地下水及其地质作.ppt

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1、第十三章 地下水及其地质作用,2011年2月,东华理工大学地球科学学院,第一节 地下水概述,地下水是埋藏在地表以下松散堆积物和岩石空隙中的水体。,地下水主要是由大气降水、地面流水、冰雪融水、湖泊水渗透到地下而形成的，称为渗透水。此外还有凝结水、埋藏水、原生水等。,第一节 地下水概述,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。,一、地下水的化学特征,第一节 地下水

2、概述,1.地下水运动的条件 地下水存于岩石(以及松散沉积物)的孔隙中，并在其中运动，因此岩石孔隙度的大小、形状、数量及连通情况，对地水的储量及运动特点有很大的影响。空隙度：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。即孔隙度=岩石中孔隙的体积/岩石总体积,二、地下水的运动,第一节 地下水概述,大多数岩石的空隙是连通的，因而地下水可在岩石中流动。,第一节 地下水概述,透水性：岩石被水透过的性能。隔水性：岩石阻挡水通过的性质。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

3、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。透水层：能透水的岩层。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。隔水层：具隔水性的岩层。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。,第一节 地下水概述,2.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

4、称渗流(渗透)。,第一节 地下水概述,三.地下水的补给与排泄1.含水层失去水量称排泄(drainage)，含水层 从外界获得水称补给(recharge)。流动的地下水称地下径流(run off）。它从 补给区向排泄区流动。2.补给来源：大气降水、地表水。3.地下水的露头：地下水的人工露头为井well，天然露头为泉 spring（上升急喷的泉即喷泉，重力向下者为下降泉）。台湾和云南有“蝴蝶泉”;南京有“珍珠泉”、“江南 第二泉”(南宋陆游题）;济南有“趵(bao)突泉”。,第二节 地下水的类型,一、地下水按照埋藏条件分为包气带水、潜水、承压水,1.包气带水（土壤水）,从地面到地下水面（潜水面）之

5、间的地带（包气带、不饱和带）所含的非重力地下水，以气态水、吸着水、薄膜水和毛细水等状态存在。,包气带与 饱水带,第二节 地下水的类型,2.潜水 埋藏在地面以下，在第一个隔水层之上，具有自由表面的重力水，称为潜水。,潜水的表面称为潜水面，随地形起伏而变化，具有潜水流。同时因季节变化而升降，雨季、旱季潜水面的不同而形成一个暂时饱和带。,第二节 地下水的类型,3.承压水（层间水）埋藏在地下两个隔水层之间的含水层中的水。当两个隔水层之间的含水层被水充满时，就是有了一定的静压力，称为承压水。,自流井当打井凿穿上部隔水层时，如果承压水的静水压力所达到的水头高度超过井口地面时，则自行喷溢出地表，形成自流井。

6、,第二节 地下水的类型,第二节 地下水的类型,不同季节的地下水水位,二、泉及其分类,地下水在地表的天然出露，叫做泉。,泉主要分布在山区、丘陵区的沟、谷中及山麓边缘，平原地区极为少见。,泉的分类：,1.根据成因分为：,接触泉；侵蚀泉 裂隙泉；断层泉；溶洞泉。,2.根据泉水运动的特点分为：,上升泉；下降泉。,二、泉及其分类,地下水在地表的天然出露，叫做泉。,泉主要分布在山区、丘陵区的沟、谷中及山麓边缘，平原地区极为少见。,泉的分类：,1.根据成因分为：,接触泉；侵蚀泉 裂隙泉；断层泉；溶洞泉。,2.根据泉水运动的特点分为：,上升泉；下降泉。,一般将泉水温度超过20的泉称为温泉。,温泉是地热异常的一

7、种显示方式，是地下热能的天然露头。,3.按泉水温度分为：,冷泉；温泉。,第三节地下水的地质作用,地下水在岩石孔隙、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,地下水在缓慢的运动过程中，不断对周围的岩石进行着破坏和改造，称为地下水的潜蚀作用。,可以分为：机械潜蚀作用和化学溶蚀作用。,一、机械潜蚀作用,地下水对岩石的冲刷破坏作用称为机械潜蚀作用。,由黄土、砂岩组成的地壳表层，经地下水（还

8、有地表水）长期机械潜蚀作用，形成与下面将要阐述的“岩溶”地区相似的地质发展过程，如黄土湿陷、丹霞地貌。称为“假岩溶”作用过程,二、化学溶蚀作用与岩溶现象,地下水对可溶性岩石的溶解破坏作用，称为化学溶蚀作用。,（一）岩溶现象,1.岩溶（喀斯特）是指可溶性岩石在地下水和地表水的共同破坏作用下，所形成的特殊地貌和水文网的总称。,2.典型的岩溶地貌有：溶沟与石芽；漏斗与落水洞；溶洞与地下河；岩溶谷地与天生桥；峰林。,石芽,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

9、石林。,石林,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。规模较大者称为峰林。,峰林,在潜水面附近，地下水在重力作用下沿层面、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。,在地下水携带着被溶解的碳酸盐物质渗流到开阔的溶洞、泉口以及扩大了的节理时，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。,落水洞:地表水沿近于垂直的裂隙向下溶蚀而成的直立或陡倾斜的洞穴，下接地下河或溶洞，是地表水转入地

10、下河或溶洞的通道。在两组直立的裂隙交汇处，落水洞最易形成。有时许多落水洞呈串珠状分布。,溶斗:又称漏斗，是小型洼坑。其平面呈圆形或椭圆形，直径一般由数十米到数百米；深度常为数米或数十米，最深可达400多米。纵剖面形态有碟状、锥状和井状等。,GROUNDWATER,KARST TOPOGRAPHY,Surface expression of the dissolution of limestone.,SINKHOLES,干谷（dry valley）和盲谷（blind valley）落水洞如果发育在河床中，它可吸收河水，使其转入地下，把河流截断。落水洞以上有水流的一段河谷继续受河水侵蚀使河床降低，

11、落水洞以下的河谷因断水遂转变成干谷，干谷谷底相对高起。,我国广西、贵州、云南等地是喀斯特十分发育的地区。,3.岩溶发育的条件,有可溶性岩石的存在，特别是产状平缓、裂隙发育的厚层石灰岩是岩溶发育的有利条件。,湿热的气候条件（水量丰富、具有流动性），尤其是在水中含有一定数量的CO2时，有较强的溶蚀能力。,喀斯特地貌KARST TOPOGRAPHY,第三节 地下水的搬运与沉积作用,一、地下水的机械搬运与沉积作用,由于地下水是在土壤、岩石裂隙中流动，流速极慢，因此搬运力极弱，沉积作用也极弱，一般仅形成小规模的洞穴碎屑沉积。,二、地下水的溶运与化学沉积作用,地下水流速慢，与岩石的接触面积大，作用时间长，

12、能充分的溶解其流经区的可溶性物质，因此地下水中含有较多的溶解物质，并随着地下水的运动而被搬运。,第三节 地下水的搬运与沉积作用,石灰岩地区中庞大的洞穴系统就是被地下水溶蚀搬运而形成的。,地下水的化学沉积主要分布在洞穴内、裂隙中和泉的出口处。常见的有以下几类：,1.石钟乳、石笋、石柱、石幔2.泉华3.模树石（假化石）、岩脉、矿脉,三、地下水的沉积作用,地下水的沉积作用以化学沉积作用为主，主要有以下两类:溶洞沉积（Karst cave deposit）热（温）泉沉积（Thermal spring deposit）,1.溶洞沉积（Karst cave deposit）富含Ca(HCO3)2的地下水，

13、沿着孔隙、裂隙渗入空旷的溶洞，由于温度、压力改变，CO2逸出，加之蒸发作用加强，就沉淀出CaCO3。水自洞顶下滴，边滴边沉淀，可形成自洞顶向下垂直生长的石钟乳(stalactite)。石钟乳横切面呈同心环带构造，核心常是空的。渗出水滴落洞底后，CaCO3就在洞底沉淀并向上生长形成石笋(stalagmite)。石笋的形态一般为岩锥状、塔状，横切面具有同心环带构造，是实心的。石钟乳与石笋长大后连成一体，称为石柱(stone pillar)。石钟乳、石笋、石柱合称为钟乳石(stalactite)。,石钟乳、石笋和石柱的形成过程,GROUNDWATER,CAVE DEPOSITS,此外，地下水沿着洞壁

14、裂隙成层状渗出，能沉积成石帘、石帷幕、石瀑布和石幔(curtain)等。,Jenolan Caves,AustraliaCourtesy of Jenn Murphy,2.热（温）泉沉积（Thermal spring deposit）热（温）泉水流出地表时，因压力降低、温度降低，地下水中的矿物质发生沉淀，沉淀在泉口的疏松多孔物质叫泉华。发生在温泉出口处，沉积物疏松多孔。钙质(CaCO3)的泉华称为钙华或石灰华(travertine)，硅质(SiO2)的泉华称为硅华(siliceous sinter)。,泉华可堆积成锥状、台阶状或扇状地貌。,(一)寻找地下水，促进工农业生产；(二)热水发电，取暖；(三)掌握岩溶的发育规律，确保工程安全。（四）水化学找矿；（五）旅游开发等。,第四节 地下水的研究意义,了解地下水、泉、地下热水的一般概念；掌握地下水的赋存、运动及类型；初步掌握地下水的潜蚀作用、沉积作用的基本原理及特征。,学习重点：,重点是地下水的赋存、运动及类型和地下水的潜蚀作用、溶蚀现象,作业及思考题：,1.透水层、不透水层、弱透水层分别包括哪些岩石？,2.绘图表示地下水的垂直分带及承压水的构造条件、水的运动。试说明找寻地下水的有利位置。,本章学习要求,3.我国桂林旅游区属于何种地貌？是怎样形成的？,