运动为主溶洞暗河地下湖。岩溶作用的发展阶段1.从地表到地下:溶沟-石芽石林峰丛溶蚀漏斗落水洞溶蚀洼地2.从地下到地表:溶洞－暗河（坍塌）峰林孤峰-平原。3.总体上的演化过程可以概括为：石芽石林峰丛峰林孤峰-平原(无地下水)秭归界垭岩溶地貌-石牙岩溶地貌－石林峰丛峰林桂林山水（峰丛）落水洞实例——广西乐业天坑群地下喀斯特地貌岩溶地形示意图溶洞落水洞落水洞漏斗溶沟4.岩溶作用发育阶段早期：多在地表形成石芽、溶沟、溶蚀漏斗、落水洞等；地下则形成独立的溶洞。中期：地下溶洞的发展和逐渐归并形成洞穴系统，潜水面附近的溶洞可形成暗河；地表可形成大型溶蚀洼地和峰林。晚期：岩溶盆地不断扩大，乃至形成溶蚀平原，溶蚀平原上残留有残丘和孤峰。地下水搬运作用的特点：地下水的运动特征是流量小、流速缓慢，故地下水的搬运方式以溶运为主；当地下河中有较大水量时，机械搬运能力较大，特点与河流相似。化学搬运作用的特点：成分取决于流域的岩石成分、风化程度和气候特征。主要以各种离子和胶体物质最为常见。5.地下水的搬运作用6.地下水的沉积作用化学沉积作用：地下水所溶物质，常因压力、水分蒸发、二氧化碳逸出等原因，过饱和而沉积。常见的化学沉积物：1.溶洞滴石（石钟乳、石笋、石柱和石幔）；2.泉华；3.空隙和裂隙沉积物（方解石脉、硅化木等）。溶洞滴石的形成过程北京房山石花洞溶洞滴石石钟乳、石笋、石柱和石幔张家界黄龙洞石钟乳和石笋湖南绥宁龙宫洞石钟乳、石笋和石柱湖北长阳和尚洞石笋泉华定义：泉口附近，泉水中的矿物发生沉淀形成的沉积物称为泉华。类型：按照成分可以分为钙华，硅华，硫华形态：常见锥状、台阶状地形泉华实例——四川九寨沟神仙池裂隙和孔隙沉积物定义：饱含矿物质的地下水在裂隙和孔隙中渗流，当环境改变时发生沉淀，形成的沉积物。类型：方解石脉，石英脉等等，还可以见到铁锰质在紧密裂隙中沉淀形成的薄膜。（常被认为是化石）石英脉锰膜—假化石交代沉积物定义：地下水中的含矿物质与埋藏在沉积物中的生物遗体进行物质交换，使得矿物在生物遗体中沉淀形成的一种特殊的化石举例：硅化木硅化木6.地下水的沉积作用机械沉积作用：经短距离搬运后，地下水中的溶蚀残余堆积物在洞穴低洼处的沉积（多为富铁、铝的粘土）及溶洞坍塌与地下河带来的碎屑物构成的溶洞角砾沉积。7.古岩溶与地壳运动岩溶发育阶段的周期性循环，随着地壳运动的发生而变迁：一次地壳的阶段性抬升，可以在一个地区发育一套相应的岩溶产物。而不同高程上出现的一套岩溶产物，标志着该地区曾经发生过相应的地壳运动。本章重点内容地下水的类型（上层滞水、潜水、承压水）地下水的分带（包气带和饱水带）及岩溶地形岩溶作用发育的条件常见的溶洞滴石类型及特点