1、 第13章 岩溶水概述概述岩溶发育的基本条件岩溶发育的基本条件岩溶水系统的改造与演变岩溶水系统的改造与演变岩溶水特征岩溶水特征我国南北方岩溶及岩溶水差异我国南北方岩溶及岩溶水差异 13.1 概 述岩溶作用）岩溶作用）水对可溶性岩石进行化学溶解，并伴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，地在下形成随以冲蚀作用及重力崩坍，地在下形成大小不等的空洞，在地表造成各种独特大小不等的空洞，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。作用及由此产生的各种现象称为岩溶。岩溶水岩溶水 赋存并运移于岩溶化赋存并运移于岩溶
2、化karstification岩层中的水喀斯特水，岩层中的水喀斯特水，karst water）。）。岩溶水系统岩溶水系统 岩溶水与介质相互作用不断自我演化岩溶水与介质相互作用不断自我演化的动力系统。的动力系统。13.1 13.1 概概 述述化学溶蚀地表化学溶蚀地下石钟乳）地表鲁乃石林冲刷-暗河出口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。洞底总面积37000平方米，其中辉煌大厅面积在1000平方米以上。洞内竖井甚多，一般深1530m。北方相对比较均匀，溶蚀裂隙为主，局部管道，少量暗河。沿背斜发育的长度1466.3 岩溶水系统的改造与演变南方和北方以秦岭淮河
3、为界；接近排泄区水流密集，渗透流速大，溶蚀强烈，发育岩溶管道。13.新构造运动分析与水化学分析辨识分水岭的发育：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，地在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。岩溶含水系统上覆隔水层且断层不导水，除了石灰岩裸露区浅部有短程地下水径流，岩溶有一定发育外，深部地下水不发生径流，无岩溶发育。碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩13.以下通过流网中流线的稀密程度推断岩溶空间分布特征冲刷-暗河出口冲刷-暗河出口-30m深处重力坍塌 13.2 岩溶发育的基本条件基本条件基本条件岩石的可溶性岩石的
4、可溶性碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩方解石与白云石的比例方解石与白云石的比例泥质、硅质等杂质泥质、硅质等杂质岩石的透水性岩石的透水性水的溶蚀性水的溶蚀性弱酸：弱酸：CaCO3-H2O-CO2体系体系 饱和指饱和指数数SICCO2来源：大气、土壤、地壳深部来源：大气、土壤、地壳深部强酸强酸 13.2 13.2 岩溶发育的基本条件岩溶发育的基本条件 13.2 13.2 岩溶发育的基本条件岩溶发育的基本条件n水的流动性水的流动性(循环交替条件循环交替条件)n补充新的补充新的CO2n混合溶蚀作用混合溶蚀作用n影响因素影响因素n构造作用构造作用 n控制构造裂隙的发育而影响可溶岩
5、透水性控制构造裂隙的发育而影响可溶岩透水性n控制水的汇集与主要通路而影响地下水流动控制水的汇集与主要通路而影响地下水流动 13.2 13.2 岩溶发育的基本条件岩溶发育的基本条件n杨立铮杨立铮1985年统计：年统计：n 中国南方总长中国南方总长4912.3km的的929条地下河中，条地下河中，沿断裂带发育的长度沿断裂带发育的长度2402.7km，占，占49%n 沿背斜发育的长度沿背斜发育的长度1466.5km，占，占29.8%n 沿向斜发育的长度沿向斜发育的长度1043.1km，占，占21.2%13.2 岩溶发育的基本条件n气候气候n总体决定着一个区域的植被与土壤，而植被土壤总体决定着一个区域
6、的植被与土壤，而植被土壤又是地下水中又是地下水中CO2的主要来源的主要来源。n南北方岩溶的差异南北方岩溶的差异 13.3 岩溶水系统的改造与演变地下水与介质的相互作用地下水与介质的相互作用地下水对介质的作用：地下水对介质的作用：溶蚀溶蚀机械侵蚀机械侵蚀重力坍塌重力坍塌介质对地下水的作用介质对地下水的作用 不均匀水流不均匀水流混合作用混合作用地下水与介质的相互作用地下水与介质的相互作用 不均匀介质不均匀介质不均匀水流不均匀水流差异性溶差异性溶蚀蚀更不均匀的介质更不均匀的介质更不均匀的水流更不均匀的水流进一步的差异性溶蚀进一步的差异性溶蚀 上述过程的实质是介质的非均质化过上述过程的实质是介质的非均
7、质化过程与水流的集中过程。程与水流的集中过程。13.3 岩溶水系统的改造与演变岩溶发展速度划分为三个阶段：岩溶发展速度划分为三个阶段：起动阶段起动阶段：地下水对介质以化学溶蚀作用为主，水流通道比地下水对介质以化学溶蚀作用为主，水流通道比较狭小，地下水几乎没有机械搬运能力，岩溶发较狭小，地下水几乎没有机械搬运能力，岩溶发展比较缓慢。展比较缓慢。随着水流越来越集中，岩溶演化加快。当主体通随着水流越来越集中，岩溶演化加快。当主体通道的宽度达到道的宽度达到550mm时，紊流开始出现，地下时，紊流开始出现，地下水开始具有一定机械搬运能力，岩溶演化便进入水开始具有一定机械搬运能力，岩溶演化便进入快速发展阶
8、段。快速发展阶段。13.3 岩溶水系统的改造与演变w快速发展阶段快速发展阶段：w地下水流对介质的改造由化学溶蚀变为机械侵蚀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。与化学溶蚀共存，机械侵蚀变得愈益重要。w地下出现各种规模的洞穴。地下出现各种规模的洞穴。w地表形成溶斗及落水洞，并以它们为中心形成各地表形成溶斗及落水洞，并以它们为中心形成各种规模的洼地，差异集降水。种规模的洼地，差异集降水。w随着介质导水能力迅速提高，地下水位总体下降，随着介质导水能力迅速提高，地下水位总体下降，新的地下水面以上洞穴干涸，失去进一步发展的新的地下水面以上洞穴干涸，失去进一步发展
9、的动力。动力。13.3 岩溶水系统的改造与演变n通道争夺水流的竞争变得更加剧烈。通道争夺水流的竞争变得更加剧烈。n不同地下河系发生袭夺，地下河系不断归并，不同地下河系发生袭夺，地下河系不断归并，流域不断扩大。流域不断扩大。n停滞衰亡阶段停滞衰亡阶段n 随着地下水位的总体下降和水力坡度的逐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。失，岩溶发育呈停滞状态。13.3 岩溶水系统的改造与演变 13.3 岩溶水系统的改造与演变 13.3 岩溶水系统的改造与演变主干与东支在向斜核主干与东支在向斜核部部12条支流沿
10、横张裂隙条支流沿横张裂隙发育发育干流上中游宽几米干流上中游宽几米几几十米，下游宽几十米十米，下游宽几十米最小流量最小流量4m3/s 13.3 岩溶水系统的改造与演变地下水系统与岩溶发育的空间特征地下水系统与岩溶发育的空间特征处于同一气候条件下构造开启程度不同处于同一气候条件下构造开启程度不同的岩溶含水系统可能由于种种原因地下的岩溶含水系统可能由于种种原因地下水径流交替条件不同而具有不同的岩溶水径流交替条件不同而具有不同的岩溶发育程度。发育程度。岩溶含水系统在可溶岩之上无隔水层覆岩溶含水系统在可溶岩之上无隔水层覆盖，有利于接受降水补给与径流排泄，盖，有利于接受降水补给与径流排泄，流线最为密集，岩
11、溶最为发育。愈靠近流线最为密集，岩溶最为发育。愈靠近排泄区流线愈密集，岩溶愈发育，排泄排泄区流线愈密集，岩溶愈发育，排泄区断层附近的流线最为密集，岩溶也最区断层附近的流线最为密集，岩溶也最发育。发育。13.3 岩溶水系统的改造与演变n岩溶含水系统上覆隔水层且断层不导水，除岩溶含水系统上覆隔水层且断层不导水，除了石灰岩裸露区浅部有短程地下水径流，岩了石灰岩裸露区浅部有短程地下水径流，岩溶有一定发育外，深部地下水不发生径流，溶有一定发育外，深部地下水不发生径流，无岩溶发育。无岩溶发育。n 以下通过流网中流线的稀密程度推断岩溶以下通过流网中流线的稀密程度推断岩溶空间分布特征空间分布特征n 13.3
12、岩溶水系统的改造与演变 13.3 岩溶水系统的改造与演变 13.3 岩溶水系统的改造与演变新构造运动对岩溶发育的影响新构造运动对岩溶发育的影响山区：山区：构造稳定期，岩溶发育形成管道构造稳定期，岩溶发育形成管道-洞穴系洞穴系统；统；构造隆升期，无法形成管道构造隆升期，无法形成管道-洞穴系统；洞穴系统；构造的间隙性隆升与稳定停顿交替，形构造的间隙性隆升与稳定停顿交替，形成多层管道成多层管道-洞穴系统，以及多级同期阶洞穴系统，以及多级同期阶地台面或者地形剥蚀面；地台面或者地形剥蚀面；河间地块：河间地块：管道管道-洞穴系统的发育会使分水岭消失，洞穴系统的发育会使分水岭消失，导致水库渗漏导致水库渗漏
13、13.3 13.3 岩溶水系统的改造与演变岩溶水系统的改造与演变地壳只是短期稳定，后持续隆升，则发育2个分流的局部水流系统。控制构造裂隙的发育而影响可溶岩透水性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。峰林、峰丛、溶蚀洼地、溶斗、落水洞、竖井；3 岩溶水系统的改造与演变有的为狭窄的地下走廊，有的为宽阔的地下大厅。2 岩溶发育的基本条件3 岩溶水系统的改造与演变第13章 岩溶水13.地壳只是短期稳定，后持续隆升，则发育2个分流的局部水流系统。辽宁本溪水洞-大型地下暗河型岩溶洞穴北方相对比较均匀，溶蚀裂隙为主，局部管道，少量暗河。碳酸盐岩、硫
14、酸盐岩、卤化物岩3 岩溶水系统的改造与演变3 岩溶水系统的改造与演变北方相对比较均匀，溶蚀裂隙为主，局部管道，少量暗河。13.3 13.3 岩溶水系统的改造与演变岩溶水系统的改造与演变w地壳长期处于稳定阶段，河间地块容易形成管道地壳长期处于稳定阶段，河间地块容易形成管道-洞穴系统，使分水岭消失；洞穴系统，使分水岭消失；w地壳只是短期稳定，后持续隆升，则发育地壳只是短期稳定，后持续隆升，则发育2个分流个分流的局部水流系统。分水岭地带水流循环途径长，渗的局部水流系统。分水岭地带水流循环途径长，渗透流速小，溶蚀微弱，以微弱的溶蚀裂隙为主，保透流速小，溶蚀微弱，以微弱的溶蚀裂隙为主，保留弱渗透性留弱渗
15、透性“屏障屏障”；接近排泄区水流密集，渗透；接近排泄区水流密集，渗透流速大，溶蚀强烈，发育岩溶管道。流速大，溶蚀强烈，发育岩溶管道。w新构造运动分析与水化学分析辨识分水岭的发育：新构造运动分析与水化学分析辨识分水岭的发育：w 分水岭存在：分属的分水岭存在：分属的2个不同水流系统水化学差个不同水流系统水化学差异大；异大；w 分水岭不存在，低侧的泉水中存在高侧河水及地分水岭不存在，低侧的泉水中存在高侧河水及地下水的混合化学成分下水的混合化学成分 13.3 13.3 岩溶水系统的改造与演变岩溶水系统的改造与演变w库区地下水连通试验图示库区地下水连通试验图示 13.4 13.4 岩溶水特征岩溶水特征岩
16、溶含水介质的特征岩溶含水介质的特征 是尺寸不等的空隙构成的多级次空隙是尺寸不等的空隙构成的多级次空隙系统；系统；尺度不等的空隙彼此之间存在着不同尺度不等的空隙彼此之间存在着不同程度的水力联系，构成宏观上具有统一程度的水力联系，构成宏观上具有统一水力联系的岩溶含水介质。水力联系的岩溶含水介质。前南斯拉夫雅德罗岩溶泉流量中：管道前南斯拉夫雅德罗岩溶泉流量中：管道-洞穴释出水量洞穴释出水量17.4%，溶蚀裂隙，溶蚀裂隙7.3%，其他其他75.3%贵州普定后寨地下河出口流量中：管道贵州普定后寨地下河出口流量中：管道-洞穴释出水量洞穴释出水量3.21%，溶蚀裂隙，溶蚀裂隙9.6%，其他其他87.19%1
17、3.4 岩溶水特征 13.4 13.4 岩溶水特征岩溶水特征岩溶水运动特征岩溶水运动特征 孤立水流与具有统一地下水面的岩溶含孤立水流与具有统一地下水面的岩溶含水系统并存水系统并存层流与紊流并存层流与紊流并存有压流与无压流交替并存有压流与无压流交替并存 13.4 13.4 岩溶水特征岩溶水特征 13.4 岩溶水特征n明流与伏流并存明流与伏流并存n岩溶水的补给、排泄与动态岩溶水的补给、排泄与动态 n补给来源补给来源n大气降水大气降水n地表水地表水n邻近含水层地下水邻近含水层地下水n洞穴凝结水洞穴凝结水n补给方式补给方式n直接补给直接补给n间接补给间接补给 13.4 岩溶水特征n排泄排泄n 最大特点
18、是集中排泄最大特点是集中排泄n动态动态n裸露型岩溶潜水：水位变化强烈，且缺乏滞后。裸露型岩溶潜水：水位变化强烈，且缺乏滞后。n埋藏型岩溶承压埋藏型岩溶承压 水：动态稳定，受降水影响较小，水：动态稳定，受降水影响较小，但有明显的滞后效应。但有明显的滞后效应。13.4 岩溶水特征 13.4 岩溶水特征 13.4 13.4 岩溶水特征岩溶水特征 13.4 13.4 岩溶水特征岩溶水特征汇水范围大，汇水范围大，流程远，远源流程远，远源于近源水错峰于近源水错峰降水不同步，降水不同步，有错峰有错峰补给区有覆盖补给区有覆盖层，滤波作用层，滤波作用 13.4 岩溶水特征分带性特征分带性特征水平分带水平分带垂直
19、分带垂直分带水质变化小，矿化度低，但容易受污染水质变化小，矿化度低，但容易受污染 13.5 13.5 我国南北方岩溶及岩溶水差异我国南北方岩溶及岩溶水差异南方和北方以秦岭淮河为界；南方和北方以秦岭淮河为界；南北方岩溶及岩溶水的差异源于地域性因素的差异性。南北方岩溶及岩溶水的差异源于地域性因素的差异性。岩溶发育程度与形态差异岩溶发育程度与形态差异南方岩溶发育典型：南方岩溶发育典型：峰林、峰丛、溶蚀洼地、溶斗、落水洞、竖井；峰林、峰丛、溶蚀洼地、溶斗、落水洞、竖井；管道、地下河系等十分发育管道、地下河系等十分发育北方岩溶北方岩溶 地表溶沟，山地常态山），少见落水洞地表溶沟，山地常态山），少见落水洞
20、 管道，少量暗河管道，少量暗河 13.5 13.5 我国南北方岩溶及岩溶水差异我国南北方岩溶及岩溶水差异南方暗河南方暗河贵州绥阳双河洞贵州绥阳双河洞 总长度总长度100km，居中国第一，亚洲第二。有，居中国第一，亚洲第二。有4层洞和层洞和5条地下河。洞穴相对最高层洞穴与最低层洞穴的高差条地下河。洞穴相对最高层洞穴与最低层洞穴的高差为为240m；旱洞、水洞并存；洞宽一般；旱洞、水洞并存；洞宽一般1020m，最，最宽宽40m余；各层洞高一般余；各层洞高一般10m以上，最高以上，最高60m余；洞余；洞内竖井甚多，一般深内竖井甚多，一般深1530m。最深达。最深达75m；有的为；有的为狭窄的地下走廊，
21、有的为宽阔的地下大厅。洞穴中常狭窄的地下走廊，有的为宽阔的地下大厅。洞穴中常有地下暗河流过，在洞穴的陡立之处形成地下瀑布，有地下暗河流过，在洞穴的陡立之处形成地下瀑布，在低洼地段则形成地下水塘。是一个结构异常复杂的在低洼地段则形成地下水塘。是一个结构异常复杂的网络状洞穴系统。网络状洞穴系统。13.5 13.5 我国南北方岩溶及岩溶水差异我国南北方岩溶及岩溶水差异n重庆武隆洞重庆武隆洞n 二王洞二王洞-三王洞洞穴系统，总长三王洞洞穴系统，总长62kmn 芙蓉洞：主洞全长芙蓉洞：主洞全长2500米，底宽米，底宽1215米以上，米以上，最宽最宽69.5米；洞高一般米；洞高一般825米，最高米，最高4
22、8.3米；洞米；洞底总面积底总面积37000平方米，其中辉煌大厅面积在平方米，其中辉煌大厅面积在1000平方米以上。平方米以上。13.5 13.5 我国南北方岩溶及岩溶水差异我国南北方岩溶及岩溶水差异北方暗河北方暗河京西著名旅游景区银狐洞已探明长度超过京西著名旅游景区银狐洞已探明长度超过10公里，游公里，游览长度览长度5公里，地下河长公里，地下河长1公里，容积超过公里，容积超过20万立方米万立方米,是一个巨型的地下溶洞群，是北方最大的洞穴系统之是一个巨型的地下溶洞群，是北方最大的洞穴系统之一一 辽宁本溪水洞辽宁本溪水洞-大型地下暗河型岩溶洞穴大型地下暗河型岩溶洞穴 太子河从洞口太子河从洞口20
23、0米处流过，下游注入辽河入海。米处流过，下游注入辽河入海。总长总长3000m。洞口坐南朝北，高于太子河面。洞口坐南朝北，高于太子河面13米，米，洞身向山里延伸，长度洞身向山里延伸，长度3000余米，面积余米，面积3600多平方多平方米，容积米，容积40万余立方米。洞内钟乳石、石笋、石柱、万余立方米。洞内钟乳石、石笋、石柱、石华、石幔均发育石华、石幔均发育 13.5 13.5 我国南北方岩溶及岩溶水差异我国南北方岩溶及岩溶水差异岩溶介质差异岩溶介质差异南方高度管道化和强烈不均匀，暗河十南方高度管道化和强烈不均匀，暗河十分发育分发育北方相对比较均匀，溶蚀裂隙为主，局北方相对比较均匀，溶蚀裂隙为主，
24、局部管道，少量暗河。部管道，少量暗河。岩溶泉动态差异岩溶泉动态差异 南方岩溶泉对降水响应十分灵敏，流量南方岩溶泉对降水响应十分灵敏，流量季节变化很大，最大和最小流量比大于季节变化很大，最大和最小流量比大于100.北方岩溶大泉汇水范围可达数千北方岩溶大泉汇水范围可达数千Km2，流量稳定。流量稳定。13.5 13.5 我国南北方岩溶及岩溶水差异我国南北方岩溶及岩溶水差异影响南北方岩溶发育及岩溶水系统的因影响南北方岩溶发育及岩溶水系统的因素素岩性：南方大套巨厚到块状纯碳酸盐岩，岩性：南方大套巨厚到块状纯碳酸盐岩，形成的裂隙稀疏但宽大；北方成层较薄，形成的裂隙稀疏但宽大；北方成层较薄，常夹泥质和硅质，形成的裂隙密集均匀常夹泥质和硅质，形成的裂隙密集均匀但短小。但短小。构造：南方较紧密褶皱构造：南方较紧密褶皱 北方宽缓褶皱北方宽缓褶皱气候：南方湿热，雨量大，植被土壤发气候：南方湿热，雨量大，植被土壤发育育 北方干燥，雨量小北方干燥，雨量小
