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巖溶的發(fā)生與發(fā)展,受多種因素的影響。總的來說,巖溶發(fā)育的基本條件有:巖石的 可溶性、巖石的透水性、水的溶解性和水的流動(dòng)性。前兩項(xiàng)是產(chǎn)生巖溶的內(nèi)在因素,后兩 項(xiàng)是巖溶發(fā)生的外部條件。
巖石的可溶性
巖石的成分:巖石的成分不同,其溶解度也不一樣。按成分可分為鹵化鹽類巖 石(巖鹽、鉀鹽等)、硫酸鹽類巖石(石膏、硬石膏等)、碳酸鹽類巖石(石灰?guī)r、白云巖、 自云質(zhì)灰?guī)r、大理巖等)。這三類巖石中,鹵化鹽類巖石溶解度最大,其次是硫酸鹽類巖 石,碳酸鹽類巖石的溶解度最低。但是在自然界中,鹵化鹽類巖石和硫酸鹽類巖石不常見, 遠(yuǎn)不如碳酸鹽類巖石分布普遍,對巖溶現(xiàn)象來講,碳酸鹽類巖石的實(shí)際意義最大。
碳酸鹽類巖石由不同比例的方解石和白云石組成,并含有泥質(zhì)、硅質(zhì)等雜質(zhì)。研宄資 料表明:方解石的溶解速度比白云石高得多,因此石灰?guī)r比白云巖容易被溶蝕;白云質(zhì)灰 巖和石灰質(zhì)白云巖,首先被溶解的是方解石,使白云石被殘留下來,阻塞洞隙,使巖溶作 用減弱;泥灰?guī)r含有許多黏土礦物,經(jīng)過溶蝕作用后,其表面殘余的黏土顆粒也能堵塞洞 隙,妨礙水流運(yùn)動(dòng),影響巖溶作用的繼續(xù)進(jìn)行。故一般質(zhì)純的石灰?guī)r,巖溶較發(fā)育,而泥 灰?guī)r、桂質(zhì)灰?guī)r等,巖溶發(fā)育較差。例如,我國南方分布的泥盆系、石炭系、二疊系、三 疊系和北方的中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r,一般巖性較純,巖溶較發(fā)育;而北方震旦系的硅質(zhì)灰?guī)r、 下奧陶統(tǒng)的白云質(zhì)灰?guī)r,巖溶發(fā)育較差。
巖石的結(jié)構(gòu):巖石的結(jié)構(gòu)對巖溶影響較大。礦物顆粒的大小、形狀和結(jié)晶狀況 都控制著巖石的孔隙率。一般晶粒粗大或不等粒結(jié)構(gòu),由于抗風(fēng)化能力差,節(jié)理裂隙發(fā)育, 易于溶蝕;而晶粒較細(xì),均勻致密的巖石,則不易溶蝕;對于生物碎屑巖和鮞狀灰?guī)r,它 主要由生物碎屑組成,孔隙大,巖溶最發(fā)育;經(jīng)過重結(jié)晶的亮晶灰?guī)r,孔隙度小,最不易 溶蝕。如我國山東省,有些白云巖和泥質(zhì)白云巖比純灰?guī)r的巖溶發(fā)育,這是因?yàn)檫@些巖石 的結(jié)構(gòu)主要是生物碎屑灰?guī)r和鮞粒灰?guī)r,其孔隙率高,溶孔發(fā)育造成的。
巖石的透水性巖石的透水性加大了巖石與水的接觸空間,使巖溶作用不僅限于巖 石的表面,還能向深處發(fā)展。巖石的透水性取決于巖石的裂隙和孔隙度,其中裂隙比孔隙 更為重要。巖石的裂隙由于成因不同,其性質(zhì)和分布特點(diǎn)各不相同,其影響的巖溶發(fā)育部 位也不相同。構(gòu)造裂隙是水流的主要通道,因此巖溶發(fā)育的程度和分布方向,往往與地質(zhì) 構(gòu)造密切關(guān)系。一般在斷層帶、裂隙密集帶、褶皺軸部等部位,巖石破碎,地下水容易進(jìn) 行循環(huán)交替,巖溶最為發(fā)育;風(fēng)化裂隙的存在,使地表附近的巖石破碎,有利于地下水的 運(yùn)動(dòng),因此在地表附近巖溶一般也比較發(fā)育。層間裂隙也是地下水進(jìn)入巖石的通道,在可 溶性與非可溶性巖石的界面上,由于地下水的流動(dòng)、富集,巖溶往往也較發(fā)育。如北方下 寒武統(tǒng)龍王廟階的二段石灰?guī)r,地下水下滲時(shí)受到一段頁巖和太古代花崗片麻巖的阻 擋,二段石灰?guī)r巖溶發(fā)育,是較好的含水層。
可溶性巖石的孔隙度一般比較小,但在貝殼灰?guī)r、珊瑚礁灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r中,孔 隙大而多,對巖溶發(fā)育影響很大。
水的侵蝕性自然界的水是不純的,含有許多化學(xué)成分。水對碳酸鹽類巖石的溶解 能力,主要取決于水中(:02的含量,即所謂的侵蝕性C02。其含量越多,溶解能力越強(qiáng)。 水中(:02的來源,主要是雨水溶解空氣中的(:02形成的。此外,土壤和地表附近強(qiáng)烈的生物化學(xué)作用,也是水中co2的重要來源。
在地下水向深處運(yùn)動(dòng)的過程中,由于不斷溶解巖石,水中侵蝕性(:02含量逐漸減少, 地下水的溶蝕能力也隨之下降;水溫也影響水的溶解能力,溫度越高,溶解能力越大;當(dāng) 水中含有cr、so;_離子時(shí),水對碳酸鹽類巖石的溶解能力將增加。
水的流動(dòng)性水溶蝕能力與水的流動(dòng)性關(guān)系密切。在水流停滯的情況下,隨著水中 C02不斷消耗,水溶液達(dá)到飽和狀態(tài)而喪失溶蝕能力。只有當(dāng)?shù)叵滤粩嗔鲃?dòng),與巖石廣 泛接觸,源源不斷地補(bǔ)充富含co2的水,巖溶才能繼續(xù)進(jìn)行。
地下水的流動(dòng)性主要取決于降水量、水位差和巖石的透水程度。降水量和地下水循環(huán) 系統(tǒng)的水位差越大,水的流動(dòng)就快。所以多雨的濕潤地區(qū)和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)上升強(qiáng)烈地區(qū),溶 蝕作用比較強(qiáng)烈。相反,在干旱地區(qū),降水較少,溶蝕作用微弱。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對穩(wěn)定的 準(zhǔn)平原區(qū),地下水循環(huán)系統(tǒng)的水位差不大,溶蝕作用就不如山區(qū)強(qiáng)烈。
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