五、岩溶水的分布与运动对岩溶的影响
岩溶水与常态水不同,例如它在空间分布上,分为地表径流和地下径流; 在流态上两者又各自成系统,但又互相联系和转化。
(一)地表径流的特征
- 地表河流、湖泊和沼泽是地下水的补给区。
这些水体明显地控制着地下水的水质、补给、运动和排泄,对地下岩溶有重要的影响。
- 径流少,水量不多。
岩溶区地表由于透水性强,所以水流很快通过裂隙和管道转入地下,变成地下水流。而地面干旱,河流稀少,流量亦不稳定,有时明流变为伏流, 河谷变成干谷。
- 水质变化。
在岩溶区的大气降水,最初是含少量碳酸的矿化水,以后因不断溶解岩石,水的矿化浓度也逐渐增大,甚至达到饱和。因此,由地面进入河流或转入地下的水体,一般已失去了溶蚀能力,或者溶蚀能力大为降低,除非有碳酸水加入,或者有水质不同的水流混合而产生混合溶蚀效应之外。
(二)地下径流的分带与水流特征
地表径流通过各种裂隙和管道转入地下后,向深处运动,运动方向有垂直的,也有水平的,由上至下可分成三带:
- 包气带(垂直循环带)。
该带位于地面以下至丰水期潜水面之间的地带,水流受重力作用,由上往下渗流,故又称为垂直循环带。水流时间不稳定,通常是在降雨或冰雪融化季节发生,平时干涸。该带厚度视潜水面的深度而定,而潜水面的深浅又与河流切割的深度有关。在地壳上升区,河流深切,潜水面很低,故包气带的厚度大,如我国桂西北及贵州高原山地区,包气节厚度由数百至千米以上。在地壳稳定区,河流下切较浅,潜水面较高,包气带的厚度就小。如桂东南的平原丘陵区,包气带厚度只有数米至几十米不等。如果可溶岩中夹有不透水层(如页岩)时,该带厚度也变小。
包气带水的溶蚀力虽然在转入地下之前已趋向饱和,但因通过土层时溶入了土壤空气中较多的 CO2 和有机酸,进入地下管道时又因 PCO2 增大,加上
“混合溶蚀”和“冷却溶蚀”作用,溶蚀力仍然得以保持。但总的来说,溶蚀作用随深度增加而减弱。垂直溶蚀的结果,多形成各种大小不同的垂直性的溶隙、管道和洞穴。
- 季节变动带。
位于包气带之下的丰水期潜水面与枯水期潜水面之间的地带。这两种潜水面具有季节变动的特点。雨季或冰雪解冻时潜水面升高(随河水位上升), 是为丰水期潜水面。此时水流方向近水平,向河谷排泄,与饱水带相同,溶蚀出水平状洞穴。干季潜水面下降,是为枯水期潜水面,此时水流方向垂直, 与包气带连成一起。由此可见该带是上部包气带与下部饱水带之间的过渡带,岩溶作用及地貌多变。
- 饱水带(水平循环带)。
位于枯水期潜水面之下,直至可溶岩的底板之上。此带终年呈饱水状态, 具有自由水面,水流方向近水平,多向河谷排泄。在流动过程中溶蚀力一般减弱,但当有新的水流汇入或流速加大时,溶蚀强度会增大,甚至有向下游加大的趋势。
该带按水的流动状态及其变化,可分为上部饱水带和下部(深)饱水带, 二者之间无明显的分界。上部饱水带的流动快,水的交替较强,矿化度较低, 溶蚀较活跃。
上部饱水带形成的地貌以水平状溶洞和地下河为主,数量多,规模大, 世界上著名的水平洞穴都在该带发育。下部饱水带在谷底之下的深处,具有承压性,水的流向虽然仍近水平,但流动不受当地河水位的影响,而是向侵蚀基准面更低或者地质减压方向运动。水流缓慢,水体交替弱,矿化度高, 溶蚀停滞,只形成规模小的孔洞,显示了饱水带的溶蚀作用随深度而减弱的特点。