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1、第第十十章岩溶水章岩溶水第一节第一节 岩溶发育基本条件和影响岩溶发育基本条件和影响因素因素第二节第二节 岩溶含水介质的演化和分岩溶含水介质的演化和分带性带性第三节第三节 岩溶水的特征岩溶水的特征第四节第四节 我国岩溶充水矿井主要水我国岩溶充水矿井主要水文地质问题文地质问题岩溶岩溶对大多数人来大多数人来说都不陌生，都不陌生，岩溶岩溶现象象对许多人来多人来说是很神密的（含部分是很神密的（含部分专业人人员），岩溶），岩溶现象的壮象的壮观奇特，岩奇特，岩溶水的神出鬼末，有着溶水的神出鬼末，有着积极的一面极的一面： 济南泉城南泉城世界著名：世界著名：蕴育滋养了育滋养了该城文明与城文明与发展展 山西自北向
2、南沿太行山脉的名泉：山西自北向南沿太行山脉的名泉：晋祠泉，娘子关泉，晋祠泉，娘子关泉，洪山泉，郭庄泉，广洪山泉，郭庄泉，广胜寺寺胜泉，泉，龙子祠泉，是山西盆地子祠泉，是山西盆地的工的工农业发展的主要支柱展的主要支柱 广西桂林山水甲天下，奇特岩溶景广西桂林山水甲天下，奇特岩溶景观 云南的路南石林，壮云南的路南石林，壮观与气与气势，让游人流游人流涟忘返忘返山水甲天下的桂林山水甲天下的桂林v 九九马山山 烟雨漓江烟雨漓江 塔山塔山 象鼻山象鼻山 岩溶水的奇特又使人无可奈何岩溶水的奇特又使人无可奈何消极不利消极不利n 华北的大多数煤北的大多数煤层，下伏，下伏O2灰岩水承灰岩水承压水水头之高，之高，带来
3、开采来开采风险巨大巨大 n 云南、广西、云南、广西、贵州省岩溶山区，缺水州省岩溶山区，缺水严重，阻碍重，阻碍发展，生活赤展，生活赤贫现象象 n 岩溶区的岩溶区的库水渗漏，水渗漏，处理困理困难在基本建在基本建设中，地下中，地下施工，燧道施工困施工，燧道施工困难重重重重岩溶（喀斯特）岩溶（喀斯特）-水流与可溶岩石相互作用的过程以及由此水流与可溶岩石相互作用的过程以及由此产生的地表地下地质现象组合。产生的地表地下地质现象组合。岩溶作用岩溶作用-化学溶解、沉淀、水流冲蚀、重力崩塌、生物溶化学溶解、沉淀、水流冲蚀、重力崩塌、生物溶蚀、机械破坏与沉积蚀、机械破坏与沉积典型岩溶地貌典型岩溶地貌-地表地表：石
4、林、孤峰、落水洞、波立谷石林、孤峰、落水洞、波立谷等等 地下地下：溶孔、溶洞、暗河溶孔、溶洞、暗河等。等。岩溶水（喀斯特水）岩溶水（喀斯特水）：赋存和运移在岩溶化地层中的地下水。：赋存和运移在岩溶化地层中的地下水。 空间上分布集中，时间分布不均匀，变化迅速， 水质淡，易污染。第一节第一节 岩溶发育基本条件和影响岩溶发育基本条件和影响因素因素一、岩溶发育的基本条件一、岩溶发育的基本条件发育的基本条件育的基本条件 （水与岩土两大（水与岩土两大类） 1、岩石的可溶性、岩石的可溶性 可溶岩的成分与可溶岩的成分与结构是控制岩溶构是控制岩溶发育的内因育的内因溶解度：溶解度：卤盐硫酸硫酸盐碳酸碳酸盐碳酸碳酸
5、盐岩：灰岩、白云岩：灰岩、白云质灰岩、灰灰岩、灰质白云岩、白云岩；白云岩、白云岩； 结构：豹皮灰岩，生物碎屑灰岩，厚构：豹皮灰岩，生物碎屑灰岩，厚层状，薄状，薄层状状 2、岩石的透水性、岩石的透水性裂隙裂隙发育（初始裂隙）育（初始裂隙）岩溶系岩溶系统 断断层发育决定了育决定了溶洞形成溶洞形成 如，云南丘北六郎河有三条如，云南丘北六郎河有三条规模巨大的暗河流向六郎洞泉，模巨大的暗河流向六郎洞泉，这三条暗河都是沿大断三条暗河都是沿大断层发育的育的3、水的侵水的侵蚀性性？ ？ 从开放体系中的平衡（碳酸）从开放体系中的平衡（碳酸）过程来分析程来分析 4、水的流、水的流动性性开放体系中的方解石溶解的基本
6、物理化学模式开放体系中的方解石溶解的基本物理化学模式水中碳酸平衡：水中碳酸平衡：H2CO3, HCO3- CO32- CO2 CO2( aq)H2OH2CO3 HCO3- H+ CO32- Ca2+ HCO3- 大气液相固相第一条途径：第一条途径： 水与气水与气 第二条途径：第二条途径： 水与固水与固 CaCO3+H2O+CO2Ca2+2HCO3-CO2的参与是岩溶发育的另一重要前提，也是影响因素之一。的参与是岩溶发育的另一重要前提，也是影响因素之一。CO2来源：浅层来源：浅层大气与土壤层大气与土壤层 增加增加 H + 产生产生CO32-一、岩溶发育的基本条件一、岩溶发育的基本条件4、水的流、
7、水的流动性性 地下水的循地下水的循环交替是岩溶交替是岩溶发育的充分必要条件育的充分必要条件 其作用：其作用：不断更替不断更替补充具侵充具侵蚀性的水；将溶解与侵性的水；将溶解与侵蚀的的物物质带走走-留下空洞（岩溶）留下空洞（岩溶） 二、影响岩溶发育的因素二、影响岩溶发育的因素气候气候- 通过补给影响水流条件。通过补给影响水流条件。地形条件地形条件-有利于汇集降水的地方。有利于汇集降水的地方。水文水文-水流集中处溶蚀作用非常强烈。水流集中处溶蚀作用非常强烈。岩性构造岩性构造-岩溶发育的两个必要条件。岩溶发育的两个必要条件。水交替条件水交替条件-最活跃的因素，控制上述各因素。最活跃的因素，控制上述各
8、因素。 可溶岩与非可溶岩相间分布时，在接近下伏非可可溶岩与非可溶岩相间分布时，在接近下伏非可溶岩的界面上，可溶岩中岩溶格外发育。溶岩的界面上，可溶岩中岩溶格外发育。二、影响因素二、影响因素第二节第二节 岩溶含水介质的演岩溶含水介质的演化和分带性化和分带性一、岩溶发育的分异作用一、岩溶发育的分异作用 岩溶水与孔隙水裂隙水最大的不同，就是其介岩溶水与孔隙水裂隙水最大的不同，就是其介质可以可以被改造，水流特征不断被改造，水流特征不断变化，介化，介质特征也不断特征也不断变化。化。可溶岩中的裂隙系统经溶蚀作用改造示意图 溶蚀前溶蚀后演化：溶隙演化：溶隙溶道溶道溶道系统溶道系统过程程 水流愈来愈集中在少数
9、通道中，少数通道水流愈来愈集中在少数通道中，少数通道则优先先发展展为溶洞溶洞 介介质改造改造过程也称程也称为差异性溶差异性溶蚀改造改造过程，其程，其结果水果水流不断集中从而构造成流不断集中从而构造成为岩溶水系岩溶水系统地下河系化地下河系化 在在这样的的过程中，中后期伴随着程中，中后期伴随着机械破坏机械破坏过程程 溶溶蚀破坏与失破坏与失稳破坏破坏- 垮塌物塌物质部分由水流携部分由水流携带而走而走 大型溶洞形成中机械破坏起重要作用大型溶洞形成中机械破坏起重要作用岩溶洞穴形成地下水流对介质的改造地下水流对介质的改造岩溶水系统演变过程岩溶水系统演变过程甲河甲河乙河乙河甲河甲河乙河乙河局部局部岩溶水岩溶
10、水系统发育阶段系统发育阶段岩溶发育初期岩溶发育初期岩溶水系统演变过程岩溶水系统演变过程甲河甲河乙河乙河甲河甲河乙河乙河岩溶水系统岩溶水系统的袭夺的袭夺统一统一地下河系地下河系的形成的形成结果果 1、介、介质改造愈改造愈强烈，机械破坏也愈烈，机械破坏也愈强 2、介、介质改造后，地下岩体中出改造后，地下岩体中出现各种各种规模洞穴模洞穴 3、地表形成溶斗，落水洞以及各种、地表形成溶斗，落水洞以及各种规模的洼地，模的洼地，汇集降水集降水 4、介、介质导水能力增加，地下水位水能力增加，地下水位总体下降，水面体下降，水面以上岩体或洞穴失去以上岩体或洞穴失去进一步一步发展的水展的水动力条件力条件 5、地下河
11、系、地下河系发生生袭夺，河系，河系归并，地下河系的流并，地下河系的流域不断域不断扩大大二、岩溶发育和岩溶水赋存的优势方位 1.厚层质纯灰岩分布区厚层质纯灰岩分布区2.断裂及其交汇部位断裂及其交汇部位3.可溶岩与非可溶岩交接面附近可溶岩与非可溶岩交接面附近4.硫化矿床氧化带硫化矿床氧化带5.河谷区深岩溶发育河谷区深岩溶发育二、岩溶发育和岩溶水赋存的优势方位 三、岩溶发育和岩溶水的分带性垂直分带：垂直分带：1、包气带（垂直入渗带）包气带（垂直入渗带）最高地下水位以上最高地下水位以上2、水位季节变动带（垂直水平交替带）水位季节变动带（垂直水平交替带）最高最低水最高最低水位之间地段位之间地段3、水平循
12、环带水平循环带地下水位以下的饱水带地下水位以下的饱水带4、深部循环带深部循环带当地侵蚀基准面以下当地侵蚀基准面以下水平分带：水平分带：河流中上游及远离河谷的分水岭地区，降水入渗后作垂直河流中上游及远离河谷的分水岭地区，降水入渗后作垂直运动，多发育垂直岩溶，如漏斗、落水洞、溶蚀竖井等。运动，多发育垂直岩溶，如漏斗、落水洞、溶蚀竖井等。到达地下水面以后，水流作水平运动，形成水平溶洞。多到达地下水面以后，水流作水平运动，形成水平溶洞。多出现溶蚀洼地、孤峰等。出现溶蚀洼地、孤峰等。第三节第三节 岩溶水的特征岩溶水的特征岩溶水系统是一个能够通过水与介质相互作用岩溶水系统是一个能够通过水与介质相互作用不断
13、不断自我演化自我演化的动力系统；的动力系统；演化初期快速发展停滞衰亡阶段；演化初期快速发展停滞衰亡阶段；不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征；不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征； 1.岩溶水的运动特征岩溶水的运动特征 2.岩溶水的补给、排泄与动态特征岩溶水的补给、排泄与动态特征 3.岩溶水系统的边界特征岩溶水系统的边界特征一、岩溶含水层的含水介质特征一、岩溶含水层的含水介质特征岩溶含水介质实岩溶含水介质实际上是尺寸不等际上是尺寸不等的空隙构成的多的空隙构成的多级次空隙系统。级次空隙系统。 岩溶水水量分布岩溶水水量分布极不均匀、宏观极不均匀、宏观上统一的水力联上统一的水力联系与局部性水力系与局部性
14、水力联系不好，是由联系不好，是由岩溶含水介质的岩溶含水介质的多级次性与不均多级次性与不均质性决定的。质性决定的。 双重含水介质双重含水介质多重介质多重介质：（1） 溶隙、微裂隙、层面等扩散流介质；溶隙、微裂隙、层面等扩散流介质；（2）溶蚀大裂隙介质；）溶蚀大裂隙介质；（3）管道流介质。）管道流介质。岩溶水系岩溶水系统空隙网空隙网络的的强烈非均烈非均质的特性所决定：的特性所决定： 岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、 岩溶裂岩溶裂缝和岩溶孔隙等和岩溶孔隙等 岩溶水运岩溶水运动特征：特征： 层流与紊流共存流与紊流共存有有压与无与无压共存共存 统一水流、孤立水流并存一水流、孤
15、立水流并存明流、伏流并存明流、伏流并存二、岩溶水的运动特征二、岩溶水的运动特征岩溶结构图示运动特征图示典型岩溶水系统结构概化图典型岩溶水系统结构概化图土壤土壤层 表表层岩溶岩溶带 岩溶沟谷岩溶沟谷地下河管道地下河管道 岩溶漏斗岩溶漏斗 地表水系地表水系 由表由表层岩溶岩溶带、浅部的岩溶管、浅部的岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩溶裂溶裂缝和岩溶孔隙等多种岩溶和岩溶孔隙等多种岩溶空隙介空隙介质体体组成的多重复合体成的多重复合体系，具有高度的非均系，具有高度的非均质性。性。岩溶介质中的地下水流动岩溶介质中的地下水流动旱季情况下旱季情况下雨季情况下雨季情况下运运动特征：特征：
16、层流与紊流共生、有流与紊流共生、有压与无与无压共存、运共存、运动方向的不方向的不同步（局部与整体不一致）、缺乏同步（局部与整体不一致）、缺乏统一的区域地下水水位一的区域地下水水位 运运动特征：特征：层流与紊流共生、有流与紊流共生、有压与无与无压共存、运共存、运动方向的不方向的不同步（局部与整体不一致）、缺乏同步（局部与整体不一致）、缺乏统一的区域地下水水位一的区域地下水水位 在横向上双重介质的双向流，造成水位面在不在横向上双重介质的双向流，造成水位面在不同季节的变化：同季节的变化：三、岩溶水的补给、排泄与动态三、岩溶水的补给、排泄与动态 补给源源 大气降水是岩溶水的主要、甚至是唯一的大气降水是
17、岩溶水的主要、甚至是唯一的补给源，基本来自上源，基本来自上边界的各种界的各种补给，但表，但表现多种方式。多种方式。 补给条件：条件： （1）面状）面状补给或渗入式或渗入式补给; （2）点状集中）点状集中补给灌入式；灌入式；入渗系数大（入渗系数大（6080%南方，北方南方，北方30%） （3）南方岩溶）南方岩溶地下水与地表水常常互地下水与地表水常常互为一体一体，互，互为转换，相互，相互补给。三、岩溶水的补给、排泄与动态三、岩溶水的补给、排泄与动态地地苏地下河地下河 出口出口地地苏地下河出口地下河出口 附近落水洞附近落水洞排泄排泄 北方岩溶水集中以岩溶大泉形式排泄；北方岩溶水集中以岩溶大泉形式排泄
18、； 南方岩溶水主要以地下暗河、泉、基流形式排泄。南方岩溶水主要以地下暗河、泉、基流形式排泄。南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源岩溶水的动态岩溶水的动态岩溶水动态曲线动态 水位、水量、水温等要素随水位、水量、水温等要素随时间的的变化化 思考思考题（仅考考虑水位水位变化）：化）： （1）与孔隙水、裂隙水比）与孔隙水、裂隙水比较，岩溶水的，岩溶水的动态变化具有什化具有什么特点？么特点？ （2）南方岩溶水与北方岩溶水比）南方岩溶水与北方岩溶水比较，动态特征是什么？特征是什么？ 动态特征特征 变幅大、不幅大、不稳定！定！ 岩溶化程度愈高，岩溶化程度愈高，动态愈不愈不稳定
19、。定。为什么？什么？南方南方云南云南喷水洞水洞地下暗河地下暗河流量流量动态曲曲线北方北方山西广山西广胜寺岩溶泉流量寺岩溶泉流量动态曲曲线岩溶水的动态岩溶水的动态南方岩溶水系南方岩溶水系统的几个其他特征：的几个其他特征： 1、不同地下河系、不同地下河系统之之间水位差异水位差异变化大，一般没有化大，一般没有统一区域地下水位；一区域地下水位； 2、补给资源与源与储存存资源源难以区分；以区分； 3、地下河水量、地下河水量动态变化特征与地表水流具有很好的化特征与地表水流具有很好的相似性；相似性； 4、水位埋深、水位埋深变化很大常常出化很大常常出现“结构性构性”缺水缺水。结构性缺水结构性缺水地下水位埋深大
20、，地表水基本漏失地下水位埋深大，地表水基本漏失资源型缺水；水源型缺水；水质性缺水；性缺水； 结构性缺水构性缺水天然水天然水资源丰富、但因地源丰富、但因地质结构构导致地致地表常年性缺水表常年性缺水岩溶山区的分布的落水洞岩溶山区的分布的落水洞岩溶水特征产生的若干问题岩溶水特征产生的若干问题西南岩溶地区的石漠化西南岩溶地区的石漠化远景景岩溶水特征产生的若干问题岩溶水特征产生的若干问题为解决当地饮用水修建为解决当地饮用水修建的水柜的水柜天旱季节时需要远徒跋涉运水天旱季节时需要远徒跋涉运水岩溶水特征产生的若干问题岩溶水特征产生的若干问题四、岩溶水的化学特征四、岩溶水的化学特征1 1、低矿化（、低矿化（M
21、0.5g/LM0.5g/L）2 2、HCOHCO3 3_ _CaCa水水 HCOHCO3 3_ _CaCa、MgMg水（白云岩区）水（白云岩区）3 3、与水交替强度有关：补给区低矿化；深部排、与水交替强度有关：补给区低矿化；深部排泄区泄区M M可达数克每升，水型转变为可达数克每升，水型转变为SOSO4 4_ _HCOHCO3 3_ _CaCa型型裸露型岩溶区：化学成分随雨量和流量变化呈有裸露型岩溶区：化学成分随雨量和流量变化呈有规律的变化。规律的变化。沉降盆地深部含水层中，沉降盆地深部含水层中，M M可达几十克每升，水可达几十克每升，水温达温达8585120120。五、岩溶水的埋藏条件分类五、
22、岩溶水的埋藏条件分类1、裸露型岩溶水、裸露型岩溶水 以潜水以潜水为主。主。2、覆盖型岩溶水、覆盖型岩溶水浅覆盖浅覆盖亚型（厚度型（厚度30米）米） 赋存承存承压水和部分自流水。水和部分自流水。3、埋藏型岩溶水、埋藏型岩溶水 赋存承存承压水、自流水。水、自流水。第四节第四节 我国岩溶充水矿井主要水我国岩溶充水矿井主要水文地质问题文地质问题一、矿井突水问题一、矿井突水问题 （1）顶板突水）顶板突水 （2）底板突水）底板突水二、地面塌陷、岩溶塌陷二、地面塌陷、岩溶塌陷三、排供结合问题三、排供结合问题 （1）水害防治）水害防治 （2）矿区供水）矿区供水人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
