第五章岩溶地貌及岩溶堆积物

Wednesday,January22,2020第五章岩溶地貌及岩溶堆积物一．岩溶作用及岩溶形成条件二．岩溶地貌三．岩溶堆积物四．岩溶旋回（一）岩溶作用定义：在可溶性岩石地区，凡是以地下水作用为主，地表水作用为辅；以化学作用为主，机械作用为辅，对可溶性岩石的溶解破坏的过程。岩溶：岩溶作用及其由此产生的现象叫岩溶。喀斯特(Karst):南斯拉夫西北部石灰岩高原的地名，代表石灰岩被溶蚀后形成的地貌。一、岩溶作用及岩溶形成条件Wednesday,January22,2020岩溶作用类型1.地下水的潜蚀作用2.地下水的搬运作用3.地下水的沉积作用Wednesday,January22,20201．地下水的潜蚀作用定义：地下水在运动过程中对周围岩石的破坏作用。由于地下水的化学成分较复杂，常含有较多CO2和各种溶剂，因而化学潜蚀作用显著。Wednesday,January22,2020地下水的运动特征：地下水的垂直运动在包气带，地下水主要作垂直运动。因而岩溶地形也沿垂直方向发育，主为有溶沟、石芽、落水洞、溶斗等。地下水的水平运动在潜水面附近，地下水作近于水平方向运动。因而溶蚀作用沿水平方向发展。岩石经溶蚀后形成水平方向延伸的溶洞。主要为化学搬运，化学搬运物的成分和数量，取决于地下水渗流区的岩石性质和风化程度。流经灰岩地区的地下水，含HCO3-、Ca2+、Mg2+较多。在干旱及半旱地区，因化学风化较弱，只有极易迁移的K+、Na+、Cl-、SO42-等离子。在湿热气候区，化学风化作用强烈而彻底，地下水搬运的物质除上述物质以外，可有较多的SiO2、Al(OH)3、Fe(OH)3等胶体物质。地下水的溶运能力，与水温、压力、运移速度、酸碱度及CO2含量有关。一般来说，温度高、压力大、流速快、CO2和酸类物质含量高时,其溶运能力强；反之，则较弱。2．地下水的搬运作用3．地下水的沉积作用溶洞沉积物在灰岩区，当溶有重碳酸钙的地下水渗入溶洞时，压力突然降低，水中溶解的CO2逸出，形成CaCO3沉淀。钟乳石（石钟乳、石笋、石柱）、石幔。泉华沉积物当泉水流出地表时，因压力降低、温度升高，地下水中的矿物质发生沉淀，沉淀在泉口的疏松多孔物质叫泉华。成分为CaCO3时，称为钙华或石灰华；以SiO2为主时称为硅华。泉华可堆积成锥状、台阶状或扇状地貌。Wednesday,January22,2020（二）岩溶形成条件①岩石的可溶性岩石的可溶性是发生岩溶作用的必要条件。岩石的可溶性主要取决于岩石的化学成分，岩溶作用主要发生在灰岩、白云岩发育的地区。1．岩石成分对溶蚀率的影响一般来说，碳酸盐类岩石溶解度，从大到小:石灰岩白云岩硅质灰岩泥灰岩Wednesday,January22,2020白云岩白云质灰岩灰岩矿物白云石白云石+方解石方解石Ca/Mg1.2~2.22.2~10.010.0相对溶解度0.35~0.820.8~0.99≈1岩溶化程度小中大Wednesday,January22,20202．岩石结构对溶蚀率的影响结晶岩石的晶粒愈小，相对溶解速度愈大在，隐晶结构一般具有较高的溶蚀率。不等粒结构石灰岩比等粒结构石灰岩的相对溶解度要大。矿物种类：方解石为主岩溶发育，以白云石为主岩溶不发育。化学成分：Ca/Mg比值越大，岩溶作用越强。相对溶解度：溶解度越大，岩溶作用越强。②岩石的透水性透水性强的岩石利于岩溶作用的进行。在这些岩石中的地下水运动速度相对较快，新鲜的地下水不断补充，使它处于不饱和状态，具较大溶蚀能力。（1）成分纯、刚性强的岩石透水性好。（2）厚层的可溶性岩石较薄层可溶性岩石的透水性好。（3）构造发育的地质岩溶作用强，褶皱和断裂作用使岩石的破裂程度加大，从而使透水性大大增强。Wednesday,January22,2020③水的溶解性水的溶解力主要取决于CO2的含量，纯水的溶蚀力是极其微弱的。水中CO2的含量受气压与温度的影响。T（℃）CO2含量（%）CaCO3溶解度（mg/l）01.181100.7070200.5260300.3949表5-1PCO2=0.0003atm时水中的CO2含量及CaCO3溶解度表Wednesday,January22,2020④水的流动性滞流的水，由于不能及时补给CO2，其溶解力是有限的，很容易被CaCO3所饱和。流动的水，由于水温、水量及气压条件的不断改变，可保持水的溶解性能，特别是不同CO2浓度地下水混合，会大大提高水的溶解力。Wednesday,January22,2020沙锅店奥陶纪灰岩Wednesday,January22,2020灰岩溶沟Wednesday,January22,2020灰岩中的落水洞、石芽Wednesday,January22,2020沙锅店东山梁灰岩石芽二．岩溶地貌（一）地表岩溶（二）地下岩溶（一）地表岩溶1．石芽与溶沟溶沟：地表水沿可溶蚀岩石的节理裂隙进行溶蚀与侵蚀，形成纵横交错的凹槽。石芽：凹槽之间残存的突起岩石。2．石林与岩溶漏斗石林：由密集林立的锥柱状、锥状、塔状岩体组成的地貌景观。Wednesday,January22,2020石林Wednesday,January22,2020宜宾兴文石海岩溶漏斗呈碟状或倒锥状的封闭洼地。世界最大的岩溶漏斗-小寨天坑位于重庆奉节，深度为521米-662米，宽度为535-625米。Wednesday,January22,20203．峰林、峰丛与溶蚀洼地峰林：成群分布的山体基部分离的石灰岩山峰群。峰丛：一种基部相联的峰林“U”形的马鞍地形，峰与峰之间常形成。溶蚀洼地：与峰林、峰丛同期形成的一种负地貌类型。峰丛峰林张家界地貌Wednesday,January22,2020张家界地貌溶蚀洼地Wednesday,January22,2020黄布倒影山上色彩斑斓的石纹，像一匹一匹黄色布幕，倒影水中，游船而过，方体会到“船在青山顶上行”之快感。Wednesday,January22,20204．孤峰与岩溶平原孤峰是兀立在岩溶平原或盆地上的孤立的灰岩山峰。岩溶平原是比溶蚀洼地更为宽广的地面平坦的岩溶地形。桂林独秀峰Wednesday,January22,2020落水洞与竖井（过渡型）落水洞：消泄地表水的过于垂直的或倾斜的洞穴。竖井：落水洞进一步发展，崩塌作用加剧，就可形成一种垂向深井。沙锅店东山梁灰岩落水洞Wednesday,January22,2020（二)地下岩溶地貌1．溶洞:岩溶作用所形成的地下岩洞的通称。2．地下河、伏流与地下湖地下河：又称暗河，是具有河流主要特性的位于岩溶区地下的有水通道。伏流：为地表河流经过地下的潜伏段。地下湖：指天然洞穴中具有开扩自由水面的比较平静的地下水体。利川腾龙洞中国目前最大的溶洞之一，世界特级洞穴之一。位于利川市城郊6公里处，门票180元。旱洞全长59.8公里，洞口高74米，宽64米，为亚洲第一大旱洞，水洞则吸尽了清江水，更形成了23米高的瀑布，清江水至此变成长16.8公里的地下暗流。溶洞Wednesday,January22,2020Wednesday,January22,2020Wednesday,January22,2020三．岩溶堆积物（一）地表岩溶堆积物（二）地下岩溶堆积物Wednesday,January22,2020（一）地表岩溶堆积物1．赭土（蚀余红土）地表碳酸岩盐被溶蚀后原岩中残留的粘土杂质。由于含次生氧化铝和氧化铁而成红色，有时含未被溶蚀的灰岩角砾。课后思考：与典型红土的区别？成因不同、产状不同2．泉华（石灰华）是指地表岩溶水中沉积的大孔隙次生管状、层状碳酸钙物质。九寨沟黄龙Wednesday,January22,2020Wednesday,January22,2020（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：石钟乳石笋石柱Wednesday,January22,2020石钟乳是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）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体。Wednesday,January22,2020Wednesday,January22,2020（2）流石：洞内流水所形成的方解石及其他矿物沉积。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Wednesday,January22,2020Wednesday,January22,2020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。Wednesday,January22,2020Wednesday,January22,2020（3）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。（4）毛细管水沉积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。卷曲石：一种螺旋状钟乳石。卷曲石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。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。4．动物化石堆积5．古人类化石及其文化遗存Wednesday,January22,2020灰岩中的蛇卷螺化石Wednesday,January22,2020四．岩溶旋回幼年期：岩溶开始发育，以垂直岩溶作用为主，地表水向下运动，无统一的地下水面。石芽、溶沟、岩溶漏斗发育。壮年期：垂直溶蚀转变为水平溶蚀占优势，溶洞、暗河发育；地下水水平流动，加速了岩溶发育，顶板崩塌，地下水系重新出露地表。老年期：水系又转变为地表水系网，残丘、岩溶平原、孤峰发育。Wednesday,January22,2020气候与岩溶发展的关系(1)热带岩溶：以溶蚀作用为主，具最典型的岩溶地貌。广东、广西、海南。(2)亚热带岩溶：除溶蚀作用外，侵蚀作用也起较重要的作用。湖南、湖北。(3)温带岩溶：重力崩塌为主，岩溶作用不十分明显。(4)干旱区岩溶：主要是地下岩溶，淡水地区发育岩溶，咸水不发育岩溶。Wednesday,January22,2020新构造运动与岩溶发育的关系上升：溶洞越高，时代越老；越低，时代越晚。•但生物化石可以与之相符，也可与之相反，要看先有洞还是先有堆积。•溶洞的高度与河流水平面不一致，一般溶洞比当时的河流面稍高。下降：溶洞被掩埋。Wednesday,January22,2020岩溶研究的意义岩溶旅游资源云南路南石林、桂林山水、周口店上房山云水洞岩溶与工程建设岩溶水和岩溶矿产的利用山西的神头岩溶泉水，流速5m3/s，是大型神头火力发电厂的主要供水源河北邢台的百泉华北油田地下古溶洞中含有丰富的地下石油矿第五章-小结主要概念：岩溶作用、岩溶地貌、溶沟、石芽、岩溶漏斗、落水洞、峰丛、峰林、孤峰、溶蚀洼地、溶洞、暗河、泉华思考题：1.地下水循环动态与岩溶发育有何关系？2.造成我国南北方岩溶发育差异的主要原因是什么？3.在什么情况下会发育岩溶？4.地表岩溶地貌在平面分布上有何规律？5.新构造运动对岩溶发育有何影响？6.试述岩溶旋回？