第六章地下水的地质作用

1、第二篇动力地质作用,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,2,在漫长的地质历史中，地球每时每刻都处在不停的运动和变化之中，例如，地下深处高温高压的岩浆在向上运移，将深处的物质带向地球表层，使地球表层的物质成分发生变化 。地表物质在流水、重力的作用下，由高处带到低处堆积。 由自然动力引起的使地壳或岩石圈甚至整个地球的物质组成、内部结构和地表形态发生变化和发展的作用称为动力地质作用 。 产生地质作用的能量来自两个方面。一是来源于地球本身，主要有旋转能、重力能、热能、化学能，上述能源统称为内能；二是来源于地球以外的能源，主要有太阳辐射能和日月引力能等，这些来自地球以外的

2、能源统称为外能，外能造成大气降水并引起一系列与水的多种形式有关的地质作用营力环境(水气、地表径流、地下水、冰川、海洋与湖泊)和相应的地质作用。 内能引起的地质作用称为内动力地质作用，有构造运动及地震、岩浆活动作用和变质作用。外能引起的地质作用称为外动力地质作用。它包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用和沉积等多种过程 。,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,3,动力地质作用,第四章 风化作用,第五章 地面流水的地质作用,第六章 地下水的地质作用,第七章 冰川的地质作用,第八章 湖泊和沼泽的地质作用,第九章 海洋的地质作用,第十章 风的地质作用,外动力地质作用,内动力地

3、质作用,第十一章 构造运动,第十二章 火山活动与岩浆的侵入作用,第十三章 变质作用,第六章 地下水的地质作用,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,5,地下水的一般特征 地下水的类型及排泄 地下水的地质作用,地下水 指存在于地表以下松散堆积物或基岩空隙中的水,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,6,地下水长期在地下运动，可从岩石中获得大量可溶性的物质成分，使之成为成分复杂的溶液 。 地下水中含大量的离子、分子和化合物，其矿化度高。 地下水中常见的气体成分：O2、N2、CO2及H2S. 地下水中含量较高的7种离子: Cl- SO4-2

4、 HCO3- Na+ K+ Ca2+ Mg2+ 地下水中还含有大量的胶体物质：Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO2及以胶体形式存在的有机质,地下水的一般化学特征,第一节 地下水的一般特征,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,7,地下水运动的条件空隙及其连通,空隙度指一定体积岩石中空隙体积所占的比例 。地下水的分布、储量及运动均受岩石空隙的多少（空隙度）支配 。以n表示空隙度，VP表示空隙体积，V表示岩石体积，则n=VP/V 。,地下水的运动特点,空隙孔隙、洞穴、节理（裂隙）,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,8,地下水运动的

5、条件,透水性 岩石被水透过的性能。空隙较大，且相互连通的岩石，地下水可以在岩石中流动。有些岩石虽有很高空隙度，但空隙不连通的岩石和空隙过小，且连通性不好的粘土和泥岩，地下水也很难在其中流动。 能透水的岩层称透水层。洞隙大，且相互连通的石灰岩和白云岩以及孔隙大的砾石层和沙层是良好的透水层。 岩石阻挡水通过的性质称隔水性。具隔水性的岩层称隔水层。粘土岩、粉砂质泥岩及节理不发育的岩浆岩和块状变质岩可视为隔水层。,地下水的运动特点,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,9,地下水的运动方式,毛细水（结合水） 在毛细作用下运动的水。岩石颗粒表面和空隙壁面在静电吸引作用下，会

6、吸附水分子 。这类水束缚于颗粒表面及空隙壁面，不能在自身重力作用下运动。而且还可逆重力而运动（毛细运动）。 重力水 在自身重力作用下产生运动的水。在岩石和松散物质的空隙中，重力水在重力作用下产生运动称渗流(渗透) 。,地下水的运动特点,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,10,第二节 地下水的类型,包气带水 贴近地表的气态水、土壤颗粒水吸附毛细水分子。这些水虽可连结起来成为液体，但因是充填在细微的孔隙中而不能自由运动 。,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,11,潜水 位于第一个稳定隔水层以上的含在透水层中、能在重力作用下流动的地

7、下水 。此水层的水面称为潜水面。潜水面与地表面的形态具有相似性。,第二节 地下水的类型,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,12,承压水(层间水) 是指埋藏在两个隔水层之间的透水层中的地下水。它的运动受到上下隔水层的约束，具有水头压力即“水压” 。打井穿过上面的隔水层时，承压水就可向上涌出，成为“自流水”。,第二节 地下水的类型,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,13,承压水,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,14,三类地下水的运动方向 .包气带中的气态水和结合水很难运动，毛细水逆重力向上运动，

8、重力水从地表向下作垂向运动。 .潜水作近水平方向运动。从高处向低处流，从分水岭向谷底流，最后流入河流、湖泊、海洋，或以喷泉的形式出露地表。 .承压水从水头压力高处向水头压力低处运动。,第二节 地下水的类型,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,15,地下水与地表水及大气圈的交换（地下水的排泄） 含水层失去水量的过程称为地下水的排泄 地下水排泄的方式三种： 泉 地下水在地表以点状排泄的方式称为泉。泉的类型有多种 根据补给泉水的排泄动力分：上升泉（由承压水补给） / 下降泉（由潜水补给） 根据泉水的年平均温度与当地年均气温的差异分：冷泉 / 温泉 / 热泉 根据泉水的

9、矿化度特征：矿泉 泄流 地下水以线状形式向河流排泄。 当河流切割含水层时，地下水在水位差的压力作用下，向河床方向流动，补给河流。河床断面揭露的含水层的面积越大，泄流量就越大。 蒸发 地下水呈气体以面状形式向大气排泄。,当潜水埋藏较浅时，直接受到地面的大气温度湿度的影响。大气相对湿度较低时，毛细水带的水不断由液态转化为气态，逸入大气，此时潜水则源源不断地通过毛细作用上升补给，使蒸发不断进行。蒸发的结果，潜水面下降，盐分滞留并浓集在毛细水带的上缘；当降雨时，部分盐分则随下渗水一起进入潜水，使潜水的矿化度增高。,第二节 地下水的类型,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用

10、,16,上升泉,上升泉,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,17,间歇喷泉,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,18,下降泉,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,19,地下河,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,20,地下水与地表水（河流、湖泊、海洋）的动态交换体现了水圈作为统一体的相互作用关系 地下水呈气态与大气圈的动态交换体现了地球作为统一体，其外层各圈层之间的相互作用关系。,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,21,地下水在岩石孔

11、隙、裂缝中流动十分缓慢，动能较小，故而机械作用十分微弱。但由于地下水与岩石、矿物的接触时间长，加之溶有一定量的酸类物质(如H2CO3、H2SO4及有机酸)，对地下岩石、矿物具有强烈的溶解作用。就整个地下水的地质作用而言，以化学作用为主。,第三节地下水的地质作用,二、喀斯特作用（岩溶作用）,喀斯特： 指水流（主要指地下水）与可溶性岩石相互作用的过程及其所产生的各地质、地貌现象。 基本条件：喀斯特发育首先应具备具有溶蚀性水和具有可溶性岩石。 可溶性岩石：包括卤化物类岩石(岩盐、钾盐、镁盐等)，硫酸盐类岩石(石膏、芒硝)及碳酸盐类岩石(石灰岩、白云岩、大理岩)等。 地下水对可溶性岩石的溶解破坏作用称

12、为溶蚀作用，因为溶蚀作用在地表以下进行，故称为“潜蚀”。,第三节 地下水的地质作用,一、地下水的机械作用（略）,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,23,在包气带，地下水在可溶性岩石的裂缝中向下渗流，使裂缝不断加深加宽，形成石芽，石芽不断升高。在岩石成分较纯、岩层巨厚、岩层倾角平缓的可溶性岩石地区，石芽可高达几十米，远望宛如树林，称为石林。,石芽,第三节 地下水的地质作用,二、喀斯特作用（岩溶作用）,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,24,在包气带，地下水在可溶性岩石的裂缝中向下渗流，使裂缝不断加深加宽，石芽不断升高。在岩石成分

13、较纯、岩层巨厚、岩层倾角平缓的可溶性岩石地区，石芽可高达几十米，远望宛如树林，称为石林。规模较大者称为峰林。,峰林,第三节 地下水的地质作用,二、喀斯特作用（岩溶作用）,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,25,在包气带，地下水在可溶性岩石的裂缝中向下渗流，使裂缝不断加深加宽，形成石芽，石芽不断升高。在岩石成分较纯、岩层巨厚、岩层倾角平缓的可溶性岩石地区，石芽可高达几十米，远望宛如树林，称为石林。,石林,第三节 地下水的地质作用,二、喀斯特作用（岩溶作用）,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,26,在潜水面附近，地下水在重力作用下

14、沿层面、节理面和断裂带从高水位向低水位作近于水平方向的流动，常形成近于水平的洞穴称溶洞 。,第三节 地下水的地质作用,二、喀斯特作用（岩溶作用）,三类地下水的运动方向 .包气带中的气态水和结合水很难运动，毛细水逆重力向上运动，重力水从地表向下作垂向运动。 .潜水作近水平方向运动。从高处向低处流，从分水岭向谷底流，最后流入河流、湖泊、海洋，或以喷泉的形式出露地表。 .承压水从水头压力高处向水头压力低处运动。,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,27,溶洞呈形态复杂的管状和枝状发育延伸。 溶洞中地下水可以汇流成为地下暗河，溶洞的洞底就是地下暗河的河床。,第三节 地下

15、水的地质作用,二、喀斯特作用（岩溶作用）,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,28,在地壳长期稳定的地区，地表河岸附近的最低潜水面高程同于河流的枯水位高程，沿河流可见地下河出口位置与河流枯水位等高的现象。在此高程上溶洞得到最充分的发育，往往形成溶洞层（许多溶洞位于大致相同的高程上），溶洞层在平面上往往表现为不规则的串珠状。,第三节 地下水的地质作用,二、喀斯特作用（岩溶作用）,如果所在地区地壳抬升，地表河流的河床下切，河漫滩相对抬升成为阶地。潜水面也与地表水面一致地下降，于是溶洞层相对抬升，溶洞将成为干溶洞。因此，干溶洞层与同期的阶地一般具有大致相同的高程，它们

16、都反映所在地的地壳上升历史。,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,29,地面的落水洞,地面的落水洞,地面的落水洞,水平状的干溶洞,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,30,影响岩溶的因素：气候：a. 干旱少雨区，地下水补充不足, 潜蚀弱；b. 炎热潮湿多雨气候区：地下水补给充足，生物繁盛，分解CO2利于潜蚀，炎热气温高，化学反应速度快，潜蚀强烈。岩石：a. 岩性（主要是可溶性）：碳酸盐、硫酸盐、卤化物类最有利潜蚀 ；b.结构：空隙度大，连通性好，堆积松散，颗粒状均有利潜蚀。地质构造：断裂、破碎、褶皱发育、岩石产状平缓有利于潜蚀，岩

17、层倾斜陡峻不利于潜蚀。 构造运动：a.地壳相对上升：潜水面相对下降，落水洞、溶沟、石芽发育，但溶洞不发育; b.地壳相对稳定：溶洞发育，溶蚀洼地峰林、岩溶盆地、准平原化; c.地壳稳定上升稳定上升:形成多层溶洞（与河谷阶地意义相同）,第三节 地下水的地质作用,二、喀斯特作用（岩溶作用）,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,31,地下水的搬运作用,机械搬运作用微弱，仅在地下河中可见较明显的机械搬运，化学搬运作用强大，全世界每年23.4亿吨溶解物入海，大部分为地下水搬运。 地下水主要为化学搬运；地下水搬运的溶解物多为重碳酸盐，如Ca（HCO3）2 呈真溶液或胶体溶液

18、形式。,第三节 地下水的地质作用,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,32,三、地下水的化学沉积作用,地下水的机械沉积作用微弱，主要为化学沉积作用。 地下水发生沉积的主要机制溶液过饱和结晶。 Ca（HCO3）2 = CaCO3CO2H2O,第三节 地下水的地质作用,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,33,三、地下水的化学沉积作用,根据沉积部位的不同，地下水的化学沉积大致有以下几种情形： a. 裂隙沉积：地下水运行至较开阔的裂隙中时，由于围压下降，CO2逃逸，形成CaCO3沉积，沉积物形态受裂隙空间控制，往往呈脉状，常见有方解石脉

19、，石英脉等。在较紧闭的裂隙中，有时有铁、锰质沉淀下来，形成柏桠状的沉积物，貌似植物化石，称“假化石”。 b.洞穴沉积：含有Ca（HCO3）2的水溶液由岩石中的裂隙或断层流入地下洞穴中时，由于压力降低或温度升高（压力降低，温度升高都会使CO2降低、减少、逸出），使CaCO3沉淀，沉积物形态多为滴石形成的各种组合；石钟乳，石笋、石柱、石幔等。 c.泉口沉积：地下水携带着被溶解的碳酸盐物质渗流到泉口，由于压力减小，导致地下水中的二氧化碳逸出，碳酸氢钙被分解成碳酸钙而产生沉淀结晶，沉积物的总体形态受地形控制，成为铺展状，称为“石华”如“泉华”、“钙华”、“硅华” 。 d.交代沉积：地下水溶液对于埋藏地

20、下的有机质进行置换，造成埋藏生物体或生物的介壳的“石化”形成化石、硅化木等。,第三节 地下水的地质作用,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,34,裂隙沉积 树枝状铁锰氧化物酷似植物化石称“假化石”,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,35,洞穴沉积石钟乳,第三节 地下水的地质作用,三、地下水的化学沉积作用,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,36,洞穴沉积石钟乳,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,37,洞穴沉积石钟乳,四川峨眉紫澜洞,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,38,洞穴沉积溶洞滴石 石钟乳,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六章 地下水的地质作用,39,洞穴沉积石钟乳,2020/10/6,第二篇 动力地质作用 第六