地貌学04岩溶地貌.ppt
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1、主讲人:林叶彬主讲人:林叶彬岩溶作用岩溶作用岩溶水岩溶水地表岩溶形态地表岩溶形态地下岩溶形态地下岩溶形态岩溶地貌发育与地貌组合岩溶地貌发育与地貌组合地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌第四章第四章 岩溶地貌岩溶地貌地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌 岩溶亦称喀斯特(岩溶亦称喀斯特(Karst),是指地下水和地表水对),是指地下水和地表水对可溶性岩石进行可溶性岩石进行溶蚀与沉淀溶蚀与沉淀、侵蚀与堆积侵蚀与堆积,以及,以及重力重力崩塌、崩塌、坍塌、堆积等作用形成的地貌。坍塌、堆积等作用形成的地貌。地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌一、岩溶作用一、岩溶作用 岩溶作用岩溶作用是指是指地表水和地下水地表水和地下水对对可溶性
2、岩石可溶性岩石(碳酸盐岩类、硫(碳酸盐岩类、硫酸盐岩、卤盐岩)所进行的以酸盐岩、卤盐岩)所进行的以化学溶解作用为主化学溶解作用为主,机械侵蚀作用为辅,机械侵蚀作用为辅的溶蚀作用、侵蚀的溶蚀作用、侵蚀溶蚀作用以及与之相伴生的堆积作用的总称。溶蚀作用以及与之相伴生的堆积作用的总称。该过程是可逆的。当大气中该过程是可逆的。当大气中的的CO2向水中浸入时,一部向水中浸入时,一部分与水结合为碳酸溶解固体分与水结合为碳酸溶解固体CaCO3。当水中气态的。当水中气态的CO2减少时,该反应式往左进行,减少时,该反应式往左进行,CaCO3重新沉淀。重新沉淀。地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌(一)岩溶作用的基本条件(
3、一)岩溶作用的基本条件1.1.岩石的可溶性岩石的可溶性主要取决于岩石成分和结构:主要取决于岩石成分和结构:岩岩石石的的溶溶解解度度随随石石灰灰岩岩质质含含量量的的增增加加而而增增加加,随随铝铝质质、铁铁质质、硅硅质含量增加而降低。一般情况下,颗粒径小,溶解度就大。质含量增加而降低。一般情况下,颗粒径小,溶解度就大。p 易溶的卤盐岩易溶的卤盐岩:岩盐岩盐(NaCl),钾岩,钾岩(KCl),镁岩,镁岩(MgCl2)p 中等溶解的硫酸盐岩中等溶解的硫酸盐岩:石膏石膏(CaSO4 2H2O),),芒硝芒硝(Na2SO4 10H2O)p 难溶的碳酸盐类难溶的碳酸盐类:石灰岩石灰岩(CaCO3),白云岩白
4、云岩(CaMg(CaMg(CO3)2)地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌2.2.岩石的透水性岩石的透水性 岩岩石石透透水水性性影影响响着着水水向向地地下下的的渗渗流流,并并关关系系到到地地下下喀喀斯斯特特作作用用的的进进行行。岩岩石石孔孔隙隙度度和和裂裂隙隙度度对对岩岩石石透透水水性性影影响响最最大大,而而裂裂隙隙度度大大小小与与岩石的构造、纯度和厚度等有关。岩石的构造、纯度和厚度等有关。3.3.水的溶蚀力水的溶蚀力水的溶蚀力随深度增加而降低。水的溶蚀力随深度增加而降低。一一是是深深度度增增加加,升升华华作作用用减减少少直直至至完完全全消消失失;二二是是水水和和岩岩石石相相互互作用而逐渐失去具有溶蚀
5、性的碳酸。作用而逐渐失去具有溶蚀性的碳酸。温温度度越越高高,CaCO3在在水水中中的的溶溶解解度度越越小小;当当温温度度相相同同时时,CO2 浓浓度越高,度越高,CaCO3在水中的溶解度越大。在水中的溶解度越大。地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌4.4.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CO2,其溶解力是有限的,很容易被,其溶解力是有限的,很容易被CaCO3所饱和。所饱和。流动的水,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,特别是不同溶解性能,特别是不同CO2浓度地下水混合,会大大提高水的溶解
6、浓度地下水混合,会大大提高水的溶解力。力。地区地区年降水量(年降水量(mmmm)气候带气候带溶蚀量(溶蚀量(mm/kamm/ka)河北西北部河北西北部400600暖温带半干旱区暖温带半干旱区2030广西中部广西中部15002000亚热带湿润地区亚热带湿润地区120300热热带带温温带带寒寒带带;湿湿润润地地区区半半湿湿润润地地区区半半干干旱旱地地区区干干旱旱地地区区 我国南方湿润多雨岩溶区的溶蚀量为北方半干旱地区的我国南方湿润多雨岩溶区的溶蚀量为北方半干旱地区的1010倍之多!倍之多!地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌(二)影响岩溶作用的因素(二)影响岩溶作用的因素1.1.气候因素气候因素 气候因素
7、对岩溶作用的影响主要表现在温度、降水和气压等方面。2.2.生物因素生物因素3.3.地质因素地质因素包括岩石成分、岩石结构和地质构造等三方面。有机质-分解、藻类-分泌溶蚀性酸、动物(蝙蝠和鸟类的粪)。地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌二、岩溶水二、岩溶水 通常把岩溶化岩体中的地下水总称岩溶水。地下喀斯特水的垂直分带1.垂直渗透带;2.季节变动带;3.水平流动带;4.深部滞流带地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌1.1.垂直渗透带垂直渗透带(充气带)(充气带)q 位位于于地地面面以以下下至至丰丰水水期期潜潜水水面面之之上上。雨雨水水沿沿裂裂隙隙下下渗渗到到潜潜水水面面,它它的的厚厚度度由由潜潜水水面面(地地下下
8、水水位位)高高低低来来决决定定。若若在在构构造造上上升升区区(潜潜水水面面、河河水面下降水面下降),厚度可达几百,厚度可达几百-几千米,反之,构造沉降区,厚度小。几千米,反之,构造沉降区,厚度小。q 该该带带内内水水的的运运动动以以垂垂直直下下渗渗为为主主,故故喀喀斯斯特特地地貌貌以以垂垂直直形形态态的的溶溶洞洞为主,为主,多漏斗、落水洞多漏斗、落水洞等个体小深度大的地貌。等个体小深度大的地貌。2.2.季节变动带季节变动带(过渡带)(过渡带)q 位位于于丰丰水水期期潜潜水水面面与与枯枯水水期期潜潜水水面面之之间间。它它在在雨雨季季或或融融冰冰化化雪雪时时,潜潜水水面面上上升升,地地下下水水作作
9、水水平平运运动动;在在旱旱季季作作垂垂直直运运动动。故故该该带带内内喀喀斯斯特特地貌地貌既有水平溶洞,又有垂直溶洞既有水平溶洞,又有垂直溶洞发育。发育。地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌3.3.水平流动带水平流动带(饱水带)(饱水带)q 位位于于枯枯水水期期潜潜水水面面以以下下,直直到到谷谷底底补补给给河河流流岩岩溶溶水水的的深深处处为为止止。经经常常处处于于饱饱水水状状态态,地地下下水水流流向向近近于于水水平平方方向向,向向河河谷谷排排泄泄。此此带带是是喀喀斯斯特强烈发育地带,多为水平型喀斯特,如特强烈发育地带,多为水平型喀斯特,如地下河地下河、水平溶洞水平溶洞等。等。q 在在靠靠近近河河谷谷地地
10、段段,水水平平带带的的下下部部在在河河底底减减压压区区,地地下下水水由由下下而而上上运运动,这是一种虹吸管状流动,向着谷底减压区排泄。动,这是一种虹吸管状流动,向着谷底减压区排泄。4.4.深部滞留带深部滞留带(循环带)(循环带)q 位位于于水水平平流流动动带带以以下下,水水的的流流动动方方向向不不受受河河谷谷限限制制,而而受受地地质质构构造造的控制,流速相当缓慢甚至停滞,溶蚀作用微弱。的控制,流速相当缓慢甚至停滞,溶蚀作用微弱。q 该带的地下水位置较深,具有承压性质。该带的地下水位置较深,具有承压性质。地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌q 上上述述4 4个个喀喀斯斯特特水水动动力力带带内内,由由于于
11、水水的的交交替替强强度度不不同同、流流动动方方向向不不同,所发育的喀斯特形态也不同,形成明显的分带现象。同,所发育的喀斯特形态也不同,形成明显的分带现象。q 这种垂直分带可以因为气候、地貌和构造的变动而发生变化。这种垂直分带可以因为气候、地貌和构造的变动而发生变化。q 垂垂直直分分带带比比较较明明显显的的地地方方一一般般分分布布咋咋在在长长期期稳稳定定、有有河河流流深深切切的的高原地区。高原地区。地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌三、地表岩溶形态三、地表岩溶形态11峰林峰林 22溶蚀洼地溶蚀洼地 33喀斯特盆地喀斯特盆地 44喀斯特平原喀斯特平原 5 5孤峰孤峰 66喀斯特漏斗喀斯特漏斗 77喀斯特
12、坍塌喀斯特坍塌 88溶洞溶洞 99地下河地下河 aa钟乳石钟乳石 bb石笋石笋 cc石柱石柱地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌(一)溶沟(一)溶沟(karren)与石芽与石芽(clint)石芽石芽埋藏石芽埋藏石芽半裸露石芽半裸露石芽裸露石芽裸露石芽 地表水流沿石灰岩坡面上流动,溶蚀和侵蚀出许多凹槽,称为溶地表水流沿石灰岩坡面上流动,溶蚀和侵蚀出许多凹槽,称为溶沟沟。溶沟之间的突出部分,称为溶沟之间的突出部分,称为石芽石芽。石芽除有裸露的外,还有埋藏的。从山坡上部到下部,由全裸露石石芽除有裸露的外,还有埋藏的。从山坡上部到下部,由全裸露石芽过渡为半裸露石芽至埋藏石芽。芽过渡为半裸露石芽至埋藏石芽。溶沟
13、溶沟地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌 石芽有的呈尖脊状、尖刀山状、车轨状、棋盘状、石石芽有的呈尖脊状、尖刀山状、车轨状、棋盘状、石柱状。溶沟和石芽的形态和分布特征常受地形、节理及岩柱状。溶沟和石芽的形态和分布特征常受地形、节理及岩性的控制。性的控制。1.1.地形条件地形条件 地形坡度较大的地面上,常形成彼此平行的溶沟和石芽,而在平地形坡度较大的地面上,常形成彼此平行的溶沟和石芽,而在平缓的地面上,溶沟和石芽则纵横交错。缓的地面上,溶沟和石芽则纵横交错。2.2.地质条件地质条件 在节理发育的区域,形成格状的溶沟。在纯而致密的石灰岩地面,在节理发育的区域,形成格状的溶沟。在纯而致密的石灰岩地面,溶沟和
14、石芽较密集;在硅质灰岩、泥质灰岩和白云岩等组成的地面,溶沟和石芽较密集;在硅质灰岩、泥质灰岩和白云岩等组成的地面,溶沟和石芽发育较差。溶沟和石芽发育较差。地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌剑剑 状状 喀喀 斯斯 特特柱柱 状状 喀喀 斯斯 特特地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌20072007年,在新西兰召开的第年,在新西兰召开的第3131届世界遗产大会上,贵州荔波与云南届世界遗产大会上,贵州荔波与云南石石林林、重庆武隆捆绑申报的、重庆武隆捆绑申报的“中国南方喀斯特中国南方喀斯特”世界自然遗产项目,成世界自然遗产项目,成为中国第为中国第6 6个世界自然遗产个世界自然遗产。地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌(二)
15、落水洞(二)落水洞(sinkhole)与竖井与竖井(shaft)落落水水洞洞是是岩岩溶溶区区地地表表水水流流向向地地下下河河或或地地下下溶溶洞洞的的通通道道,它它是是由由垂直方向流水对裂隙不断进行垂直方向流水对裂隙不断进行溶蚀溶蚀并伴随并伴随塌陷塌陷而成。而成。落落水水洞洞大大小小不不等等,形形状状也也各各不不相相同同。按按其其垂垂直直断断面面形形态态特特征征,可可分分为为裂裂隙隙状状落落水水洞洞、竖竖井井状状落落水水洞洞和和漏漏斗斗状状落落水水洞洞等等;按按其其分分布布方方向向有垂直的、倾斜的和弯曲的。(深几十至几百米,宽一般小于有垂直的、倾斜的和弯曲的。(深几十至几百米,宽一般小于10 m
16、10 m)竖井是指岩溶地区井壁陡峭,近乎直立的井状管道。实际是一种竖井是指岩溶地区井壁陡峭,近乎直立的井状管道。实际是一种坍陷漏斗,平面轮廓上呈方形、长条状或不规则圆形。长条状是沿一坍陷漏斗,平面轮廓上呈方形、长条状或不规则圆形。长条状是沿一组节理发育的,方形或圆形则是沿着两组节理发育的,有时从竖井往组节理发育的,方形或圆形则是沿着两组节理发育的,有时从竖井往下可以看到地下河的水面。下可以看到地下河的水面。地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌落水洞落水洞落水洞落水洞竖井竖井地地貌貌学学岩岩溶溶地地貌貌(三)漏斗(三)漏斗(doline)岩溶漏斗岩溶漏斗又称斗淋,即又称斗淋,即d doline的音译的音
17、译,是石灰岩地区呈碗碟状或漏是石灰岩地区呈碗碟状或漏斗状的凹地。斗状的凹地。按成因可分为按成因可分为溶蚀漏斗溶蚀漏斗、沉陷漏斗沉陷漏斗和和塌陷漏斗塌陷漏斗三种。三种。溶蚀漏斗溶蚀漏斗是地面低洼处汇集的雨水是地面低洼处汇集的雨水沿节理裂隙垂直向下渗漏而不断溶蚀形沿节理裂隙垂直向下渗漏而不断溶蚀形成的。成的。在有较厚的松散沉积物或砂岩覆盖在有较厚的松散沉积物或砂岩覆盖的岩溶地区,如有通往地下的裂隙,水的岩溶地区,如有通往地下的裂隙,水流在下渗过程中,带走一部分细粒的砂流在下渗过程中,带走一部分细粒的砂和粘土物质,使地面下沉形成和粘土物质,使地面下沉形成沉陷漏斗沉陷漏斗。塌陷漏斗塌陷漏斗多是溶洞的顶
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