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第三节喀斯特地貌•定义：喀斯特地貌是地下水与地表水对可溶性岩石容蚀与沉淀，侵蚀与沉积，以及重力崩塌，坍陷、堆积等作用形成的地貌，以南斯拉夫喀斯特高原命名。我国亦称岩溶地貌。◆喀斯特研究的起源◇徐霞客（1586—1641，明《徐霞客游记》的作者）是我国和世界上最早的岩溶研究学者。◇19世纪末，南斯拉夫的司威治（J.Cvijic）研究了南斯拉夫西北的喀斯特（Karst）石灰岩高原，并于1893年正式用“Karst”来概括喀斯特高原的地貌景观。◇中国地质学会第一届喀斯特学术会议（1966年2月，桂林），建议在我国使用“岩溶”一词，并把它作为Karst的汉语同义语。•一、岩溶作用化学过程二、喀斯特作用过程溶解过程：CO2+H2O+CaCO3→Ca(HCO3)2→Ca2++2(HCO3)-结果：在可溶性岩石上留下溶沟、空洞等，并为后来的机械侵蚀、崩塌等作用提供条件，形成喀斯特侵蚀地貌。淀积过程：Ca2++2(HCO3)-→CO2↑+H2O+CaCO3↓结果：碳酸钙堆积作用不断进行，促进喀斯特堆积地貌的发育。（二）岩性与构造条件1.按溶解度由小到大：碳酸盐类：石灰岩、白云岩、泥灰岩等硫酸盐类：石膏、硬石膏卤化物盐类：岩盐、钾盐（可溶性盐类）2.按溶解度由小到大：泥灰岩白云岩石灰岩通过以上对比可知，石灰岩最易喀斯特化。喀斯特地貌主要是发育在碳酸盐类岩石尤其是石灰岩分布区。这与其分布极广且常露出地表也有关。三、水动力条件通常把岩溶化岩体中的一切地下水总称岩溶水.水的溶蚀能力、岩石化学性质及透水性对岩溶作用起着决定性作用。水的溶蚀能力•水的溶蚀力取决于水的化学成分、温度、气压、水的流动性及流量等方面。•①水的化学成分。水含酸类是岩石溶蚀的关键，而酸的含量多少则影响岩石的溶蚀速度，酸的含量越高，溶蚀力也越强。•②水的温度。水中CO2的含量与温度成反比，一般温度越高，CO2的含量越少，温度越低，CO2的含量越多。温度高的水，CO2的含量虽然减少了，但水分子的离解速度加快，水中H+和OH-离子增多，溶蚀力反而得到加强。据测验气温每增加10℃，水的化学反应速度增加一倍，故高温地区的岩溶速度较快。水的溶蚀能力•水的溶蚀力取决于水的化学成分、温度、气压、水的流动性及流量等方面。•③气压的影响。气压会影响水中的CO2的含量，水中CO2的含量与气压成正比，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的溶解度也越大。•④水的流动性及流量。经常流动的水体，能较大地提高水的溶蚀力，原因：①流动的水处于开放系统，从降水（补给）—地表水及地下水（流动）—排泄过程中，水经常与空气保持接触，能不断地补充因溶蚀岩石所消耗的CO2，使水体不易达到饱和。②处于流动状态的水，有时虽然达到饱和，但当几种不同浓度的饱和溶液混合后，可变为不饱和而重新获得溶蚀能力岩石的可溶性。•岩石的可溶性是岩溶地貌发育的最基本的物质条件，可溶性主要取决于岩石的化学成分与岩石结构。•岩石的结构与溶解度有密切关系，试验表明，结晶的岩石，晶粒越小，溶解度也越大。岩石的透水性•岩石的透水性对岩石的溶蚀速度和地下岩溶的发育有着重大影响。透水性不良的岩石，溶蚀作用只限于岩石表面，很难深入岩石内部。透水性好的岩石，地表和地下溶蚀都很强，地貌发育也好。透水性强弱取决于岩石的孔隙和裂隙大小和多少。岩溶水的分带根据喀斯特地区水的运动方式分为：地表水和地下水。地表水是形成地表喀斯特的主要动力，它的流向也决定着地表喀斯特的空间形态分布规律。地下水是形成地下喀斯特的主要动力，它的流动是通过裂隙、孔隙、管道发生的，具有明显的垂直分带性特征，也决定着地下喀斯特地貌的垂直分布特征。通常把岩溶化岩体中的地下水总称为岩溶水。地下喀斯特水的垂直分带1.垂直渗透带；2.季节变动带；3.水平流动带；4.深部滞流带该带位于地面以下至丰水期潜水面之上。雨水沿裂隙下渗到潜水面，它的厚度由潜水面(地下水位)高低来决定。若在构造上升区(潜水面、河水面下降)，厚度可达几百-几千米，反之，构造沉降区，厚度小。该带内水的运动以垂直下渗为主，故喀斯特地貌以垂直形态的溶洞为主，多漏斗、落水洞等个体小深度大的地貌。1.垂直渗透带(充气带)位于丰水期潜水面与枯水期潜水面之间。它在雨季或融冰化雪时，潜水面上升，地下水作水平运动；在旱季作垂直运动。故该带内喀斯特地貌既有水平溶洞，又有垂直溶洞发育。2.季节变动带(过渡带)位于枯水期潜水面以下，直到谷底补给河流岩溶水的深处为止。经常处于饱水状态，地下水流向近于水平方向，向河谷排泄。此带是喀斯特强烈发育地带，多为水平型喀斯特，如地下河、水平溶洞等。在靠近河谷地段，水平带的下部在河底减压区，地下水由下而上运动，这是一种虹吸管状流动，向着谷底减压区排泄。3.水平流动带(饱水带)位于水平流动带以下，水的流动方向不受河谷限制，而受地质构造的控制，流速相当缓慢甚至停滞，溶蚀作用微弱。该带的地下水位置较深，具有承压性质。4.深部滞流带(深部循环带)•二喀斯特地貌•（一）地表喀斯特地貌•地表喀斯特地貌主要有以下几类：•1.石芽与溶沟指可溶性表面沟槽状溶蚀部•分和沟间突出部分。•溶沟是地表水沿岩石裂隙溶蚀、侵蚀而成，宽10cm～2m，深2cm～3m，底部常充填泥土或碎屑。石芽为蚀余产物，热带厚层纯石灰岩上发育形体高大的石芽常高达数十米，称为石林。如下图：石芽与溶沟1云南罗平石芽与溶沟2云南罗平石芽与溶沟3云南罗平石芽与溶沟4木格错，青藏高原路南石林阿诗玛的传说路南石林世界地质公园石林鸟瞰大理石石林广西贺州，我国唯一的一个•2.岩溶漏斗由流水沿裂隙溶蚀而成，呈碟形或倒锥形洼地，宽数十米，深数米至十余米，底部有垂直裂隙或落水洞。•漏斗群1云南罗平如果地面上有成连续分布的成串漏斗，这往往是地下暗河存在的标志。•漏斗是喀斯特发育初期阶段的产物，它是喀斯特水垂直循环作用的地面标志，因而漏斗多分布在岩溶化的高原面上。••3.落水洞落水洞多分布于较陡的坡地两侧和盆地、洼地底部，也是流水沿裂隙侵蚀的产物。宽度很少超过10m，深可达数十米到数百米。••4.溶蚀洼地通常由岩石漏斗扩大或合并而成，面积小于10km2，具封闭性。广西乐业“天坑”最深613m乐业“天坑”仰视重庆小寨“天坑”1深666m重庆小寨“天坑”2重庆小寨“天坑”3重庆小寨“天坑”4贵州金城江源鄂西洼地溶蚀洼地是由漏斗进一步溶蚀扩大、合并而形成，故它的形态、排列方式与漏斗均有关。它的底部常发育落水洞和漏斗，还有一些小溪。从洼地四壁流出的泉水，经小溪最后流进落水洞中。••5.岩溶盆地与岩溶平原是指岩溶地区具有内部水系的、底部宽广平坦的大型封闭盆地或谷地。南斯拉夫学者J.司威杰最先叫这种地形为Polje，原意为可耕种的平地，泛指田野，在我国地学文献中称为“坡立谷”。喀斯特平原••6.峰丛、峰林与孤峰•如下图,地表喀斯特地貌类型、分布图：喀斯特地貌类型及其分布图桂林、阳朔一带最为典型。峰林-盆地地貌系统峰林形成过程示意图孤峰(残峰)是岩溶区的孤立石灰岩山峰，常分布在岩溶平原或岩溶盆地中，相对高度由数十米至百余米。孤峰是在地壳相对长期稳定条件下，峰林不断溶蚀降低的产物。广西南宁地区的残峰坡地孤峰-平原地貌系统孤峰1孤峰27.盲谷(blindvalley)与干谷(dryvalley)盲谷是喀斯特地区死胡同似的、没有出口的地表河，通常水流消失在河谷末端陡壁下的落水洞中而转为地下河，它多见于封闭洼地或坡立谷中。干谷是指喀斯特区的干涸河谷，过去它是地表河，因气候变干或地壳上升、侵蚀基准面下降，使地表河干涸而转入地下。利川腾龙洞附近干谷和溶洞婺源灵岩洞附近的盲谷盲谷盲谷盲谷8.地表石灰华沉积(travertine,tufa)云南中甸白水台的喀斯特泉华富含Ca2+和HCO3-的地下水(岩溶水)在地表出露，由于CO2分压降低或温度升高而发生的CO2逸出和CaCO3沉淀，统称石灰华(简称灰化或钙华)。地表钙华沉积四川黄龙的钙华堤坝地表钙华沉积岷山南麓黄龙一带河谷中的瀑布华黄龙寺钙华黄龙寺钙华•（二）地下喀斯特地貌•1.溶洞与地下河：溶洞（洞穴）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并扩大成为洞穴。•溶洞里常发育各种钟乳石、石笋与石柱等，如下图所示，溶洞溶洞•地下河是石灰岩地区地下水沿裂隙溶蚀而成的地下水汇集和排泄的通道。地下河的分布深度和当地侵蚀基准面相适应，由于不透水层的阻挡，或者第四纪地壳上升幅度大于溶蚀深度，地下河则高于当地侵蚀基准面，形成悬挂式的地下河。•岩溶泉：岩溶洞穴的出口处常形成泉，按成因分三类：（１）暂时性泉；（２）周期性泉；（３）涌泉•2.暗湖：是与地下河相通的地下湖，可储存和调节地下水。地下河暗湖石钟乳重庆芙蓉洞石笋是从洞顶滴落下来的水溅到洞底，其中CaCO3逐渐沉积形成的，它形似竹笋。石笋是自下而上逐层增长，它的横剖面为叠层状。贵州桐梓石笋横断面与纵断面(基本连续沉积)广西桂林石钟乳断面(沉积间断)石钟乳和石笋各自向相对方向伸展，最后连结起来，成为石柱。北京石花洞次生化学沉积物景观从洞壁沿裂隙渗出的水，CaCO3呈片状沉积，如同帷幕一样展开，故称为石幔。石幔地下堆积形态•三喀斯特地貌发育过程与地域分布•（一）喀斯特地貌的发育过程任美锷先生等认为喀斯持地貌的发育有一定的演变顺序：即从一个原始的规则的构造面或一个上升的微起伏剥蚀面开始发育，到青年期的漏斗、落水洞、峰丛洼地发育，地表水大部分转化为地下水；地下溶洞也很发育，有许多地下河。中年期，由于地下河顶板的塌落，地下河向地表河转化，大量溶蚀洼地、峰林和盆地发育。由于不透水层广泛出露，或地面高度接近侵蚀基准面，喀期待发育到了老年期，地表演化接成准平原，平原上分布了孤峰、残丘，喀斯特现象逐渐消失。幼年期青年期壮年期老年期广西桂林、阳朔一带为中年期喀斯特地貌，而贵县、黎塘一带则为老年期喀斯特地貌。受地质构造运动的影响，喀斯特演化是多旋回的，不同旋回阶段的喀斯特地貌可以迭加在一起，出现幼年期、青年期和中年期喀斯特地貌同时并存的现象。一、岩溶地貌的地带性特征•喀斯特发育受自然因素的影响很大，特别是气候条件的影响，因此喀斯特地貌具有一定的地带性特征。•1、热带喀斯特：高温多雨、水循环快、植物丰富、腐殖质分解的有机酸和二氧化碳十分丰富，地表和地下喀斯特作用都非常强烈，溶蚀洼地、岩溶盆地、岩溶平原、峰林地貌普遍发育。•2、亚热带喀斯特：介于热带与温带间的过渡类型，有明显的雨季和干季，喀斯特发育以各种喀斯特洼地、漏斗及喀斯特丘陵为特征。•3、温带喀斯特：气温偏低，降水偏少，地表喀斯特不发育，地下喀斯特比较发育，以溶洞、干谷、地下河等地下喀斯特地貌发育为主。•4、寒带喀斯特：气候寒冷，并有常年或季节性的冻土，地表水下渗较弱，地面以发育微小的溶沟和浅洼地为主，地下喀斯特不发育。•5、干旱区喀斯特：降水量少，地面植被稀少，雨水可迅速由裂隙进入地下，故地表喀斯特作用微弱，而干旱区地下常含有较多的硫酸根离子，可使地下水溶蚀作用增强，所以地下喀斯特作用比较强。