4.6.2.1　岩溶发育的条件

岩溶是在各种自然条件的共同作用下发生和发展起来的。其中，可溶的透水岩层和具侵蚀性的水流是岩溶发育的基本条件。

（1）岩石的可溶性。可溶性岩石是岩溶发育的物质基础，按其成分可分为碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩和大理岩等）、硫酸盐类岩石和氯化盐类岩石。这三类岩石中碳酸盐类岩石分布最广，并且厚度大，故常见的岩溶现象均分布在这类岩石中。常见碳酸盐岩岩溶发育程度由强到弱为：石灰岩＞白云岩＞硅质灰岩＞泥灰岩。岩石的结构也影响其可溶性，通常晶粒越小相对溶解速度就越大；不等粒结构比等粒结构相对溶解速度大。一般岩层越厚，岩溶就越发育。

（2）岩层的透水性。岩层的透水性是岩溶发育的另一个必要条件。岩层的透水性越高，岩溶发育也越强烈。而岩层的透水性又取决于裂隙和孔洞的多少和连通情况，所以岩层中裂隙的发育情况往往控制着岩溶的发育情况。在断裂交汇部位，由于岩石破碎，裂隙连通性好、透水性强，因而岩溶发育。此外，在地表附近由于风化裂隙增多，有利于地下水的运动，故岩溶一般比深部发育。

此外，两种或两种以上已经丧失其侵蚀性的饱和溶液，在岩层中混合后会重新变成不饱和溶液，从而对碳酸盐岩进行新的溶蚀作用，称为混合溶蚀效应。

（4）水的流动性。水的流动性是指水在岩层中的循环与交替情况。它控制了岩溶水的流动途径、交替强度和水动力学特征以及水的化学特性。如果水循环交替条件好，就能不断地将溶解下来的物质带走，同时又不断地补充新的具有侵蚀性的水，因此，岩溶发育速度快；反之，则慢，甚至处于停滞状态。一般在地表附近，水循环交替作用强烈，随着深度的增加，水交替作用变慢，甚至停止。故岩溶在地表及浅部较发育，而随着深度的增加越来越弱。

除上述基本条件外，岩层产状、地质构造、地壳运动以及气候、地形、植被和覆盖层等对岩溶的发育也有很大的影响。

4.6.2.2　岩溶的发育规律

岩溶的发育受多种因素的控制和影响，不同地区自然条件差别很大，即使在同一地区的不同部位，其水的交替条件和水的溶蚀能力也不完全一样。因此，岩溶的发育和空间分布十分复杂，总体上来讲，在垂向上往往具有分带性，在水平方向上具有不均匀性。

4.6.2.2.1　岩溶发育的垂直分带性

地表附近，由于岩石风化裂隙发育，地下水直接受含有大量CO2的大气降水补给，并沿地表水文网排泄，因此，水的循环交替和溶蚀作用强烈，有利于岩溶的发育。越向地下深处，岩层的裂隙逐渐减少，水循环交替作用变慢，水中侵蚀性CO2不断消耗，水的溶蚀能力逐渐减小，岩溶发育程度越来越弱。在厚层质纯的可溶岩中，岩溶发育随着深度的增加和岩溶水的运动而变化，其发育特征可分为4个带（图4-25）。

（1）垂直岩溶发育带。位于地表以下，最高地下水位以上大气降水通过各种裂隙渗入岩层内部后，主要作垂直运动。因此，促使近垂直岩溶形态发育，如溶蚀漏斗、落水洞和竖井等。如遇局部隔水层，也可形成局部水平岩溶形态，该带厚度取决于当地气候与地形条件，最大厚度可达数百米。此带岩溶之间的连通性较差，如图4-25中Ⅰ带。

（2）水平和垂直岩溶交替发育带。位于地下水最高水位和最低水位之间。地下水位上升时期，地下水呈水平方向流动，而水位下降时期，地下水则作垂直方向运动。因此，这一带的岩溶形态既有垂直的落水洞，也有近水平方向的溶洞，此带厚度取决于地下水位变化幅度，从几米至数十米，如图4-25中Ⅱ带。

（3）水平岩溶发育带。位于地下水最低水位以下，其下限为地方性侵蚀基准面（如河水或河床底部附近）。该带地下水主要作水平方向运动，大量的溶洞、暗河、地下湖泊等都产生于此带。此外，河谷底部减压带水流自下向上排泄于河床之中。因此，在河床下部可有呈放射状的岩溶分布，如图4-25中Ⅲ带。

图4-25　岩溶垂直分带示意图

1.上层滞水；2.地下水最高水位线；3.地下水最低水位线；4.地下水流向；5.分带编号

河谷深岩溶多为小型洞穴、溶孔，一般高几厘米至2m，据20个工程统计，在1154个洞穴中仅有12个高度达5m。洞穴埋深一般在30～80m之内，少数超过100m。最深的是黄河万家寨坝址右岸，达470余米。河谷深岩溶洞穴中常有砂、砾石及黏土充填，大约有65%以上为全充填，35%以下为半充填或无充填。

（4）深部岩溶发育带。在水平岩溶带以下，地下水的流动方向不受当地侵蚀基准面的影响。水循环交替在地质构造的控制下向更远更低的区域运动。由于埋藏较深，水循环交替缓慢，故岩溶发育很弱。其形态多为溶隙和溶孔，如图4-25中Ⅳ带。

这一带的岩溶也称为区域深岩溶。我国北方地表浅部岩溶远不如南方发育，但在一些地区区域深岩溶相当发育，以致带来复杂的水文地质工程地质问题，如1984年开滦范各庄煤矿深部岩溶塌陷造成特大涌水，涌水量达12 300m3/h。由于区域深岩溶埋深较大，地下水溶蚀能力降低，所以规模通常较小，分布也不广，故对水利水电工程的影响较河谷岩溶小。

区域深岩溶的发育和分布规律也受质纯的碳酸盐岩、地质构造（特别是向斜构造）以及深部循环水的控制，发育深度一般为1000～2000m，最深可达3000m，如贵州安龙参兴矿井深达2900m以下，在海平面以下1482m。

上述岩溶垂直分带现象是有局限性的，一是仅在厚层质纯的碳酸盐岩中表现明显，在成层条件复杂地区，由于不透水层的隔水作用，因而不一定存在。二是仅适用于峡谷型河谷的浅部地区，对于深部的岩溶不一定都是发育微弱的溶孔、溶隙，由于深部承压水的循环，也可发育有强烈的、规模较大的岩溶现象。三是适用于近期发育的岩溶，而不能包括地壳变动幅度较大的古岩溶（古近纪以前形成的）。例如天津的地下热水，主要赋存于海平面以下1300m的奥陶纪灰岩的洞穴中。又如广西来宾县合山煤田，在-700m标高处仍有溶洞发育等。

4.6.2.2.2　岩溶分布的不均匀性

岩溶发育的不均匀性往往是由于其发育分布地带主要受多种因素控制，而这些因素在不同位置差异较大，因而导致其分布的不均匀。

图4-26　乌江渡深循环地下水及深岩溶发育示意图(www.daowen.com)

（1）岩溶分布受地质构造控制。断层和裂隙是地下水在岩层中流动的良好通道，特别是区域性断裂，对岩溶发育常起控制作用，图4-27为粤西某地落水洞沿断层发育的情况。再如辽宁观音阁水库，坝址为寒武纪石灰岩，右岸有20多条断层，地表溶洞有53个。据39个钻孔统计，共钻到溶洞达90个之多，仅F8断层就遇到30多个，并呈串珠状分布。

另外，褶皱与岩溶关系也十分密切。褶皱的核部和转折端部位因为多是张性裂隙，常常是岩溶最发育的地带，而褶皱的翼部岩溶发育微弱。

（2）岩溶分布受岩层及其组合控制。岩层组合是指可溶岩层与非可溶岩层的比例和互相组合关系。岩溶的发育与否与岩层的组合类型十分密切。质纯厚层的石灰岩层岩溶发育，并且比较均匀。如我国北方主要发育在寒武系、奥陶系灰岩中，南方则主要是寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系及三叠系的石灰岩中。在可溶岩和非可溶岩互层地带，由于非可溶岩起阻水作用，有利于地下水在其上部聚集和流动，因此常常在分界面的上部形成集中的岩溶带（图4-28）。

（3）溶洞发育受地壳活动的控制。岩溶的发育与地壳的升降运动有关。当地壳处于稳定时期，饱水带中的地下水进行着旁侧溶蚀和机械侵蚀，可以发育成规模巨大和数量众多的水平溶洞和地下暗河，形成一个近于水平的溶洞层。当地壳上升时，地下水位和饱水带的位置相对下降，这时原来已形成的溶洞层就相对上升。如果后来地壳又处于暂时稳定时期，则在新的饱水带中形成一层新的溶洞。反之，当地壳下降时，已形成的溶洞层即下降到地下深处，而在上部又会形成新的溶洞层。这样，由于地壳的多次变动，在一个地区可形成不同高程的若干层溶洞（图4-29）。

图4-27　粤西某地落水洞与断层分布关系

图4-28　岩溶沿不透水层发育示意图

1.河水位；2.地下水位及流向；3.溶洞；4.石灰岩；5.页岩

图4-29　溶洞成层分布示意图

1.坡积物；2.砂；3.河水位；4.溶洞；5.石灰岩

因此，在很多地区可以看到溶洞成层出现。例如，桂林地区漓江河床以上有4层溶洞分布，有时在河床以下也有成层的溶洞存在。溶洞成层分布的现象和层数的多少主要取决于地壳活动的情况。

4.6.2.2.3　岩溶发育程度分级

在岩溶地区进行工程建设时，为了能对工程场地和地基的岩溶发育程度作定性的评价，通常可根据该地区的岩溶现象、岩溶密度（每平方千米内的岩溶洞穴个数）、钻孔岩溶率（单位长度内溶隙、溶孔、溶洞所占长度的百分率）以及暗河与泉的流量作为划分岩溶发育程度的指标，分为极强、强烈、中等及微弱4个等级，如表4-6所示。

表4-6　岩溶发育程度分级表

据陈国亮，1984