岩溶地质学

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1、地球科学大辞典岩溶地质学岩溶地质学总论【岩溶】karst又称喀斯特。水对可溶性岩石（碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩等）进行以 化学溶蚀作用为特征（并包括水的机械侵蚀和崩塌作用，以及物质的携出、转移和再沉积） 的综合地质作用，以及由此所产生的现象的统称。因此，岩溶一词，在不同的场合可有“岩 溶现象”、“岩溶作用”、“岩溶地区”等多重含义。地球上可溶性岩石以石灰岩为最多，其分 布面积约占地球上陆地面积的15%Karst 词是克罗地亚西北部伊斯特拉半岛的石灰岩高原 的地名，当地称为Kras，意大利语叫carso,德语叫karst,为石头之意。18世纪初，欧洲 人使用了德语karst 一词。19世纪末，

2、前南斯拉夫学者司威依奇（J.Cvijic）首先对该地区 进行研究，他借用了 “kars t”这一名词作为石灰岩地区的一系列溶蚀作用过程和产物的名称， 现已成为世界各国通用的专门术语。中国对岩溶现象，远在晋代（公元265420年）就有文 字记载。在17世纪初，明代地理学家徐霞客（15871641）考察了湖南、广西、贵州、云南 一带的岩溶地貌，探寻了300多个洞穴，详细记述了岩溶地区的地貌特征。但把岩溶的研究 作为一门独立的学科，却还是20世纪初开始的。1966年中国第二次喀斯特学术会议决定将“喀斯特”一词改为“岩溶”。1981年在山西召开的“北方岩溶学术讨论会”上，议定“岩 溶”和“喀斯特”二者

3、可通用。【假岩溶】pseudokarst有些学者把主要由非化学溶蚀作用产生的在形态上类似岩溶的现象， 统称为假岩溶。如黄土地区的土林、天生桥、张家界的砂岩峰、火山熔岩洞穴等。【岩溶学】karstology即喀斯特学。是介于地质学与地理学之间的边缘学科。它主要研究岩 溶现象及其形成过程和岩溶的改造利用，其内容包括岩溶发育的理论基础、岩溶地貌、岩溶 洞穴、岩溶水文地质和工程地质、岩溶水文学、岩溶矿床、岩溶地区的生物地球化学、岩溶 区的环境及综合开发利用等。【岩溶地质学】karstology见84页“岩溶地质学”。【岩溶地貌学】karst geomorphology研究岩溶地貌特征及其发生、发展和分

4、布规律，以及 有关的改造、利用、预测问题的学科。【洞穴学J speleology探查、研究人可进入的洞穴的科学。岩溶洞穴是洞穴研究的主要对象， 它与岩溶研究密切相关。研究内容主要包括：洞穴成因、洞穴地貌和地质、洞穴物理、化学 和水文、气象、洞穴生物、洞穴古生物和考古、洞穴文化艺术、洞穴的勘测技术、洞穴制图 与摄影及洞穴生态环境与保护等。【洞穴沉积年代学】cave deposit chronology属地质年代学的一部分。指以洞穴沉积物进 行相对的和绝对的年龄测定（含古生物、古地貌、古地磁、14C、U系、ESR、热释光、光释 光、裂变径迹法等方法），结合各种古环境变化信息建立地球历史变化过程，特

5、别是各种事件 发生的时间系列的研究。【岩溶水文学】karst hydrology研究岩溶地区地表陆地水循环为主，以及地表水和地下水 径流的形态、水量、泥沙、水质变化、分布、运移、排泄规律、水文结构、化学成分的形成 及其观测、预测、水文分析、岩溶地区水资源评价和开发利用的学科。【岩溶水文地质学】karst hydrogeology在建立区域地层、含水层性质的基础上探索岩溶地 区地下水的形成、赋存、水量、水质、分布和运动规律等地下水的循环问题，进而进行地下 水资源评价和勘察、开发治理方法。【岩溶工程地质学】karst engineering geology研究岩溶地基有关特征对工程建设的影响 并进

6、行勘察、对工程安全作出评价、提出防治方法的学科。【岩溶地球化学】karst geochemistry研究岩溶动力系统中化学作用的规律及其应用的学 科，属低温低压地球化学范畴。其研究内容包括岩溶动力系统的地球化学背景条件、岩溶发 育的化学机理以及岩溶水水质形成和变化规律。岩溶地球化学的特点是：主要研究碳酸盐的 三相开放不平衡系统；以研究正在进行的低温低压条件下的地球化学作用为主；常常是研究 低矿化度的溶液。岩溶地球化学的这些特点决定了它的一些关键指标pH, HC0-3、温度、电 导率等）在野外现场测定的极端重要性，以及自动监测的必要性。【岩溶动力学】karst dynamics研究岩溶水动力系统

7、的结构、功能、运行规律、类型、区域 分布及其应用的学科，是地球系统科学引入岩溶学以后发展起来的现代岩溶学的基础学科。【岩溶动力系统】karst dynamic system在岩溶地区的岩石圈、水圈、生物圈、大气圈界面 上的水、碳、钙（镁）循环系统（见图）岩溶动力系统的功能是：驱动岩溶形成；调节大气 温室气体和缓解环境酸化；驱动元素迁移、富集、沉淀，从而影响生物多样性、人类健康及 矿产资源形成；记录环境变化。岩溶地区的一切资源环境问题（水资源、土地资源、矿产资 源、油气资源、洞穴旅游资源、岩溶塌陷、水污染和石漠化等）都是岩溶动力系统运行规律 的产物。岩溶动力系统是一个开放的不平衡系统，其研究方法

8、也有以下特点：强调地球系统 各圈层的相互作用；注重系统中物质、能量运移、转移的监测；强调必要的自动化系统连续 监测；以及区分不同类型，因地制宜提出不同的研究目标。岩溶动力系统模式图【岩溶环境系统】karst environmental system围绕着人类受到岩溶条 件制约的由空气、水、岩土、生命、能量所构成的系统。它由五个部分组成：可溶岩及其风 化残余的土壤；岩溶形态；岩溶水文系统；岩溶地区的地表地下空气层；岩溶生物群等。其 基本特征是：可溶岩造壤能力低而导致的土壤贫瘠；碳酸盐岩的富钙镁偏碱性环境；地下空 间造成的地表水源漏失和地下的无光、相对恒温和潮湿的环境。由此产生了特殊的生物群。【岩

9、溶生态系统】karst ecosystem受岩溶环境制约的生态系统。以岩溶环境系统为平台， 受岩溶动力系统和遗传系统的联合驱动，在岩溶环境与生命的长期相互作用下，构成了不断 演替的地表地下特殊的生产者、消费者和分解者群落系统。【岩溶作用的碳循环】carbon cycle in karst processes碳在岩溶动力系统的岩石圈、水 圈、气圈和生物圈之间，以C02-3 （以CaC03、MgC03为主）、HCO-3、C02、CH4和（CH2O）n（有机碳）等形式相互转换和运移的过程。掌握岩溶作用的碳循环规律，对解决岩溶地区一 系列资源环境问题和全面评价大气温室气体的源和汇有重要意义。【环境变化

10、的岩溶记录】karst records of environmental change由各种岩溶现象，特别 是各种岩溶沉积物（洞内外化学和碎屑沉积物）及其所含的古生物、同位素、微量元素等信 息所揭示的古气候、古水文、古地理、古植被变化信息的统称。【石笋古气候记录】paleoclimatologic record of stalagmite岩溶洞穴中的石笋是地质历 史时期形成的，至今仍在不断地增长着；石笋在漫长的生长过程中，记录了气候变迁的信息。 运用地质年代学、同位素地质学等技术，研究石笋的结构、成分变化、同位素组成，可以恢 复古气候。如果气候变暖，冰川消融，导致海平面上升，海水淹没溶洞，石笋

11、停止生长，并 在其上堆积海相沉积物。若气候再度变冷，冰期来临，海平面下降，溶洞又暴露在大气中， 石笋会继续生长。1991年法布里齐奥安东尼奥在意大利西海岸阿根塔罗石笋古气候记录 114.5万年前；218.9万年前；320.1万年前；420.6万年前拉岛附近海区水下30米发现一个溶洞，取出了 30厘米高的一个石笋，这个石笋记录了 20多万年以来的气候变迁历史（见图）。这个石笋纵切面上呈现出黄色岩石层与白 色沉积层的交替现象。运用铀系测年技术，对石笋逐层测年发现，这个石笋在20.6万年前开 始生长，到20.2万年，由于气候变暖，海平面上升，海水淹没了石笋，在其上堆积了白色沉 积层，这种沉积作用持续

12、了1.2万年。然后，又一个冰期来临，海平面下降，溶洞露出水面, 岩溶作用继续，石笋接着生长，至14.5万年停止。14.5万年至今，石笋上又继续堆积了白 色沉积。这个石笋完美记录了 20.6万年以来的古气候冰暖变迁的历史。【岩溶环境】karst environment围绕着人类的、受到岩溶条件制约的环境。许多岩溶地区 地形崎岖，土层贫瘠，水资源分布极不均匀，既干旱又易涝，生产量和环境容量均较低。有 些地区的岩溶环境同沙漠边缘一样，被环境科学家称为一种脆弱环境。【岩溶矿床】karst mineral deposit通过岩溶作用而产生的机械、化学和生物化学堆积的 各种金属与非金属矿床和由各种岩溶空间

13、自然储集的固体或流体矿床。【可溶性岩石soluble rock由易溶解矿物组合的岩石。有些岩石含有易溶解的矿物，如碳 酸盐类岩石（石灰岩、白云岩、大理岩）、硫酸盐类岩石（石膏）及卤化物岩（石盐岩）等。其中 硫酸盐岩、卤化物岩可直接被水溶解又称易溶岩（readily soluble rock），这些岩石遇水以 后就容易部分或全部溶解，形成各种岩溶地貌，在某些部位形成岩溶沉积物。【岩溶率】fac tor of kars t,kars t rat io, kars t percen tage又称喀斯特率。反映可溶岩（主 要是碳酸盐岩）分布区在一定地段内岩溶发育程度的指标。岩溶率在一定程度上能反映岩溶

14、发 育的强度及方式。它分为：点岩溶率：单位面积内岩溶空间形态的个数；线岩溶率：单 位长度上岩溶空间形态长度之百分比；面岩溶率：单位面积上岩溶空间形态面积的百分比； 体岩溶率：孔洞体积占所测量可溶岩体积之百分比；钻孔岩溶揭露率：在一定深度或层 位的条件下，揭露到孔洞的钻孔占勘探钻孔总数之百分比。依据统计方法不同可计算出： 线岩溶率=钻孔所遇溶洞、溶隙长度钻孔穿过可溶岩的长度X100% 面岩溶率=地面漏斗、落水洞和溶洞面积所测地段面积X100%体岩溶率=溶洞体积岩石总体积X100% 通常线岩溶率法适用于勘探钻孔，面岩溶率法适用于水文地质测绘，体岩溶率法仅用于特定 的工程项目。【岩溶作用】karst

15、ification又称喀斯特作用。是水对可溶性岩石进行的以化学作用（溶解 与沉淀）为主要特征，并伴随有机械作用（流水侵蚀和沉积，重力崩塌和堆积）的地质作用。岩 溶作用的结果是形成岩溶地貌景观。自然界最普遍而规模最大的岩溶现象多发生在石灰岩、 大理岩、白云岩等碳酸盐类岩石中。主要原因是构成这类岩石的碳酸钙在含有二氧化碳的水 的作用下，溶解为钙离子和重碳酸根离子而被水带走。因而碳酸盐类岩石在特定的地质条件 与气候条件下，易于产生大小不一的空洞和各种形态的岩溶地形，图示为石林形成过程。由 于温度、压力等条件的变化，被溶于水中的钙和重碳酸根离子又可结合成碳酸钙沉淀，形成 各种灰华，可简单用下列方程式表

16、示：CaCO3+H2O+CO2Ca2+2HCO3岩溶石林的形成过程【岩溶现象】karst phenomena可溶性岩石发生以化学溶蚀作用为特征 的现象的统称。为前南斯拉夫学者J.司威依奇提出（1893）的术语。包括碳酸盐岩石的水的 机械侵蚀和崩塌作用以及物质的携出、转移和再沉积的综合地质作用。【溶蚀】corrosion水对可溶性岩石的化学侵蚀作用。在大面积范围内主要是气体（C02）、 水与碳酸盐类岩石的化学反应，有时还包括其他酸类作用导致的溶解过程。【混合溶蚀】mixture corrosion两种以上碳酸盐浓度不同或温度不同的饱和溶液混合时产 生的溶蚀作用。在饱和的碳酸盐溶液中，水中碳酸盐和CO2处于动态平衡。当两种以上碳酸 盐浓度不同的或温度不同的饱和溶液混合时，则破坏了这种平衡。由于混合后的溶液达到平 衡时所需的CO2比原来两种平衡溶液中含量为少，导致CO2释放，因而产生或加强对可溶岩 的溶蚀。【热水溶蚀】h