哪些地质情况容易产生岩溶
『壹』 工程地质学影响岩溶发育的因素有哪些
岩溶发育须具有可溶性岩石、岩石的透水性、水有侵蚀能力、水的流动性.
影响岩溶发育的主内要因素是气容候、地形、地质(岩性分布和构造).
岩石的可溶性、透水性、水的溶蚀性、流动性是岩溶作用的基本条件。
凡是以地下水为主,地表水为辅,以化学过程(溶解与沉淀)为主。机械过程(流水侵蚀和沉积,重力崩塌和堆积)为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用都叫岩溶作用。岩溶作用发生的条件,就岩石而言,必须是可溶的,水才能进行溶蚀。其次,岩石必须是透水的,这样地表水才能转化为地下水,因为在岩溶过程中,地下水起着主导作用,才能形成做为岩溶标志的地下溶洞。就水而言,首先水必须具有溶蚀力,当水中含有CO2时,溶蚀力便会增大,其次,水必须是流动的,因为停滞的水很快就变成了饱和溶液而失去了溶蚀力。所以岩石的可溶性、透水性、水的溶蚀性、流动性就是岩溶作用的基本条件。
『贰』 产生岩溶地面塌陷的地质条件及人为要素有哪些
岩溶地面塌陷是指覆盖在溶蚀洞穴之上的松散土体,在外动力或人为因素作用下产生的突发性地面变形破坏,其结果多形成圆锥形塌陷坑。
岩溶地面塌陷是地面变形破坏的主要类型,多发生于碳酸盐岩、钙质碎屑岩和盐岩等可溶性岩石分布地区。激发塌陷活动的直接诱因除降雨、洪水、干旱、地震等自然因素外,往往与抽水、排水、蓄水和其他工程活动等人为因素密切相关,而后者往往规模大、突发性强、危害也就大。岩溶地面塌陷发现于碳酸盐岩分布区,其形成受到环境和人类活动的双重影响。
1. 可溶岩及岩溶发育程度
可溶岩是由岩溶地面塌陷形成的物质基础,而岩溶洞穴的存在则为地面塌陷提供了必要的空间条件。大量塌陷事件表明,塌陷主要发生在覆盖型岩溶和裸露型岩溶分布区,部分发育在埋藏型岩溶分布区。
溶穴的发育和分布受岩溶发育条件的制约,一般主要沿构造断裂破碎带、褶皱轴部张裂隙发育带、质纯层厚的可溶岩分布地段、与非可溶岩接触地带分布。岩溶的发育程度和岩溶洞穴的开启程度,是决定岩溶地面塌陷的直接因素,可溶岩洞穴和裂隙一方面造成岩体结构的不完整,形成局部的不稳定;另一方面为容纳陷落物质和地下水的强烈运动提供了充分的空间条件。一般情况下,岩溶越发育,溶穴的开启性越好,洞穴的规模越大,则岩溶地面塌陷也越严重。
2. 覆盖层厚度、结构和性质
松散破碎的盖层是塌陷体的主要组成部分,由基岩构造成的塌陷体在重力作用下沿溶洞、管道顶板陷落而成的塌陷为基岩塌陷。塌陷体物质主要为第四系松散沉积物所形成的塌陷叫土层塌陷。据南方十省区统计,土层塌陷占塌陷总数的96.7%。
3. 地下水运动
地下水运动是塌陷产生的动力条件——主要动力。地下水的流动及其水动力条件的改变是岩溶塌陷形成的最重要动力因素,地下水径流集中和强烈的地带,最易产生塌陷,这些地带有:
(1)岩溶地下水的主径流带;
(2)岩溶地下水的(集中)排泄带;
(3)地下水位埋藏浅、变幅大的地带(地段);
(4)地下水位在基岩面上下频繁波动的地段;
(5)双层(上为孔隙、下为岩溶)含水介质分布的地段,或地下水位急剧变化的地段;
(6)地下水与地表水转移密切的地段。
地下水位急剧变化带是塌陷产生的敏感区,水动力条件的改变是产生塌陷的主要触发因素。
水动力条件发生急剧变化的原因主要有降雨、水库蓄水、井下充水、灌溉渗漏、严重干旱、矿井排水、强烈抽水等。
此外,地震、附加荷载、人为排放的酸碱废液对可溶岩的强烈溶蚀等均可诱发岩溶地面塌陷。
『叁』 产生岩溶塌陷的地质条件及人为因素有哪些
岩溶塌陷发育的基本条件是:岩溶洞隙的存在,一定厚度的松散盖层和水动力条件易于改变回的岩溶答地下水。
(一)岩溶洞隙是岩溶塌陷产生的基础。
(二)一定厚度的松散盖层
(三)易于改变的岩溶地下水动力条件
『肆』 岩溶地形的形成有哪些条件
从前,在地理教科书里把这种溶蚀作用造成的地形叫“喀斯特”地形。这是因为,在欧洲的南斯拉夫亚得里亚海滨有一个叫“喀斯特”的高原,那里有很大一片石灰岩山地,形成不少典型的溶蚀地形。科学家们在这里做过详细的调查,并且把这类石灰岩地形通称为喀斯特地形。
后来,有人觉得喀斯特这个词总有些别扭,改称“岩溶”两个字。就是岩石被溶蚀的意思,这比起叫“喀斯特”来要明白精确多了。
你可能会问:这样缓慢的溶蚀速度怎么能把石灰岩溶蚀成石林、高峰和溶洞这种种岩溶地形呢?
当然,要溶蚀成这些岩溶地形确实都要花费很长很长的时间。这点,我们不必担心。地质历史本来就是非常漫长的。拿地球的一“岁”——一百万年来说,就足够了。这个算术题很简单:以每年零点三毫米乘一百万,得出的数就是三百米。
我们知道,云南路南石林,一般高度只有几十米,桂林的峰林只有一二百米,而一般溶洞的高度也只有几十米,当然都不在话下了。
是不是凡有石灰岩的地方就能形成岩溶地形呢?也不是。岩溶地形的形成,一方面要有大面积、大厚度、质地纯净的石灰岩地层,另一方面还要有湿热的气候条件。在这种条件下,地表水和地下水丰富,植物的枯枝落叶腐解迅速,土壤和水中的二氧化碳含量高,这都有利于溶蚀作用的进行。所以,气候越潮湿,越热,石灰岩被溶蚀的速度也越快,岩溶地形也就能发育到十分完善的程度。
了解到这一点,你们就会明白为什么岩溶地形在我国南方特别多,而北方比较少见的道理了。
当然,干旱少雨的北方也不是绝对找不到岩溶地形。象北京附近的周口店猿人洞、上方山云水洞等,都是岩溶地形,但它们并不是在今天的气候条件下形成的。它们形成的时候,距离现在最少有几十万年了,当时北京地区的气候比今天要炎热潮湿得多,大概和今天我国南方的气候没有多大差别,所以才形成了这些岩溶地形。
『伍』 发生岩溶作用的气候环境条件是什么
岩溶:
最先出处 这个术语原先用於亚得里亚海达尔马提亚(Dalmatia)沿岸的石灰岩区喀斯特,但经内过推广容,现已用於有类似现象的一切地区。称为喀斯特现象。
形成条件 喀斯特现象分布在世界上极为零散的地区∶法国的科斯( 重庆武隆岩溶国家地质公园Causses)、中国的广西地区、墨西哥的犹加敦半岛以及美国的中西部、肯塔基州和佛罗里达州等地。促使喀斯特发育的条件是∶1.地表附近有节理发育的致密石灰岩;2.中等到较大的降雨量;3.地下水循环通畅。石灰岩在略有酸性的水中更易於溶解,而这种水在自然界中广泛存在。雨水沿水平的和垂直的裂缝渗透,将石灰岩溶解,并以溶液形式带走。沿节理发育的垂直裂隙逐渐加宽、加深,形成石骨嶙峋的地形。当雨水沿地下裂缝流动时,就不断使裂缝加宽、加深,直到终於形成洞穴系统或地下河道。
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『陆』 岩溶洞穴的形成条件
以上述及的关于岩溶洞穴的成因,其中无可争议的是“水”对可(易)溶性岩类的“溶蚀”。而且“水”是沿着岩石中的裂隙、缝隙等进行“溶蚀”的,从而导致岩溶作用的发生。明确表述了在岩溶发生及发展过程中,“水”、“可(易)溶性岩石”及岩石中的“裂隙、缝隙”,是三个同等重要又必不可少的条件。但在由于水的运行方式不同,导致出不同的地质作用———溶蚀、侵蚀、挖蚀等方面产生了争议。
众所周知,岩溶化进程的发生、发展、停顿等,还受到地壳升降运动的制约。当地壳运动处于相对停顿期,由于地下水向下运移受阻,会使岩溶向横向发展或暂时停顿;当地壳运动处于连续缓慢的上升期,地下水向下运移,岩溶将逐渐向下发展;当地壳运动连续缓慢向下沉降,地下水向下运移受阻,这时岩溶将停止发育,原有的溶蚀空间将可能被沉积物充填。所以地壳的升降运动,也是制约岩溶发生、发展的重要因素。
可以看出“溶蚀”理论,是对自然界宏观的、外在的地质作用进行观察。由于是宏观的、外在的,所以只是从水对岩石(岩体)的整体作用,进行讨论和叙述。这种观点的提出可能是建立在,碳酸盐岩是一种简单(结构、构造上)的、化学成因的、单纯化学沉积的岩类的基础上,只是简单地从岩石的整体来进行观察和研究。但是20世纪50年代末至60年代初,创立的石灰岩的结构-成因理论则认为:石灰岩的结构、构造比碎屑岩类还丰富,特别是它的显微结构、显微构造更是丰富多样。这就提出了碳酸盐岩内部,有着大量的显微原生孔隙存在,对它们应该进行重新的认识。
既然是水对岩石(岩体)中的裂隙、缝隙、孔隙等宏观构造进行“溶蚀”,然后逐渐扩大形成洞穴。那么是否可以进一步思考,在岩溶化进程中,水对碳酸盐岩内部的显微结构、显微构造所形成的显微孔、缝隙的作用和影响,也同样的重要。如果再从碳酸盐岩内部显微结构、显微构造分布的广度和数量上考虑,那么显而易见,它们在岩溶洞穴形成过程中的作用,就会显得更加普遍、更加重要。如果用石灰岩的结构-成因理论来观察、研究岩溶洞穴的成因机制,必将会得到一种全新的认识和观点。
『柒』 岩溶地质性因素
(一)岩溶渗漏
桂中地区上林、宾阳、贵港、合山、兴宾区、象州、武宣、忻城等8 个县(市)岩溶分布面积达14 069km2,占土地总面积的75.4%。由于地处南亚热带湿润气候区,岩溶发育强烈,岩溶系统表层的岩溶化极强,岩层裸露、溶蚀沟槽、溶蚀缝隙、溶潭溶洼、渗(塌)坑、落水洞、竖井、漏斗、溶洞、岩溶管道和地下河等构成地表物质与能量迅速渗漏转移的复杂介质结构系统。降水和地表水容易渗入地下,水文动态变化剧烈,因此造成所谓“地表滴水贵如油,地下河水白白流,一场暴雨十日涝,十日不雨禾焦头”的岩溶型旱涝现象。
(二)地表、地下双层水文网
岩溶地区由于同时存在着地表和地下两个水文网,水流运移循环与非岩溶区差别很大。地面河网密度明显小于非岩溶区,地下水径流网发育,如兴宾区河网密度平均仅0.15km/km2,为我国南方非岩溶区平均0.6~1.0km/km2的1/6~1/4。岩溶地区产流机制十分复杂,受地层岩性、构造、地貌和地表水系及排泄基准面的控制,雨水-地表水-地下水之间的关系密切,“三水”转化频繁,岩溶含水层是一种导水性强而贮水性偏弱的双重介质,如同筛子过水而不是海绵吸水,岩溶区水文动态变化剧烈,径流分布不均,水位动态变化大,自然状态下对可再生资源的动储量调节作用十分微弱。地表流域水量亏多盈少,按非岩溶区模式求得的产流量往往偏高30%~50%。岩溶区水库、山塘等蓄水设施的岩溶渗漏严重,在兴宾区近2/3的中、小型水库蓄水达不到设计标准。岩溶地区独特的水文网结构给水系治理带来许多复杂的技术问题,大大增加了水利建设的技术难度,因此需要探寻一种适合岩溶环境特点的建设模式。
(三)土被保水性差
据初步调查,本区土被基本上为红土化碳酸盐岩风化壳,与有6 000万年以上历史的古老峰林地貌系统(晚白垩世开始发育)伴生形成。成土母质由残积和坡洪积物经短途搬运的混合再沉积组成,并成为峰林平原岩溶景观的重要组成部分。
峰林平原型风化壳整体上保水性能极差,强透水、持水性差,如兴宾区,砂砾质土壤面积占46.5%(表3-7)。其主要原因:一是土层浅薄,在碳酸盐岩母岩层的溶蚀沟槽中呈囊状产出,多数情况下平均厚度不到1~2 m;局部虽可达10m或更多,但在不同深度经常出现突起的石芽个体或群体,为水流沿石芽边壁垂向下渗提供了方便条件。二是砾石多,增加了土层的漏水性。三是基岩面上往往有一层数十厘米厚的残积和交代成因的粘土层,保水能力较好,但遇旱脱水出现龟裂,加快了水分的流失,对水田危害尤为严重。在兴宾区持水能力较差的砂砾石土类占耕地总面积的46.5%,而此类土壤的稻田耗水量比粉质土和粘质土的大1~3倍(表3-8、图3-4),单位产量的耗水量达到12.5 m3/kg,可见农田高耗水进一步加剧了该地区的水资源供需矛盾。
表3-7 兴宾区砂砾质土壤特征与分布Tab.3-7 Characteristics and distribution of sandy-gravelly soil in Xingbin District
注:据谭宏志等统计,兴宾区第二次土壤普查资料。
(四)生态环境恶化
岩溶平原区农业生态经济系统的基本结构遭到严重破坏,运转陷入恶性循环。首先是短缺森林这个重要的调节系统。如兴宾区据1973年普查,全区森林覆盖率为5.4%,据1989年简易调查则降至3.1%,森林涵养水分的能力减弱,水土流失加快,更加重了区域干旱。
森林是生态系统的主体,在亚热带岩溶地区其地位尤为突出,这里生境十分严酷,成片立生的岩溶森林群落,凭藉生物不同寻常的生长能力繁衍生存,成功地改造着干旱的原始生态环境,为人类创造出较好的农业生产环境。森林的巨大水文学效应主要表现在它涵养水分的功能,据文献资料,原始森林的(枯枝落叶)垫积层可把40%~80%的降水转变成缓慢排泄的地下潜流,从而起到整存零取的作用。我国亚热带森林死地被物(主要是枯枝落叶)蓄水能力为50~200mm(水柱),即(5~20)×104m3/km2。若兴宾区森林覆盖率恢复到35%,其总蓄水能力相当于修建20座1 000×104m3的中型水库,全区枯季地下水径流量可增加一倍。
表3-8 小平阳乡不同类型稻田平均灌溉用水量及产量(1981~1990)Tab.3-8 Average amount of irrigation water and rice yields in different types of rice fields in Xiaopingyang Country
(据张之淦,2005年)
图3-4 小平阳岩溶平原不同土质的水稻灌溉水量与产量关系图
Fig.3-4 Correlation between amount of irrigation water and rice yields in different types of soils in Xiaopingyang karst plain
『捌』 岩溶及其发育条件
(一)岩溶的概念
岩溶(国际上称喀斯特)是地表水和地下水对可溶性岩石所进行的一种以化学溶蚀为主、机械剥蚀为辅的地质作用及其所产生的各种现象的总称。由于地下水可以广泛渗流入可溶性岩体的内部,在形成岩溶的过程中所起的作用,较之地表水更为重要。
某些具有一定溶解度的岩石或松散沉积也能形成类似岩溶的现象,统称为类岩溶,或假喀斯特。例如:水对大量含有可溶性胶结物的碎屑岩或松散沉积进行溶蚀作用,可以产生类似于可溶性岩石中的岩溶现象,称为碎屑岩类岩溶,或碎屑岩喀斯特;水对富含碳酸钙的黄土进行溶蚀或潜蚀作用所生成的类似岩溶现象,称为黄土类岩溶,或黄土喀斯特;在冻土和冰川的表层,由于不均匀融解所产生的类似岩溶的现象,称为热力类岩溶,或热力喀斯特。
岩溶不仅发生于现代,也发生于过去的地质历史时期,只要可溶性岩石被抬升至陆地环境内,经过较长时期的溶蚀发展,都能形成岩溶。我国主要的岩溶化时期有震旦纪末、寒武纪—中奥陶世、奥陶纪末、晚泥盆世、中石炭世、晚二叠世、中晚三叠世、白垩纪至老第三纪初、新第三纪末至第四纪初、第四纪以来。其中,第三纪以前发育的岩溶称为古岩溶。古岩溶形态多已被剥蚀破坏或为后期沉积覆盖与充填。如华北太行山地区中奥陶统顶面的古溶蚀洼地和溶洞中,常有铝土矿和山西式铁矿充填;滇东上二叠统玄武岩充填于下二叠统阳新灰岩古溶洞中;鄂西等地于白垩纪至第三纪初发育的岩溶现象有的已为第三系红层所充填。有的古岩溶尚能透水,并是地下深处有岩溶分布的原因之一。
我国的岩溶分布广泛,尤以广西、贵州和云南最广泛。我国西南部的岩溶地区共达5500000km2。由此可见,岩溶的研究在我国具有十分重要的意义。
在岩溶地区,可溶性岩体内往往隐藏着许多溶蚀空洞与孔隙,并可有暗河分布。当修建水库,开凿隧道,采掘矿床或兴筑其他工程时,如遇溶洞可能发生渗漏、塌陷和涌水等现象,可给工程造成危害。所以,必须在施工前进行勘查,避开岩溶化严重,可能造成危害的不利地段,并注意竣工后的影响。
岩溶地区的地表水系一般都不发育,非常缺水,而在地下却往往蕴藏有丰富的水源。因此必须通过研究岩溶地貌,以掌握岩溶水的分布规律,开采工农业和民用饮水所需的水源。这对促进农业生产而言,具有重要的意义。
岩溶作用还和一些矿床的生成有着密切的关系。例如,溶蚀的残余物质可以富集成铝土矿;溶洞内可以生成各种砂矿及磷矿、芒硝矿等;有些地下深处的古岩溶洞穴,如厚层松散沉积掩埋的古潜山,还能成为富集石油和天然气的良好地点。此外,还可以使用岩溶地下水发电,利用溶洞内气温较低的特点作为天然冷藏仓库等。洞穴内常有古人类和哺乳动物化石保存,是研究人类进化、哺乳动物演变和古气候发展史的重要资料。
(二)岩溶发育条件
1.岩溶发育的基本条件
(1)岩石的可溶性岩石的可溶性主要取决于其成分和结构。
① 岩石的成分根据岩石的组成成分,可以将可溶性岩石分为碳酸盐类岩石(包括石灰岩、白云岩、泥灰岩和硅质灰岩)、硫酸盐类岩石(包括石膏、硬石膏和芒硝)和卤素盐类岩石(包括岩盐和钾盐)。其溶解度以卤素盐类最高,碳酸盐类最低。但是在自然界中,卤素盐类和硫酸盐类岩石不常见,远不如碳酸盐类岩石分布普遍。对岩溶现象来讲,碳酸盐类岩石的实际意义最大。
分布最广的石灰岩在含CO的水溶液中,将发生以下的溶蚀作用,生成碳酸。
CO+HO→HCO
这种碳酸才会对石灰岩发生作用,产生易溶的重碳酸钙。重碳酸钙常呈Ca++和
第四纪地质学及地貌学
在这一反应式中,正反应的速度取决于CO的浓度,逆反应的速度取决于Ca++的浓度。即水中CO的含量越高,水的溶蚀力就越大;水中Ca++的含量越高,水的溶蚀力越微弱。CO2来自于大气和土壤的表层,可以不断得到补充。所以在整个过程中,溶解流失的CaCO经常多于重新沉淀的CaCO。这一过程的结果是在石灰岩中形成了许多空洞。空洞一旦形成,又促进了水流的冲刷和洞壁的崩塌作用,使其不断扩大,更加促进了岩溶的发展。
在含CO的水溶液中,方解石的溶解度比白云石高。随着它们的含量比值不同,溶解度也不同。一般说来,石灰岩比白云岩容易溶蚀。如对四川东部下三叠统嘉陵江组石灰岩的实验结果,纯质白云岩的溶解速度仅为纯质石灰岩的1/2—1/3。
在白云质石灰岩和石灰质白云岩内,由于方解石和白云石的溶解度有显著的差别,首先被溶解的是方解石,使白云石残留下来,成为所谓的白云岩粉,阻塞洞隙,使岩溶作用不易顺利进行。
硅质灰岩常含有燧石结核或条带。如果所含的硅质成分是较大的晶体,不能阻止水对方解石的溶蚀则有利于岩溶的进行。如果SiO呈微粒分散状态或为胶结物时,便能阻碍岩溶作用。
泥灰岩含有许多粘土物质,经过溶蚀作用以后,其表面残余的粘土颗粒也能填塞洞隙,妨碍水流运动,影响岩溶作用的继续进行。
此外,含有其他杂质也能影响岩溶作用的强度。如石灰岩中含有石膏或黄铁矿时,都能促进岩溶。
② 岩石的结构一般说来,晶粒愈小,相对溶解度就愈大,隐晶质和细晶质的溶解度常较粗晶质为高。不等粒结构比等粒结构的相对溶解度更大。但是,粗粒结构易于水流的渗透,又可以在一定的程度上促进溶解作用。所以岩石结构对岩石可溶性的影响是比较复杂的,必须从多方面加以考虑。
(2)岩石的透水性岩石的透水性创造了水和可溶性岩石广泛接触的可能性,使溶蚀作用不限于岩石的表面,还能向深部发展。
岩石的透水性取决于裂隙和孔隙度。其中,裂隙比孔隙更为重要。在各种裂隙中,层间裂隙和其他构造裂隙对岩溶的发育最密切,是水流渗入可溶性岩体内部的最主要的通道。较厚而坚硬的岩石中,构造裂隙虽然稀疏,但是比较开阔,透水性强,能生成较大的溶蚀孔洞。较软弱的岩石,如泥灰岩,裂隙虽然较密,但是多呈封闭状态,透水性弱,所以岩溶不发育。石膏与岩盐具可塑性,节理细微,透水性更差,虽然溶解度较高,也不能形成较大的孔洞。风化裂隙破坏着可溶性岩石的表面,可以直接促进地表岩溶的发育。河岸剪切裂隙和其他局部因素产生的裂隙也可以在一定的条件下促进岩溶的发育。
可溶性岩石的孔隙度一般很小,但是在贝壳灰岩、珊瑚礁灰岩、其他有机碎屑岩和含有可溶性胶结物的碎屑岩中,孔隙大而多,对岩溶发育却具有十分重要的意义。
(3)水的溶蚀能力水中的游离性CO2,一部分组成碳酸,在与CaCO3相互作用形成Ca(HCO3)2的过程中,又重新分解为CO2,实际上仅起着平衡的作用;另一部分则可以溶蚀CaCO3,在碳酸盐类岩石中形成空洞的,称为侵蚀性CO2。水的溶蚀能力主要取决于侵蚀性CO2的含量。其含量愈高,碳酸盐类岩石的溶解度也愈益增高。
CO2含于空气之中,在土壤上层中由生物地球化学作用生成。一般随着深度的增加,形成CO2的生物地球化学作用逐渐消失,在与可溶性岩石相互作用的过程中,具有侵蚀性的CO2逐渐减少,矿化程度逐渐增加,地下水的溶蚀能力也逐渐下降。
但是在深循环带内有时也存在着产生CO2的复杂的地球化学作用。如在高温的条件下,SiO2与碳酸钙相作用,也能释放出一部分CO2。
CaCO3+SiO2→CO2+CaSiO3
当水中含有
水温也可以影响溶蚀能力。水温越高,溶蚀能力越强。水温越低,溶蚀能力越弱。
对石膏和硬石膏而言,含有岩盐的地下水可以增加其溶解度。
(4)水的流动性
① 影响地下水流动的因素如果水在静止状态下,随着侵蚀性CO2的不断消耗,便不能对可溶性岩石充分溶蚀,必须不断循环流通,补充新鲜的侵蚀性CO2,才能不断地进行溶蚀作用。
地下水的流动性取决于降水量、水位差和透水条件。降水量和地下水循环系统的水位差越大,水的流动越快。所以在多雨的湿润地区和新构造运动上升强烈的地区,溶蚀作用都比较强烈。相反,在干旱地区,降水很少,溶蚀作用很微弱。新构造运动相对稳定的准平原区,地下水循环系统的水位差不大,溶蚀作用也不如山区强烈。
地下水的透水条件,又与可溶性岩体内的岩溶发育程度有关,岩溶孔洞越多,地下水的流通条件就越好,结果又促使岩溶作用更强烈地进行。
② 地下水的流动形式
a.隙流隙流是渗流于可溶性岩石的孔隙和小裂隙内的地下水。其特点是水流细小,不集中,流动较缓慢。
b.管流管流是汇集在岩溶孔洞和较大裂隙内的地下水。其水流大而集中,流动较迅速,并可有局部承压现象。
c.脉流管道水流如果进一步发展,主要的管道与一些较小的管道相通,互相保持水力联系,便形成了树枝状的地下水流,称为脉流。
d.网流脉状水流进一步发展,并互相连接,扩大了地下流域,增加了可溶性岩体内的管道密度,在较大范围内具有统一的地下水面,称为网流。
隙流主要发生在岩溶发育的初期和可溶性岩体的管道之间的部分。管流常与地下暗河有关,集中向附近的河流排泄。在一般情况下,管流与周围的隙流仍有水力联系,但是连通情况较差,所以在可溶性岩体的内部,岩溶发育很不均衡。只有当管道系统充分发展,互相连接成为网流,可溶性岩体内部的岩溶发育程度才比较均匀。
在山区,往往由于地壳上升或地质构造比较复杂,两个管道系统之间互不相通,因而形成孤立或半孤立的水流。如重庆附近的观音峡背斜,发育在下三叠统嘉陵江石灰岩中的溶蚀槽谷,由于各层的岩性不同,往往平行发展2—3条暗河,其间缺乏明显的水力联系(图5-1)。此外,由于隔水层的作用,或管道被崩坍物质和暗河沉积物所堵塞等,也能造成暂时孤立的水流。
在平原地区,由于地壳相对长期稳定或下降,可以使可溶性岩体内的溶蚀作用,得到较均匀的发展,形成明显的地下流域,具有统一的地下水面。
③地下水垂直分带在可溶性岩体的内部,岩溶发育不仅具有管道和周围岩体之间的不均衡性,还有从地表向地下深部的垂直发育的不均衡性,表现为岩溶孔洞的发育程度、延伸方向和形态等,都有显著的不同。
在厚层、较均一的可溶性岩体内,存在着下述的地下水垂直分带的现象(图5-2)。
图5-1重庆观音峡背斜青林庵-龙车寺平行暗河(据成都地质学院水文一队)
1—落水洞;2—上升泉;3—下降泉;4—暗河;5—暗河出口;6—地质界线;7—背斜轴线
图5-2岩溶水的垂直分带
1—垂直循环带;2—季节变化带;3—水平循环带;4—虹吸管式循环带;5—深部循环带
a.垂直循环带该带位于潜水面之上,平时一般无水或不为水所饱和,故又称充气带;在降雨或溶雪时,水从地表沿垂直裂隙和管道向下渗流。水流在向下运动的过程中,如果遇到局部的隔水层或水平通道,也能作水平运动,形成局部的上层滞水,有时可在谷坡上以悬挂泉的方式流出(图5-3)。本带的厚度取决于潜水面的位置。潜水面决定于当地的排水基面,即主要河流水面的位置。地壳上升越强烈,河谷下切越深,垂直循环带的厚度一般越大;地壳相对长期稳定,河谷下切较浅,垂直循环带的厚度则较小。如广西山区的垂直循环带的厚度可达100m以上,而在平原地区一般在10m以下。本带的厚度还随季节而变化,在雨季或溶雪季节,潜水面升高,垂直循环带的厚度便相应减薄;反之,在干旱季节的厚度则较大。因此,在垂直循环带和水平循环带之间,实际上还存在一个季节变化带。
b.水平循环带该带为水体所饱和,故又称饱水带。其上限是潜水面,其下部没有明显的界面,与下一带逐渐过渡。在岩溶管道中常表现为规模不等的暗河,是岩溶地区最普遍、也最有实用价值的地下水。该带水流主要沿水平方向运动,从补给区流向排泄区。愈接近排水基面,这种水平运动愈明显。
本带的地下水有时经过化学和机械充填,部分地段也可以转化为承压水。其渗流系数常大于5m/d,表现为紊流运动。仅在少数情况下,渗流系数较小,是层流运动。
随着潜水面在不同季节内的升降,水平循环带的厚度也发生变化。其厚度还有从补给区向排泄区逐渐加大的现象。如贵州猫跳河的两侧,接近补给区的地段,水平循环带仅厚约5—10m,而在到达猫跳河谷坡附近的地段,则厚达20—30m以上。
c.虹吸管式循环带本带与水平循环带逐渐过渡,没有明显的界面,但是地下水的运动方式有显著不同。本带地下水具有承压性质,主要以虹吸管式沿着溶蚀裂隙缓慢流动,在谷底减压区涌出,造成河谷底部的岩溶化。
本带的水交替运动缓慢,流量也较小,通常作层流运动;但在当谷坡地形较陡,潜水面的倾斜度较大,或谷底减压区埋藏较浅时,流速也较快。
本带的分布深度取决于河谷两侧的暗河水面比降。水面比降愈大,谷底减压区就分布愈深,厚度愈大;反之,谷底减压区的厚度也相应减小。
d.深部循环带地下水在水文网的直接影响范围以外运动,其流向常由地质构造所决定,沿着地下深处的细小溶隙和溶孔,十分缓慢地流向排泄区。埋藏越深,流速越小,甚至近于停滞。有时,地下深处有较大的构造裂隙,古岩溶孔洞,或硫化矿床的氧化带等,深层地下水也可以在这些局部地段有较大的流速,形成深部岩溶。我国南方常在地下深处,甚至海平面以下数十至上千米的部位,有深部岩溶发育。
在上述各带中,地下水的运动方式和强度不同,决定了岩溶地貌的形态、位置、延伸方向和规模大小也不同。其中,地下水的水平循环在岩溶发育过程中起着最主要的作用,最多而最巨大的溶洞总是生成在该带之中。随着地壳的升降暗河为了适应当地的排水基面的新位置而发生变化,垂直循环带和虹吸管式循环带的位置也会作相应的变化;但深部循环带的位置和动态比较稳定。
图5-3上层滞水与悬挂泉(据北京大学)
上述垂直分带现象仅在可溶性岩层的厚度较大并较均一,隔水层埋藏较深的情况下,才能得到充分表现。在这些地区,岩溶发育的深度主要取决于排水基面的位置。如果可溶性岩层较薄,隔水层埋藏较浅,岩溶的发育深度受到限制。因受隔水层的阻碍,可形成悬挂于当地排水基面以上的岩溶带,在可溶性岩石与隔水层接触的界面上发育水平溶洞,虹吸管式和深部循环带都不复存在。
2.影响岩溶发育的因素除上述基本条件外,气候、地质构造、新构造运动、植被、地形等因素对岩溶发育也有不同的影响。其中,以气候和地质构造的影响最明显。
(1)气候因素气候对岩溶发育的影响,主要表现在降水量和气温的变化上。降水量和气温越高,越有利于溶蚀作用,岩溶也愈发育。在温湿气候区,植被茂盛,生成大量有机酸,也能增加水的溶蚀能力,从而加强岩溶的发育。如在位于亚热带南部的广西,由于高温多雨、植被覆盖度较大,大大促进溶蚀作用,因而普遍生成以大型的溶蚀洼地、坡立谷、孤峰、峰林和洞穴系统为特点的岩溶地貌类型;在内陆和高山、高纬度地区,由于气候干燥或寒冷,则不利于岩溶发育。
(2)地质构造因素地质构造对岩溶发育的影响,主要是裂隙发育程度、延伸方向、组合形式,以及地层构成情况和产状等起作用。一般说来,裂隙制约了岩溶发育的方向、构式和程度。在裂隙发育的岩体内,岩溶也愈发育。可溶性岩层的厚度及非可溶性夹层,制约了岩溶发展的深度。不同的地质构造类型地区的岩溶发育特征也不一样。
水平与缓倾斜构造区,同一可溶性岩层在地表大面积分布,促使岩溶均匀发育,形成单一的地貌景观。各种地表岩溶形态常沿构造裂隙发育,地下岩溶发育情况多由层面裂隙所控制。在水平或缓倾斜可溶性岩层地区,地下水的垂直分带规律表现最明显,所以岩溶地貌的垂直分带也最清晰。
在单斜构造区,岩层倾角增大,倾向对地下水流动和岩溶发育的控制作用表现得更明显。岩层的倾角不同,地下水循环和岩溶地貌的特点也不同。一般说来,倾角愈大,地下水循环越强烈,可溶性岩体的岩溶化程度也愈高。尤以临近排泄基面附近的倾斜岩层的下端为更甚。
当有非溶性夹层时,单斜构造区常形成多条互相平行而不相通,或通过横向裂隙而略有联系的地下暗河。
在紧密褶皱的背斜轴部,张裂隙特别发育,有利于地下水向下渗透,岩溶发育程度常较其他部位更高,形成一系列沿轴向分布的岩溶地貌形态。在箱状背斜的轴部,岩层平缓完整,岩溶化不如其两侧的转折端。如广西西部的三合-贡川箱状背斜地区,宽阔的轴部岩溶作用微弱,以峰林和溶蚀洼地等地表岩溶形态为主。而在两侧岩层急剧转折的地段,岩溶作用较深入,形成狭长的坡立谷和开阔的溶蚀洼地,并有许多溶洞分布。
穹窿构造核部岩层宽展平缓,常具放射状和环状两组裂隙为特征,岩溶发育受岩层倾向和裂隙走向所控制。如贵州乌江下游的穹窿构造区,许多溶洞即沿层面裂隙发育,一些地表岩溶形态则沿放射状和环状裂隙分布。
在向斜构造区,地下水富集于轴部,沿轴向排水,可形成暗河,因而岩溶化强烈,逐渐向两翼减弱。如在贵州六枝地区,向斜轴部形成较大的坡立谷,向两翼渐过渡为峰林和峰丛山地(图5-4)。如果向斜轴部有非溶性盖层,则地下水具承压性质,向地表河流的谷底汇聚,缺少垂直循环带及相应的各种垂直岩溶地貌,往往以岩体孔穴化为其特征。
如果地层走向与河流垂直或斜交时,河谷两侧的广阔地带,直迄分水岭都容易与作为当地排泄基面的河流相通,岩溶化强烈;如果地层走向与河流平行,由于受隔水层的阻碍,仅限于河谷两侧的狭窄地带有较强的岩溶发育,广大分水岭地区的岩溶化微弱。
断层是地下水的良好通道,所以沿断裂带的岩溶特别发育,常是控制岩溶形成和格局的主要因素。断层的规模、性质、走向,断裂带的破碎及填实状态,都和岩溶发育密切相关。一般说来,区域性的大断裂带,宽度和深度都大,延伸很远,特别有利于岩溶的发育。在中、小型的断层构造中,正断层属于张性断层,岩体较破碎,断层裂隙较宽大,破碎带内多断层角砾岩,没有或很少糜棱岩,透水性较强,有利于岩溶发育。其上盘的岩溶发育程度常较下盘为高。逆断层属压性断层。在强烈的挤压过程中,破碎带内生成大量碎裂岩和糜棱岩,胶结好,孔隙率低,常呈致密状态,较不利于岩溶发育。如在大巴山东段某地区,由一系列的逆断层组成叠瓦式断裂带。尽管断层十分密集,其破碎带的宽度达1.16km,但是除在地表有一些溶沟和小型溶蚀漏斗分布外,断层带内几乎没有什么岩溶现象。通过隧道施工查明,仅有少量岩溶裂隙水点滴下流,有的地段甚至较干燥,并无岩溶强烈发育的现象。但是,在压性断层的两端和平面、剖面呈舒缓波状的部位,也可能局部富水而促进岩溶的发育。平移断层带既有岩石的糜棱化,也存在次一级的构造裂隙,对岩溶发育的影响,介于二者之间。
脆性的可溶性岩石,如厚层纯石灰岩,经过断裂作用,易于破碎,有利于岩溶的发展;泥灰岩等较软弱的岩石,易于受挤压而产生糜棱化,不利于岩溶发育。时代较新的断层,其破碎带内没有或很少有胶结作用,有利于岩溶发展;较老的断层的破碎带,往往局部和全部被次生胶结,不利岩溶发展。其中,硅质胶结比钙质、铁质或泥质胶结的密实程度更高,不利于岩溶作用的进行。如果经过断层作用,上、下盘的隔水层被错开,有利于岩溶作用;反之,也可以阻碍岩溶的进行。除断层破碎带是岩溶发育的主要部位外,其两侧上、下盘内的张裂隙也常是岩溶发育的地带。
图5-4贵州六枝—向斜构造的岩溶分布(据成都地质学院水文系)
『玖』 常见的地表岩溶风景主要有哪几类
常见的地表岩溶风景(地貌形态)有:溶沟、石芽(石林)、峰丛、峰林和孤峰、溶斗和溶蚀洼地(岩溶胡)、落水洞、干谷和盲谷等多类。
喀斯特即岩溶,是水对可溶性岩石(碳酸盐岩、石膏、岩盐等)进行以化学溶蚀作用为主,流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用,以及由这些作用所产生的现象的总称。由喀斯特作用所造成地貌,称喀斯特地貌(岩溶地貌)。
喀斯特(岩溶)可划分许多不同的类型。
按出露条件分为:裸露型喀斯特、覆盖型喀斯特、埋藏型喀斯特。
按气候带分为:热带喀斯特、亚热带喀斯特、温带喀斯特、寒带喀斯特、干旱区喀斯特。
按岩性分为:石灰岩喀斯特、白云岩喀斯特、石膏喀斯特、盐喀斯特。
此外,还有按海拔高度、发育程度、水文特征、形成时期等不同的划分等。
地表喀斯特形态有:
溶沟——地表水沿岩石表面流动,由溶蚀、侵蚀形成的许多凹槽称为溶沟。
石芽——溶沟之间的突出部分叫石芽。石林是一种高大的石芽,高达20-30米,密布如林,故称石林。它是由于石灰岩纯度高、厚度大,层面水平,在热带多雨条件下形成的。
峰丛、峰林和孤峰 ——峰丛和峰林是石灰岩遭受强烈溶蚀而形成的山峰集合体。其中峰丛是底部基坐相连的石峰,峰林是由峰丛进一步向深处溶蚀、演化而形成。孤峰是岩溶区孤立的石灰岩山峰,多分布在岩溶盆地中。
溶斗和溶蚀洼地——溶斗是岩溶区地表圆形或椭圆形的洼地,溶蚀洼地是地貌由四周为低山、丘陵和峰林所包围的封闭洼地。若溶斗和溶蚀洼地底部的通道被堵塞,可积水成塘,大的可以形成岩溶湖。
落水洞、干谷和盲谷——落水洞是岩溶区地表水流向地下或地下溶洞的通道,它是岩溶垂直流水对裂隙不断溶蚀并随坍塌而形成。在河道中的落水洞,常使河水会部汇入地下,使河水断流形成干谷或盲谷。
地下喀斯特形态有:
地下溶洞:又称洞穴,它是地下水沿着可溶性岩石的层面、节理或断层进行溶蚀和侵蚀而形成的地下孔道。溶洞中的喀斯特形态主要有石钟乳、石笋、石柱、石幔、石灰华和泉华。
『拾』 岩溶地区特有的地质灾害有哪些它们的主要危害是什么
岩溶地区特有的地质灾害为岩溶塌陷
岩溶塌陷是地面塌陷的一种,指在岩溶地区,下部可溶岩层中的溶洞或上覆土层中的土洞,因自身洞体扩大或在自然与人为因素影响下,顶板失稳产生塌落或沉陷的统称。其地面表现形式是局部范围内的地表岩土体的开裂、不均匀下沉和突然陷落。
岩溶塌陷的危害主要有:
影响交通:岩溶塌陷对交通网络的正常运行会造成严重的影响,对公路、铁路的安全构成较大的威胁。
毁坏农田:发生于农田中的岩溶塌陷,会使作物被毁,粮食减产,给人民群众造成较大的危害;并且地面耕植土落入地下塌坑,造成了耕作面积的减少,未进行填埋或者由于塌坑规模太大而不便进行填埋的地方则无法继续进行农作物耕种。
破坏建筑:发生于建筑及人口密集区的岩溶塌陷,会造成房屋墙壁裂缝、屋内地面裂缝下沉,严重的直接导致建筑物倒塌。
沟通地表地下水系,污染地下水:由于近年来工业的发展,大部分河流等地表水体水质较差,岩溶塌陷发生后,揭穿了灰岩含水层顶板,沟通了地表水系与地下水系,使得地表水通过塌坑大量涌入岩溶含水层,加之岩溶裂隙、溶洞的连通性好,污水会在岩溶含水层中迅速扩散,污染岩溶地下水。
大规模的塌陷可引起地震效应。
希望对你有帮助。