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1、第十章 岩溶地貌,岩溶地貌的定义 岩溶作用,岩溶地貌类型及特征 岩溶地貌理论研究及应用,桂林山水甲天下,象鼻山,阳朔风景甲桂林,漓江凤光-喀斯特地貌,岩溶地貌是水对可溶性岩石以溶蚀作用为主所塑造的各种地表和地下的地貌。 岩溶地貌发生在可溶岩分布地区，可溶岩主要是指碳酸盐类，硫酸盐类及卤盐类岩石。由可溶岩构成的地貌，景观奇特，有“奇峰异洞”之称。我国的岩溶地貌以贵州、广西、云南一带最典型。,第一节 岩溶地貌的定义,可溶岩在世界上分布很广，据统计，碳酸盐类岩约占全球沉积岩的15，面积4 100万平方千米，硫酸盐岩面积为1 100万平方千米，合计面积为5 200万千方千米，占全球面积的102，因此由
2、可溶岩所成的地貌分布也很广。,在我国，碳酸盐类岩的分布可分为裸露、覆盖和埋藏等三种类型，面积共3443万平方千米，其中裸露型面积为907万平方千米。形成的地貌主要分布在广西、贵州和云南等地，它们是世界上岩溶地貌最发育的地区之一。,19世纪末，南斯拉夫学者对南斯拉夫西北的喀斯特(Karst)石灰岩高原进行研究，并于 1893年正式“karst来概括喀斯特高原的地貌景观。自此Karst一词渐被世界各国学者所接受。,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。,我国对岩溶地貌的认识历史悠久，早在800多年前的宋代梦溪笔谈(沈
3、括)中已有记载，明代徐霞客游记(徐宏祖 ，1586-1641)，作者是一名地理学家，曾经深人湘、桂、黔、滇等地进行岩溶地质地貌考察，成为我国和世界上最早的岩溶研究学者。,我国现代岩溶地貌研究的发展分期： 1、1949年前，主要研究以地文学方法和岩溶地貌形态调查描述研究为主， 2、1950-1975年，岩溶研究进一步发展， 3、1976-1979年，岩溶研究开始复兴， 4、1980-1999年，我国岩溶地貌科研工作进展迅速， 我国近期岩溶研究的发展趋势：岩溶研究在近年成为全球变化研究的重要领域。,岩溶地貌由岩溶作用所成，岩溶作用主要是指水对可溶岩石的溶蚀、冲蚀、崩塌和沉积的总称。作用有物理的，也
4、有化学的，但以化学溶蚀作用为主，物理作用为次。岩溶作用的空间十分广阔，既在地表也在地下，从而造成了丰富多彩的地表与地下地貌。,第二节 岩 溶 作 用,一 岩溶作用的概念,溶蚀作用是指水通过化学作用对矿物和岩石的破坏作用。化学作用主要有溶解、水解、水合、碳酸化及氧化等。其中水对可溶岩的溶解和水解十分普遍。,二 溶蚀作用的基本过程,(一)溶蚀作用及其化学机制,大气中的CO2与水化合后即成为碳酸： CO2+H2O H2CO3 H2CO3 H+HCO3- H+CaCO3 HCO3-+Ca2+ 综合反应式是：CaCO3十CO2+H2O 2HCO3-+Ca2+ 通常意义的溶蚀作用，是岩溶地区塑造地貌最主要
5、的动力。,溶蚀结果 一是所有组分全部溶解，即称为“全溶解”。 二是只有部分组分溶解，称为“不全溶解”。不溶或难溶的物质会残留在岩石表面或裂隙中，阻碍溶解作用。,自然界中的水体大多含有酸性离子，来源可以有大气、土壤、生物、地壳深部等，可以由硫化铁氧化时产生的硫酸，生物活动或死亡后分解而产生的有机酸，闪电时产生的二氧化氮溶入水后形成的硝酸等强酸类，对石灰岩都会产生强烈的溶蚀。,溶蚀作用的影响因素：溶蚀作用能否进行及其溶蚀速度主要受水的溶蚀力、岩石的可溶性及岩石的透水性等因素影响，同时，还与大气压力、大气温度、水体温度、CO2分压、体系的开放程度、离子强度效应、酸离子、碱效应等。,岩溶地区由于地表地
6、下的形式转换，水化学条件发生变化，可以形成与溶蚀作用相反的过程，富含重碳酸钙离子的水体在温度、二氧化碳分压等条件改变后发生二氧化碳气体逸出，同时发生碳酸钙沉淀，形成石灰华（钙化），这就是岩溶化学沉积作用，可以形成特殊的岩溶沉积地貌。,(二)岩溶的沉积作用,石钟乳,石钟乳,石钟乳、石笋、石柱,石塔,岩溶沉积以CaCO3为主，特别是在地下溶洞内非常发达。沉积机制正与石灰岩的溶解作用相反，即当水中CO2逸出时，水中的碳酸氢钙即行分解，CaCO3就发生沉淀，反应式： Ca(HCO3)2 CaCO3 +CO2 +H2O,导致CO2逸出的原因有多种：如水温或气温升高，二氧化碳分压力降低，水流速度加大，出现
7、紊流或有生物(如藻类)吸收CO2等都会造成CaCO3的沉淀。此外，在干旱地区由于强烈的蒸发而引起水溶液的过饱和；高山冰雪融化的地下水，在温度较高的低处出露；海岸潮间带海水的蒸发而使CaCO3结晶，成为海滩岩的胶结物。,岩溶地区的其他地貌作用包括流水机械作用、重力作用等。如崩塌作用，岩溶区的崩塌作用同样发生在地表和地下，而且与溶蚀作用有关，因为溶蚀首先为崩塌创造了空间条件，由溶蚀而诱发的崩塌，可称为岩溶崩塌作用。其主要类型有：错落、陷落和气爆。 岩溶地区由于溶蚀作用、水流侵蚀作用等可在地下形成地下通道及地下河。,(三)岩溶地区的其他地貌作用,岩溶发育的物质基础是可容岩，岩石的可溶性主要取决于岩石
8、的化学成分与岩石的结构。地球上卤盐类和硫酸盐类岩石分布不广，厚度小，加上溶解速度快，地貌不易保存，故地貌意义不大。碳酸盐类岩石溶解度虽小，但分布广，岩体大，地貌保存较好，所以最有地貌意义，世界上绝大多数岩溶地貌都发生在该类岩石中，特别以石灰岩为突出。,三 岩溶作用的物质基础,碳酸盐岩因碳酸钙含量不同，其溶解度也有较大的差别。一般来说，碳酸钙的含量越高，其他杂质含量越少的岩石，其溶解度就越大，碳酸盐岩石的溶蚀强度顺序为质纯的石灰岩白云岩硅质石灰岩泥质石灰岩。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，隐晶质微粒结构的石灰岩相对溶解度为112，而中、粗粒结构为032
9、，比前者少25倍。此外，不等粒结构的石灰岩比等粒结构石灰岩的相对溶解度大。,（一）地质地貌条件 岩溶发育的物质基础是可容岩。不同沉积相的碳酸盐岩可以形成不同的碳酸盐岩结晶状况、岩石结构和岩石构造，并导致了岩溶作用的差异，进而对地貌发育产生影响。,四 影响岩溶作用的环境因素,（二） 水文与气候 地表、地下水流的流体力学性质、流动性及流量对于侵蚀或沉积地貌的形成均有较大的影响。经常流动的水体，能较大地提高水的溶蚀力。 、流动的水处于开放系统，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。 、流动状态的水发生浓度、温度、异离子混合溶蚀现象。,四 影响岩溶作用的环境因素,宏观上，不同气候导
10、致了不同的降水和气温条件直接影响了岩溶的过程，并导致了岩溶发育的地带性。热带、亚热带地区大气降水多，地表径流活动强，气温高，生物作用活跃，因此碳酸钙的溶蚀量比寒、温带与干旱地区大。局部气候可以导致土壤二氧化碳的变化产生局部影响。气候变迁则可以导致出现相应的岩溶地貌发育分期，并形成相应的地貌产物。,我国不同气候带的碳酸盐岩溶蚀量 地 区 气候带 年降水量(毫米) 年平均气温() 年溶蚀量(毫米) 河北西北部 暖温带半干旱区 400-600 68 002003 湖北三峡 中亚热带湿润区 1 0001 200 1215 006 黔北务川 中亚热带湿润区 1 271 156 0036 滇东罗平 中亚热
11、带湿润区 1 734 151 0051 广西中部 南亚热带湿润区 1 5002000 2022 01203,（三） 生物与土壤 生物参与岩溶作用，加速溶蚀或沉 积过程与现象的总称。一方面普遍发生，因生物活动生成大量二氧化碳，源源进 入溶蚀作用系统，打破化学平衡，使溶蚀继续。生物活动还生成有机酸，增加溶蚀。据雅库斯（L. Jakucs）计算，全球碳酸盐岩溶蚀因素份额中，生物成因二氧化碳占49.26，有机酸占37.11。如 生长苔藓的碳酸岩岩面上加深发育的溶盆、树木生长处常发育成溶囊、腐殖层或 沼泽下发育覆盖型浑圆状溶沟与石芽 等。另一方面，植物起阻挡扰动水流、吸收与吸附作用，使水中碳酸钙沉积。如著名的南斯拉夫十六湖石灰岩坝、中 国贵州黄果树水帘洞石灰岩、南方许多洞口与崖壁上悬挂的钟乳石状向阳斜出 的灰岩沉积物及偶尔在近洞口的石刺等。,四 影响岩溶作用的环境因素,（四） 人类活动 人类的大规模生产活动，包括工业、采矿等对岩溶地区地貌水文过程产生各种特殊的影响。,四 影响岩溶作用的环境因素,