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1、第三章 岩溶地貌 Karst Landforms,岩溶地貌 地下水和地表水对可溶性岩石进行破坏和改造形成的地貌现象。 岩溶作用 可溶性岩石在地表水和地下水的化学过程（溶解与沉淀）和物理过程（流水的侵蚀和沉积、重力崩塌和堆积）的共同作用下，对可溶性岩石的破坏和改造作用。,Guilin, China,黄龙五彩池,第一节 岩溶发育条件,岩石的可溶性 岩石的化学成分 卤化盐类岩石: 如钾盐、石盐； 硫酸盐类岩石:如硬石膏、石膏、芒硝等； 碳酸盐类岩石Carbonate Rock: 如石灰岩limestone、白云岩dolomite等。 溶解度： 卤盐硫酸盐碳酸盐； 在碳酸盐岩类中，CaCO3的含量越高
2、，其他杂质含量越低，其溶解度就越大。石灰岩白云岩硅质灰岩泥灰岩 岩石的结构 岩石的结构与溶解度有密切关系。对于结晶的岩石，晶粒越小，溶解度也越大。,岩石的透水性 岩石的透水性影响岩石的溶蚀速度和地下岩溶的发育 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 一般石灰岩的原生孔隙度Porosity都很小, 小于3，透水性较弱。 岩石的透水性主要受由构造运动形成的断裂构造(各种断层、裂隙)所控制。断层、裂隙不仅提供了水进入岩体内部的通道，而且增加了水与岩石作用的面积,水的溶蚀力 溶解于水
3、中的CO2越多，水的溶蚀力就越强；水中的Ca+2的含量越高，水的溶蚀力就越弱。 水中不同游离CO2时的碳酸盐类岩石溶解度： 纯水的溶解度11.5mg/L 含1mg/L CO2水的溶解度 6050 mg/L 温度越高，水的化学反应速度越快，溶蚀力越强 气压越大，溶蚀力越强（水中CO2的含量与气压成正比）,水的流动性 流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。因此，水体经常流动，能大大提高水的溶蚀力。 热带地区高温多雨，水流量大、水循环快，加上气温高及生物作用强，岩溶发育最快。 如亚热带广西碳酸盐岩溶蚀量为0.120.3mm/a，是暖温带的河北（溶蚀量为 0
4、.020.03mm/a）的59倍。,岩溶水的垂直分带,1垂直渗流带；2季节变动带；3水平流动带；4深部循环带,垂直渗流带 位于地表以下至地下水的高水位之间 垂直入渗带的岩溶地貌发育规模小，且以垂直形态为主 季节变动带 地下水面随季节变化而升降, 地下岩溶水的流动方向随季节变化而具有周期性变化 岩溶作用很活跃，岩溶地貌的垂直形态和水平形态均很发育，如溶洞与暗河系统等 水平流动带 位于枯水期地下水面以下，处于常年有水的饱和状态 岩溶地下水流动交换快，岩溶水溶蚀力强、岩溶作用剧烈，常可形成规模很大的水平溶洞或暗河 深部循环带 位于水平流动带之下，其下限很深。岩溶地下水的运动已不受当地水文网的影响，主
5、要受地质构造情况控制，具有承压性 岩溶作用非常微小,第二节 岩溶地貌类型,一、地表喀斯特地貌,石芽与溶沟 地表水沿岩石裂隙溶蚀、侵蚀而成的沟槽形态，称为溶沟 溶沟深几厘米至几米，长几米至几十米 其发育受岩石的节理、裂隙和地形坡面的影响 石芽为溶沟之间突起的石脊 高大的石芽称为石林。,溶沟 Karren,石芽,石林,石林鸟瞰,云南罗平,Florida, 2008-09-23,坑底下边有地下河，小寨天坑是地下河的一个“天窗“。小寨天坑与天井峡地缝属同一岩溶系统，天坑底部的地下河水由天井峡地缝补给，自迷宫峡排泄；从天坑至迷宫峡出口地下河道长约4千米。小寨天坑当称“天下第一坑“，属当今世界洞穴奇观之一
6、。,位于距重庆奉节县城91千米的荆竹乡小寨村。“天坑“在地理学上叫“岩溶漏斗地貌“。小寨天坑坑口地面标高1331米，深666.2米，坑口直径622米，坑底直径522米。坑壁四周陡峭，在东北方向峭壁上有小道通到坑底。,2008-09-22,岩溶漏斗：直径数十米，深数米至十几米,溶蚀形成的漏斗,云南罗平,贵州贵阳附近,溶蚀洼地：直径超过100米，最大可达1-2公里，面积小于10km2,贵州兴义,贵州兴义,岩溶盆地与岩溶平原: 面积10100 km2以上,云南罗平,峰丛、峰林与孤峰,峰林,孤峰,峰丛 Cockpit Country, Jamaica,Chocolate Hills, Philippi
7、nes.,峰丛、峰林与残丘孤峰的空间组合,广西,二、地下喀斯特地貌,地下暗河,盲谷与干谷 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。,溶洞的形态类型,溶洞,洞穴堆积物可分为三大类型 化学堆积物 石钟乳stalactite、石笋stalagmite 、石柱column、石幕和泉华等 机械堆积物 河流沉积 湖泊沉积 崩塌沉积 生物堆积物,Benxi Cave in Liaoning,Blue Lake Cave, Brazil,Carlsbad Caverns National Park, USA,Jillaben
8、an Cave, Australia,第三节 岩溶发育过程 及其影响因素,一、喀斯特地貌发育过程,幼年期： 发育初期，可溶性岩石裸露，主要岩溶地貌类型是石芽、溶沟，开始发育成漏斗和落水洞。 青年期： 岩溶地貌进一步发育，地下洞穴大量发育，并且互相贯通成为一个统一的地下水系统，地下水面以上，溶洞干涸，地下水面以下的洞穴充水，形成地下河。 中年期： 进一步发育，离地面较浅的溶洞开始崩塌，地下河局部由于塌顶而成为地面河，地面逐渐被蚀低，溶蚀洼地、溶蚀盆地、峰丛、峰林广泛分布。 老年期： 地下河和溶洞大量崩塌，成为地面岩溶盆地和平原地貌。此时石灰岩已大量蚀去，不透水层广泛出露。除了溶蚀平原上残留少量的
9、残丘及孤峰，地面起伏很小，形成准平原。,二、影响岩溶地貌发育过程的因素,岩溶地貌发育程度主要取决于岩性、构造和气候条件 岩层的产状、厚度、组合特征对岩溶发育有很大影响。在全部由碳酸岩地层组成的地方，岩溶地貌成片发育；在碳酸盐岩与非碳酸盐岩互层、交替出露的地区，岩溶地貌则呈带状分布。 构造条件对岩溶发育的影响，在大范围内主要反映在不同大地构造单元的石灰岩沉积厚度、岩性变化、分布面积等差异导致岩溶发育的差异；在小区域内主要表现在构造转折部位和断裂破碎带的岩溶发育一般较强烈。 不同气候区的岩溶地貌形态、发展的速度和过程不相同。湿热地区雨量丰富，气温高，地下水的流动性强，岩溶作用强烈；干旱地区降水很少
10、，地下水流动缓慢，地表岩溶作用微弱；寒冷区多固体降水，并发育冻土，阻碍了地下水的流动，岩溶作用极缓慢。,气候和构造条件的变化，会改变岩溶地貌发育进程 气候变化引起岩溶作用强度的变化 地壳的升降和褶皱引起岩溶地貌发育条件，特别是溶蚀基准面的变化和水流循环交替条件的改变 多层不同高程的水平溶洞，通常是受地壳运动的影响和控制 人类活动对岩溶地貌的影响 采石、采矿 地下水污染 溶洞旅游,第四节 岩溶地区水文特征,地表水大部或几乎全部流入岩溶岩层以补给地下水，地表河网密度较小 地下径流往往大于地表径流 地表分水岭与地下分水岭常不一致，导致流域常具有非闭合现象 由于可溶性岩石的裂隙分布复杂，地下径流具有高
11、度复杂性与不均匀性,Thin soil cover on hillslope,Vegetative roots and fractured bedrock significantly increase hydraulic conductivity,Loess Plateau Fragmental rock,In the karst region, hillslope surface runoff is usually less than 1% of precipitation, but for the extremely heavy rainfall, the surface runoff i
12、ncreases sharply.,日,日,小结,岩溶发育的基本条件 岩溶水的垂直分带及各带的岩溶发育特点 地表、地下岩溶地貌类型 岩溶地貌的发育过程 岩溶地区水文特征,岩溶发育的基本条件： （1）岩石的可溶性 （2）岩石的透水性 （3）水的溶蚀性 （4）水的流动性,岩溶水的垂直分带及各带的岩溶发育特点： （1）垂直渗流带，岩溶发育规模小、以垂直形态为主； （2）季节变动带，岩溶作用很活跃，岩溶地貌的垂直形态和水平形态均很发育； （3）水平流动带，岩溶地下水流动交换快，岩溶水溶蚀力强、岩溶作用剧烈，常可形成规模很大的水平溶洞或暗河； （4）深部循环带，岩溶作用非常微小。,地表、地下岩溶地貌类型
13、： （1）地表岩溶地貌：石芽与溶沟、落水洞、岩溶漏斗、溶蚀洼地、岩溶盆地与岩溶平原、峰丛、峰林与孤峰； （2）地下岩溶地貌：地下暗河、溶洞。,岩溶地貌的发育过程： （1）幼年期：发育初期，可溶性岩石裸露，主要岩溶地貌类型是石芽、溶沟，开始发育成漏斗和落水洞。 （2）青年期：岩溶地貌进一步发育，地下洞穴大量发育，并且互相贯通成为一个统一的地下水系统，地下水面以上，溶洞干涸，地下水面以下的洞穴充水，形成地下河。 （3）中年期：进一步发育，离地面较浅的溶洞开始崩塌，地下河局部由于塌顶而成为地面河，地面逐渐被蚀低，溶蚀洼地、溶蚀盆地、峰丛、峰林广泛分布。 （4）老年期：地下河和溶洞大量崩塌，成为地面岩溶盆地和平原地貌。此时石灰岩已大量蚀去，不透水层广泛出露。除了溶蚀平原上残留少量的残丘及孤峰，地面起伏很小，形成一个准平原。,岩溶地区水文特征： （1）地表河网密度较小 （2）地下径流往往大于地表径流 （3）流域的非闭合现象 （4）地下径流的复杂性与不均匀性,
