岩溶地貌的分析与介绍.ppt
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1、岩溶地貌岩溶地貌 岩溶地貌岩溶地貌=喀斯特地貌喀斯特地貌由岩溶作用产生由岩溶作用产生的各种地貌现象。桂林山水,云南石林,地下溶洞的各种地貌现象。桂林山水,云南石林,地下溶洞等都属之。等都属之。硫酸盐类岩石(石膏、芒硝)硫酸盐类岩石(石膏、芒硝)可溶岩可溶岩 卤化物盐类岩石(卤盐、钾盐)卤化物盐类岩石(卤盐、钾盐)碳酸盐类岩石(石灰岩,白云岩,硅质碳酸盐类岩石(石灰岩,白云岩,硅质灰岩,泥灰岩)灰岩,泥灰岩)我国的岩溶地貌以广西、贵州、云南东部最为我国的岩溶地貌以广西、贵州、云南东部最为典型。典型。岩溶作用岩溶作用 溶蚀溶蚀 冲蚀冲蚀 崩塌崩塌 堆积堆积岩溶作用岩溶作用一、溶蚀作用一、溶蚀作用
2、(一)溶蚀作用机理:一)溶蚀作用机理:溶蚀作用机理溶蚀作用机理通过通过溶解、水解、水合、碳溶解、水解、水合、碳酸化、氧化酸化、氧化等作用对矿物和岩石的破坏作用。等作用对矿物和岩石的破坏作用。1、溶解、溶解矿物遇水以后一些矿物质点(离矿物遇水以后一些矿物质点(离子或分子)逐步离开矿物表面,进入水中,形成水子或分子)逐步离开矿物表面,进入水中,形成水溶液而流失。溶液而流失。易溶解的矿物,易溶解的矿物,K+、Na+、Ca+、Mg+、Fe2+、Mn 2+、Al2+、Ca 等的卤化物,硫酸盐等的卤化物,硫酸盐 可溶岩造岩矿物的溶解度:食盐可溶岩造岩矿物的溶解度:食盐石膏石膏方解石方解石 2、水解、水解指
3、矿物与水发生反应而分解指矿物与水发生反应而分解 纯水是中性的,但仍具有离解性,即部纯水是中性的,但仍具有离解性,即部分水能够离解成分水能够离解成H+离子和离子和OH-离子,它们能离子,它们能使一些弱酸强碱或强酸弱酸的盐类矿物在水使一些弱酸强碱或强酸弱酸的盐类矿物在水中也能离解为阴、阳离子。中也能离解为阴、阳离子。因此,某些矿物溶于水后,其离子能和因此,某些矿物溶于水后,其离子能和水中的水中的H+或或OH-离子结合而形成新的矿物。离子结合而形成新的矿物。-3、水合、水合(水化)作用(水化)作用水与一水与一些不含水的矿物相结合,水参与到矿些不含水的矿物相结合,水参与到矿物的晶格中去,改变了原来矿物
4、的分物的晶格中去,改变了原来矿物的分子结构,形成新的含水矿物。如子结构,形成新的含水矿物。如 CaSO4+2H2O CaSO42H2O 硬石膏硬石膏 石膏石膏 水化作用的结果:矿物硬度变小,水化作用的结果:矿物硬度变小,密度降低,体积膨胀。密度降低,体积膨胀。4、碳酸化作用、碳酸化作用大气和土壤中的大气和土壤中的CO2与水与水化合就成碳酸,碳酸与岩石中的金属离子发生反应化合就成碳酸,碳酸与岩石中的金属离子发生反应形成碳酸盐。形成碳酸盐。CO2与水化合成碳酸与水化合成碳酸CO2+H2O H2CO3碳酸又离解为碳酸又离解为H+与与HCO3-离子:离子:H2CO3 H+HCO3-HCO3-H+CO3
5、2-水中的水中的CO2含量越高,含量越高,H+也越多,当多含量也越多,当多含量H+的水对石灰岩作用时,的水对石灰岩作用时,H+就会与就会与CaCO3中的中的CO32-结合成结合成HCO3-,分离出分离出Ca2+,而使,而使CaCO3溶溶解于水。解于水。H+CaCO3 HCO-3+Ca2+综合反应式:综合反应式:CaCO3+H2O+CO2 Ca2+2(HCO3)-方解石方解石 上述反应是可逆的,当水与空气中上述反应是可逆的,当水与空气中减少,碳酸含量也随之减少,将发生沉淀。减少,碳酸含量也随之减少,将发生沉淀。石灰华。石钟乳、石笋的成因介如此。石灰华。石钟乳、石笋的成因介如此。5、氧化作用、氧化
6、作用物质和氧化合的反物质和氧化合的反应(大气中含氧应(大气中含氧21%,溶在水里的空气,溶在水里的空气含氧达含氧达3335%)。)。水的溶蚀能力水的溶蚀能力(二)影响溶蚀作用的因子(二)影响溶蚀作用的因子 岩石的可溶性岩石的可溶性 岩石的透水性岩石的透水性 1、水的溶解能力、水的溶解能力(1)水的化学成分)水的化学成分 水的化学成分主要是指水含碳酸、有水的化学成分主要是指水含碳酸、有机酸、无机酸、等的多少。机酸、无机酸、等的多少。A、碳酸碳酸 只要有只要有CO2进入水中,就会产进入水中,就会产生生H+和和HCO-3 。水中。水中CO2的的来源来源:来自大气(火山喷发、有机物的燃烧、来自大气(火
7、山喷发、有机物的燃烧、动植物的呼吸)。动植物的呼吸)。土壤中有机质的氧化和分解(如生物土壤中有机质的氧化和分解(如生物残体的腐烂,系有机成因的残体的腐烂,系有机成因的CO2)。)。无机成因的无机成因的CO2 :岩石体内一些矿:岩石体内一些矿物如(黄铁矿等)氧化水解出无机酸,并与物如(黄铁矿等)氧化水解出无机酸,并与碳酸盐岩反应产生碳酸盐岩反应产生CO2。2FeS2+7O2+2H2O 2FeSO4+2H2SO4 CaCO3+H2SO4 CaSO4+H2O+CO2 三种来源的三种来源的CO2溶于水所提供的溶蚀溶于水所提供的溶蚀占全球溶蚀强度的占全球溶蚀强度的58%B、有机酸、有机酸(腐植酸、胡敏酸
8、属之。生(腐植酸、胡敏酸属之。生物活动或死亡后分解而产生)占全球溶蚀物活动或死亡后分解而产生)占全球溶蚀强度的强度的37.11%C、无机酸无机酸(硫酸、硝酸属之。硫化铁(硫酸、硝酸属之。硫化铁氧化时产生硫酸、闪电时产生的二氧化氮氧化时产生硫酸、闪电时产生的二氧化氮溶入水后形成硝酸)也是促进岩石溶解的溶入水后形成硝酸)也是促进岩石溶解的重要物质。重要物质。硫酸、有机酸、硝酸硫酸、有机酸、硝酸对石灰岩产生强烈溶蚀对石灰岩产生强烈溶蚀(2)水的温度:)水的温度:a、水中、水中CO2的含量与温度成反比。的含量与温度成反比。b、随着温度的升高,化学反应速度、随着温度的升高,化学反应速度加快,溶蚀力加强。
9、加快,溶蚀力加强。b的作用大于的作用大于a的作用,故热带地区的作用,故热带地区岩溶地貌发育快。岩溶地貌发育快。(3)气压的影响:气压的影响:压力愈高,水压力愈高,水中的中的CO2含量愈多含量愈多,CaCO3溶解度愈溶解度愈大。大。(4)水的流动性及流量:)水的流动性及流量:流动性流动性愈好,流量愈大,水的溶蚀能力愈强。愈好,流量愈大,水的溶蚀能力愈强。因水的流动能不断补充因水的流动能不断补充C02,导致溶,导致溶液的混合。液的混合。2.岩石的可溶性岩石的可溶性 (1)可溶岩的溶解度)可溶岩的溶解度:卤盐类:卤盐类硫酸盐类硫酸盐类碳碳酸盐类酸盐类 (2)碳酸盐岩石的溶解度)碳酸盐岩石的溶解度:质
10、纯的石灰岩:质纯的石灰岩白云岩白云岩硅质石灰岩硅质石灰岩泥质石灰岩泥质石灰岩 (3)岩石的结构和溶解度)岩石的结构和溶解度:晶粒越小:晶粒越小,溶解溶解度越大(表度越大(表5-5)3.岩石的透水性岩石的透水性 透水性愈好,岩溶地貌愈发育。透水性愈好,岩溶地貌愈发育。透水性强弱取决于岩石的孔隙大透水性强弱取决于岩石的孔隙大小和多少。小和多少。二、冲蚀作用二、冲蚀作用 冲蚀作用冲蚀作用指水的冲击和磨蚀作用。指水的冲击和磨蚀作用。流动的水除了溶蚀岩石外,还有机械流动的水除了溶蚀岩石外,还有机械的侵蚀作用的侵蚀作用冲击及所夹砂砾对岩面的冲击及所夹砂砾对岩面的摩擦摩擦磨蚀作用。磨蚀作用。三三、崩塌作用、
11、崩塌作用 1、错落:发生在地表岩坡,岩快整、错落:发生在地表岩坡,岩快整体下坐位移。体下坐位移。2、陷落:塌顶属之。、陷落:塌顶属之。3、气爆:洞内密封性好,空气压力、气爆:洞内密封性好,空气压力特大,将洞顶爆破特大,将洞顶爆破.。四、堆积作用四、堆积作用 1、物理性的碎屑物堆积、物理性的碎屑物堆积(主要由崩塌作(主要由崩塌作用产生)用产生)2、化学堆积、化学堆积(CO2逸出,水中的碳酸氢钙逸出,水中的碳酸氢钙分解为分解为CaCO3,并沉淀)并沉淀)CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)水温或气温升高水温或气温升高 CO2浓度降低浓度降低导致导致CO2逸出的原因逸出的原因 水流速度加大水
12、流速度加大 出现紊流出现紊流 藻类等生物吸收藻类等生物吸收五、岩溶水的分布与运动对岩溶的影响五、岩溶水的分布与运动对岩溶的影响 (一)、地表径流的特征(一)、地表径流的特征 1、地表径流、湖泊、沼泽是地下水、地表径流、湖泊、沼泽是地下水的补给区。的补给区。2、径流少,水量不多。、径流少,水量不多。3、水质已矿化。、水质已矿化。(二)地下径流的分带和水流特征(二)地下径流的分带和水流特征 潜水潜水埋藏在第一个隔水层之上的埋藏在第一个隔水层之上的 地下水。地下水。承压水承压水埋藏在上下两个隔水之间,承受一埋藏在上下两个隔水之间,承受一定压力的地下水叫承压水,又叫自流水。定压力的地下水叫承压水,又叫
13、自流水。1、包气带(垂直渗透带)包气带(垂直渗透带):地面以下:地面以下潜水面以上的地带。潜水面以上的地带。包气包气是指带内土和岩石的空隙中包含是指带内土和岩石的空隙中包含有空气,没有被水流充满,这个带平时没有空气,没有被水流充满,这个带平时没有多少水,降雨或冰雪融化时水流受重力有多少水,降雨或冰雪融化时水流受重力作用由上往下渗流,故又称垂直渗透带。作用由上往下渗流,故又称垂直渗透带。垂直溶蚀的结果,造成各种垂直性的溶垂直溶蚀的结果,造成各种垂直性的溶隙、管道和洞穴。隙、管道和洞穴。2、季节变动带:、季节变动带:丰水期潜水面和丰水期潜水面和枯水期潜水面的之间的地带。枯水期潜水面的之间的地带。丰
14、水期时,该带水流方向近水平,丰水期时,该带水流方向近水平,向河谷排泄,横向溶蚀。向河谷排泄,横向溶蚀。干季时,该带水流方向垂直,垂干季时,该带水流方向垂直,垂直溶蚀。直溶蚀。故该带溶蚀作用及地貌多变。故该带溶蚀作用及地貌多变。3、饱水带(水平流动带):、饱水带(水平流动带):位于枯水期潜位于枯水期潜水面之下。水面之下。该带地下水终年达饱和状态,水平流该带地下水终年达饱和状态,水平流动,所形成的地貌以水平溶洞和地下河为动,所形成的地貌以水平溶洞和地下河为主。主。4、深部滞流带(下部饱和带)、深部滞流带(下部饱和带):位于承压位于承压水所在的那个带。水所在的那个带。流动慢,岩溶作用弱。流动慢,岩溶
15、作用弱。喀斯特地貌喀斯特地貌一、地表喀斯特地貌地表喀斯特地貌(六种)(一(一)小型溶蚀地貌小型溶蚀地貌A.溶沟和溶槽溶沟和溶槽 1)特征:横剖面呈楔形、)特征:横剖面呈楔形、V形或形或U形,长度不一,深形,长度不一,深数十厘米至数米。数十厘米至数米。2)成因:雨水初始沿裂隙)成因:雨水初始沿裂隙溶成浅窄的溶纹,以后逐溶成浅窄的溶纹,以后逐渐扩大为沟槽渐扩大为沟槽 B.石芽、石脊和石林石芽、石脊和石林 1)石芽)石芽:突出于溶沟槽之间的齿形岩石称为:突出于溶沟槽之间的齿形岩石称为石芽。形状有笋状、菌状、柱状、尖刀状等,石芽。形状有笋状、菌状、柱状、尖刀状等,大小不一。质纯厚层的石灰质可发育出尖锐
16、而大小不一。质纯厚层的石灰质可发育出尖锐而高大的石芽;薄层的泥质灰岩和硅质灰岩发育高大的石芽;薄层的泥质灰岩和硅质灰岩发育出矮小而圆滑的石芽。出矮小而圆滑的石芽。石芽有裸露石芽有裸露和埋藏两种类型,和埋藏两种类型,广西西江两岸有广西西江两岸有大片石芽地形。大片石芽地形。溶沟和石牙溶沟和石牙溶沟和石牙溶沟和石牙 2)石脊)石脊:突出于溶沟槽之间的呈岭脊状延伸:突出于溶沟槽之间的呈岭脊状延伸的岩石。的岩石。3)石林:)石林:很高大而密集的石芽。很高大而密集的石芽。云南路南石林成因:云南路南石林成因:是在厚层质纯、是在厚层质纯、产状平缓、节理倾角产状平缓、节理倾角陡但密度较疏的石灰陡但密度较疏的石灰
17、岩中,加上当地地壳岩中,加上当地地壳轻微上升,气候湿热轻微上升,气候湿热多雨等条件下发育而多雨等条件下发育而成,它出露之前,曾成,它出露之前,曾经埋藏在第三系红层经埋藏在第三系红层之下。之下。城堡状石林城堡状石林拟人石林拟人石林高高大大的的剑剑状状石石林林柱柱状状石石林林塔柱状、蘑菇状、锥状石林塔柱状、蘑菇状、锥状石林云南路南石林世界地质公园:云南路南石林世界地质公园:位于云南省,面积位于云南省,面积400km2,以碳酸盐,以碳酸盐峰林地貌为特色景观,由晚古生代浅海相峰林地貌为特色景观,由晚古生代浅海相灰岩、白云岩构成。灰岩、白云岩构成。因厚层块状碳酸盐岩中垂直节理发育,因厚层块状碳酸盐岩中垂
18、直节理发育,丰沛的雨水沿裂隙节理下渗、溶蚀,形成丰沛的雨水沿裂隙节理下渗、溶蚀,形成各种岩溶地貌,如石牙、溶沟、溶斗、峰各种岩溶地貌,如石牙、溶沟、溶斗、峰林、溶洞和溶蚀盆地等。林、溶洞和溶蚀盆地等。本区以溶蚀峰林最为壮观,或如本区以溶蚀峰林最为壮观,或如柱,或如剑,或如古塔,或如蘑菇,柱,或如剑,或如古塔,或如蘑菇,貌似人形,怪兽,千姿百态,高达貌似人形,怪兽,千姿百态,高达2050m,群集如林,望而生义,名为,群集如林,望而生义,名为石林石林。(二)岩溶洼地(二)岩溶洼地 1、特征:封闭性的小型盆地,长宽、特征:封闭性的小型盆地,长宽度多在数十米至数百米。度多在数十米至数百米。2、类型及成
19、因:、类型及成因:1、坡立谷、坡立谷(polje):原意是可耕种的平地。):原意是可耕种的平地。我国云贵地区俗称坝子。我国云贵地区俗称坝子。特征特征:大型岩溶盆地,宽数百米至数千米,:大型岩溶盆地,宽数百米至数千米,长数千米至数十千米,谷底常有河流穿过。长数千米至数十千米,谷底常有河流穿过。(桂林地区属之)(桂林地区属之)(三)坡立谷与槽谷(大型岩溶盆地)(三)坡立谷与槽谷(大型岩溶盆地)类型及成因类型及成因:1)边界型)边界型 发育于可溶岩与非溶岩的发育于可溶岩与非溶岩的接触地带,由于石炭岩漏水性强,括囊了接触地带,由于石炭岩漏水性强,括囊了非溶岩地区的地表流水,使其汇集在接触非溶岩地区的地
20、表流水,使其汇集在接触带上,造成该带岩溶作用显著,从而形成带上,造成该带岩溶作用显著,从而形成坡立谷。坡立谷。非熔岩可熔岩2)构造型)构造型 发育在断陷盆地或向斜构造基础之上。发育在断陷盆地或向斜构造基础之上。3)基准面型基准面型 发育在可溶岩区。因潜水面埋藏浅,发育在可溶岩区。因潜水面埋藏浅,大面积岩石受强烈的溶蚀及地表河的侵蚀大面积岩石受强烈的溶蚀及地表河的侵蚀而成。而成。(四)、盲谷和干谷(四)、盲谷和干谷 1、盲谷、盲谷 盲谷盲谷一种死胡同式的河谷。一种死胡同式的河谷。当地面河进入地下河的入口转变为地下河时当地面河进入地下河的入口转变为地下河时,河谷的前方常为石灰岩壁,岩壁的脚下是地下
21、,河谷的前方常为石灰岩壁,岩壁的脚下是地下河入口,这种向前没有通路的河谷就叫盲谷。河入口,这种向前没有通路的河谷就叫盲谷。2、干谷、干谷干谷干谷岩溶地区往昔的河谷,现已无岩溶地区往昔的河谷,现已无水。水。成因有三:成因有三:1)潜水面降低到河谷之下:)潜水面降低到河谷之下:a.地壳上升地壳上升 b.岩溶作用向地下发展岩溶作用向地下发展 2)地下河袭夺地表河上游,使它)地下河袭夺地表河上游,使它的下游变成干谷。的下游变成干谷。3)曲流河段因地下河的裁弯取直)曲流河段因地下河的裁弯取直产生干谷(见前图)产生干谷(见前图)(五)、岩溶石山(五)、岩溶石山岩溶石山岩溶石山岩溶作用下所形成的石山。岩溶作
22、用下所形成的石山。1、峰丛石山、峰丛石山 特征特征:基座相连而峰顶分离,基座厚度大:基座相连而峰顶分离,基座厚度大于峰顶的厚度,峰顶相对高度于峰顶的厚度,峰顶相对高度100200米。米。成因:成因:由溶蚀由溶蚀洼地或洼地或谷地等谷地等分割岩分割岩体而形体而形成。成。2、峰林石山、峰林石山特征特征:基座分离:基座分离或稍有相连的石山或稍有相连的石山群山峰,相对高度群山峰,相对高度在百米以上。在百米以上。成因成因:由峰丛石山:由峰丛石山进一步发育而来。进一步发育而来。我国桂林,阳塑等地峰林地貌显著。我国桂林,阳塑等地峰林地貌显著。3、孤峰、孤峰(残丘)残丘)特征特征:分布在:分布在岩溶平原或坡立谷
23、岩溶平原或坡立谷中的孤立低矮石山,中的孤立低矮石山,相对高度数十米。相对高度数十米。成因成因:峰林石山进一步破坏而成:峰林石山进一步破坏而成。(六)岩溶平原(六)岩溶平原1、特征、特征:面积广阔,地形平坦:面积广阔,地形平坦2、成因、成因:1)由多个坡立谷合并而成。)由多个坡立谷合并而成。2)由地下河出口的袋形谷的)由地下河出口的袋形谷的扩大和地表河侧蚀的共同作用而形成。扩大和地表河侧蚀的共同作用而形成。二、地下溶岩地貌二、地下溶岩地貌(一)落水洞(一)落水洞在岩溶发育地区连接地表水在岩溶发育地区连接地表水流和地下河的通道,多呈缝状及井流和地下河的通道,多呈缝状及井状,有垂直的、倾斜的、曲折的
24、。状,有垂直的、倾斜的、曲折的。(二)溶洞(二)溶洞(karst cave)溶洞溶洞岩溶区地下岩溶区地下水沿着岩层水沿着岩层的层面和裂的层面和裂隙进行溶蚀隙进行溶蚀和机械侵蚀和机械侵蚀而形成的而形成的地地下空洞。下空洞。1、溶洞的形成机制、溶洞的形成机制(1)普通非承压含水层(潜水层)成)普通非承压含水层(潜水层)成洞模式。洞模式。溶洞的发育需具备二个必要条件:溶洞的发育需具备二个必要条件:一是要有溶蚀能力的地下水流;二是岩石一是要有溶蚀能力的地下水流;二是岩石具有水渗透溶蚀的空间(裂隙、节理、层具有水渗透溶蚀的空间(裂隙、节理、层面和孔隙等)。面和孔隙等)。节理节理岩层的岩层的 连续性遭到破
25、坏而形连续性遭到破坏而形成裂隙的一种构造。成裂隙的一种构造。裂隙两边的岩石,没裂隙两边的岩石,没有发生显著的相对移有发生显著的相对移动,这是与断层相区动,这是与断层相区别的主要标志。别的主要标志。当从空气、土壤和岩石中获得了碳酸与其当从空气、土壤和岩石中获得了碳酸与其他无机酸和有机酸的大气降水通过岩层空间时,他无机酸和有机酸的大气降水通过岩层空间时,即产生溶蚀作用,并扩大这些空隙(称为溶隙)即产生溶蚀作用,并扩大这些空隙(称为溶隙)初始洞穴阶段初始洞穴阶段。随着水流流量和流速在溶隙中的差异增大,随着水流流量和流速在溶隙中的差异增大,水流开始集中并逐渐汇集增大形成管流水流开始集中并逐渐汇集增大形
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