第六章 地下水的地质作用

　　地下水(groundwater) 是贮存于地面以下岩石空隙中的水。

　　地下水的功能主要包括：资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力和信息载体。

　　第一节 地下水的贮存

　　一、 岩石中的空隙

　　(一) 岩石空隙的类型

　　通常把岩石空隙分为三类：即松散岩石中的空隙，坚硬岩土中的裂隙和可熔岩石中的岩穴。

　　1.孔隙

　　在颗粒或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙

　　2.裂隙

　　固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，主要发育各种应力作用下岩石破裂产生的裂隙。按裂隙的成因可分为成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙。

　　3.溶穴

　　可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等，在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称作溶穴或溶隙

　　(二) 岩石的透水性

　　岩石的透水性是指岩石允许水透过的能力。其好坏，主要取决于孔隙的大小，还与孔隙度及连通情况有关。

　　二、地下水的存在形式

　　(一)结合水

　　(二)重力水

　　(三)毛细水

　　(四)气态水与固态冰

　　三、地下水的基本类型

　　(一)按地下水的埋藏条件划分的类型

　　1.包气带水

　　在地表以下一定深度，岩石中的空隙被重力水所充满，形成地下水面。地下水面以上称为包气带;地下水面以下称为饱水带。

　　2.潜水

　　潜水是指埋藏于地面以下第一个稳定隔水层以上，具有自由表面的重力水。潜水上面没有隔水层，或只有局部隔水层。潜水的自由表面叫潜水面。从潜水面至隔水底板的距离为潜水含水层的厚度。潜水面到地面的距离为潜水埋藏深度

　　潜水的排泄，除了流入其它含水层

　　以外，一是流动到地形低洼处，以泉或泄流等形式向地表或地表水体排泄，此属径流排泄;二是通过土面蒸发或植物蒸腾的形式进入大气，这便是蒸发排泄。

　　3.承压水

　　充满于上、下两个稳定隔水层之间的含水层中的水，称为承压水。承压含水层上部的隔水层称作隔水顶板，下部的隔水层称作隔水底板。隔水顶底板之间的距离为承压含水层厚度。

　　承压性是承压水的一个重要特征。埋设于两个隔水层之间的含水层属承压区;两端出露于地表，为非承压区。

　　承压水是在岩性、地质构造、地形等因素相互配合的条件下形成的，其中地质构造起决定性作用。

　　(二)按含水介质不同划分的类型

　　1.空隙水

　　孔隙水主要赋存于松散沉积物颗粒构成的孔隙中。

　　2.裂隙水

　　裂隙水系指贮存于岩石裂隙中的地下水。与孔隙水相比，裂隙水表现出强烈的不均匀性和各向异性。

　　3.岩溶水

　　岩溶水特指贮存于可溶岩石的溶蚀裂隙、溶穴、暗河中的地下水。它的分布较裂隙水更不均匀，常常相对集中且流动迅速，可能承压亦可能不承压。

　　四、地下水的化学成分和物理性质

　　溶解于地下水中的气体主要由O2、N2、CO2、CH4 及H2S等，尤以前三者为主。通常情况下，地下水中气体含量不高，只有几毫克/升至几十毫克/升。O2和N2 主要来源于大气，其含量常随地下水埋藏深度增加而减少。地下水的物理性质包括透明度、颜色、嗅味、味道和温度。

　　五、地下水的补给、径流与排泄

　　含水层或含水系统从外界获得水量的过程称为补给。

　　含水层或含水系统从外界获得水量的过程称为补给

　　含水层或含水系统从外界获得水量的过程称为补给，失去水量的过程称为排泄，水分由补给处向排泄处的运移过程称为径流。

　　第二节 地下水运动的特点

　　地下水在岩石空隙中是不断流动的，这种运动通常称为渗流(渗透)。发生渗流的区域称为渗流场。

　　地下水渗流与地表水或管槽中的水流相比，有许多不同特点，主要表现在两个方面：

　　1无论哪一类介质，其通道都是不规则的，它有大小不等、形状不同的空隙或裂隙，溶隙，溶穴连接组合而成。因此，实际水流通道的空间形态与方向是相当复杂的，这就使得地下水沿程流动时质点运动速度的大小与方向都在不断变化着。

　　2由于介质固体骨架的阻隔，地下水流处于不连续状态。因此，在渗流场中，地下水的运动要素往往不是空间的连续函数，这一特点在裂隙介质与熔岩介质中更为明显。

　　第三节 地下水的潜蚀作用

　　地下水对地壳岩石圈产生剥蚀作用，由于在地下进行，故常称为潜蚀作用。按作用方式可分为机械冲刷和化学溶蚀两种。

　　一、机械冲刷作用

　　地下水在运动过程中其机械冲刷作用可使岩石或松散物强度减弱、结构变松，带走细小的矿物颗粒，使其空隙逐步扩大。

　　影响机械冲刷作用的主要是地下水的水力梯度、岩土结构、颗粒成分与致密程度。

　　二、化学溶蚀作用及岩溶地貌

　　地下水通过对岩石、矿物的溶解所产生的破坏作用，即化学溶蚀作用，国外称为喀斯特作用，我国称作岩溶作用。

　　(一) 岩溶发育的基本条件和影响因素

　　1. 可溶岩性质的影响。

　　卤化物岩(岩盐、钾盐、镁盐)，硫酸盐岩(石膏等)及碳酸盐岩(石灰岩、白云岩、大理岩) 等都是可溶岩。纯灰岩的岩溶最发育，白云岩次之，硅质与泥质灰岩最难溶蚀。

　　2. 可溶岩透水性的影响。

　　3. 地下水溶蚀能力的影响。

　　4. 地下水流动的影响。

　　控制岩溶发育的各种自然地理、地质构造，在很大程度上正是通过影响地下水的径流起作用的。

　　(二) 地下溶岩发育的不均一性和分带性

　　1. 可溶岩的差异性溶蚀作用造成了地下溶岩发育的不均一性

　　2. 地下溶岩发育的分带性

　　(三) 岩溶地貌

　　1. 溶沟(槽)、石芽和石林

　　2. 落水洞

　　3. 溶斗和溶洼

　　4. 盲谷

　　5. 干谷

　　6. 丘林、峰丛、峰林和孤峰

　　7. 溶洞与地下河

　　8. 溶蚀盆地

　　第四节 地下水的搬运作用与沉积作用

　　一、 地下水的搬运作用

　　地下水的搬运作用可分为机械搬运作用和化学搬运作用

　　(一) 机械搬运作用

　　(二) 化学搬运作用

　　二、地下水的沉积作用

　　地下水的沉积作用亦可分为机械沉积作用与化学沉积作用。

　　(一) 机械沉积作用

　　(二) 化学沉积作用

　　1. 溶洞沉积物

　　2. 泉华沉积物

　　3. 裂隙和空隙中的沉积物

　　(三) 其它沉积作用

　　一是碳酸盐岩被溶蚀后，常在溶沟、溶槽、溶洞、溶蚀盆地和溶蚀平原等负地形及洞穴的底部，残留富含Fe2O3及Al2O3 的红色黏土，称为赭土。

　　第五节地下水的其它地质作用

　　一、地下水在岩浆活动和岩石变质过程中的作用

　　地下水积极地参与了岩浆活动和岩石的变质作用。火山喷出物大部分为水汽，就是水参与岩浆活动的佐证。参与火山活动的水有两部分：一部分在地壳浅部形成，为密度不大的蒸汽，具酸性或极酸性凝聚物;另一部分在地下深部层圈形成，属岩浆源内生水，溶有大量碱金属及金属氯化物。

　　二、地下水的成矿作用

　　地下水在油气田形成中的作用