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第3章岩溶发育作用及规律 岩溶发育作用 3 1溶蚀作用类型3 2溶蚀作用与侵蚀作用3 3溶蚀作用与崩塌作用3 4溶蚀作用与堆积作用 岩溶作用 岩溶作用 以地下水为主 地表水为辅 以化学过程为主 机械过程为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用 岩溶 岩溶作用及其所产生的水文现象和地貌现象 一 基本概念与研究意义 漓江胜景 九马画山 漓江胜景 螺蛳峰 阳朔胜景 月亮洞 地下河 洞内奇观 石钟乳 石幔 研究意义 由于岩溶地区有着独特的水文特征和地貌特征 因此在 岩溶地区进行各种经济建设和生产活动都会遇到非岩溶地区所没有的问题 故对岩溶作用要进行专门的研究 溶蚀作用 溶蚀作用是溶解为化学风化作用之一 地表部分矿物可直接溶解于水中 部分矿物则溶解于含有碳酸或有机酸的水溶液而不直接溶解于纯水中 降落的雨水或地下水面以上至地表之间风化带中的地下水 因溶解多量二氧化碳或含有机酸 当其沿岩石表面及其裂隙移动时 易溶性岩层便局部被溶解成流体物质而他移 这种硬质岩石因溶解而蚀失的现象 叫做溶蚀作用 3 1溶蚀作用类型 溶蚀作用类型可分为 1 碳酸盐溶蚀 侵蚀性二氧化碳对碳酸盐岩的溶蚀 2 硫酸盐溶蚀 侵蚀性水对硫酸盐岩的溶蚀 3 氯化物溶蚀 侵蚀性水对氯化物岩的溶蚀 3 1溶蚀作用类型 溶蚀作用类型可分为 4 混合溶蚀 两种或两种以上不同水温 不同水质的水混合后溶蚀作用加强 混合溶蚀效应是指不同成分或不同温度的水混合后 其溶蚀能力有所增强的效应 5 接触溶蚀 可溶岩与非可溶岩接触带 往往溶蚀作用加强 形成串珠状洼地及岩溶管道 在可溶岩与下伏隔水层的接触面上往往会发育成层的溶洞 这是由于水流下方受阻 流线密集于接触界面上所致 6 交代溶蚀 交代溶蚀 6 交代溶蚀 可溶岩溶滤残留物红黏土的厚度与可溶岩中非可溶成分百分比含量不匹配 残积红黏土的层纹与裂隙构造与母岩层纹及裂隙构造的相似性 白云岩残积红黏土与基岩之间分布的白云岩风化砂 灰岩残积红黏土与基岩之间分布的灰白色多孔状强风化过渡层 残积红黏土下普遍分布有溶沟溶槽和石芽石柱 当其上的红黏土被侵蚀殆尽 在经流水的进一步塑造 便形成婀娜多姿的石柱 石林 3 2溶蚀作用与侵蚀作用 溶蚀作用是溶解为化学风化作用之一 地表部分矿物可直接溶解于水中 部分矿物则溶解于含有碳酸或有机酸的水溶液而不直接溶解于纯水中 降落的雨水或地下水面以上至地表之间风化带中的地下水 因溶解多量二氧化碳或含有机酸 当其沿岩石表面及其裂隙移动时 易溶性岩层便局部被溶解成流体物质而他移 这种硬质岩石因溶解而蚀失的现象 叫做溶蚀作用 地下洞穴的发育 雨水或河水沿裂隙进入地下 在岩层中长期溶蚀形成洞穴 洞穴内含碳酸氢钙溶液从岩层中渗出时 部分的水被蒸发 碳酸氢钙被还原成CO2和CaCO3 CO2被空气逸出 3 2溶蚀作用与侵蚀作用 侵蚀作用指风力 流水 冰川 波浪等外力在运动状态下改变地面岩石及其风化物的过程 侵蚀作用可分为机械剥蚀作用和化学剥蚀作用 外营力对地表冲刷 磨蚀和溶蚀等作用的总称 外营力包括流水 冰川 波浪 潮流 海流 风等 溶蚀作用与侵蚀作用 在岩溶发育的初期 岩溶裂隙发育阶段 侵蚀作用只是起辅助作用 岩溶发育后期 地下河发育阶段 溶蚀作用 侵蚀作用都有起主导作用的时候 侵蚀作用 河流的侵蚀作用 横向上以排泄基准面控制着两岸地下水径流特点和分带 纵向上控制着地貌的发育特点和分布面积 3 3溶蚀作用与崩塌作用 重力地质作用的一种形式 山坡上的岩石 经风化剥蚀 地震 人类活动等因素影响 岩块在重力作用下 整块地突然向下移动的过程 其运动方式分为滚动和坠落两类 前者呈很多碎块向下滚动 而后者则是指斜坡上的物体因某种原因失去支持而脱离基岩发生的坠落现象 崩塌作用 大型溶洞底部无不分布有孤石 块石及碎石 天生桥塌陷不仅形成堰塞湖 而且还改变溶蚀作用的环境条件 岩溶塌陷导致上覆非可溶岩塌陷 形成天窗 3 4溶蚀作用与堆积作用 堆积作用 被搬运的物质因外营力减弱或失去搬运能力 以及含溶解质的水溶液受蒸发或发生化学反应后出现的积聚过程 岩溶堆积物 定义 岩溶堆积物是指与岩溶作用有关的各种堆积物的总称 岩溶堆积物 一 地表岩溶堆积物 二 地下岩溶堆积物 一 地表岩溶堆积物 1 赭土 蚀余红土 1 空间分布 岩溶区的平缓地带和溶洞底部 也有的充填于裂隙的隧道之中 2 岩性 红色黏土为主 粘性大并夹杂岩石碎块 呈碱性反应 富含Fe2O3 Al2O3 铁的氧化物使黏土呈红色 被称为 赭 zhe 土 或 红色石灰土 赭土有隔水作用 与典型红土的区别 成因不同 产状不同 岩溶堆积物 2 泉华 石灰华 定义 泉华是指岩溶泉出露的地方 形成的碳酸钙沉积 黄龙寺钙华 分类 钙华 硅华 一 地表岩溶堆积物 岩溶堆积物 云南中甸白水台 钙华池 二 地下岩溶堆积物 1 洞穴化学沉积物1 滴石 由洞中滴水形成的方解石及其他矿物沉积 其形态多样 A 石钟乳特点 中空 横切面有同心圆结构 形成 地下水沿着细小的孔隙和裂隙从洞顶渗出而进入溶洞空间 随着温度的升高 压力的降低 水中Ca HCO3 2变得过饱和 CaCO3就围绕着水滴的出口沉淀下来 逐渐形成一种自洞顶向下生长的碳酸钙沉积体 岩溶堆积物 B 石笋形成 由于水滴从石钟乳到洞底时散溅开来促使水中的CO2进一步扩散 剩余的Ca HCO3 2再分解 形成由下向上的笋状碳酸钙沉积体 特点 中实 横切面有同心圆结构 C 石柱 石钟乳不断地向下长 与之对应的石笋也同时向上生长 两者相连后所形成的柱状体 九江狮子洞石钟乳 石柱 美国马默斯溶洞 石钟乳 1 石笋 2 和石柱 3 的形成过程 舒良树等 2010 普通地质学 2 流石 洞内流水所形成的方解石及其他矿物沉积 a 边石是地下水流过洞底积水塘时 在其边缘形成的碳酸钙沉积 b 石幔为饱含碳酸钙的薄层水 从洞顶或洞壁裂隙流出 沉积的波状或褶状的流石 A 雾水和凝结水沉积 呈丛花状散布在洞壁或其他洞穴堆积物表面的石花状方解石沉积物 B 毛细管水沉积a 石珊瑚在石钟乳表面 由于毛细管水渗出而形成的状如珊瑚的碳酸钙沉积物 b 卷曲石一种螺旋状钟乳石 3 其他形态 2 洞穴崩塌堆积洞内伴随着岩溶作用过程从洞顶 洞壁 洞口崩塌的岩石 碎石的角砾堆积物的通称 常和洞底的石灰华 黏土等混杂在一起 形成一种坚硬的角砾岩 3 地下河湖堆积主要是具有层理的沙土和砾石 成分比较单纯 有时会出现鱼化石 4 动物化石堆积古人类化石及其文化遗存地下岩溶堆积为第四纪古气候 古环境 生物地层学及年代学研究提供了重要的物质基础 二 地下岩溶堆积物 岩溶堆积物 岩溶发育作用 4 1溶蚀发育的选择性4 2溶蚀发育的受控性4 3溶蚀发育的继承性4 4溶蚀发育的不均匀性 岩溶发育影响因素 地层岩性 化学成分 结构气候条件 降水量 气温地形地貌 高差 侵蚀基准面地质结构 岩性组合 地质构造新构造运动 升 降 平 一 岩性 主控基本条件 1 岩石化学成分 灰岩越纯 岩溶越发育 比溶蚀度Kv表溶蚀强度 比溶解度Kcv表溶蚀速度 比溶蚀度Kv 试样溶蚀量 标准试样溶蚀量比溶解度Kcv 试样溶解速度 标准试样溶解速度 按比溶蚀度Kv和比溶解度Kcv排序 灰岩 云灰岩 泥灰岩 方解石 大理石 泥质灰 灰云 泥质灰云 白云 泥质白云 规律 方解石含量高于白云石 岩溶发育 酸不溶物含量高 岩溶不发育 含黄铁矿 石膏成分 有利于岩溶发育 含有机质 沥青 不利于岩溶发育 岩溶发育影响因素 2 岩石结构 问题 环境 岩性相同的岩石 其岩溶发育程度有很大差异 岩石的结构制约了岩溶发育强度 按溶蚀性指标排序 泥晶 粒屑 亮晶 灰岩类 泥晶 细晶 中晶 粗巨晶 白云岩类 原因 岩石的孔隙度高 比溶蚀度 比溶解度值高 岩溶相应发育 岩溶发育影响因素 二 气候 主控基本条件 1 降水量 决定水量 水的性质 补给丰缺 化学成分 间接影响岩溶类型 发育规模 速度 水量 补给好 循环强烈 则岩溶发育 水质 进入系统的CO2及各种酸越多 岩溶越发育 2 气温 气温高 化学反应速度快 岩溶相应发育 温度高 生物代谢快 产生CO2增多 岩溶发育速度增 岩溶发育影响因素 三 地形地貌 主控基本条件 1 地形 高差大 渗径短 径流强 交替条件好 岩溶发育强 2 地貌 区域侵蚀基准面和排泄基准面取决于地貌形态 控制地下水的运动趋势和方向 进而控制岩溶发育程度 一般河谷两岸发育最强 谷坡段较弱 分水岭较强 岩溶发育影响因素 四 地质结构 主控基本条件 1 岩性组合 按易溶程度排序 厚而纯 可溶岩夹非可溶岩 互层 非可溶岩夹可溶岩 2 地质构造 断裂 提供地下水运移通道 水循环条件好则岩溶发育强烈 不同方向断裂交汇 混合溶蚀作用加强 褶皱 轴部岩性破碎 岩溶发育 宽缓褶皱较紧闭型岩溶发育 其展布方向常控制岩溶的空间分布 岩溶发育影响因素 五 新构造运动 主控基本条件 主要考虑地壳升降及稳定期 1 相对稳定 有充分的条件循环交替 溶蚀 垂向 水平岩溶均发育 规模较大 稳定期越长岩溶越发育 2 地壳上升 河谷深切 排泄条件好 垂直岩溶发育 侧蚀弱 3 地壳下降 循环弱 岩溶发育也弱 一般间歇性升降 升平 升平可形成多层水平溶洞 据以判断地壳相对运动期次 制约岩溶发育 类型 规模 速度 分布 发展趋势 岩溶发育影响因素 归纳 岩溶发育有规律可循岩性与气候条件是基本地质结构与地壳运动控制宏观地形地貌影响强弱 岩溶发育影响因素 4 1溶蚀发育的选择性 岩溶发育规律 岩溶发育的各种因素内在的必然联系 在一定条件下必然向着某些趋势发展 岩溶发育的选择性表现在岩性和地层两方面 贵州强岩溶地层 震旦系上统灯影组 寒武系下统清虚洞组 奥陶系下统红花园组 二叠系下统栖霞组 茅口组 三叠系下统夜郎组第二段 永宁镇组第一 三段 4 2溶蚀发育的受控性 1 受非可溶岩控制 悬挂泉 悬挂泉 接触泉属于下降泉的一种类型 是因为地形切割达到含水层隔水底板 地下水被迫从两层接触处出露而形成的泉 接触泉 温泉是泉水的一种 是一种由地下自然涌出的泉水 其水温高于环境年平均温5 或华氏10 以上 形成温泉必须具备地底有热源存在 岩层中具裂隙让温泉涌出 地层中有储存热水的空间三个条件 温泉 温泉 温泉 4 2溶蚀发育的受控性 2 受褶曲构造控制 背斜储水构造 4 2溶蚀发育的受控性 3 受断裂构造控制断裂构造不仅控制岩溶