地质学第四章 喀斯特地貌

第四章 喀斯特地貌第一节 喀斯特作用喀斯特作用：是指水对可溶岩石进行的以化学过程为主，机械过程为辅的破坏和改造作用。一、喀斯特作用的化学过程包括喀斯特溶蚀过程和溶积过程。以碳酸盐为例二、影响喀斯特作用的因素（一）地质因素1.岩石成分 可溶性岩石：卤盐类、硫酸盐类、碳酸盐类2.岩石结构 如粒径小的较粒径大的岩石更易受溶蚀；不等粒结构比等粒结构石灰岩的相对溶解度大。3.地质构造 地质构造可控制喀斯特作用的方向和程度。（二）气候因素1.气温：气温高，虽水中CO2含量减少，但水的电离度大，H+ OH- 增多，溶蚀力增强，化学反应速度提高。据测验气温每增加10，水的化学反应速度增加一倍，故高温地区的喀斯特作用速度较快。2.降水量：降水量大，径流量大，地表水地下水径流条件好，侵蚀力强。3.气压：气压和水中CO2含量成正比，在温度条件不变的情况下，局部分压力越高，水中CO2的含量也越多，CaCO3的溶解度越大。（三）生物因素有机酸及生物成因的CO2，对可溶性岩石溶蚀强度的贡献值大。（表）三、喀斯特水的动态1. 垂直循环带（包气带）：地面以下至丰水期潜水面之间的地带，重力水由向下渗流。垂直溶蚀的结果，在该带多形成各种大小不同的垂直性的溶隙、管道和洞穴。2.季节变动带：丰水期潜水面与枯水期潜水面之间的地带。潜水面具有季节变动的特点。丰水期水流方向近水平，向河谷排泄，为饱水带，溶蚀出水平状洞穴；干季潜水面下降，水流方向垂直，与包气带连成一起，垂直性溶隙得到发育。该带是上部包气带与下部饱水带之间的过渡带，喀斯特作用及地貌多变。3.水平循环带（饱水带）：位于枯水期潜水面之下，直至可溶岩的底板之上。此带终年呈饱水状态，具有自由水面，水流方向近水平，多向河谷排泄。该带形成的地貌以水平状溶洞和地下河为主，数量多，规模大。4.深部滞流带：该带地下水位置较深，有承压性，地下水运动缓慢，喀斯特作用微弱。该带可发育小型喀斯特溶蚀地貌。第二节 喀斯特地貌一、地表喀斯特地貌形态（一）小型溶蚀地貌1.溶沟：溶沟是刻入岩石表面的石质沟槽，横剖面呈楔形、V形或U形，长度不一，深数十厘米至数米不等。2.石芽、石脊和石林石芽为溶沟或沟槽之间突出的部分；呈岭脊状延伸的石芽称为石脊；高大而密集的石芽，称为石林或石林式石芽。（二）落水洞落水洞是地表水从谷地流向地下河或地下溶洞的通道，是垂直方向水流对裂隙不断进行溶蚀并伴塌陷而成。（三）漏斗喀斯特地面上一种口大底小的圆形洼地，平面轮廓圆形或椭圆形。下部有通道通往地下。按成因分为：溶蚀漏斗、沉陷漏斗、塌陷漏斗（四）溶蚀洼地溶蚀洼地是由四周围低山丘陵和峰丛所包围的封闭洼地。溶蚀洼地种类主要有：溶蚀洼地、塌陷洼地及沉陷洼地等。（五）溶蚀盆地（坡立谷）喀斯特区一些宽广平坦的盆地或谷地。（六）干谷、盲谷干谷是喀斯特区一种干涸的河谷。干谷是昔日的河谷，当地壳上升，或侵蚀基准面下降时，河水沿谷底漏陷地貌渗入地下成为伏流，使原来的河谷变为干涸的“悬谷”。河谷上游水流从地下流出，在地表流经一段距离后，又潜入溶洞或落水洞之后，这种上下游封闭的谷地称为盲谷。（七）峰丛、峰林、孤峰1.峰丛：基座相连而峰顶分离的喀斯特山，基座的厚度大于峰顶的厚度。峰顶之间为深陷的溶蚀洼地所分隔。2.峰林：峰林是基座分离或稍有相连的喀斯特山。主要由峰丛演变而来。峰林常与溶蚀盆地或溶蚀平原相伴生，成为喀斯特后期的产物。如果地壳上升，峰林会重新变为峰丛。3.孤峰（残丘）：分布在溶蚀平原或溶蚀盆地中的孤立山丘。形态低矮，相对高度数十米。是在地表长期稳定下，峰林进一步破坏而成，属喀斯特作用晚期的产物。二、地下喀斯特地貌（一）溶洞溶洞是地下水沿着可溶性岩石的层面、节理或断层进行溶蚀和侵蚀而成的地下孔道。（二）溶洞化学堆积形态1. 石钟乳、石笋、石柱是一组由洞顶滴水而产生的堆积地貌。石钟乳：是从洞顶垂直往下悬挂的堆积形态,横剖面具有同心圆状结构,是喀斯特水沿洞顶细小孔隙和裂隙渗出后CaCO3 在滴水处沉淀而形成。石笋：是石钟乳上的水滴滴到洞底时，水中C02进一步逸出，CaCO3由洞底向上逐渐堆积成笋状、锥状、塔状等形态。外形与下滴的水量和高度有关。石柱：由石钟乳和石笋相对增长，连接起来形成。2. 石幔、石旗、边石坝这是一类由薄膜（层）状溶水所成的堆积地貌，总称为“流石”。石幔：水沿额状洞壁往下漫流时，形成的布幔状或瀑布状流石；石旗：水集中沿一条凸棱下流时，形成的薄片状的堆积；边石堤：薄层水在洞底斜面上作缓流而又遇到小凸起时，水压降低，水中CO2逸出，在凸起处发生堆积。反复作用形成花边状弯曲小堤。（三）溶洞崩塌地貌溶洞内周围岩石的临空和洞顶的溶蚀变薄，使洞穴内的岩石应力失去平衡而发生崩塌，直到洞顶完全塌掉，变为常态坡面为止。崩塌是溶洞扩大和消失的重要作用力，形成的地貌主要有：（1）崩塌堆（2）天窗（3）天生桥、穿洞第三节 喀斯特地貌发育和地貌组合一、喀斯特地貌的地带性特征（一） 热带喀斯特地貌潮湿热带喀斯特是在气温较高、温差小、雨量多、降雨强度大、地表水量多、水流循环快、生物化学作用活跃和土壤中富含CO2气体等条件下进行。喀斯特作用具有速度快、强度大和集中于浅层等特点。地表喀斯特和浅层喀斯特地貌发育，地貌种类多、密度高和规模大。（二） 温带季风气候区喀斯特该带年降水季节分配不均，有明显的雨季。雨季降水集中，时间短，地表喀斯特地貌不发育，只有一些小的溶蚀浅沟，地下溶洞较发育。如我国北方地区。（三）干旱区喀斯特年降水量很少，风力强蒸发大，地表径流几乎绝迹，地下水深埋，地下径流微弱，地面植被和土壤缺乏，不利于喀斯特作用的进行，喀斯特地貌发育很差，数量少，且规模小，形态极不完全。（四）寒带的喀斯特地貌寒带气温低，结冰期长和冻土分布，限制了地表水的活动和地下水的补给，从而削弱了喀斯特作用的进行。低温水能溶入较多的CO2，在一定程度上加大了石灰岩的溶解量，但化学反应速度慢。二、喀斯特地貌发育的阶段性喀斯特发育阶段性的划分首先由W.M 戴维斯和 J.司威次提出，理论上，一地区在地壳上升形成宽平高低后，地壳长期稳定，若地层由产状平缓，岩性致密和厚层石灰岩构成，喀斯特地貌的发育可以分为四个阶段：1.幼年期：原始的河系切入可溶性岩石内，地表石芽、溶沟、漏斗和落水洞少量发育，地面河系占优势，此期没有统一的地下水面。2.青年期：喀斯特作用向地下发展，地表水几乎全部流入地下，独立的洞穴系统归并为一个完整的洞穴系统，形成统一的地下水面。在地表喀斯特地貌广泛发育。地面水系逐渐消失。峰丛、溶蚀洼地为这一时期代表地形。3.中年期：溶洞暗河因扩大而顶部坍塌，使其暴露地表，地下河转为地表河，溶蚀谷地、峰林等这一时期的代表地形。4.老年期：地面高度接近侵蚀基准面，或不透水层广泛出露地面时溶蚀谷地扩大为溶蚀平原，峰林被侵蚀为残留在溶蚀平原原上的孤峰。三、喀斯特地貌的变异性1.气候条件和构造条件的变化，阻止了喀斯特地貌的继续发展，甚至破坏了早期形成的各种喀斯特景观。2.气候条件和构造条件的变化进一步促使喀斯特的发展。3.在气候条件和构造条件不变或变化不大的情况下，在相邻不远的两个区域，喀斯特发展阶段不同。【本章主要地貌名词】喀斯特地貌；喀斯特作用；溶沟；石芽、石脊、石林；落水洞；漏斗；溶蚀洼地；溶蚀盆地（坡立谷）；干谷、盲谷、伏流；峰丛；峰林；孤峰；溶洞；石钟乳；石笋；石柱；石幔、石旗、边石坝【复习与思考】1.什么是喀斯特作用？试述