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1、第五章第五章 岩溶地貌及岩溶堆积物岩溶地貌及岩溶堆积物1岩溶作用及岩溶形成条件岩溶作用及岩溶形成条件2岩溶地貌岩溶地貌3岩溶堆积物岩溶堆积物4岩溶旋回岩溶旋回1（一）岩溶作用（一）岩溶作用 定义定义：在可溶性岩石地区，凡是以地下水作用为：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。为辅，对可溶性岩石的溶解破坏的过程。 岩溶岩溶：岩溶作用及其由此产生的现象叫岩溶。：岩溶作用及其由此产生的现象叫岩溶。 喀斯特喀斯特(Karst(Karst):):南斯拉夫西北部石灰岩高原的地南斯拉夫西
2、北部石灰岩高原的地名，代表石灰岩被溶蚀后形成的地貌。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一、岩溶作用及岩溶形成条件2岩溶作用类型岩溶作用类型1.1.地下水的潜蚀作用地下水的潜蚀作用2.2.地下水的搬运作用地下水的搬运作用3.3.地下水的沉积作用地下水的沉积作用31 1 地下水的潜蚀作用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定义：地下水在运动过程中对周围岩石的破坏作用。用。由于地下水的化学成分较复杂，常含有较多由于地下水的化学成分较复杂，常含有较多COCO2 2和和各种溶剂，因而化学潜蚀作用显著。各种溶剂，因而化学潜蚀作用显著。4地下水的运动特征：地下
3、水的运动特征：地下水的垂直运动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。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。洞。5主要为主要为化学搬运化学搬运，化学搬运物的成分和数量，取决于地下，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
4、风化程度。水渗流区的岩石性质和风化程度。流经灰岩地区的地下水，含流经灰岩地区的地下水，含HCOHCO3-3-、CaCa2+2+、MgMg2+2+较多。较多。在干旱及半旱地区，因化学风化较弱，只有极易迁移的在干旱及半旱地区，因化学风化较弱，只有极易迁移的K+K+、NaNa+ +、ClCl- -、SOSO4 42-2-等离子。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，可有较多的质除上述物质以外，可有较多的SiOSiO2 2、Al(OH)Al(OH)3 3、Fe(OH)Fe(OH)3 3等等胶体物质。胶体物质。地
5、下水的溶运能力，与水温、压力、运移速度、酸碱度及地下水的溶运能力，与水温、压力、运移速度、酸碱度及COCO2 2含量有关。一般来说，温度高、压力大、流速快、含量有关。一般来说，温度高、压力大、流速快、COCO2 2和酸类物质含量高时和酸类物质含量高时, ,其溶运能力强；反之，则较弱。其溶运能力强；反之，则较弱。2 2地下水的搬运作用地下水的搬运作用63 3地下水的沉积作用地下水的沉积作用溶洞沉积物溶洞沉积物 在灰岩区，当溶有重碳酸钙的地下水在灰岩区，当溶有重碳酸钙的地下水渗入溶洞时，压力突然降低，水中溶解的渗入溶洞时，压力突然降低，水中溶解的COCO2 2逸出，逸出，形成形成CaCOCaCO3
6、 3沉淀。钟乳石（石钟乳、石笋、石柱）、沉淀。钟乳石（石钟乳、石笋、石柱）、石幔。石幔。泉华沉积物泉华沉积物 当泉水流出地表时，因压力降低、温当泉水流出地表时，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。成分为的疏松多孔物质叫泉华。成分为CaCOCaCO3 3时，称为钙华时，称为钙华或石灰华；以或石灰华；以SiOSiO2 2为主时称为硅华。泉华可堆积成为主时称为硅华。泉华可堆积成锥状、台阶状或扇状地貌。锥状、台阶状或扇状地貌。7（二）岩溶形成条件（二）岩溶形成条件 岩石的可溶性岩石的可溶性 岩石的可溶性是发生岩溶作
7、用的必要条件。岩石的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。在灰岩、白云岩发育的地区。1 1岩石成分对溶蚀率的影响岩石成分对溶蚀率的影响 一般来说，碳酸盐类岩石溶解度，从大到小一般来说，碳酸盐类岩石溶解度，从大到小: : 石灰岩石灰岩 白云岩白云岩 硅质灰岩硅质灰岩 泥灰岩泥灰岩8 白云岩白云岩 白云质灰岩白云质灰岩 灰岩灰岩矿物矿物 白云石白云石 白云石白云石+方解石方解石 方解石方解石Ca/Mg 1.22.2 2.210.0 10.0相对溶解度相对溶解度 0.350
8、.82 0.80.99 1 岩溶化程度岩溶化程度 小小 中中 大大 92 2岩石结构对溶蚀率的影响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。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。不等粒结构石灰岩比等粒结构石灰岩的相对溶解度要大。矿物种类矿物种类：方解石为主岩溶发育，以白云石为主岩溶不方解石为主岩溶发育，以白云石为主岩溶不方解石为主岩溶发育，以白云石为主岩溶不方解石为主岩溶发育，以白云石为主岩溶不发育。发育。发育。发育。化学成分化学成分：Ca/MgCa/MgCa/M
9、gCa/Mg比值越大，岩溶作用越强。比值越大，岩溶作用越强。比值越大，岩溶作用越强。比值越大，岩溶作用越强。相对溶解度相对溶解度：溶解度溶解度溶解度溶解度越大，岩溶作用越强。越大，岩溶作用越强。越大，岩溶作用越强。越大，岩溶作用越强。10 岩石的透水性岩石的透水性 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。补充，使它处于不饱和状态，具较大溶蚀能力。（1 1）成分纯、刚性强的岩石透水性好。）成分纯、刚性强的岩石透水性好。（
10、2 2）厚层的可溶性岩石较薄层可溶性岩石的透水性好。）厚层的可溶性岩石较薄层可溶性岩石的透水性好。（3 3）构造发育的地质岩溶作用强，褶皱和断裂作用使岩）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。石的破裂程度加大，从而使透水性大大增强。11 水的溶解性水的溶解性水的溶解力主要取决于水的溶解力主要取决于COCO2 2的含量，纯水的溶蚀力是极其微弱的。的含量，纯水的溶蚀力是极其微弱的。水中水中COCO2 2的含量受气压与温度的影响。的含量受气压与温度的影响。T（） CO2含量（%）CaCO3溶解度（mg/l）01.181100.7070200.526030
11、0.3949表5-1 P CO2=0.0003atm时水中的CO2含量及CaCO3溶解度表12 水的流动性水的流动性滞流的水，由于不能及时补给滞流的水，由于不能及时补给COCO2 2，其溶解力是有限，其溶解力是有限的，很容易被的，很容易被CaCOCaCO3 3所饱和。流动的水，由于水温、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，水量及气压条件的不断改变，可保持水的溶解性能，特别是不同特别是不同COCO2 2浓度地下水混合，会大大提高水的溶浓度地下水混合，会大大提高水的溶解力。解力。13沙锅店奥陶纪灰岩沙锅店奥陶纪灰岩14灰岩溶沟灰岩溶沟15灰岩中的落水洞、石芽灰
12、岩中的落水洞、石芽16沙锅店东山梁灰岩石芽沙锅店东山梁灰岩石芽17二岩溶地貌二岩溶地貌（一）地表岩溶（一）地表岩溶（二）地下岩溶（二）地下岩溶18（一）（一）地表岩溶地表岩溶1石芽与溶沟石芽与溶沟溶沟溶沟：地表水沿可：地表水沿可溶蚀岩石的节理裂溶蚀岩石的节理裂隙进行溶蚀与侵蚀，隙进行溶蚀与侵蚀，形成纵横交错的凹形成纵横交错的凹槽。槽。石芽石芽：凹槽之间残：凹槽之间残存的突起岩石。存的突起岩石。19 2石林与岩溶漏斗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。石林：由密集林立的锥柱状、锥状、塔状岩体组成的地貌景观。20石林石林2122宜宾兴文石海宜宾兴文石海23岩溶漏斗
13、岩溶漏斗呈碟状或倒锥状的封闭洼地。呈碟状或倒锥状的封闭洼地。24世界最大的岩溶漏斗世界最大的岩溶漏斗-小寨天坑小寨天坑位于重庆奉节，深度为位于重庆奉节，深度为521米米-662米，宽度为米，宽度为535-625米。米。 253峰林、峰丛与溶蚀洼地峰林、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峰丛：一种基部相联的峰林“U U”形的马鞍地形，峰与形的马鞍地形，峰与峰之间常形成。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。溶蚀洼地：与峰林、峰丛同期形成的一种负地貌类型。26峰峰 丛丛27峰峰 林林
14、28张家界地貌张家界地貌29张家界地貌张家界地貌30溶蚀洼地溶蚀洼地31黄布倒影黄布倒影山上色彩斑斓的石山上色彩斑斓的石纹，像一匹一匹黄纹，像一匹一匹黄色布幕，倒影水中色布幕，倒影水中，游船而过，方体，游船而过，方体会到会到“船在青山顶船在青山顶上上行行”之快感。之快感。324孤峰与岩溶平原孤峰与岩溶平原孤峰孤峰是兀立在岩溶平原是兀立在岩溶平原或盆地上的孤立的灰岩或盆地上的孤立的灰岩山峰。山峰。岩溶平原岩溶平原是比溶蚀洼地是比溶蚀洼地更为宽广的地面平坦的更为宽广的地面平坦的岩溶地形。岩溶地形。33桂林独秀峰桂林独秀峰34 落水洞与竖井（过渡型）落水洞与竖井（过渡型）落水洞：消泄地表水的过于垂直
15、的或倾斜的洞穴。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。种垂向深井。沙锅店东山梁沙锅店东山梁灰岩落水洞灰岩落水洞3536（二（二) )地下岩溶地貌地下岩溶地貌1 1 溶洞溶洞: :岩溶作用所形成的地下岩洞的通称。岩溶作用所形成的地下岩洞的通称。2 2 地下河、伏流与地下湖地下河、伏流与地下湖地下河地下河：又称暗河，是具有河流主要特性的位于岩溶区地下：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。的有水通道。伏流伏流：为地表河流经过地下的潜伏段。：为地表河流经过地下的潜伏段。
16、地下湖地下湖：指天然洞穴中具有开扩自由水面的比较平静的地下：指天然洞穴中具有开扩自由水面的比较平静的地下水体。水体。37利川腾龙洞利川腾龙洞中国目前最大的溶洞之一，中国目前最大的溶洞之一，世界特级洞穴之一。位于利世界特级洞穴之一。位于利川市城郊川市城郊6 6公里处，门票公里处，门票180180元。旱洞全长元。旱洞全长59.859.8公里，洞公里，洞口高口高7474米，宽米，宽6464米，为亚洲米，为亚洲第一大旱洞，水洞则吸尽了第一大旱洞，水洞则吸尽了清江水，更形成了清江水，更形成了2323米高的米高的瀑布，清江水至此变成长瀑布，清江水至此变成长16.816.8公里的地下暗流。公里的地下暗流。
17、38溶洞溶洞394041三三岩溶堆积物岩溶堆积物（一）地表岩溶堆积物（一）地表岩溶堆积物（二）地下岩溶堆积物（二）地下岩溶堆积物42（一）地表岩溶堆积物（一）地表岩溶堆积物1 1 赭土（蚀余红土）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。的灰岩角砾。课后思考：课后思考：与典型红土的区别？与典型红土的区别？ 成因不同、产状不同成因不同、产状不同432 2泉华（石灰华）泉华（石灰华）是指地表岩溶水中沉积的大孔隙次生管状、层状是指地表
18、岩溶水中沉积的大孔隙次生管状、层状碳酸钙物质。碳酸钙物质。九九寨寨沟沟黄黄龙龙4445（二）地下岩溶堆积物（二）地下岩溶堆积物1 1 洞穴化学沉积物洞穴化学沉积物（1）滴石）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：由洞中滴水形成的方解石及其他矿物沉积，其形态多样：石钟乳石钟乳石笋石笋石柱石柱46石钟乳石钟乳是地下水沿着是地下水沿着细小的孔隙和裂隙从洞细小的孔隙和裂隙从洞顶渗出而进入溶洞空间，顶渗出而进入溶洞空间，随着温度的升高，压力随着温度的升高，压力的降低，水中的降低，水中Ca（HCO3）变得过）变得过饱和，饱和， CaCO3就围绕就围绕着水滴的出口沉淀下来，着水滴的出口沉淀下
19、来，逐渐形成一种自洞顶向逐渐形成一种自洞顶向下生长的碳酸钙沉积体下生长的碳酸钙沉积体体。体。474849（2）流石：）流石：洞内流水所形成的方解石及其他矿物沉积。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5051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。波状或褶状的流石。5253（3）雾水和凝结水沉积）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呈丛花状散布在洞壁或其他洞穴堆积物
20、表面的石花状方解石沉积物。石沉积物。（4）毛细管水沉积）毛细管水沉积石珊瑚石珊瑚：在石钟乳表面，由于毛细管水渗出而形成的状如：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。珊瑚的碳酸钙沉积物。卷曲石卷曲石：一种螺旋状钟乳石。：一种螺旋状钟乳石。54卷曲石卷曲石552 洞穴崩塌堆积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。的岩石、碎石的角砾堆积物的通称。3 地下河湖堆积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。主要是具有层理的沙土和砾石，成分比较单纯。4 动物化石堆积动物化石堆积
21、5 古人类化石及其文化遗存古人类化石及其文化遗存56灰岩中的蛇卷螺化石灰岩中的蛇卷螺化石57四岩溶旋回四岩溶旋回幼年幼年期期：岩溶开始发育，以垂直岩溶作用为主，地：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。表水向下运动，无统一的地下水面。石芽、溶沟、石芽、溶沟、岩溶漏斗岩溶漏斗发育。发育。壮年期壮年期：垂直溶蚀转变为水平溶蚀占优势，：垂直溶蚀转变为水平溶蚀占优势，溶洞、溶洞、暗河暗河发育；地下水水平流动，加速了岩溶发育，顶发育；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。板崩塌，地下水系重新出露地表。老年期老年期：水系又转变为地表水系网，水系又转变
22、为地表水系网，残丘、岩溶平残丘、岩溶平原、孤峰原、孤峰发育。发育。58气候与岩溶发展的关系气候与岩溶发展的关系(1)(1)热带岩溶热带岩溶：以溶蚀作用为主，具最典型的岩：以溶蚀作用为主，具最典型的岩溶地貌。广东、广西、海南。溶地貌。广东、广西、海南。(2)(2)亚热带岩溶亚热带岩溶：除溶蚀作用外，侵蚀作用也起：除溶蚀作用外，侵蚀作用也起较重要的作用。湖南、湖北。较重要的作用。湖南、湖北。(3)(3)温带岩溶温带岩溶：重力崩塌为主，岩溶作用不十分：重力崩塌为主，岩溶作用不十分明显。明显。(4)(4)干旱区岩溶干旱区岩溶：主要是地下岩溶，淡水地区发：主要是地下岩溶，淡水地区发育岩溶，咸水不发育岩溶
23、育岩溶，咸水不发育岩溶。59新构造运动与岩溶发育的关系新构造运动与岩溶发育的关系上升上升：溶洞越高，时代越老；越低，时代越晚。：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。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。当时的河流面稍高。下降下降：溶洞被掩埋：溶洞被掩埋。60岩溶研究的意义岩溶研究的意义岩溶旅游资源岩溶旅游资源 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与
24、工程建设岩溶水和岩溶矿产的利用岩溶水和岩溶矿产的利用 山西的神头岩溶泉水，流速山西的神头岩溶泉水，流速5m3/s，是大型神头火，是大型神头火力发电厂的主要供水源力发电厂的主要供水源 河北邢台的百泉河北邢台的百泉 华北油田地下古溶洞中含有丰富的地下石油矿华北油田地下古溶洞中含有丰富的地下石油矿61第五章第五章- -小结小结主要概念：主要概念： 岩溶作用、岩溶地貌、溶沟、石芽、岩溶漏斗、落水洞、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、泉华峰丛、峰林、孤峰、溶蚀洼地、溶洞、暗河、泉华思考题：思考题：1. 地下水循环动态与岩溶发育有何关系？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？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？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？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？新构造运动对岩溶发育有何影响？6. 试述岩溶旋回？试述岩溶旋回？62
