水可以在岩层或土层内部互相连通的空隙中运动。岩土容许水渗透的特性称为透水性。能给出并透过相当水量的岩土层称为含水层。如果岩土中孔隙少而又不连通，则不能给出并透过水，这种岩土层称为隔水层（或不透水层）。
地表水（包括大气降水）通过岩土层的空隙渗入地下。在透水层中，由于重力作用，水可以由地表的浅层流向深处，并被隔水层所阻挡；当岩土层的地质构造有利于水的储存时，即形成含水层。含水层与隔水层相互组合，形成能够蓄存地下水的地质环境。由于岩土层的空隙发育、地质构造等情况各不相同，水的补给情况也不相同，因而形成了不同类型的地下水。
地下水的形成方式主要是地表水和海洋水向地面下渗透或者通过地层裂隙直接进入地下。地下水的储量、规模、发育和活跃情况与地理位置有较大的关系。一般在沿海和岩溶的地区，地下水的发展和运动异常活跃；而在西北地区，地下水就相对比较稳定。
在地下水活跃的地区，因地壳运动（地震）和人为因素（过度抽取地下水、修建大型水库、水电站等）会引发一些地表的异常地质灾害，如近几年在有些地区频繁发生的“地陷”和“天坑”现象。虽然对于“地陷”和“天坑”发生的原因目前还没有准确的答案，但地下水却是这些现象发生必不可少的因素之一。下面是一些典型的“天坑”案例，希望以此能够引起大家对于地下水的重视。
案例阅读3.1：地下水与天坑
据美国国家地理网站报道，或因热带风暴“阿加莎”所引发暴雨的影响，危地马拉共和国首都危地马拉城市区2010年5月30日出现了一个深约 100 m 的巨坑，让世人震惊。以严格的地质学术语来解释，天坑（sinkhole）是指由于水不断侵蚀固体基岩，使地表发生塌陷形成的一个巨大的深坑，如图3.1 所示。
2007年，危地马拉城也曾出现过一个类似天坑，而且距离最近出现的那个天坑不远。根据照片判断，这两个天坑的直径约为 60 ft（约合 18 m），深约 300 ft（约合 100 m）。通常情况下，当局会用大块石头和其他碎片将天坑填满。随着时间推移，在水的侵蚀和空气的烘燥作用下，还会引起天坑向内倾斜。
图3.1 2010年危地马拉天坑
天坑就是具有巨大的容积、陡峭而圈闭的岩壁、深陷的井状或者桶状轮廓等非凡的空间与形态特征，发育在厚度特别大、地下水位特别深的可溶性岩层中，从地下通往地面，平均宽度与深度均大于 100 m，底部与地下河相连接（或者有证据证明地下河道迁移）的特大型岩溶负地形。
佛罗里达州马尔伯里天坑，这个深约 185 ft（约合 56 m）的天坑于 1994年出现在佛罗里达州的马尔伯里市，发生塌陷的地方有采矿企业 IMC-Agrico 倾倒的一堆废料。该公司当时正在开采岩石以提取磷酸盐。磷酸盐是一种化学物质，是化肥的主要成分，主要用于制造磷酸以及增强苏打和各种食品的味道。然而，在磷酸盐从岩石中提取出来以后，主要成分是石膏的废料被作为泥浆过滤出来，如图3.2 所示。
图3.2 佛罗里达州马尔伯里天坑
随着一层层的石膏被晒干，就形成了裂缝，就像出现在干燥泥团上的裂缝。后来，水在裂缝中不断流动，将地下物质卷走，为天坑的形成创造了条件。美国监管机构称，IMC-Agrico 公司应该承担起管理这个天坑的责任，避免对地下饮用水供应造成危害。
拓展阅读3.1：天坑形成的原因与地下水
目前，世界上发现确认的天坑约 80 个，其中有超过 50 个在中国。中国的天坑分布在南方岩溶地区，绝大多数位于黔南、桂西、渝东的峰丛地貌区域。
按天坑分级原则，深度和宽度均超过 500 m 的为超级天坑，全世界仅有 3 例，全在中国（重庆小寨天坑、广西乐业天坑群）；深度和宽度在 300～500 m 的为大型天坑，全世界有 16 例，中国有 9 例；深度和宽度在 100～300 m 的为标准天坑，如图 3.3、图 3.4 所示。
图3.3 重庆小寨天坑
图3.4 危地马拉天坑(www.xing528.com)
2001年之前，天坑只是对重庆奉节县小寨天坑这种景观的特称，类似的地貌在各地有不同的名称，如“龙缸”“石院”“石围”“岩湾”等。2001年，天坑作为一个专门的岩溶术语被专家提出。2005年，国际岩溶天坑考察组在重庆、广西一带大规模考察后，“天坑”这个术语在国际岩溶学术界获得了一致的认可，并开始用汉语拼音“tiankeng”通行国际。这是继峰林（fenglin）和峰丛（fengcong）之后，第三个由中国人定义并用汉语和拼音命名的岩溶地貌术语。
直至 2010年，已经被确认的天坑达 78 个，其中 2/3 分布在中国。当然，关于天坑的考察、认定和争论尚未停止。岩溶地貌在全球分布很广，约占地球总面积的 10%。中国岩溶约占全国总面积的 13.5%，主要分布于南方的贵州、广西、重庆、四川、云南、湖北等省区，是世界上最大最集中连片的岩溶区，但岩溶这个术语诞生于斯洛文尼亚。
天坑的成因大多分两种，大多是塌陷型（广西乐业天坑群等），罕见的是冲蚀型（重庆武隆后坪冲蚀天坑群等）。
天坑的形成至少要同时具备六个条件：
一是石灰岩层要厚，只有足够厚的岩层才能给天坑的形成提供足够的空间。
二是地下河的水位要很深。
三是包气带（含气体的岩层）的厚度要大。
四是降雨量要大，这样地下河的流量和动力才足够大，才足以将塌落下来的石头冲走。
五是岩层要平。从天坑四周的绝壁看就会发现，岩层与地面是平行的，就像一层层的石板堆在四周一样，只有这样的岩层才能垮塌。
六是地壳要突起，地壳的运动就会给岩层的垮塌提供动力。
近来“地陷”频发，特别是宜宾地区 7 天来连续出现 26 个大坑，原因多是“人祸”。
“天坑”近期在各地频现，专家称是地陷，多为人祸引发。近日，国内各地屡现“天坑”，而地球的那一端似乎也不平静，南美危地马拉出现了一个直径为 30 米的巨大“天坑”。而出现此坑不久，这里就发生了火山喷发。“天坑”的出现，是否就是某种灾难的预兆？某晚报记者专访了中山大学张教授和华中师范大学揭教授，他们认为，此次频现的“天坑”其实是地陷，与地震关联不大，“人祸”要大于“天灾”。
张教授认为，如果塌陷比较集中，往往是人为因素干扰所致。比如抽取地下水，使地下溶洞形成负压，加速了塌陷的过程。“四川宜宾长宁的塌陷，就很可能与附近煤矿抽取地下水有关，这是人为造成的地质灾害。浙江衢州高速公路上的塌陷，可能是高速公路下原有溶洞坍塌所致。”张教授分析道。
此外，在河谷地带，如果地下水流动加速，或过量抽取地下水，会使土壤在水位变动和重力作用下，发生塌陷，成都大邑新场镇、崇州怀远镇等地可能就属于这种情况。据报道，崇州怀远镇还进行过地震勘探测量，为了产生人工震源，实施了爆破等操作。这一爆破，致使砂砾石层松动，在地下水作用下，发生了塌陷。因此，这也是人为造成的地质灾害。
而南昌赣江马路塌陷，可能是公路修建在河漫滩等松散层上的原因。除此之外，最近我国塌陷比较集中，还可能与降雨较多有关。
对发生在危地马拉的地陷，张教授分析认为，该地区曾经多次发生过塌方。今年的塌方，可能与热带风暴袭击和暴雨有关。
对“地陷”后会发生地震的传言，张教授并不认同，他说：“如果塌陷与地震等构造运动有关，其分布应当有较强的方向性，而且应当与地震同时发生或在地震之后。特别是地震后如遇暴雨，会造成大量塌陷。但据我所掌握的资料，塌陷作为地震前兆，似乎极为少见。”
揭教授介绍，在建造房屋时可以提前排水让地面下沉，然后在下沉的地面上构筑房屋，从而避免“地陷”。广州市的居民应该无须担忧这个问题，因为广州地区的地下是花岗岩，去掉风化层再做地基就会十分稳固了。
地陷与天坑有别。根据地质学家朱学稳论文《岩溶天坑略论》的定义，天坑是发育在碳酸盐岩层中，从地下通向地面，四周岩壁峭立，深度与平面宽度（口部或底部）在百米至数百米以上，底部与其发育期的地下河连接的陷坑状负地形。
在揭教授看来，最近各地频频出现的其实应该称为“地陷”。他说：“严格地说，地陷与天坑二者不是一个概念。地陷是地面塌陷，天坑是一种岩溶地貌的专属名称。”
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