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水创造了喀斯特

  我们居住的星球是一个充满水的地方,正是因为水的作用,在地球表面被碳酸盐岩层所覆盖的可溶性岩石分布的地区,形成了大小不一的地下空间—喀斯特洞穴。

  喀斯特地貌千奇百怪,其实它的成因非常简单,自然界中的二氧化碳从空气、土壤、生物、或者从地壳深处跑出来,溶解于水,使水略呈酸性,去溶蚀让岩石形成了空洞,之后水又从其中溢出,帮助碳酸盐沉淀下来,这就形成了钟乳石。数十万甚至上百万年来,喀斯特水就这样忙碌不停,在地下创造了无一相同的喀斯特洞穴景观。喀斯特水渗入岩石的缝隙,不断溶蚀并扩大裂隙,在岩层内形成复杂的管道系统。当新的裂隙扩大,老的管道被碎屑物质局部阻塞时,地下河会为自己开拓新的地下径流通道,原来的地下廊道则变干,从而形成了水平或者倾斜的干洞。部分洞体由于水体压力减小而失去平衡,产生崩塌,一直要经过很长的时间才能达到新的平衡和稳定,我们经常见到的洞穴中的很多大厅就是这样形成的。喀斯特洞穴常常迂回曲折,有的还分为很多层,这主要是由于地壳间断上升,使含水层节节下降,而形成了由垂直管道也就是竖井相连的层状喀斯特洞穴。

   喀斯特水所指的是储存和运动可溶性岩层的溶蚀裂隙和洞穴中的水体和水流,这些水体和水流最明显的特点就是以管道流动为主和分布的不均匀。在喀斯特岩层裸露于地表的地区,我们称为水的补给区。在这些地区的地表地貌往往是石林、峰丛、落水洞和坡谷等,在地下则形成溶孔、溶洞、地下暗河等。
洞壁被水侵蚀和冲蚀后的地貌
  水流渗入地下的补给一般有两种方式:一种是灌式的补给,这种补给方式主要是在低洼的地方汇集了一定量的降水,通过地表漏斗或落水洞灌入到地下,有时候甚至是整条河流通过这类洞穴流入地下;另外一种是渗入式的补给,水流通过地面上微小的裂隙,较缓慢地渗入地下,汇入喀斯特地下通道和地下河系统之中。
在喀斯特地区,往往在几百甚至上千平方米的范围内,喀斯特水都可以通过一个泉或者很多泉眼集中排放。而在补给区地表水则比较缺乏,在喀斯特水埋得很深的缺水地区,呈现出喀斯特水空间分布很不均匀的奇特现象。喀斯特水水位动态变化幅度大而且变化很快,喀斯特泉的水量往往在雨季流量急剧增加,而雨后又骤然减少,呈现出喀斯特水在时间上分布极不均匀的奇特景观。

  喀斯特水由于循环交替快速,一般为矿化度小于1克/升的重碳酸钙镁型淡水。同时存在有大小悬殊的孔隙、裂隙、洞穴和地下通道组成的同一含水系统中,在这个含水系统中无压水流与承压水流并存,层流与紊流并存,但是总体上喀斯特水以层流为主。

  所以,为了便于科学考察和洞穴学研究,人们把这些水流分为裂隙水、喀斯特水和泉水。

裂隙水

  裂隙水是指保存在坚硬岩石裂隙中的地下水,而这些岩石裂隙的空间就是裂隙水存储和运动的场所。与孔隙水一样,它分为裂隙潜水和裂隙承压水。

  裂隙水的水动力性质比较复杂,在岩层中沿某个方向裂隙发育程度好,开启性好,导水性强;而沿另一些方向则裂隙发育不好或不发育,就导致裂隙水的水动力联系沿不同方向强弱不一样,导水性强的裂隙往往成为地下水集中流动的通道,从而形成了地下河。

喀斯特水

    喀斯特水是一种具有特殊性质的地下水,同时也是一种活跃的地质应力,在它的运动过程中,它不断与岩石发生作用,改变了自身的赋存环境,形成了独特的分布和运动特征。

    由于喀斯特空隙发育极不均匀,裂隙宽度大小不一,连通程度各不相同,在一些细小的裂隙中,水流因阻力大而流动缓慢;而在一些连通性好和开启性好的裂隙中,水流阻力小,流速大并且水量集中。

  碳酸盐岩层本身的孔隙很小,透水性较差,但是经过溶蚀后形成了不同形状的溶隙,有溶蚀漏斗、喀斯特洞穴等。不同空隙空间的大小和透水性可以相差几个数量级,一些巨大的地下管道和喀斯特洞穴可以成为地下河。喀斯特水的水位与流量过程呈现强烈的季节变化,其水位变幅可达几十米,流量变幅达几十倍。

  喀斯特含水层的水量往往特别丰富,其含水层的水量丰富程度与喀斯特发育程度密切相关。一般来说岩石可溶性好、地下水径流畅通,而交替强烈的地段是喀斯特发育良好的地段,也是喀斯特水最集中和丰富的地段。
  往往在厚层纯碳酸盐岩分布区、可溶性岩石的构造破碎部位、可溶性岩石和非可溶性岩石或可溶性极强与可溶性弱的岩层交界附近、硫化矿床氧化带、地表水体附近和其他喀斯特水排泄部位富存有丰富的喀斯特水。

  泉是地下水的天然露头也就是它的外在表现形式,是地下含水层或含水通道呈点状出露地表的地下水涌出的现象,是地下水的集中排泄形式。它是在一定的地形、地质和水文条件相互结合的条件下产生的。

  泉往往以一个点状泉口出现,有时是一条线或者一个小范围。通常在山区、丘陵的沟谷和坡角以及山前地带泉水出露得较多,而在平原很少见。
 
  泉分为上升泉和下降泉,上升泉是在泉出口附近水流的压力作用呈上升运动,这种由承压水补给的上升泉流量稳定,水温年变化较小。

  下降泉由潜水或上层泄水补给,地下水在重力作用下溢出地面,在出露口附近水流往往做下降运动,泉水流量和水温往往呈明显的季节变化。

喀斯特水与洞穴沉积物的成因

  在喀斯特地区,水的状态可以分为渗滴水水流、洞池水流、毛细水流、生物参与下的渗滴水流以及凝结小水珠等。

  渗滴水流又形成悬滴水、溅滴水和薄片漫流水;洞池水流又分为水池溢流和水池静水及极缓对流。

  在水流性状方面,悬滴水主要在洞顶和洞壁生成管状、乳突状、倒锥状钟乳、弯钟乳枝以及丛状石枝。在干的洞床中生成丘状、棕榈干状石笋、树枝状石笋、弯石笋、假穴珠和石笋柱等。在洞池中则生成云盆、石堤盆、石堤以及云环水下晶花堤等。

  溅滴水在洞顶生成石瘤、小石珠。在洞壁生成羽状石枝、石灵芝、晶花、石花菜等。在洞床上则生成塔松状石笋、花瓣状石笋和叶片状石笋等。

  薄片漫流水在洞顶生成水母状石钟乳、卷板状石钟乳和旗状、幔状况石钟乳。在洞壁生成石幔、石瀑布、皮壳、鱼鳞石。在洞床则生成皮壳、石梯田、钙板和鱼鳞石。

  水池溢流在洞床上生成边石坝、穴珠、石梯田等。
滴水沉积是洞中石钟乳和石笋的主要形成方式
  水池静水及极缓对流在洞床中则生成洞钙膜、石葡萄、穴珠、晶花、石瘤、石珊瑚等。
  由洞穴毛细水流所形成的堆积物在洞顶、洞壁和洞床中分别表现为卷曲石、文石花、石盾、石花球、石花锥、石枝、石枝丛及皮壳等。

  由生物参与下的渗滴流主要生成植物钟乳、石幔和植物石笋、石柱。

  凝结水珠主要生成小石毛和小石珠(不受裂隙控制)。

  了解喀斯特水作用对洞穴探险有很大帮助

  地下河是喀斯特水运动的一种特殊形式。在中国,地下河是我国南方喀斯特区域内的一种地下喀斯特系形态和喀斯特水运动的形式。地下河与含水层中的地下水有很大的差异,也与裂隙水、孔隙水的运动不同,是具有地表河流和地下水特点的一种独特的喀斯特区域地下水流。

  地下河(Subterranean River)是喀斯特洞穴通道中的水流,它包括岩溶管道中运动着的地下水、位于水平循环带或饱水带中、与喀斯特含水层是一个统一的含水层、具有地表河的特点、是有出口而没有入口的水流(区别于有入有出的伏流)、50L/S的流量等概念。

  总的来说,地下河是发育在碳酸盐层内的管道和喀斯特洞穴系统中的地下河流,是处于地表和含水层之间并积极活动的地下水域。

  地下河有固定的河床,有阶地,有河流沉积景观。相当于地表河而言,地下河是地表河的特殊支流。在地下河流域内,并不是处处可以通人的洞穴管道,而是一个很复杂的时间过程。地下河受大气降水、地表水渗入、含水层的补给影响很大,尤其是流量和水位的变化大,受气候控制。
  通过墙壁的石幔和水边的沙地可以看出这个水潭是壁流水和洞道水综合形成的

  喀斯特水因为含有二氧化碳,在溶蚀碳酸盐岩的过程中主要有两个对应的情况:

1.岩体中的通道:裂隙、溶隙、溶道、溶道网

2.水径流变化:裂隙水、隙流、地下河、网状地下河

  在一个喀斯特岩体里,管道的发展方向为:个体溶洞、管道状况暗河、平行通道组、网络状通道,双河洞就是网络状通道发育的典型。

地下河的发育分为几个阶段:

  1.初期:只是孤立管道中的地下河,坡降很大,有暗瀑布、急滩或跌水,管道一般是单一的,很少有支流,呈峡谷状,很水或无石钟乳沉积。

  2.中期:平行管道状暗河,支流逐渐增多,汇水面积不断扩大,管道面多呈圆或者椭圆状,有虹吸现象。在洞穴的大厅内常常出现钟乳石沉积和河流冲击物。

  3.后期:地下河呈网状暗河,地表有塌陷,坡降变缓,湍流和瀑布完全消失,水流速度减慢,出现曲流,地下河道上布满湖或潭,就像双河洞的皮硝洞下洞就是属于这个阶段,洞内钟乳石沉积增多,冲击物和淤积物增厚。

  4.消亡期:由于地壳上升,河流下切,地下河通道因为抬升而干枯,而地下河就消失了。


地下河的规模可以分为4种类型

  1.巨型地下河:流域面积在1000平方公里以上,长度为数十公里,枯季流量大于1立方米/秒。(贵州罗甸大小井)

  2.大型地下河:流域面积在100—1000平方公里之间,主流长度在十至几十公里,枯季流量大于0.1立方米/秒。

  3.中型地下河:流域面积在10—100平方公里之间,主流长度在十数公里,枯季流量大于0.01立方米/秒。

  4.小型地下河:流域面积在10平方公里以内,主流长度几公里,枯季有断或者流量小于0.1立方米/秒。
从平面上看,地下河分为数枝状地下河系、羽毛状地下河系、侧枝状地下河系、线状地下河系、锯齿状地下河系、网络状地下河系、丛状地下河系和交叉状地下河系。

   以上我们简单地介绍了喀斯特水对于洞穴形成的作用以及地下河在喀斯特地区的基本特点,相信爱好洞穴探险的朋友通过自己的观察和实地了解,一定会在今后的洞穴勘测和科学考察中受益良多。

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