[科普中國]-滲流帶洞穴

指地下水面以上巖溶水受瓊力作用向下流動過程中溶蝕碳酸鹽類巖體形成的洞穴。

厚度滲流帶洞穴的厚度，取決于滲流帶的厚度，后者的厚度則決定于該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，地形和氣候特征。在切割微弱的平原地區(qū)，滲流帶的厚度通常不超過100米。在山區(qū)，厚度可達(dá)幾百米。這個(gè)帶內(nèi)的水以下降滲流運(yùn)動為主，它的補(bǔ)給條件取決于滲漏水，降水和地表水的滲入。當(dāng)滲流水的速度為0．06厘米/秒，裂隙的寬度為0.014厘米，大氣降水進(jìn)入巖體內(nèi)的平均厚度為1．2—1．3米時(shí)，這些水往往已成為飽和狀態(tài)。因此，隨著深度的增加，向下溶蝕作用就逐漸減弱，如蘇聯(lián)克里木山地內(nèi)曾作過試驗(yàn)，滲流水溶蝕量的垂直梯度，在地衷以下開始時(shí)每100米為127毫克，在深度500—600米的巖體內(nèi)則為8—11毫克/百米。

二氧化碳含量近地表土壤層空氣中的CO2含量，有時(shí)要比空氣中的CO2含量高10—15倍，隨著向巖體內(nèi)部深入，CO2含量也逐漸減少。CO含量在巖體內(nèi)也有特殊的情況，即裂罅水在下滲過程中帶有有機(jī)質(zhì)的殘片和溶液，它們在嫌氣細(xì)菌作用下，釋放出大量CO2，因而在一些溶洞的洞頂裂罅中，具有穩(wěn)定的高CO2含量。總的說來，溶蝕作用最強(qiáng)烈的地方是在滲流帶的上部，因?yàn)槟抢锏乃哂休^低的礦化度和較高的侵蝕性。

洞穴形成的其他作用滲流帶內(nèi)洞穴的形成作用，除了滲流水和潛水以外，還有凝聚水。這種凝聚水在熱天依賴于進(jìn)入巖體內(nèi)空氣中的水分。這種含有碳酸的地下空氣中冷凝起來的水分是有相當(dāng)侵蝕性的。位于離地面很深。體積不大的洞穴，對水汽凝聚顯得十分有利。因?yàn)樗鄣臄?shù)量決定于空氣交換的強(qiáng)度，而不取決于洞穴的體積。在蘇聯(lián)克里木的紅洞內(nèi)，熱天凝聚水的總數(shù)，1立方米洞體中有6．2升，相當(dāng)于年降水55毫米，也即相當(dāng)于該地每年平均降水量的9%。俄羅斯平原上的孔谷洞內(nèi)，夏天凝聚水大干140噸，相當(dāng)于1．4升/立方米(洞穴總的體積為100，000立方米)。克里木山區(qū)滲流帶中洞穴的總體積約為0．008004立方公里，若將洞壁和洞頂凝聚水溶去的巖石折算為2，401．2噸，那么從這些洞穴中攜出的CaCOa總量，為該山區(qū)所有泉水帶出CaCOa總量的5．3%。地區(qū)，多發(fā)育地下豎井。這衛(wèi)的溶蝕作用是由薄膜水和毛細(xì)管水進(jìn)行的。總的說來，這一類洞穴，在平面上和縱剖面上是比較簡單的。如果滲流帶洞穴位于高原內(nèi)部滲流帶很厚的地方，這里洞穴就可以發(fā)育得比較大些，因而也常伴隨有洞頂部和洞壁崩塌體的產(chǎn)生，，崩塌體產(chǎn)生過程是各種各樣的，但其結(jié)果常常是相同的。常是塊狀、板狀和薄片狀的崩塌體，塊狀渤塌體是多層的巖石碎塊組戍的：板狀崩塌體由單一巖層組成；薄片狀崩塌體的規(guī)模耍小得多，也是由一個(gè)層理的巖石體碎塊組成的．這種崩塌體常和碳酸鈣堆積物交替出現(xiàn)．形成一種特殊的洞穴堆積層，其厚度可以變化在數(shù)米到數(shù)十米范圍內(nèi)、這種由崩塌擴(kuò)大的洞穴，很少發(fā)現(xiàn)跨度超過30米寬的大廳，因?yàn)橹恍鄻O少數(shù)巖層才具有這樣大寬度間隔的節(jié)理，而且當(dāng)洞穴上面巖層的摹度相當(dāng)大時(shí)，洞頂就會產(chǎn)生相當(dāng)大的壓應(yīng)力，所以地表會發(fā)現(xiàn)不少閃洞頂崩塌擴(kuò)大而形成的漏斗和落水洞。
2．滲流帶底部的洞穴多數(shù)經(jīng)過地-F河的塑造。地下河階段，地下水向鄰近河谷排泄，因而它的分布高程受到鄰近河谷高程的控制。鄰近河谷的高程是受地形和新構(gòu)造運(yùn)動控制的。如云貴高原南部，在第三紀(jì)時(shí)，巖溶已相當(dāng)發(fā)育。地面平坦寬廣，發(fā)育成具有熱帶特點(diǎn)的巖溶。第三紀(jì)末大面積隆起形成高原，河流的主干(烏江，南、北盤江)切入高原內(nèi)部，支流與主流多數(shù)形成不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。因而在高原內(nèi)部分水嶺地帶，保留有殘留峰林等，河流切割深度小；而在主流的河谷地帶，切割深度較大。另外，高原和廣西盆地的過渡地帶，河谷深切，地表河流稀少，多潛入地下。因而滲流帶底部的地下河所形成的洞穴在不同地貌部位是不相同的。高原內(nèi)部分水嶺地帶的地下河短小，埋藏較淺，時(shí)明時(shí)暗，坡降較小，多單獨(dú)洞穴，不成系統(tǒng)。谷坡或斜坡地帶形成的地下河，水量較大，呈樹枝狀河系，坡降大，埋藏深、在河谷平原地區(qū)的地下河，埋藏較淺，地下河呈網(wǎng)格狀，彼此聯(lián)通，形成統(tǒng)一地—卜水面。在廣西—+帶河谷盆地中的地下河，還可能受到海面升降的干擾，地下河的出口高程有變化。由于存在這些差異，因而由地下河變干的洞穴的特征，也是各不相同的。總之，滲流帶底部的洞穴具有下列特征：①有較大的坡降。坡降的人小，視地下河的長度和水量的大小而異，也有不規(guī)則的，但坡降總是和山坡的坡度近似的：②有水流所形成的凹槽(溶槽)。這種凹槽是在經(jīng)久的紊流條件下產(chǎn)生的，并有與流線成直角的平行弧形刃脊，還有典型的不對稱的流痕剖面；⑧存在流痕，它分布在河流通道的邊緣，是一系列不對稱的凹穴，凹穴的向上段具圓形的邊緣，頂端為較陡的坡度，向下段具有較尖銳的形態(tài)，呈延長軸展布，這些流痕大小變化很大，然而在特定的位置上，它們的大小文比較一致，這種形態(tài)特征可以作為水流方向的指示物，以鑒別已干涸的廊道過去水流的流向；④地下河機(jī)械作用較強(qiáng)，表現(xiàn)在通道中常形成下切溝槽，底部侵蝕大于頂部，也常因在洪水時(shí)期洞內(nèi)全郵尤水而向上溶蝕，出現(xiàn)一些溶蝕鍋穴；⑤具有較粗的河流沉積物以及這些物質(zhì)的磨蝕作用。地下河的紊流水不僅搬運(yùn)泥沙，同時(shí)泥沙對洞穴也起磨蝕作用。它的強(qiáng)度取決于河流搬運(yùn)的泥沙特性和這些物質(zhì)與河床之間接觸的持續(xù)時(shí)間。沖積物質(zhì)的粒徑，可以由粘上級到礫石級甚至巨礫級。物質(zhì)的來源可以由落水洞或地表河流帶來。在具有較粗大的礫石級的地下河河床底部，可以形成鍋穴或石臼，其中表現(xiàn)出非常集中的侵蝕作用，甚至形成一種特殊形狀的壺形沖蝕穴，它在橫斷面上通常似環(huán)狀或橢圓形，也可以戍圓形：④在水平巖層，特別在薄層水平巖層中，橫斷面上呈等腰三角形或矩形。由于地下河在水平巖層上刻切作用開始于中心，逐漸向兩側(cè)發(fā)展，因產(chǎn)狀的影響兩側(cè)同時(shí)異向拓寬，就形成等腰三角形，這種三角形態(tài)不是地下河橫剖面的終極形態(tài)，只行當(dāng)橫斷面早矩形或橢圓形時(shí)，洞壁才保持穩(wěn)定狀態(tài)，如果地下河發(fā)育到這種形態(tài)時(shí)，在發(fā)展階段上是屬于老年期，一般有新的支洞發(fā)育。

在水平產(chǎn)狀．厚層灰?guī)r地區(qū)發(fā)育的地下河的出口部位，往往因節(jié)理發(fā)育和洪水倒灌，發(fā)育成窗格狀洞穴，一條地下河有幾個(gè)甚至幾十個(gè)出口，各個(gè)出口均呈喇叭狀，例如貴州省普定化處的崆山和水母的李家洞。波玉河九股龍洞地下河平時(shí)有九個(gè)出口，洪水時(shí)期就有二十幾個(gè)出口。
上述滲流帶內(nèi)洞穴發(fā)展成為干溶洞時(shí)，其洞頂和洞壁部分常因裂罅水的下滲，在頂部和四壁形成水膜，這種水膜就產(chǎn)生溶蝕作用而形成圓形水槽，水槽之間具有地表溶溝一樣的尖銳的分水線。特別在洞口的洞頂可以看到l一2厘米寬的：銳角相交的凸起，可能是由于凝聚水的作用形成的。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張勇 - 副教授 - 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院