第11和14章-地下水和冰川的地质作用课件.ppt

1、普通地质学普通地质学张尚锋张尚锋概述概述地下水的潜蚀作用地下水的潜蚀作用地下水的搬运和沉积作用地下水的搬运和沉积作用古岩溶古岩溶 地下水是自然界水的一部分。据估算，埋藏在地下17Km以内的地下水总量约为8.41015m3，其中有一半埋藏在地面以下1Km的范围内。地下水的地质作地下水的地质作地下水的储存及运动条件地下水的储存及运动条件 地下水能在岩石中储存和运动是因为岩石具孔隙度和渗透性。地下水能在岩石中储存和运动是因为岩石具孔隙度和渗透性。衡量孔隙大小的指标为孔隙度（衡量孔隙大小的指标为孔隙度（porosity）孔隙度：岩石中孔隙体积占岩石总体积的百分比孔隙度：岩石中孔隙体积占岩石总体积的百分

2、比 地下水能否在岩石中运动取决于岩石的渗透性。地下水能否在岩石中运动取决于岩石的渗透性。衡量渗透性的指标为渗透率（衡量渗透性的指标为渗透率（permeability）透水层透水层(permeable bed)：地下水易于通过的岩石：地下水易于通过的岩石含水层含水层(aquifer)：能透过和保存地下水并能在重力作用下释放相当数量水的岩石。：能透过和保存地下水并能在重力作用下释放相当数量水的岩石。隔水层隔水层(impervious bed)：地下水不易透过的岩石。：地下水不易透过的岩石。地下水的运动特点地下水的运动特点 地下水据其在孔隙中的存在形式可分为：吸附水(hydroscopic wate

3、r)：受静电引力作用以分子状态吸附于岩石表面。薄膜水(thinfilm water)：吸附水厚度大于几个到几百个水分子直径时，便形成薄膜状。毛细水(capillary water)：当孔径小，水量增多时，水受表面张力作用逆重力方向运动，称毛细水。重力水(gravity water)：若孔径较大，水的重力大于表面张力和静电引力时，水受重力影响垂直渗流。根据地下水的运动方向：包气带(aeration zone 地下水的垂直运动带）：呈垂直方向运动的水。饱水带(saturation zone 地下水的水平运动带)：地下水下渗时，因遇隔水层阻隔而汇聚起来，当水充满了孔隙时，称饱水带，饱水带水常沿隔水层

4、顶面作近水平方向的运动。地下水的基本类型地下水的基本类型 据地下水的运动状态、埋藏条件，可以将地下水分为：据地下水的运动状态、埋藏条件，可以将地下水分为：包气带水包气带水(aoration zone water)：是埋藏在包气带中的地：是埋藏在包气带中的地下水，主要以吸附水、薄膜水和毛细水形成存在。下水，主要以吸附水、薄膜水和毛细水形成存在。潜水潜水:潜水埋藏于地表下第一个隔水层以上，是具有自潜水埋藏于地表下第一个隔水层以上，是具有自由水面的地下水。潜水的自由水面称为潜水面，其上无稳由水面的地下水。潜水的自由水面称为潜水面，其上无稳定的隔水层，可以直接接受大气降水、地表水及其他水源定的隔水层，

5、可以直接接受大气降水、地表水及其他水源的补给。的补给。承压水承压水:承压水是指充满两个隔水层间的地下水。它与承压水是指充满两个隔水层间的地下水。它与潜水不同，其上下都有隔水层，不能普遍地与大气接触，潜水不同，其上下都有隔水层，不能普遍地与大气接触，不易受污染，其补给区小于分布区。承压水最重要的特征不易受污染，其补给区小于分布区。承压水最重要的特征是具有承压性。是具有承压性。泉(spring)：是地下水的天然露头。上升泉：由承压水补给；下降泉：由非承压水补给接触泉；断层泉；侵蚀泉；普通泉；温泉、冷泉井(well)：人工揭露的地下水露头地下水的化学成分和物理性质地下水的化学成分和物理性质 溶于地下

6、水中的气体主要有：O2、N2、CO2、H2S等。O2含量高代表氧化环境；H2S含量高代表还原环境。地下水中含有多种元素，主要阳离子有：Na+、K+、Mg2+、Ca2+，主要阴离子有：SO42-、HCO3-等。物理性质：透明度，与所含矿物质和机械混入物数量有关。颜色：受化学成分影响。嗅味：与H2S和有机质的含量有关。味感：与 于水中的矿物质，气体有关。地下水的潜蚀作用地下水的潜蚀作用 以化学潜蚀作用为主，机械潜蚀作用只在松散堆积层和一些胶结不好的岩石中起一定作用，但地下暗河可有明显的机械潜蚀作用。岩溶作用和岩溶地形的形成过程岩溶作用和岩溶地形的形成过程 化学潜蚀作用：指地下水对岩石、矿物的溶解所

7、产生的破坏作用。岩溶作用：喀期特作用（karstfication）岩溶作用形成的地形称岩溶地形（喀斯特地形(karst landform)CaCO3+H+HCO3-Ca2+2(HCO3)-岩溶作用的进行条件岩溶作用的进行条件 1岩石的可溶性：碳酸盐岩（石灰岩、白云岩）盐类岩石，钙质胶结的碎屑岩。2岩石的透水性：透水性好，岩溶作用易于进行，裂隙发育 3地下水的溶蚀力：取决于CO2的浓度 4地下水的流动特征：流速越快，岩溶作用越易进行 主要岩溶地貌主要岩溶地貌 1发育于地表和包气带中的岩溶地形 a溶沟与石芽 溶沟(karren)和石芽(stony sprout)：是地表水沿岩石表面流动溶蚀而形成的

8、沟、槽和脊状突起。石林(stono forest)：巨型石牙 b落水洞(sinkhole)：是地面水沿裂隙垂直下渗和溶蚀形成的近于直立的深洞。落水洞是饱气带的主要岩溶地形。c溶斗和溶洼：岩溶作用在地表及浅处形成的碟状、漏斗状洼地称溶斗(funnel)（或岩溶漏斗doline）。溶斗侧向扩大、合并、加深形成的小型封闭洼地称为溶洼。饱水带中发育的岩溶地形饱水带中发育的岩溶地形 溶洞(karst cave)：处于饱水带上部或季节性变动带的地下水，常沿岩层层面、裂隙和断裂带作近水平方向运动，因而在该带因溶蚀作用形成近水平方向的空洞称溶洞。溶盆和溶原溶盆和溶原溶盆（又称坡立谷polje）和溶原（kars

9、tic plain）是可溶性岩石地区经长期的溶蚀作用和崩塌作用形成的大型半封闭洼地。溶盆和溶原边原发育的成群出现的石灰岩峰称峰林(hoodoo)。岩溶地形发展的阶段性岩溶地形发展的阶段性 地 表：地 表：石石芽、溶 沟芽、溶 沟、溶 斗、溶 斗、落水洞落水洞地 下：地 下：孤孤立洞穴立洞穴溶洼、溶洼、石林、石林、溶洞、溶洞、暗河暗河溶盆、溶原、峰林地形早期 中期 晚期 地下水的搬运和沉积作用地下水的搬运和沉积作用 地下水的搬运作用地下水的搬运作用 以化学搬运为主；少数过饱和沉淀，多数被带到地表河流，最终带入海洋、湖泊 流经石灰岩地区的地下水（硬水）：CO32-、HCO3-、Ca2+、Mg2+流

10、经干旱或半干旱地区的地下水：K+、Na2+、Cl-、SO42+湿热地候原因风化作用强烈，地下水中常含：SiO2、Al(OC)3、Fe(OH)3 地下水的沉积作用地下水的沉积作用 以化学沉积为主。（一）化学沉积 温压条件变化，过饱和沉淀 1溶洞沉积物：石钟乳(stalactite)：悬挂在洞顶的锥状CaCO3沉淀物 石笋(stalagmite)：滴至洞底后向上生长的竹笋状沉淀物 石柱(stalacto-stalagmite)：石钟乳、石笋相连，形成石柱 钟乳石：石钟乳、石笋、石桂统称钟乳石 石幔：水沿裂隙渗出沉淀形成的帷幕状的沉淀物称石幔。古岩溶古岩溶古岩溶：是指新生代以前发育的岩溶一、古岩溶的

11、识别一、古岩溶的识别 1在形态上常表现为经历过岩溶作用的碳酸盐岩的顶面在短距离内有较大起伏，起伏面上溶蚀痕迹（石芽、溶沟等）。有时可发现岩溶残余堆积物（赭土）和洞穴沉积（钟乳石和岩溶角砾岩等）古岩溶面上可发育古风化壳，风化壳中的残积物多为铁质和铝土质。古岩溶面上的洞穴常被后期洞穴充填，呈囊状、袋状 二、古岩溶的研究意义：二、古岩溶的研究意义：可作为分析地壳运动性质的重要依据：地壳长期以上升为主有助于分析古地理、古气候：温暖、潮湿气候、古陆剥蚀区找矿意义、石油可储存于古岩溶面上的溶洞中，有些金属矿物也与溶洞有关。本章重点本章重点1、岩溶作用的概念、地下水的运动状态对岩溶地貌发育的控制作用2、地下

12、水的地质作用形成的各种地貌：溶沟、石芽、落水洞、溶洞、溶盆、溶原、峰林等3、地下水沉积作用产物（石笋、石钟乳、石柱、石幔）4、古岩溶的概念、鉴别标志及研究意义 冰川的地质作用冰川的地质作用 一、概述一、概述二、冰川的刨蚀作用二、冰川的刨蚀作用三、冰川的搬运作用三、冰川的搬运作用四、冰川的沉积作用四、冰川的沉积作用 冰川冰川（glacier）：大陆上在雪线以上终年积雪地区由积雪形成的能运）：大陆上在雪线以上终年积雪地区由积雪形成的能运动的冰体。动的冰体。雪线：终年积雪区的下限雪线：终年积雪区的下限 一、冰川的形成一、冰川的形成冰川形成的两个基本条件：冰川形成的两个基本条件：年平均气温在年平均气温

13、在以下，大气降水比较丰富，雪的累积量大于消以下，大气降水比较丰富，雪的累积量大于消融量。融量。有适合冰雪大量堆积的场所，并有一定的坡度，有利于冰川的运有适合冰雪大量堆积的场所，并有一定的坡度，有利于冰川的运动。动。雪雪 雪粒雪粒 冰川冰冰川冰 川冰川冰 固化、归并固化、归并 冰晶连接冰晶连接 压力和重力压力和重力 和重结晶作用和重结晶作用 作用下运动作用下运动二、冰川的运动二、冰川的运动运动状态：冰川是一种固体流，冰川呈块状运动运动原因：冰川由于受上层冰的压力和重力作用而运动运动速度：随季度变化；冰川的不同部位运动速度不同 在横剖面上，中部较两侧快，形成冰舌冰川的底部因与基岩的磨擦作用，运动速

14、度反而下降。冰舌（ice tongne）：冰川最前端因中间部分流速快而形成突出的舌状，称冰舌。冰退（glacior regession）：供冰量少于消融量时，冰川前端发生萎缩冰进（glacier advace）：供冰量大于消融量时三、冰川的类型三、冰川的类型 按所处的气候、地理条件及冰川分布的规模和形态特征：按所处的气候、地理条件及冰川分布的规模和形态特征：大陆冰川：分布于高纬度和极地地区的冰川大陆冰川：分布于高纬度和极地地区的冰川 分布面积大，呈冰盖，因自身的压力而运动分布面积大，呈冰盖，因自身的压力而运动 山岳冰川：规模小，冰层薄，受地形控制，呈线状分布山岳冰川：规模小，冰层薄，受地形控制

15、，呈线状分布 冰川的刨蚀作用冰川的刨蚀作用 冰川及其所挟带的岩石碎块对冰床的破坏作用称为刨蚀作用（ploughing）。一、刨蚀作用方式挖掘作用（glacial sapping）又称拔蚀作用（plucking）：是指在冰川运动时冰体将与其冻结在一起的冰床基岩碎块拔起并带走的过程。磨蚀作用（abrasion）：冰川以其自身的压力以及冻结在冰川两侧和其底部的岩石碎块刮削、锉磨冰床的过程。冰溜面（冰溜面（glacial pavement）：磨蚀作用在冰床基岩面上）：磨蚀作用在冰床基岩面上形成的磨光面。形成的磨光面。冰溜面上常见擦痕（冰溜面上常见擦痕（glacial striae）和刻槽（）和刻槽（g

16、lacial grooves）条痕石（条痕石（striatecl pebble）：冰川砾石可被磨出一或两个）：冰川砾石可被磨出一或两个磨光面，磨光面上有擦痕及刻槽，称条痕石。磨光面，磨光面上有擦痕及刻槽，称条痕石。羊背石：冰床上凸起的石质小丘。长轴平行于冰川流动羊背石：冰床上凸起的石质小丘。长轴平行于冰川流动方向；朝上游方向坡度缓，且发育冰溜面和冰川擦痕；朝方向；朝上游方向坡度缓，且发育冰溜面和冰川擦痕；朝下游方向坡度陡下游方向坡度陡刨蚀作用形成的地形刨蚀作用形成的地形冰蚀谷（g;lacial valley）：指冰川的刨蚀改造形成的谷地。冰蚀谷在横剖面上呈“U”形，故又称“U”形谷（U-val

17、ley）冰斗（cirque）：是刨蚀作用造成的三面壁陡的半圈形洼地。冰斗常沿雪线附近分布。角峰与刃脊（horn knife-adge）是相邻的冰斗或槽谷的谷壁因刨蚀作用发生后退形成的地形。如果形成两壁陡峻脊部尖薄的山脊时称为刃脊（fish-crest）；被三个以上冰斗包围的，岩壁陡立的金字塔形山峰称角峰。冰川的搬运作用冰川的搬运作用 冰川的搬运方式全为机械搬运方式：推运：指冰川前端以巨大的推力将冰床上的岩屑向前推进载运：冻结在冰块内或落在冰面上的岩块随冰川的运动而被搬运 被冰川搬运的物质和由冰川地质作用堆积下来的物质统称冰碛（glacial drift）冰碛物的分选性和磨圆度均很差。漂砾（er

18、ratic boulder）：直径大于1m的冰川搬运物 冰川的沉积作用冰川的沉积作用 按介质条件的变化情况可分为：冰川沉积、冰水及冰湖沉积一、冰川的沉积作用一、冰川的沉积作用冰川流至消融区，或因雪线上升，冰川退缩，冰川前端冰体融化时，冰川所挟带的大量岩石碎屑便可以堆积下来。冰川消融而沉积下来的岩石碎屑称为冰碛物（moraine）。终碛（end moraine）：冰川前端堆积的冰碛物。终碛在冰舌外形成的一个弧形长堤称终碛堤（end moraine bar）底碛（ground moraine）：冰床上堆积的冰碛物侧碛（lateral moraine）：山谷冰川两侧的冰碛物中碛（medial mor

19、aine）：侧碛汇合于冰川中部，称中碛。冰碛物的特征：冰碛物的特征：分选性差分选性差成分与冰川发育地带的基岩成分基本一致成分与冰川发育地带的基岩成分基本一致冰碛物中常含有易风化岩石冰碛物中常含有易风化岩石冰碛物多数磨圆度差，仅少数棱角被磨钝，冰碛砾石表面常有冰碛物多数磨圆度差，仅少数棱角被磨钝，冰碛砾石表面常有磨光面，面上具擦痕，冰碛砾石表面还可见磨光面，面上具擦痕，冰碛砾石表面还可见“压坑压坑”二、冰水沉积作用二、冰水沉积作用冰水沉积（glaciofluvial deposit）是指以冰融水为主要营力经过再搬运而形成的沉积物。冰水沉积物的特点：既有冰川沉积特点，又有地面流水沉积作用的某些特点，其沉积物中可有带擦痕和溜光面的冰川砾石，但又有一定的成层性、分选性、磨圆度也较冰碛物好，但一般较冲积物差。冰川底部及两侧因摩擦而融化水表面消融水冰下河冰下河汇聚于冰下冰前河冰前河冰湖冰湖 从冰下隧道渗出或冲决 冰碛堤岩粉冲刷底碛中的砂、砾冰下沉积搬运至冰前冰前扇地冰水平原冰湖沉积冰前河沉积注入平坦地带后 几个冰前扇地相连 本章重点本章重点1.冰川的概念、类型冰川的运动特点2.主要冰蚀地貌 U形谷、冰斗、角峰、刃脊3.冰碛物的特点