1、 第五章 巖溶地貌及其堆積物一、巖溶及其發(fā)育條件（一） 巖溶的概念喀斯特（ Karst ）國(guó)內(nèi)又稱巖溶，是流水對(duì)可溶性巖石所進(jìn)行的一種以化學(xué)溶蝕為主， 機(jī)械剝蝕為輔的特殊地質(zhì)作用，及其所產(chǎn)生的各種地質(zhì)現(xiàn)象的總稱。 Karst 一名來(lái)源于南斯 拉夫的一地名。喀斯特作用（karst process）是水對(duì)可溶性巖石（碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵素巖等）以 化學(xué)溶蝕為主，以流水沖蝕、潛蝕和機(jī)械崩塌作用為輔的地質(zhì)作用。喀斯特地貌 （Karst landform） 指可溶巖 （主要是分布最廣的碳酸鹽巖 ）經(jīng)以溶蝕為先導(dǎo) 的喀斯特作用，形成地面坎坷嶙峋，地下洞穴發(fā)育的特殊地貌。（二） 巖溶發(fā)育條件1、巖溶發(fā)育的

2、基本條件（ 1）巖石的可溶性：取決于其成分和結(jié)構(gòu)。巖石的成分：可溶性巖石有三類：碳酸鹽類巖石如石灰?guī)r、白云巖和泥灰?guī)r等； 硫酸鹽類巖石如石膏、 硬石膏和芒硝等； 鹵素巖類巖石如巖鹽和鉀鹽等。分布最廣的石灰?guī)r在含有CO2 的水溶液中，將發(fā)生以下的溶蝕作用：CO2+H2 OT H2CO3水和C02作用生成碳酸，碳酸與石灰?guī)r發(fā)生反應(yīng)生成重碳酸鈣，重碳酸鈣常 呈Ca+和HCO3離子形式溶解于水中而隨水流失，其中也有一部分可以產(chǎn)生逆反應(yīng)， 重新沉淀形成碳酸鈣。如果水中二氧化碳含量越高，水的溶蝕力就越大。二氧化碳多來(lái)自于大氣和土壤表層， 可以不斷得到補(bǔ)充。 所以溶解流失的碳酸鈣經(jīng)常多于重新沉淀的碳酸鈣。

3、使石灰 巖中產(chǎn)生許多空洞，促進(jìn)了水流的沖刷和巖溶的發(fā)展。在含有二氧化碳的水中，方解石的溶解度高于白云石，一般說(shuō)，石灰?guī)r比白云巖 易于溶解。巖石的結(jié)構(gòu)： 可溶性巖石的晶粒愈小， 相對(duì)溶解度就愈大； 隱晶質(zhì)和細(xì)晶質(zhì)的巖石溶解 度較粗晶質(zhì)高；不等粒結(jié)構(gòu)比等粒結(jié)構(gòu)的相對(duì)溶解度更大。這只是一般的 規(guī)律，實(shí)際分析中要從多方面綜合考慮。（2）巖石的透水性 巖石的透水性使水與可溶性巖石間有廣泛接觸的可能性，使巖溶不限于巖石表面，還 能向深部發(fā)展。巖石的透水性取決于巖石的裂隙發(fā)育和孔隙度的高低，而且裂隙比孔隙更為重要。因此，在裂隙密集帶上（通常是斷層帶）巖溶異常發(fā)育。可溶性巖石的孔隙度一般很小，但是 在介殼灰?guī)r

4、、 礁灰?guī)r等巖石中孔隙度高， 此外在灰質(zhì)白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r中， 往往有許多小 孔洞，其孔隙度也要高一些。不過(guò)， 值得一提的是， 巖石的孔隙度高不等于透水性就好， 透水性實(shí)際上取決于巖石的有效孔隙率，即那些相互連通的真正能透水的空隙占有率。（3）水的溶蝕能力水流中的游離性 CO2, 一部分組成碳酸，在與 CaCO3 相互作用形成 Ca（HCO 3）2的過(guò)程 中，又重新分解為 C02，實(shí)際上僅起到平衡作用；另一部分則可以溶蝕CaC03,在碳酸鹽巖中形成空洞的稱為侵蝕性 CO2。水的溶蝕能力與侵蝕性 C0 2的含量呈正比。 C0 2含于空氣之中， 也生成于土壤上層強(qiáng)烈的生物化學(xué)作用。隨深度的增加，侵

5、蝕性C02含量逐漸減少，地下水的溶蝕能力逐漸下降。（4）水的流動(dòng)性影響地下水流動(dòng)的因素： 如果水在靜止?fàn)顟B(tài)下， 溶解就會(huì)達(dá)到飽和， 只有水不斷循環(huán) 流通，才能不斷進(jìn)行溶蝕。地下水的流動(dòng)性取決于降水量、水位差和透水條件。降水量和地下暗河上下游的水位差越大水流動(dòng)就越快。所以在多雨濕潤(rùn)地區(qū)和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)上升強(qiáng)烈的地區(qū)，溶蝕作用強(qiáng)。相反，干旱、降水少則弱。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定地區(qū)，地下水循環(huán)系統(tǒng)水位差不大，溶蝕 弱。巖溶孔洞越多，地下水流通條件就好，促使巖溶作用更加強(qiáng)烈。地下水的流動(dòng)形式：隙流：滲流于可溶性巖石的孔隙和小裂隙內(nèi)，特點(diǎn)是水流細(xì)小，不集中，流動(dòng)較緩慢。管流： 匯集在巖溶孔洞和較大裂隙中，水流大

6、而集中，流動(dòng)較迅速，并可有局部承壓現(xiàn)象。脈流： 管道水流進(jìn)一步發(fā)展，主要管道與較小管道相通， 互相保持水力聯(lián)系，便形成了樹(shù)枝狀的地下水流。網(wǎng)流：脈狀水流進(jìn)一步發(fā)展， 并互相連接， 擴(kuò)大了地下流域， 增加了巖體內(nèi)的管道密度， 在較大范圍內(nèi)具有統(tǒng)一的地下水面。 在山區(qū)由于地殼上升或地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，管道系統(tǒng)之間互不聯(lián)通，造成孤立水 流。平原地區(qū)， 地殼相對(duì)長(zhǎng)期穩(wěn)定或下降，可使溶蝕作用得到較均勻的發(fā)展，形成明顯 的地下流域，具有統(tǒng)一的地下水面。地下水的垂直分帶 ：在可溶性巖石的內(nèi)部。 巖溶發(fā)育不僅具有管道和周圍巖體之間的不均勻性。 還有從地表向地下深部的垂直發(fā)育的不均勻性， 表現(xiàn)為巖溶孔洞的發(fā)育程度

7、、延伸方向和形態(tài)等，都有顯著的不同。垂直循環(huán)帶：地表到地下水高水位，地表形成溶洞、石芽、石林。地下形成落水洞、漏斗。水平循環(huán)帶：地下水高、低水位之間，雨季形成溶洞（石鐘乳、石筍、石柱） ，地表形成溶蝕洼地、坡立谷、峰林。旱季形成落水洞。完全飽水帶，低水位以下，溶洞T聯(lián)接成暗河。虹吸管式循環(huán)帶：與水平循環(huán)帶逐漸過(guò)渡，沒(méi)有明顯的界限，水交替運(yùn)動(dòng)緩慢，流量也較小。深部循環(huán)帶：裂隙不發(fā)育，地下水運(yùn)動(dòng)緩慢，蜂窩狀溶蝕小孔。2、影響巖溶發(fā)育的因素（1）氣候的影響： 主要表現(xiàn)在降水量和氣溫的變化上。溫暖、 潮濕地區(qū)巖溶發(fā)育； 寒冷、干燥地區(qū)巖溶不發(fā)育。（ 2）地質(zhì)構(gòu)造因素： 主要是裂隙發(fā)育程度、延伸方向、組

8、合形式及地層構(gòu)成情況和產(chǎn)狀 等起作用。 一般說(shuō)， 裂隙制約了巖溶發(fā)育的方向、 構(gòu)式和程度。裂 隙發(fā)育的巖體內(nèi)， 巖溶也發(fā)育。 可溶性巖層的厚度及非可溶性?shī)A層， 制約了巖溶發(fā)育的深度。水平與緩傾巖層構(gòu)造區(qū)， 同一可溶性巖層在地表大面積分布， 促使 巖溶均勻分布， 形成單一的地貌景觀。 地下水垂直分帶規(guī)律表現(xiàn)最 明顯，所以巖溶地貌垂直分帶也最清晰。單斜構(gòu)造區(qū)，巖層傾角增大， 傾角越大， 地下水循環(huán)越強(qiáng)烈， 巖溶 化程度也越高。褶曲：背斜：軸部拉張節(jié)理發(fā)育，巖溶發(fā)育； 向斜：軸部節(jié)理發(fā)育并匯水，巖溶發(fā)育。斷層：正斷層：斷層破碎帶及影響帶，巖溶發(fā)育； 逆斷層：斷層破碎帶及迎水一側(cè)影響帶或主動(dòng)盤影響帶，

9、巖溶發(fā) 育。（ 3）巖性及巖層產(chǎn)狀的影響：巖性越純，巖溶越發(fā)育。不同巖性接觸時(shí)，隔水層上方巖 溶發(fā)育。陡傾、直立巖層，順巖層面巖溶發(fā)育。（ 4）地殼運(yùn)動(dòng)影響：穩(wěn)定時(shí)期，水平溶洞發(fā)育。抬升時(shí)期，垂直落水洞發(fā)育。3、巖溶發(fā)育的階段性與多代性巖溶的發(fā)育是一個(gè)緩慢的地質(zhì)過(guò)程， 和其它自然現(xiàn)象一樣， 必有其發(fā)生、 發(fā)展和 消亡過(guò)程。 在巖溶發(fā)育條件長(zhǎng)期穩(wěn)定的條件下，它要經(jīng)過(guò)幼年、青年、 中年期到老年 期，完成一個(gè)巖溶的發(fā)育旋回。 每個(gè)階段都有相應(yīng)的巖溶形態(tài)類型。實(shí)際上，巖溶的 發(fā)育大多是多旋回的，且有些旋回在時(shí)間上有重疊。4、溶洞的成層性溶洞成層的原因在于作為巖溶水排泄基準(zhǔn)面的河流， 因地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在上

10、升 穩(wěn) 定 再上升的交替變化過(guò)程中， 河流地質(zhì)作用相應(yīng)地產(chǎn)生下蝕 旁蝕 再下蝕的交替 變化， 由此巖溶水的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生垂直 水平 再垂直的變化， 溶洞也就具有垂直的管道和水平的溶洞交互出現(xiàn)，從而形成相互疊置的成層溶洞。二、巖溶地貌地表巖溶地貌根據(jù)形態(tài)，地表巖溶地貌可以分為溶溝(karren)和石芽(stony sprout)、溶蝕漏斗(doline)和塌陷漏斗(collapsed doline )、落水洞(sinkhole)和豎井(ponor)、溶蝕洼 地(uvala)、坡立谷(polye )、干谷(dry valley )和盲谷(blind valley )、峰叢(series of peaks

11、)、峰林(hoodoo)和孤峰(isolated peak)。溶溝和石芽溶溝和石芽是地表巖溶的最初形態(tài)。 當(dāng)可溶性巖石在地表出露后， 在水流的作用下， 發(fā) 生不均衡的溶蝕，在層面上形成許多凹槽，稱為溶溝，其間的突出部分稱為石芽。其規(guī)模從數(shù)厘米到數(shù)米不等，最大可達(dá)十余米。溶溝和石芽的延伸方向由裂隙走向決定， 間距疏密不定， 有規(guī)律的排列。 根據(jù)形態(tài)特征， 石芽分成幾種類型：尖脊式：發(fā)生在厚層質(zhì)純的石灰?guī)r上，溶溝狹窄，石芽呈尖脊?fàn)睢＼囓壥胶推灞P式： 薄層和構(gòu)造裂隙發(fā)育的石灰?guī)r上， 如果裂隙平行排列， 石芽互相平行呈車軌狀；如果裂隙相交，呈棋盤狀。 塊狀：厚層石灰?guī)r區(qū)，溶溝擴(kuò)大為寬闊的溝槽形成。 石

12、林：特別巨大石芽組成。 生成于近于水平的巨厚石灰?guī)r之上， 具有兩組以上垂直裂隙， 地形一般均較平坦。溶蝕漏斗和塌陷漏斗 溶蝕漏斗是碟型或圓錐型的洼地，平面輪廓呈圓或橢圓形，其寬度較深度大，一般 寬約數(shù)米至數(shù)十米，深約數(shù)至十余米。如果地下洞穴的洞頂崩塌，也就形成了漏斗狀的 洼地，成為塌陷漏斗。其特點(diǎn)是漏斗壁較陡，洞穴底部有較多的崩積巖塊。落水洞和豎井落水洞是聯(lián)接地表水流和地下暗河的垂直管道。一般沿著裂隙發(fā)育， 受裂隙的形態(tài)控制，可以是垂直的、傾斜的或曲折的。其寬度比深度小得多，很少超過(guò)十米，深度視 暗河的深度而定，一般深約為數(shù)至數(shù)十米，最大可達(dá)100m 以上。落水洞是地下水溶蝕和機(jī)械侵蝕交互作用

13、下的產(chǎn)物。豎井是暗河頂部崩蹋而形成的。落水洞在發(fā)育過(guò)程中，如果崩坍作用明顯，也可以 生成豎井。豎井與一般的井狀落水洞的區(qū)別在于井壁特別陡直，往往可以從豎井中看到暗河的水面。溶蝕洼地溶蝕洼地指溶蝕作用所形成的小型封閉洼地，面積一般數(shù)至數(shù)十平方千米，平面形態(tài)多呈圓或橢圓形，后者長(zhǎng)軸多沿構(gòu)造線而發(fā)育。坡立谷坡立谷又稱巖溶盆地和巖溶平原， 是大型的有地表河流穿過(guò)的巖溶洼地。 其面積較大，可達(dá)十余至上百平方千米。坡立谷常生成于地殼長(zhǎng)期穩(wěn)定的地區(qū)。干谷和盲谷干谷是巖溶地區(qū)的古河谷， 由于后期地殼上升， 水平循環(huán)帶下降， 水流沿落水洞或溶蝕漏斗轉(zhuǎn)入地下而遺留在地表的干枯河谷。盲谷是死胡同式的干枯河谷， 其末

14、端為石灰?guī)r陡壁所限， 地表水流經(jīng)落水洞轉(zhuǎn)入地 下。峰叢，峰林和孤峰峰叢：指成簇突起的石灰?guī)r山地或高原面上的溶蝕殘丘（中下部相連） ，其頂部多呈尖 銳或圓錐形，與溶蝕洼地、溶蝕漏斗、溶蝕槽谷或干谷互相套生在一起，常分布 在石灰?guī)r山區(qū)的中心部位，形成大面積的峰叢山地。峰林：是基部微微相連的成群簇生的石灰?guī)r山峰，是峰叢進(jìn)一步溶蝕發(fā)展的結(jié)果。孤峰： 是孤立的石灰?guī)r山峰， 峰林進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果， 常分布在坡立谷的底部和其它溶 蝕平原上。天生橋： 水平溶洞或暗河頂部崩坍后的殘余部分。二） 地下巖溶地貌（ 1）溶洞 大型地下管道，多沿層面裂隙、斷層或其他構(gòu)造裂隙發(fā)育，水平循環(huán)帶產(chǎn)物，地下暗河的水平通道。溶洞

15、特點(diǎn)：平面和剖面形態(tài)曲折， 在裂隙交匯處形成巨大 “大廳 ”，在沿單一裂隙地段較順直狹窄。水平溶洞與上下穿插的各種管道及伸展的大小支洞相通，組成復(fù)雜的地下洞穴體系。廣西和貴州省相當(dāng)普遍。地下水屬管道水流，水流較大而集中，流通環(huán)境迅速，常有較多的侵蝕性C02不斷補(bǔ)充，其溶蝕和沖刷作用都較顯著，易發(fā)生機(jī)械崩解，使整個(gè)溶洞迅速地發(fā)展。是一種重要的旅游資源。天然的洞穴有千姿百態(tài)的鐘乳石、地下泉眼、河流、瀑布以及特異生態(tài)氣候吸引著游人。具醫(yī)療保健作用。因?yàn)槎囱▋?nèi)恒濕、恒溫、低噪聲、空氣清新、含有較多的負(fù)離子,有害微生物與放射性元素含量遠(yuǎn)低于地面的大氣環(huán)境， 給一些疾病患者提供了改善生 理、心理狀況和治病

16、的優(yōu)良環(huán)境。溶洞根據(jù)成因可劃分為三種類型：階地型溶洞：新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，沿地下水水平循環(huán)帶生成。形態(tài)較水平順直。隨著新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)間歇上升， 可形成成層溶洞， 上下層間以垂直管道相通， 可 以和附近的河流階地相對(duì)比，作為新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究的一種標(biāo)志。層面型溶洞： 沿可溶性巖石層面裂隙生成。 常發(fā)生在隔水層之上或某一性質(zhì)較純的可溶性巖層內(nèi)。其形態(tài)由巖層產(chǎn)狀決定，可以是傾斜、水平或微彎的。當(dāng)其產(chǎn)狀水 平時(shí)，必須慎重與階地溶洞相區(qū)別。裂隙型溶洞： 沿?cái)鄬踊蚱渌鼧?gòu)造裂隙生成， 其形態(tài)、產(chǎn)狀和規(guī)模變化都很大，沿其他裂隙發(fā)生的較小。2溶孔和溶隙：多見(jiàn)于虹吸管式和深部循環(huán)帶。三、巖溶堆積物 1化學(xué)沉積物：指含重

17、碳酸鈣的地下水從巖壁裂隙中滲出，由于壓力變小和水分蒸發(fā)，水中的重碳酸鈣過(guò)飽和，逸出 C02，使碳酸鈣沉淀下來(lái)形成化學(xué)沉淀物。開(kāi) 始只成為一小突起附在洞頂（底） ，以后逐漸增長(zhǎng)， 具有同心圓結(jié)構(gòu)，中心 部分有一空管，形如鐘乳懸垂于洞頂稱為石鐘乳，滴落于洞底、由下向上 生長(zhǎng)的稱為石筍，而上下相接稱為石柱，沿洞壁裂隙滲出的簾幕狀稱為石 幔，泉水沉淀的稱為石灰華。2暗河及地下湖沉積物：機(jī)械堆積，具水平層理，除含有大量再搬運(yùn)的洞內(nèi)崩積巖塊和溶 蝕殘余粘土外，還含有洞外的礫石和砂土，當(dāng)暗河與地表河流相 通時(shí)就更明顯， 可作為地下水補(bǔ)給來(lái)源和溶洞發(fā)育史的可靠標(biāo)志。3崩積物：洞頂和洞壁崩塌的巖屑和石塊，常和洞

18、底的石灰華、粘土等混雜在一起，膠結(jié) 成角礫巖。4溶蝕殘余粘土： 石灰?guī)r被溶蝕后含氧化鋁和氧化鐵的粘土物質(zhì)殘留下來(lái)， 呈紅色或黃色。5生物和文化堆積物：一些離水源較近，洞口向陽(yáng)，出入方便的洞穴，常為原始人類和動(dòng)物的住所，所以洞內(nèi)往往殘留有人類遺跡、石器、灰燼層及各種動(dòng) 物化石。某些有暗河流動(dòng)。四、 巖溶的地質(zhì)構(gòu)造類型一） 水平與緩傾構(gòu)造型水平構(gòu)造區(qū)，同一可溶性巖層在地表大面積分布，促成巖溶普遍而均勻發(fā)育，形成 單一的地貌景觀，常見(jiàn)的地貌有溶蝕洼地、殘丘、溶蝕漏斗、落水洞、豎井等。各種地貌 出現(xiàn)在不同的地貌發(fā)育階段。如果可溶性巖層具有相當(dāng)?shù)暮穸热鐡P(yáng)子區(qū)的震旦系、二疊系 和三疊系等，在新構(gòu)造間歇性上

19、升的條件下，水平或緩傾斜構(gòu)造區(qū)的巖溶發(fā)育大致有以下 幾個(gè)階段：石芽原野階段：溶溝、石芽、石林等形態(tài)成片分布； 溶丘洼地階段：溶蝕丘陵、溶蝕漏斗和溶蝕洼地和暗河發(fā)育； 曾經(jīng)的水平溶洞或落水洞、 豎井等垂直管道內(nèi)， 也有被水流沖帶來(lái)或跌落的許多動(dòng)物化 石。峰叢洼地階段：峰叢、溶蝕洼地和溶蝕漏斗并存； 峰林洼地階段：峰林和坡立谷發(fā)育； 溶蝕平原階段：新構(gòu)造趨于穩(wěn)定，峰林逐漸消失，形成廣袤的溶蝕平原。（二）單斜構(gòu)造型 當(dāng)巖層走向與河流方向平行時(shí)，且有非溶性?shī)A層時(shí)，巖溶主要局限在河流兩側(cè)狹長(zhǎng) 地帶內(nèi)；當(dāng)巖層走向與河流流向垂直或斜交時(shí)巖溶化強(qiáng)烈，范圍廣。（三）褶皺構(gòu)造型褶皺構(gòu)造區(qū)的巖溶地貌多沿背斜和向斜軸部發(fā)育。褶皺構(gòu)造在轉(zhuǎn)折端生成的張裂隙， 有利于地下水向下滲透， 巖溶發(fā)育程度較其它部位高。 常沿軸部形成帶狀巖溶發(fā)育帶。 因 此，地貌具有條帶狀分布特點(diǎn)，且具有不同的發(fā)育階段。（三） 斷層構(gòu)造型 一般來(lái)說(shuō)，區(qū)域性大斷裂，寬度和深度都大，延伸很遠(yuǎn)，特別有利于巖溶的發(fā)育。在 中小型斷層中， 張性斷層有利于巖溶發(fā)育。 時(shí)代較新的斷層， 破碎帶內(nèi)沒(méi)有或很少有膠結(jié)， 有利于巖溶發(fā)育。五、中國(guó)巖溶類型 我國(guó)巖溶類型多、分布廣，主要受氣候和形成年代控制，其次受巖性和構(gòu)造的影響。1、以溶蝕作用為主的熱帶巖溶類型：熱帶地區(qū)氣溫高、降