巖溶發(fā)育規(guī)律(干貨分享)

1、,巖溶發(fā)育規(guī)律(干貨分享),2,第十一章 巖溶水,概述 巖溶發(fā)育的基本條件 巖溶水系統(tǒng)的演變 巖溶水特征 我國南北方巖溶及巖溶水差異,3,巖溶對(duì)大多數(shù)人來說都不陌生，巖溶現(xiàn)象對(duì)許多人來說是很神密的（含部分專業(yè)人員），巖溶現(xiàn)象的壯觀奇特，巖溶水的神出鬼末，有著積極的一面： 濟(jì)南泉城世界著名：蘊(yùn)育滋養(yǎng)了該城文明與發(fā)展 山西自北向南沿太行山脈的名泉：晉祠泉，娘子關(guān)泉，洪山泉，郭莊泉，廣勝寺勝泉，龍子祠泉，是山西盆地的工農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要支柱 廣西桂林山水甲天下，奇特巖溶景觀 云南的路南石林，壯觀與氣勢，讓游人流漣忘返,第1節(jié) 概 述,4,山水甲天下的桂林,九馬山,煙雨漓江,塔山,象鼻山,5,巖溶水的奇特

2、又使人無可耐何消積不利,華北的大多數(shù)煤層，下伏O2灰?guī)r水承壓水頭之高，帶來開采風(fēng)險(xiǎn)巨大 云南、廣西、貴州省巖溶山區(qū)，缺水嚴(yán)重，阻礙發(fā)展，生活赤貧現(xiàn)象 巖溶區(qū)的庫水滲漏，處理困難 在基本建設(shè)中，地下施工，燧道施工困難重重,金沙江溪洛渡 水電站庫區(qū) 巖 溶 洞 穴,6,第1節(jié) 概 述,巖溶 水對(duì)可溶巖石進(jìn)行化學(xué)溶解，并伴隨以沖蝕作用及重力崩坍，在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各種獨(dú)特的地貌現(xiàn)象以及特殊的水文現(xiàn)象，上述作用及由此產(chǎn)生的各種現(xiàn)象稱為巖溶。 巖溶水 賦存并運(yùn)移于巖溶化巖層中的水。 巖溶水系統(tǒng) 能夠通過水與介質(zhì)相互作用不斷自我演化的動(dòng)力系統(tǒng)。,7,第2節(jié) 巖溶發(fā)育的基本條件,基本條件

3、巖石的可溶性 巖石的透水性 水的溶蝕性 水的流動(dòng)性,碳酸鹽巖：灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、白云巖； 結(jié)構(gòu)：豹皮灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r，厚層狀，薄層狀,裂隙發(fā)育（初始裂隙）巖溶系統(tǒng) 斷層發(fā)育決定了溶洞形成,8,開放體系中的方解石溶解的基本物理化學(xué)模式,水中碳酸平衡：H2CO3, HCO3- CO32-,CO2,CO2( eq),H2O,H2CO3,HCO3-,H+,CO32 -,Ca2+,HCO3-,第一條途徑： 水與氣,第二條途徑： 水與固,9,12.1 巖溶發(fā)育的基本條件,在上述模式中： 第一條途徑（水與氣） 增加 H+ 第二條途徑則產(chǎn)生 CO32- 結(jié)果：增加 Ca2+ HCO3- CO2的

4、參與是巖溶發(fā)育的另一重要前提，也是影響因素之 CO2來源：淺層大氣與土壤層，深部來源尚無定論 4. 水的流動(dòng)性 地下水的循環(huán)交替是巖溶發(fā)育的充分必要條件 其作用：不斷更替補(bǔ)充具侵蝕性的水；將溶解與侵蝕的物質(zhì)帶走-留下空洞（巖溶）,10,影響因素 構(gòu)造作用 控制構(gòu)造裂隙的發(fā)育而影響可溶巖透水性 控制水的匯集與主要通路而影響地下水流動(dòng) 氣候 總體決定著一個(gè)區(qū)域的植被與土壤，而植被土壤又是地下水中CO2的主要來源 。,第2節(jié) 巖溶發(fā)育的基本條件,11,第2節(jié) 巖溶發(fā)育的基本條件,12,第2節(jié) 巖溶發(fā)育的基本條件,13,第2節(jié) 巖溶發(fā)育的基本條件,14,碳酸鹽巖溶解反應(yīng)綜合模式圖,第2節(jié) 巖溶發(fā)育的基

5、本條件,15,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,地下水對(duì)介質(zhì)的改造 巖溶演化的正反饋過程 不均勻介質(zhì)不均勻水流差異性溶蝕更不均勻的介質(zhì)更不均勻的水流進(jìn)一步的差異性溶蝕 上述過程的實(shí)質(zhì)是介質(zhì)的非均質(zhì)化過程與水流的集中過程。 巖溶發(fā)展速度劃分為三個(gè)階段：,16,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,起動(dòng)階段 ： 地下水對(duì)介質(zhì)以化學(xué)溶蝕作用為主，水流通道比較狹小，地下水幾乎沒有機(jī)械搬運(yùn)能力，巖溶發(fā)展比較緩慢。 隨著水流越來越集中的正反饋機(jī)制的加強(qiáng)，巖溶演化加快。當(dāng)主體通道的寬度達(dá)到550mm時(shí)，紊流開始出現(xiàn)，地下水開始具有一定機(jī)械搬運(yùn)能力，巖溶演化便進(jìn)入快速發(fā)展階段。,17,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,18,第3節(jié) 巖溶

6、水系統(tǒng)的演變,快速發(fā)展階段 ： 地下水流對(duì)介質(zhì)的改造由化學(xué)溶蝕變?yōu)闄C(jī)械侵蝕與化學(xué)溶蝕共存，機(jī)械侵蝕變得愈益重要。 地下出現(xiàn)各種規(guī)模的洞穴。 地表形成溶斗及落水洞，并以它們?yōu)橹行男纬筛鞣N規(guī)模的洼地，差異集降水。 隨著介質(zhì)導(dǎo)水能力迅速提高，地下水位總體下降，新的地下水面以上洞穴干涸，失去進(jìn)一步發(fā)展的動(dòng)力。,19,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,通道爭奪水流的競爭變得更加劇烈。 不同地下河系發(fā)生襲奪，地下河系不斷歸并，流域不斷擴(kuò)大。 停滯衰亡階段 隨著地下水位的總體下降和水力坡度的逐漸降低，地下水的溶蝕能力逐漸降低甚至消失，巖溶發(fā)育呈停滯狀態(tài)。,20,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,21,結(jié)果 1、介質(zhì)改造愈強(qiáng)

7、烈，機(jī)械破壞也愈強(qiáng) 2、介質(zhì)改造后，地下巖體中出現(xiàn)各種規(guī)模洞穴 3、地表形成溶斗，落水洞以及各種規(guī)模的洼地，匯集降水 4、介質(zhì)導(dǎo)水能力增加，地下水位總體下降，水面以上巖體或洞穴失去進(jìn)一步發(fā)展的水動(dòng)力條件 5、地下河系發(fā)生襲奪，河系歸并，地下河系的流域不斷擴(kuò)大,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,22,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,地下水流動(dòng)系統(tǒng)與巖溶發(fā)育的空間特征 處于同一氣候條件下構(gòu)造開啟程度不同的巖溶含水系統(tǒng)可能由于種種原因地下水徑流交替條件不同而具有不同的巖溶發(fā)育程度。 巖溶含水系統(tǒng)在可溶巖之上無隔水層覆蓋，有利于按受降水補(bǔ)給與徑流排泄，流線最為密集，巖溶最為發(fā)育。愈靠近排泄區(qū)流線愈密集，巖溶愈發(fā)育，

8、排泄區(qū)斷層附近的流線最為密集，巖溶也最發(fā)育。 巖溶含水系統(tǒng)上覆隔水層且斷層不導(dǎo)水，除了石灰?guī)r裸露區(qū)淺部有短程地下水徑流，巖溶有一定發(fā)育外，深部地下水不發(fā)生徑流，無巖溶發(fā)育。,23,巖溶水系統(tǒng)演變過程,與介質(zhì)改造同步四個(gè)過程 1、巖溶發(fā)育初期流動(dòng)系統(tǒng) 2、局部巖溶水系統(tǒng)形成 3、巖溶水系統(tǒng)的襲奪 4、統(tǒng)一的地下水河系的形成 發(fā)育：垂直落水洞，溶斗，過水溶洞（無水） 常年有水地下河道,演變過程圖示,24,巖溶水系統(tǒng)演變過程,甲河,乙河,甲河,乙河,A) 巖溶發(fā)育初期 B)局部巖溶水系統(tǒng)發(fā)育階段,25,巖溶水系統(tǒng)演變過程,26,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,27,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,28,第3節(jié)

9、巖溶水系統(tǒng)的演變,29,補(bǔ)給型河谷深巖溶分帶及水動(dòng)力圖,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,30,排泄型河谷深巖溶分帶及水動(dòng)力圖,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,31,河谷地下水與巖溶發(fā)育,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,32,巖溶管道水流地質(zhì)模型,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,33,庫區(qū)地下水連通試驗(yàn)圖示,第3節(jié) 巖溶水系統(tǒng)的演變,34,第4節(jié) 巖溶水特征,巖溶含水介質(zhì)的特征 是尺寸不等的空隙構(gòu)成的多級(jí)次空隙系統(tǒng)； 尺度不等的空隙彼此之間存在著不同程度的水力聯(lián)系，構(gòu)成宏觀上具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的巖溶含水介質(zhì)。,35,第4節(jié) 巖溶水特征,36,第4節(jié) 巖溶水特征,巖溶水運(yùn)動(dòng)特征 孤立水流與具有統(tǒng)一地下水面的巖溶含水系統(tǒng)并存

10、 層流與紊流并存 溶洞、暗河中的巖溶水為紊流運(yùn)動(dòng)。 有壓流與無壓流交替并存 明流與伏流并存 一般具有吸水（接受降水補(bǔ)給）能力、排水（泉和徑流）能力強(qiáng)，徑流速度大的特點(diǎn)。,37,第4節(jié) 巖溶水特征,巖溶水的補(bǔ)給、排泄與動(dòng)態(tài) 補(bǔ)給來源 大氣降水 地表水 鄰近含水層地下水 洞穴凝結(jié)水 補(bǔ)給方式 直接補(bǔ)給 間接補(bǔ)給,38,排泄 最大特點(diǎn)是集中排泄 動(dòng)態(tài) 裸露型巖溶潛水：水位變化強(qiáng)烈，且缺乏滯后。 埋藏型巖溶承壓 水：動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，受降水影響較小，但有明顯的滯后效應(yīng)。 例如：云南四營煤礦噴水洞暗河，一般雨后12-24小時(shí)內(nèi)流量顯著增大，為6214.9 L/S，水位升高，水變混濁，延續(xù)2-3天。旱季最小流量為

11、367.5L/S，二者相差16.9倍。,第4節(jié) 巖溶水特征,39,第4節(jié) 巖溶水特征,40,第4節(jié) 巖溶水特征,分帶性特征 水平分帶 垂直分帶 巖溶水的徑流具有明顯 的分帶性：即帶（包 氣帶）、帶（水位季 節(jié)變化帶）帶（飽水 帶）和帶（深部循環(huán) 帶），如右圖示。 水質(zhì)變化小，礦化度低，但容易受污染,41,巖溶水的富水特征：富水性空間分布極不均勻，具有明顯的方向性。 水平方向：同一巖溶含水層，水平方向相距幾十米甚至幾米，富水性的差異 為數(shù)倍甚至數(shù)十倍。例如：廣東凡口礦區(qū)0m標(biāo)高中段的坑道中施工兩個(gè)水 平放水孔，相距0.3m，平行鉆進(jìn)壺天群石灰?guī)r中，孔深47m，一個(gè)孔出水量 50L/S，另一孔出水

12、量0.5 L/S。,第4節(jié) 巖溶水特征,42,垂直方向：同一巖溶含水層，垂直方向的富水性很不均一。例如：凡口礦區(qū) 20m標(biāo)高以上，富水性強(qiáng)，單位涌水量1.55-5.10L/S.m； 20m標(biāo)高以下， 富水性弱，單位涌水量0.0076L/S.m； 巖溶發(fā)育朝斷裂破碎帶的延伸方向時(shí)透水性好，垂直巖溶發(fā)育方向透水性差。,第4節(jié) 巖溶水特征,43,第5節(jié) 我國南北方巖溶及巖溶水差異,我國南北方巖溶及巖溶水的差異源于地域性因素的差異性。 巖溶介質(zhì)差異 巖溶發(fā)育程度與形態(tài)差異 巖溶泉?jiǎng)討B(tài)差異 影響南北方巖溶發(fā)育及巖溶水系統(tǒng)的因素,44,以秦嶺淮河為界，南、北方巖溶有明顯的差異。 北方地區(qū)：氣候干旱少雨，巖

13、溶區(qū)的碳酸巖鹽成層薄，常夾有泥質(zhì)、硅質(zhì)，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下，形成密 集、短小、均勻的溶隙。 此地區(qū)以溶隙水為主，分布較均勻，水位埋深大，具有統(tǒng)一的地下水位，動(dòng)態(tài)變化小（如圖示）。,第5節(jié) 我國南北方巖溶及巖溶水差異,45,太行山山區(qū)巖溶水剖面示意圖,第5節(jié) 我國南北方巖溶及巖溶水差異,46,山西洪洞廣勝寺泉流量動(dòng)態(tài)圖,第5節(jié) 我國南北方巖溶及巖溶水差異,47,南方地區(qū)：氣候濕熱多雨，巖溶區(qū)發(fā)育有塊狀厚層純凈碳酸巖， 水中CO2含量高，以溶洞水為主，水量豐富，多集中于溶洞之中，洞之間有溶隙相連，區(qū)域上具有統(tǒng)一的地下水位，水動(dòng)態(tài)變幅大。西南地區(qū)：第三紀(jì)末長期上升，補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)的水頭差越來越大（水力坡度越來越大），沖蝕作用強(qiáng)烈，發(fā)育地下暗河（如下圖示），水量豐富，暗河之間連通性差，多不具統(tǒng)一地下水位，水動(dòng)態(tài)受降水影響易產(chǎn)生暴漲暴落。,第5節(jié) 我國南北方巖溶及巖溶水差異,48,第5節(jié) 我國南北方巖溶及巖溶水差異,49,第5節(jié) 我國南北方巖溶及巖溶水差異,50,第5節(jié) 我國南北方巖溶及巖溶水差異,51,第5節(jié) 我國南北方巖溶及巖溶