岩溶地貌

岩溶学及应用一、岩溶作用1.岩溶作用是指地表水和地下水对可溶性岩石（碳酸盐岩类、硫酸盐岩、卤盐岩）所进行的以化学溶解作用为主，机械侵蚀作用为辅的溶蚀作用、侵蚀—溶蚀作用以及与之相伴生的堆积作用的总称。StoneForest路南石林StoneForest早在300多年前，我国明代地理学家徐霞客（1587-1641）考察了广西、贵州、云南一带的石灰岩地貌，探索了许多地下溶洞，并作了详细记录。岩溶作用及其所产生的一切岩溶现象的总称。Karst是南斯拉夫西北部一座石灰岩高原的名称。19世纪末，南斯拉夫学者司威治(J.Cvijic)研究了Karst高原的奇特地貌，并把这种地貌称为Karst。1966年2月，我国第二届喀斯特会议，决定将“喀斯特”一词改为岩溶。2.岩溶(Karst)3.岩溶地形和岩溶堆积物由岩溶作用产生的地形和堆积物。在岩溶作用地区所产生的特殊地质、地貌和水文特征，概称岩溶现象。4.岩溶现象5.真假岩溶问题（1）真岩溶发育在可溶性岩石中的岩溶。（2）假岩溶发育在非可溶性岩石中的岩溶。a.碎屑岩岩溶b.黄土岩溶（潜蚀）c.热力岩溶（冰层、冻土层）1.岩石的可溶性（1）岩性成分对溶解度的影响*易溶的卤盐岩岩盐(NaCl)，钾岩(KCl)，镁岩(MgCl2)*中等溶解的硫酸盐岩石膏(CaSO42H2O),芒硝(Na2SO410H2O)*难溶的碳酸盐类石灰岩(CaCO3)，白云岩(CaMg(CO3)2)二、岩溶作用的基本条件(2)碳酸盐类岩石的矿物成分对溶解度的影响碳酸盐类岩石按所含矿物成分的重量百分比,可划分为7个类型。溶解度高Ⅰ.石灰岩类Ⅱ.石灰岩—白云岩类Ⅲ.白云岩类Ⅳ.泥质灰岩类Ⅴ.泥质白云岩类Ⅵ.泥灰岩类Ⅶ.碳酸质砂页岩类溶解度低R——粘土岩2.岩石的透水性岩石的透水性取决于岩石的裂隙度和孔隙度，对可溶岩的透水性来说，裂隙度比孔隙度更为重要。（1）岩石的孔隙度与岩石结构的关系原生碳酸盐类岩石的孔隙度可达40%-70%。成岩及变质的碳酸盐类岩石孔隙度仅占5%-15%。粗晶及中晶结构的岩石孔隙度大,易溶解。细晶结构的岩石孔隙度小,又易受非可溶性矿物颗粒的包围,不易溶解。（2）岩石的透水性与构造的关系风化裂隙一般较浅,只影响地表岩溶的发育。构造裂隙(特别是张性)透水性好,岩溶发育(例如漓江）。软弱岩层或具有压性裂隙的岩层,其裂隙呈封闭状,透水性弱,岩溶不发育。漓江3.水的溶蚀性空气：CO2水：CO2+H2OH2CO3H++HCO3-岩石：H++CaCO3HCO3-+Ca2+综合：CO2+H2O+CaCO3Ca2++2(HCO3-)44100CO2在水中的溶解度与温度成反比，与气压成正比。纯水的溶蚀作用很弱人类活动———酸雨温度越高，CaCO3在水中的溶解度越小；当温度相同时，PCO越高,CaCO3在水中的溶解度越大。24.水的流动性非饱和区过饱和区•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。三、地下水的动态①②③④岩溶水的垂直分带①垂直循环带；②季节变动带；③水平循环带；④深部循环带悬挂泉上层滞水石灰岩中洞穴的形成及演化示意图落水洞1.溶沟与石芽（石林-StoneForest）溶沟石芽埋藏石芽半裸露石芽裸露石芽四、岩溶地貌溶沟与石芽•石芽：溶沟间突起的石脊称石芽。•石芽有的呈尖脊状、尖刀山状、车轨状、棋盘状、石柱装。石芽的形态和分布特征常受地形、节理及岩性的控制。•石林是一种大型石芽。•石林，素有“天下第一奇观”之称的石林风景区。坐落在昆明南边的石林彝族自治县境内•石林发育地层岩石是下二叠统茅口组的浅灰色厚层状的生物碎屑石灰岩，经各种溶蚀作用，形成了最具代表性的喀斯特地貌。剑状石林柱状石林2.峰丛、峰林、孤峰、残丘、溶蚀平原、坡立谷（Polje——岩溶盆地）峰丛洼地泉峰林河流孤峰坡立谷溶蚀平原•峰林•国外称锥状和塔状喀斯特（kegelandturmkarst）。高耸林立的碳酸盐岩石峰。•分散立和丛聚两类。•丛聚的连座峰林又称峰丛。•峰林主要发育在湿润热带、亚热带（年均温）＞20℃，年降水量＞1500毫米）。•中国峰林在世界上最为典型，面积最大，主要分布于广西、贵州、云南和湖南南部、广东北部等地。张家界峰林•峰林相对高度为100～200米，高者达300米，坡度＞45°。云贵高原上发育的峰林峰林地貌的同时态系统演化模式Figure16.19Late-stageKarsttopography,southofAuilin,China.Thetowersaretheremnantsofthicklimestoneformationsdissolvedawaybygroundwater.峰丛洼地泉峰林河流孤峰坡立谷溶蚀平原坡立谷的特点•面积较大，数十~数百平方公里；•底部平坦，地表有河流通过，堆积物有冲积、坡积及残余的各类堆积；•周围有时发育峰林地形，内部可以有孤峰、残丘；•长轴方向常与构造线一致。3.漏斗、溶蚀洼地漏斗河流溶蚀洼地漏斗的形成过程？(a)溶蚀漏斗(b)崩塌漏斗(c)陷落漏斗(d)下伏岩溶崩塌漏斗漏斗的类型•岩溶漏斗又称斗淋，即doline的音译,石灰岩地区呈碗碟状或漏斗状的凹地。•平面形态呈圆或椭圆状，直径数米至数十米。深度数米至十余米。漏斗壁因塌陷呈陡坎状，在堆积有碎屑石块及残余红土的漏斗底部，常发育有垂直裂隙或溶蚀的孔道，孔道与暗河相通，当孔道堵塞时，漏斗内就积水成湖。•岩溶漏斗是地表水流沿垂直裂隙向下渗漏时使裂隙不断扩大，先在地面较浅处形成隐伏的孔洞，随孔洞的扩大上部土体逐步崩落，开始在地面出现环形的裂开面，最后陷落成漏斗。•规模巨大的漏斗可称为天坑（小寨，大石围）。•天坑（tiankeng).•在2001年之前，提及天坑这个词汇，通常特指重庆奉节县的小寨天坑。2005年后，“天坑”这个由中国人定义的术语在国际喀斯特学术界获得了一致的认可，并开始使用“tiankeng”，通行国际。•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米，底部与地下河相连接（或者有证据证明地下河道以迁移）的特大型喀斯特负地形。目前已经被确认的天坑达78个，其中2/3分布在中国。•天坑的形成条件一石灰岩层厚度大。只有足够厚的岩层才能给天坑的形成提供足够的空间。二地下河的水位要很深。三包气带（含气体的岩层）的厚度要大。四降雨量要大，这样地下河的流量和动力才足够大，足以将塌落下来的石头冲走。五岩层要平。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。六地壳要隆起。地壳的运动就会给岩层的垮塌提供动力。•天坑简介1、重庆市奉节县小寨天坑：坑口直径626m，坑深660m，坑底宽500m，世界第一。2、广西乐业县大石围天坑：共有22个天坑，最大的坑口长径600m，短径420m，深613m。3、四川省兴文县小岩湾大漏斗：长径650m，短径490m，深208m。4、美国阿里西波大漏斗：直径300m，深70m，曾号称世界第一。四川奉节小寨天坑重庆武隆天坑•乐业天坑群位于中国广西乐业县，占地约20平方公里。初步已发现有大石围、白洞、风岩洞、穿洞等20多个天坑。•“天坑”四周皆被刀削似的悬崖绝壁所围，形成一个巨大的竖井，底部是人类从未涉足过的几十万平方米的原始森林，并有地下河相通。•森林中有大量珍贵的动植物品种。其地下原始森林面积为世界第一，深度位居世界第二，容积居世界第三，具有极高的科研价值。广西大石围天坑•溶蚀洼地：由喀斯特漏斗扩大或合并而成的，呈封闭或半封闭状喀斯特地貌类型。•分布在峰丛或峰林之间，呈封闭或半封闭状。平面形态为圆形或椭圆形，长轴常沿构造线发育，面积约数平方公里至数十平方公里。•洼地底部呈线凹形，有时因漏斗及落水洞的分布而略有不平，表层堆积有厚度不等的残余红土及水流冲刷来的红土堆积。被峰林环绕的溶蚀洼地4.落水洞、竖井、干谷、盲谷、伏流落水洞竖井盲谷盲谷泉落水洞河流伏流•落水洞：•是地表水流入地下的进口，表面形态与漏斗相似，是地表及地下岩溶地貌的过渡类型。•落水洞主要可分为裂隙状的，筒状的，锥状的及袋状的。它们既可直接表现于地表面，也可套置于岩溶漏斗的底部。由于落水洞常沿构造线、裂隙和顺岩层展布方向呈线状或带状分布，因此是判明暗河方向的一种标志。•竖井洞壁直立的井状管道，称为竖井，实际是一种坍陷漏斗。在平面轮廓上呈方形、长条状或不规则圆形。长条状是沿一组节理发育的，方形或圆形则是沿着两组节理发育的。井壁陡峭，近乎直立，有时从竖井往下可以看到地下河的水面。•盲谷blindvalley喀斯特区的地表河下游消失于落水洞或溶洞中形成的无出口的河谷。又称断尾河。•常发育于地下水水力坡降变陡处，是地下河袭夺地表河所致，因此，在地表水没入落水洞的上方为一陡壁。由喀斯特陡壁下流出的喀斯特泉或地下河，在地表出露形成的河流，称为断头河。云南宣威地下截弯取直形成的干谷•干谷：•岩溶区无水的河谷。湖北利川伏流•暗河（subsurfacestream）也叫“伏流”，指地面以下的河流，是地下岩溶地貌的一种，是由地下水汇集，或地表水沿地下岩石裂隙渗入地下，经过岩石溶蚀、坍塌以及水的搬运而形成的地下河道。主要是在喀斯特(岩溶)发育中期形成的。暗河的空间分布受岩性、地质构造和排水基准面的控制。在地层褶皱的轴部、裂隙和断裂部位、可溶岩同非可溶岩的接触处和排水基准面附近常发育暗河。暗河有自己的补给、径流和排泄系统。大的暗河也形成地下河系，主要沿构造破裂面发育。地下河和伏流是岩溶地区重要的水源。伏流景观贵州天然石灰岩桥洞•天生桥naturalbridge•地下河与溶洞的顶板崩塌后,横跨河谷的残留顶板,其两端与地面连接,中间悬空而呈桥状。•广义地说,一切横跨沟谷或河流上的岩体都可称天生桥。5.岩溶湖、地下河、溶洞岩溶湖——地表岩溶湖，地下岩溶湖•典型的岩溶湖是由碳酸盐类地层经流水的长期溶蚀所产生的岩溶洼地、岩溶漏斗或落水洞等被堵，经汇水而形成的一类湖泊。岩溶湖泊排列无一定方向，形状或圆形或椭圆形，有时也可呈长条形。岩溶湖一般面积不大，水深也较浅。我国岩溶湖大多分布在岩溶地貌较发育的黔、桂和滇等省（区）。贵州省咸宁的草海，它原是一个构造下陷而成的盆地，早期的湖泊大约形成于15万年以前，当时湖面面积达90平方公里以上。据称“清咸丰七年（1857），七月落雨40余昼夜，山洪暴发，夹沙抱木，大部落水洞被堵，洪水无法渲泄，盆地东部被掩成湖”。因湖中滋生繁茂的水生植物，故名草海。当湖水位为海拔2170米时，水深为2-5米，湖面积为45.5平方公里，容积为1.4×108米3。草海是我国湖面面积最大的构造岩溶洞，素有高原明珠之称。长湖为岩溶湖泊，因地质断裂作用而生成。长湖位于石林县城东南18公里，距昆明市区约120公里，湖长约3公里，宽仅300米，湖面呈长形，状若卧蚕，又似新月，得名长湖，因其深藏丛山密林之中，又称“藏湖”。长湖是民间传说中阿诗码的故乡，而且在电影《阿诗玛》中也有许多镜头是在长湖拍摄的。因此，当地人把长湖看成是神湖。地下暗河示意图1.暗河主要河道;2.暗河出口;3.流向;4.岩溶泉•溶洞Karstcave•溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果，石灰岩里不溶性的碳酸钙受水和二氧化碳的作用能转化为微溶性的碳酸氢钙。由于石灰岩层各部分含石灰质多少不同，被侵蚀的程度不同，就逐渐被溶解分割成互不相依、千姿百态、陡峭秀丽的山峰和奇异景观的溶洞。•中国是个多溶洞的国家，尤以广西境内的溶洞著称，如桂林的七星岩、芦迪岩等。石灰岩中洞穴的形成及演化示意图落水洞洞穴——猿人的别墅多层溶洞问题?•目前中国发现的溶洞数以万计，洞穴长度超过3km共有35个。中国洞穴排名如下：1、贵州绥阳县双河洞70.502km（含700m石膏洞）2、