地下水的沉积作用

地下水的地质作用


地下水对岩层破坏和建造作用的总称。地下水在流动过程中对流经的岩石可产生破坏作用，并把破坏的产物从一地搬运到另一地，在适宜的条件下再沉积下来。因此，地下水的地质作用包括剥蚀作用、搬运作用和沉积作用。　　
剥蚀作用　地下水的剥蚀作用是在地下进行的，所以又称为潜蚀作用。按作用的方式分为机械潜蚀作用与化学溶蚀作用。工程地质学中的潜蚀概念不包括可溶性岩石的化学溶蚀作用。　　
① 机械潜蚀作用。地下水在流动过程中，对土、石的冲刷破坏作用。地下水在土、石中渗透，水体分散，流速缓慢，动能很小，机械冲刷力量微弱，只能将松散堆积物中颗粒细小的粉沙、泥土物质冲走，使其结构变松，孔隙扩大。但经过长时间的冲刷作用，也可以形成地下空洞，甚至引起地面陷落，出现落水洞和洼地。这种现象常见于黄土发育地区。疏松的钙质粉砂岩也易受到冲刷破坏。地下水充满松散沉积物的孔隙时，水可润滑、削弱、以至破坏颗粒间的结合力,产生流沙现象;或浸润粘土物质,使之具有可塑性，引起粘土体积膨胀,导致土层蠕动和变形。　　
② 化学溶蚀作用。地下水可溶解可溶性岩石所产生的破坏作用，又称喀斯特作用。地下水中普遍含有一定数量的二氧化碳，这种水是一种较强的溶剂，它能溶解碳酸盐岩（如石灰岩，化学成分为碳酸钙），使碳酸盐变为溶于水的重碳酸盐，随水流失。碳酸盐岩中常发育裂隙，更易遭受溶蚀，岩石中的裂隙逐渐扩大成溶隙或洞穴。在碳酸盐岩地区，喀斯特作用可产生一系列如溶沟、石芽、溶洼、溶柱、落水洞、溶洞、暗河、地下湖和石林等喀斯特地形。　　
搬运作用　地下水将其剥蚀产物沿垂直或水平运动方向进行搬运。由于流速缓慢，地下水的机械搬运力较小，一般只能携带粉沙、细沙前进。只有流动在较大洞穴中的地下河，才具有较大的机械动力，能搬运数量较多、粒径较大的砂和砾石，并在搬运过程中稍具分选作用和磨圆作用，这些特征类似于地表河流。　　
地下水主要进行化学搬运。化学搬运的溶质成分取决于地下水流经地区的岩石性质和风化状况，通常以重碳酸盐为主，氯化物、硫酸盐、氢氧化物较少。搬运物呈真溶液或胶体溶液状态。化学搬运的能力与温度和压力有关，随地下水温度增高和承受压力加大而增大。地下水化学搬运物除少数沉积在包气带的中、下部外，大部分搬运至饱和带，最后输入河流、湖泊和海洋。全世界河流每年运入海洋的23.4亿吨溶解物质中大部分来源于地下水。　　
沉积作用　包括机械沉积作用和化学沉积作用，以化学沉积作用为主。　　
地下河流到平缓、开阔的洞穴中，水动力减小，在这些洞穴中形成砾石、砂和粉沙等堆积。由于水动力较小，地下河机械沉积物具有粒细、量少、分选性与磨圆性差的特征，沉积物中可能混杂有溶蚀崩落作用产生的呈角砾状的崩积物。　　
含有溶解物质的地下水在运移中，由于温度、压力变化，可发生化学沉积。例如，由于温度升高或压力降低，二氧化碳逸出，重碳酸钙分解而发生沉淀；或由于水温骤降或水分蒸发，水中溶解物质达到过饱和而发生沉淀。　　
地下水中溶质在粒间孔隙内沉淀，可把松散堆积物胶结成致密的坚硬岩石。常见的起胶结作用的物质有铁质（氧化铁或氢氧化铁）、钙质（碳酸钙）和硅质（二氧化硅）等。　　
地下水中溶质在岩石裂隙内沉淀或结晶，构成脉体。如由碳酸钙组成的方解石脉，由二氧化硅组成的石英脉。含铁、锰的沉淀物在裂隙面上呈柏叶状，称假化石。　　
饱含重碳酸钙的地下水，沿岩石的裂隙或断层流入溶洞，压力降低，二氧化碳逸出，水分蒸发，碳酸钙沉淀。沉淀物呈锥状、柱状，横切面具圈层构造，称为溶洞滴石，包括石钟乳、石笋和石柱。　　
含有溶质的地下水流出地表，在泉口处沉淀形成的化学堆积物，称为泉华。泉华疏松多孔。成分为碳酸钙的称钙华或石灰华，成分为二氧化硅的称硅华。 答案补充 一、地下水的潜蚀作用
1. 机械潜蚀作用
2. 化学溶蚀作用
二、地下水的搬运和沉积
1. 动能小，故机械搬运弱，只能搬运细小泥沙。
2. 大洞穴地下河内有类似河流的机械沉积（以化学沉积为主）。
(1) 泉口附近(泉华)：压力降低，CO2逸出使 CaCO3 沉淀，形成疏松多孔的物质，称钙华；因温度降低SiO2沉淀，形成疏松多孔的物质，称硅华。
(2) 溶洞内：Ca(HCO3) 2溶液因压力降低，CO2逸出，CaCO3沉淀，形成各种各样的溶洞滴石。石钟乳、石笋、石柱。
(3) 缝隙中沉积作用： 薄板状矿脉，剖面形态为脉状，方解石脉、石英脉。
(4) 粒间孔隙中的沉积作用： 地下水在岩石中颗粒之间沉淀下来的沉淀物，常形成松散沉积物中的胶结物。钙质、硅质.
(5) 石化作用： 地下水中矿物质与掩埋在沉积物中生物体之间的物质交换。生物体内物质溶蚀流失，其空间被地下水中矿物质(SiO2，CaCO3)沉淀充填， 物质成分改变了，但仍完全保留着生物原有的构造。 硅化木，石化的树木。大部分化石就是这样形成的。

火成岩是直接来源于岩浆物质的岩石，可以由火山喷发或侵入先期岩层的形式形成；而沉积岩是由先期已形成的火成岩、变质岩或沉积岩经过风化剥蚀、搬运、沉积等作用，最后固结成岩的岩石类型。由于成因上的差异造成了两者在矿物组成、结构特征以及空间分布等诸方面都有明显不同。
联系上，火成岩可以直接（或者变质以后）被风化剥蚀，经过搬运、沉积形成沉积岩。而沉积岩可以在构造运动中随地壳向下俯冲，经过熔融再上侵或喷发形成火成岩。

地下水的沉积作用有机械的和化学的两种方式，以化学沉积作用为主。

(一)机械沉积

溶洞中的机械沉积，主要是垮塌形成的角砾、砂、泥组成的混合堆积；地下河在开阔地段，因流速降低，可以出现少量砾石、砂和粘土等碎屑沉积，其中以粘土沉积为主。

(二)化学沉积

地下水的化学沉积常见于洞穴内、裂隙中和泉的出口处。常见的沉积作用有以下几类。

1.过饱和沉积作用

过饱和沉积作用是地下水化学沉积过程中最普遍的一种形式。一般发生在地下水流入较大洞穴或流出地表时，因压力降低、温度变化、水分蒸发，使CO₂逸出，引起被溶解物质过饱和而发生沉淀。常见的沉积物有：

溶洞滴石 富含碳酸钙的地下水沿着裂隙流入溶洞中，在其从洞顶下滴或从洞壁漫溢的过程中，都会有大量的水气蒸发或CO₂逸出，从而使CaCO₃沉淀下来，形成千姿百态的溶洞滴石(图6-9)。悬挂在溶洞顶棚上的圆锥形堆积物，称为石钟乳；与其相对应的洞底位置上，CaCO₃沉淀形成向上生长的圆锥形堆积物，称为石笋；经过长期的沉淀，洞顶的石钟乳与洞底的石笋不断长大后连成一体，称为石柱。其生长速度大约是0.01～2mm/a。从洞壁漫溢的地下水，常形成垂帘状CaCO₃沉淀物，称为石帘、石帷幕、石瀑布和石幔等。

图6-9 石钟乳(1)、石笋(2)和石柱(3)

泉华 在泉水出口处沉淀的疏松多孔的堆积物。由碳酸钙组成的称为钙华；由二氧化硅组成的称为硅华。硅华一般形成于温泉出口处。

岩脉(矿脉)与假化石 富含溶解物质的地下水在流入岩石裂隙后，溶解物质会沉淀结晶出来，形成脉状沉积体称为岩脉，如方解石脉、石英脉等。如果其中富含某种有用矿物质，此种脉状沉积体称为矿脉。在一些较紧闭的裂隙中，地下水中的Fe、Mn物质沉淀在裂隙面上，常呈树枝状的，粗看像植物化石，故称之为假化石或模树石。

2.石化作用

包括矿质充填作用和置换作用。矿质充填作用：埋藏在地下沉积物中的生物遗体，其硬体组织中的一些空隙，被地下水中的矿物质沉淀充填，使得生物硬体变得致密和坚硬。如贝壳的微孔、脊椎动物的骨骼等；置换作用是指地下水中的矿物质与掩埋在沉积物内的生物体之间的物质交换，在这个交换过程中，原来生物体组分被地下水溶蚀，并由地下水中的矿物质(SiO₂、CaCO₃等)沉淀充填，改变了物质成分，但仍完全保留着生物原有的构造。如硅化木就是置换作用的结果，古代树木中的有机质被地下水带来的SiO₂置换，树干的外形和纤维构造保存完整。地层中的化石就是通过石化作用形成的。