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第三章喀斯特地貌 上图 地下喀斯特地貌PhotographbyPeterL Kresan下图 地表喀斯特地貌 1 概述 一 什么叫喀斯特水对可溶性岩石 碳酸盐类 硫酸盐类 卤酸盐类等 地区岩石发生的破坏和改造作用及其形成的一系列地貌 二 我国喀斯特地貌发育概况我国喀斯特地貌分布广 面积大 发育也很典型 主要分布在石灰岩出露地区 约占全国总面积的13 以桂 黔 滇东为大 例如 桂林山水 路南石林 地质地貌学 下 第三章 2 三 喀斯特的价值和不良影响1 价值现已探明石油储处多在石灰岩溶洞中 约有一半在该地貌中 地表奇峰异石 地下有众多溶洞 各种造型景观奇特 称为丰富的旅游资源 地下洞穴埋藏的古生物和古人类化石有重大科学价值 2 不良影响裂隙 孔洞多 地表难吸收水 风化壳薄 会引起水土缺失 不利农业生产 常发生地基破裂 水库漏水 不利于居民点和交通建设等 地质地貌学 下 第三章 3 第一节喀斯特作用 一 喀斯特作用的概念凡是水对可溶性岩石以化学过程 溶解和沉淀 为主 机械作用 流水侵蚀与沉积 以及重力崩塌和堆积等 为辅的破坏和改造作用 不仅发生在地表 更多的是在地下 地质地貌学 下 第三章 4 二 喀斯特作用的化学过程CaCO3 CO2 H2O2HCO3 Ca2 以上反应为可逆过程 当大气中的CO2向水中浸入时 一部分与水结合为碳酸溶解固体CaCO3 另一部分保持气体状态 当水中气态的CO2减少或空气中CO2含量降低 该反应式往左发展以补充CO2 则发生CaCO3的重新沉淀 地质地貌学 下 第三章 5 三 喀斯特作用的基本条件归纳起来是 四性 岩石可溶性和透水性 水的流动性和溶蚀性 一 岩石可溶性主要取决于岩石成分和结构 石灰岩质含量增加 溶解度增加 铝质 铁质 硅质含量增加 溶解度降低 一般情况下 颗粒径小 溶解度就大 地质地貌学 下 第三章 6 二 岩石透水性岩石透水性影响着水向地下的渗流 并关系到地下喀斯特作用的进行 岩石孔隙度和裂隙度对岩石透水性影响最大 而裂隙度大小与岩石的构造 纯度和厚度等有关 三 水的溶蚀力水的溶蚀力随深度增加而降低 一是深度增加 升华作用减少而最后消失 二是水和岩石相互作用而逐渐失去具有溶蚀性的碳酸 四 水的流动性 可增大溶蚀力水的流动性主要取决于气候条件 热带 温带 寒带 湿润地区 半湿润地区 半干旱地区 干旱地区 地质地貌学 下 第三章 7 四 喀斯特水的动态 如图 分四个带 地质地貌学 下 第三章 8 一 垂直渗透带位于地面以下 丰水期潜水面以上 平时少水 仅雨季或融雪季节才有大量水流 厚度取决于潜水面的位置 该带常发育垂直性洞穴 二 季节变动带位于丰水期潜水面与枯水期潜水面之间 受季节性水位影响明显 雨季潜水面上升 该带水运动方向为水平 平时少水 潜水面下降 水流沿着重力方向运动 如此反复变化 有利于垂直 水平和倾斜的地下溶洞发育 地质地貌学 下 第三章 9 三 水平流动带位于枯水期潜水面以下 直到谷底补给河流喀斯特水的深处为止 该带地下水常年存在 水流总是排入河谷 流动的方向接近水平 且有自由水面 但在谷底深处 地下会有承压性 故水流向上 这里有活跃的水质交替和混合 故溶解力较强 可呈大规模的水平溶洞 四 深部滞流带水流极缓慢 甚至停滞 水质交替很弱 水流有承压性 水流方向不受主河谷影响 而向远处构造盆地或减压带排泄 如果近海则从海底涌出 该带仅见数量不多的蜂窝状小洞穴 地质地貌学 下 第三章 10 第二节喀斯特地貌 一 地表喀斯特地貌 一 石芽与溶沟1 溶沟地表流水沿岩石表面和裂隙流动时所溶解的石质小沟称溶沟 2 石芽石芽是突出于溶沟之间的石脊3 石芽地当石芽与溶沟连成一片 构成广阔的地面时 就称石芽地 裸露在地面的石芽因形态不同可分山脊式 石林式和车轨式 地质地貌学 下 第三章 11 4 埋藏石芽热带土壤空气CO2含量高 地下水有较多的碳酸 可溶蚀土层下的石灰岩形成石芽和溶沟 但因在地下未受雨水冲刷 故石芽外形圆滑 溶沟深度不大 如图 地质地貌学 下 第三章 12 二 溶斗与落水洞溶斗和落水洞都发育在垂直活动带上 是喀斯特地面上发育最广泛的漏陷地貌 但是形态和成因上有区别 1 溶斗 喀斯特漏斗 溶斗是一种碟形 漏斗形 圆筒形的小型封闭式圆洼地 深度一般小于直径 当喀斯特谷底溶斗呈串珠状出现时 暗示着可能有地下河存在 因此常作为喀斯特地区寻找地下水的指示性地貌 地质地貌学 下 第三章 13 溶斗按成因可分为 1 溶蚀溶斗地表径流沿裂隙密集地段溶蚀而成 深度不大 斗壁和缓 斗缘也不明显 外形多呈碟状 进一步下深时 斗壁变急峻 斗缘明显 呈漏斗状 2 塌陷漏斗地下常出现大小不等的洞穴 覆盖在洞顶上的土层或岩层 由于重力作用 有时崩塌 造成塌陷形溶斗 多呈井状 底部有崩积物 壁陡 斗缘明显 深度大于宽度 外形呈筒状 地质地貌学 下 第三章 14 2 落水洞开口于地面而通往地下深处裂隙 地下河或溶洞的洞穴 落水洞的深度比宽度大得多 落水洞形态主要有两种 一是裂隙状落水洞 形态狭长 作一定倾斜和曲折向地下延伸 分布最广 二是井状落水洞 深度和宽度都很大 落水洞成因除了溶蚀作用外 更重要在于重力和侵蚀作用 地质地貌学 下 第三章 15 三 溶蚀洼地和溶蚀谷地1 溶蚀洼地是一种面积较大的椭圆形封闭洼地 四周多被低山丘陵 峰林等围绕 底部堆积着2 3m厚的红土层 当洼地底部排水系统堵塞后 发育后期 积水成湖 Photographfrom 地质地貌学 下 第三章 16 2 溶蚀谷地是喀斯特地区一些宽阔而平坦的谷地 或者盆地两侧多被峰林夹峙 谷坡急陡 但谷底平坦 横剖面如槽形 谷地内常有过境河穿过 由一端流入 至另一端潜入地下 在河流作用下 谷地不仅迅速扩大 还堆积了较厚的冲积物 此外 还残留石灰岩残积红土及低矮的石灰岩孤峰或残丘 地质地貌学 下 第三章 17 地质地貌学 下 第三章 溶蚀谷地发育受构造影响很大 如有些谷地发育于向斜或背斜轴部 有些沿断陷盆地或断裂带发育 还有些则沿可溶性岩与非可溶性岩得接触带发育 沿断裂带发育的溶蚀谷地 谷底分布农田 两侧为峰丛夹峙 福建永安 18 四 干谷 盲谷和地下河1 干谷喀斯特区往昔的河谷 今已无水或仅洪水期有水 2 盲谷和地下河盲谷是死胡同式河谷 前方常被陡崖所挡 河水从崖下落水洞潜入地下 变成地下河 盲谷前端的落水洞还会向上游迁移 表示地下河不断向河流上游袭夺 地质地貌学 下 第三章 19 五 峰丛 峰林和孤峰1 峰丛峰丛顶部山峰分散 基部连成一体 地势较高 侵蚀较轻微 是位于垂直渗透带上的峰林集合体 地质地貌学 下 第三章 Photographfrom 20 地质地貌学 下 第三章 2 峰林成群的石灰岩山峰基部分离或微微相连 接近地下水位线 是地壳长期稳定下石灰岩体遭受强烈破坏并深切至水平流动带所成的山群 与其相伴多是大型溶蚀谷地和深陷溶蚀洼地等 Photographfrom 21 地质地貌学 下 第三章 3 孤峰散立在溶蚀谷地或溶蚀平原上的低矮山峰 是长期喀斯特作用的产物 如桂林独秀峰 伏波岩 Photographfrom 22 4 三者联系时间上 发育早期 中期 晚期 峰丛 峰林 孤峰 空间上 中间 边缘 外缘 峰丛 峰林 孤峰 峰丛 峰林与孤峰分布剖面示意图 地质地貌学 下 第三章 23 六 岩溶盆地和岩溶平原岩溶盆地是一种大型的岩溶洼地 边缘略陡并发育发育峰林 多分布于地壳相对稳定地区 岩溶盆地继续扩大形成岩溶平原 地表覆盖红土并发育孤峰残丘 地质地貌学 下 第三章 24 二 地下喀斯特地貌 一 溶洞的发育溶洞 地下水的可溶性岩体各种裂隙溶蚀 侵蚀扩大而成的地下空间 多个溶洞连通组合成一个整体时 可称为洞穴系统 溶洞形成后期还会受到构造影响 形成穿洞 峡谷 天生桥等地貌 地质地貌学 下 第三章 25 地质地貌学 下 第三章 二 溶洞地貌1 溶蚀地貌发育在潜水面附近的水平溶洞 经常受自由水面溶蚀和侵蚀作用 形成向洞顶凹入的弧面 槽洞两侧边壁有边槽 如果地壳上升 在原边槽下方又成一新边槽 2 堆积地貌多种多样 最常见的是大量的CaCO3化学堆积 并构成了各种堆积地貌 如石钟乳 石笋 石幔和边石堤等 26 石钟乳 垂直于洞顶的倒锥状CaCO3堆积体 因洞顶渗入的地下水CO2含量较高 对石灰岩有较强的溶蚀力 溶解成饱和态的CaCO3在水滴表面结晶为极薄的钙膜 水滴落下时 钙膜破裂 残留下来的CaCO3便与顶板连结成为钙环 由于下渗水滴不断供应CaCO3 钙环不断下伸 形成细长中空的石钟乳 地质地貌学 下 第三章 27 石笋 由洞底往上增高的CaCO3堆积体 与石钟乳方向相反 位置相对 当水滴从石钟乳上跌落至洞底时 变成许多小水珠或流动的水膜 使原已含过量CO2的水滴有了更大的表面积 CO2逸散 产生CaCO3堆积 PhotographbyPeterL Kresan 地质地貌学 下 第三章 28 3 石柱石钟乳与石笋相对增长 直至两者连成石柱 由洞顶下渗的水溶液 继续沿石柱表面堆积 使石柱加粗 石柱 石笋 石钟乳 Photographfrom 地质地貌学 下 第三章 29 石幔含CaCO3的水溶液在洞壁漫流 因CO2迅速逸散而产生片状 层状的CaCO3堆积 表面由弯曲的流纹 高达数十米 地质地貌学 下 第三章 30 边石堤是在洞底 尤其是底部两边的堤状积水成池 称为边石池或石田 如图 Photographfrom 地质地貌学 下 第三章 31 第三节喀斯特地貌的发育 一 喀斯特地貌的发育阶段 一 早期披覆在石灰岩上的非溶性被剥除 石灰岩体露出地面后 喀斯特开始发育 地表水流 包括河流作用仍占优势 但地面上已出现溶沟 石芽 溶斗 落水洞等漏陷地貌 地质地貌学 下 第三章 32 二 中期是喀斯特地貌发育最盛 也是地下水占优势的时期 地表水大部分转入地下 主河流除外 形成地下水系和地下洞穴系统 地面十分干旱 并广泛发育出溶蚀洼地 干谷和盲谷等 此后 许多地下河和溶洞顶部崩塌 出露后成地表河或峡谷等 地面切割及十分破碎 产生许多深陷洼地 大型溶蚀谷地 峰丛和峰林等地貌 地质地貌学 下 第三章 33 三 晚期当地下水及溶洞大量崩塌 溶蚀谷地 洼地不断扩大 以及可溶性岩层之下的非溶性岩层广泛出露时 地表水系又发育起来 河流作用重新占上风 此期发育出广阔的溶蚀平原 平原上还堆积着石灰岩残积红土 峰林蚀余的孤峰与残丘 地质地貌学 下 第三章 34 二 喀斯特地貌的地带性气候 尤其是气温和降水直接或间接影响着喀斯特水的径流量和溶解速度 从而使喀斯特地貌具有地带性的特征 地质地貌学 下 第三章 35 一 热带亚热带季风型高温多雨是热带亚热带气候典型特征 喀斯特作用强度大 速度快 地貌发育比其它气候好 峰林发育得最好 地面露陷地貌 溶蚀洼地及溶蚀谷地等广泛发育 石芽和溶沟也十分显著 石芽高大而呈山脊式和石林式 地下喀斯特地貌发达 形成广大的洞穴系统 逢山必有洞 这种类型的喀斯特地貌主要分布在西印度群岛 爪哇 越南 中国广西地区和云贵高原 地质地貌学 下 第三章 36 二 地中海型水热条件不如热带 但是地表或地下喀斯特地貌仍相当显著 以溶斗 落水洞 溶蚀洼地 坡立谷 盲谷及干谷等多见 还有少数河流切割造成糟形峡谷 地下河崩塌地段峡谷更为明显 主要分布在地中海沿岸 如巴尔干半岛 爱琴海群岛 克里米亚和南高加索等地 地质地貌学 下 第三章 37 三 温带型温带水热条件不如热带 亚热带地区和地中海型 故喀斯特作用不很强烈 地貌不很明显 国内代表是华北和东北地区 国外以法国中央高原为代表 地貌特点是地表上原有的石芽 溶沟和落水洞等已被风化物覆盖 地下喀斯特以溶隙 溶孔及小型溶洞为主 个别地区可能存在较大的溶洞和石芽等 多与