第七章 喀斯特地貌.ppt

第七章 喀斯特地貌,概述,水对可溶性岩石（碳酸盐类、硫酸盐类、卤酸盐类等）发生的破坏和改造作用及其形成的一系列地貌。,一、Karst,二、我国喀斯特地貌发育概况,我国喀斯特地貌分布广、面积大、发育也很典型，主要分布在石灰岩出露地区，约占全国总面积的13%，以桂、黔、滇东为主（例如：桂林山水、路南石林）。,三、喀斯特的价值和不良影响,现已探明石油储处多在石灰岩溶洞中，约有一半在该地貌中。地表奇峰异石，地下有众多溶洞，各种造型景观奇特，为丰富的旅游资源。地下洞穴埋藏的古生物和古人类化石有重大科学价值。,价值,不良影响,喀斯特地区的土壤主要来源于碳酸盐岩石风化后形成的残渣，形成1cm厚的土壤需要2000年至3000年，甚至更长的时间。岩石被风化后，溶解于水然后被流走的部分远大于以泥沙形式保留或被搬运的部分。,喀斯特地区成土难保土更难。目前喀斯特区域的表层土粒处于减少阶段，即土层处于负增长状态，促成了岩石裸露的石漠化趋势。土层浅薄、土质贫瘠，水土流失严重，环境变化敏感，生态环境脆弱，已经成为中国最为典型的脆弱生态区之一。,不良影响,第一节 喀斯特作用,凡是水对可溶性岩石以化学过程（溶解和沉淀）为主，机械作用（流水侵蚀与沉积，以及重力崩塌和堆积等）为辅的破坏和改造作用（不仅发生在地表，更多的是在地下）。,一、喀斯特作用的含义,CaCO3+CO2+H2O 2HCO3-+Ca2+,二、喀斯特作用的化学过程,以上反应为可逆过程，当大气中的CO2溶于水，一部分与水结合为H2CO3溶解固体CaCO3，另一部分保持气体状态。当水中气态的CO2减少或空气中CO2含量降低，则发生CaCO3的重新沉淀。,主要取决于岩石成分和结构：石灰岩质含量增加，溶解度增加，铝质，铁质、硅质含量增加，溶解度降低。一般情况下，颗粒粒径小，溶解度大。,三、喀斯特作用的基本条件,（一）岩石可溶性,归纳起来是“四性”。岩石可溶性和透水性，水的流动性和溶蚀性。,岩石透水性影响着水向地下的渗流，并关系到地下喀斯特作用的进行，岩石孔隙度和裂隙度对岩石透水性影响最大，而裂隙度大小与岩石的构造、纯度和厚度等有关。,（二）岩石透水性,岩石的空隙类型,孔隙,水的溶蚀力随深度增加而降低。,（三）水的溶蚀力,（四）水的流动性,水的流动性可增大溶蚀力。水的流动性主要取决于气候条件:热带温带寒带湿润地区半湿润地区半干旱地区干旱地区,四、喀斯特水的动态(分四个带）,（一）垂直渗透带,位于地面以下至丰水期潜水面以上，平时少水，仅雨季或融雪季节才有大量水流。厚度取决于潜水面的位置。该带常发育垂直性洞穴。,（二）季节变动带,位于丰水期潜水面与枯水期潜水面之间，受季节性水位影响明显。雨季潜水面上升，该带水运动方向为水平，平时少水，潜水面下降，水流沿着重力方向运动，如此反复变化，有利于垂直、水平和倾斜的地下溶洞发育。,（三）水平流动带,位于枯水期潜水面以下，直到谷底补给河流喀斯特水的深处为止。该带地下水常年存在，水流总是排入河谷，流动的方向接近水平，且有自由水面。但在谷底深处，地下会有承压性，故水流向上。这里有活跃的水质交替和混合，故溶解力较强，可呈大规模的水平溶洞。,（四）深部滞流带,水流极缓慢，甚至停滞，水质交替很弱，水流有承压性，水流方向不受主河谷影响，而向远处构造盆地或减压 带排泄，如果近海则从海底涌出，该带仅见数量不多的蜂窝状小洞穴。,第二节 喀斯特地貌,1、溶沟 地表流水沿岩石表面和裂隙流动时所溶解的石质小沟称溶沟。2、石芽 石芽是突出于溶沟之间的石脊,一、地表喀斯特地貌,（一）溶沟与石芽,溶沟与石芽,3、石芽地,当石芽与溶沟连成一片，构成广阔的地面时，就称石芽地。裸露在地面的石芽因形态不同可分山脊式、石林式和车轨式。,热带土壤空气CO2含量高，地下水有较多的H2CO3，可溶蚀土层下的石灰岩形成石芽和溶沟，但因在地下未受雨水冲刷，故石芽外形圆滑，溶沟深度不大。,4、埋藏石芽,（二）溶斗与落水洞,溶斗是一种碟形、漏斗形、圆筒形的小型封闭式圆洼地（深度一般小于直径）。当喀斯特谷底溶斗呈串珠状出现时，暗示着可能有地下河存在，因此常作为喀斯特地区寻找地下水的指示性地貌。,1、溶斗（喀斯特漏斗）,开口于地面而通往地下深处裂隙、地下河或溶洞的洞穴。落水洞的深度比宽度大得多。落水洞形态主要有两种：一是裂隙状落水洞，形态狭长，作一定倾斜和曲折向地下延伸，分布最广；二是井状落水洞，深度和宽度都很大。落水洞成因除了溶蚀作用外，更重要在于重力和侵蚀作用。,2、落水洞,是一种面积较大的椭圆形封闭洼地，四周多被低山、丘陵、峰林等围绕。底部堆积着2-3m厚的红土层，当洼地底部排水系统堵塞后（发育后期）积水成湖。,（三）溶蚀洼地和溶蚀谷地,1、溶蚀洼地,是喀斯特地区一些宽阔而平坦的谷地，或者盆地两侧多被峰林夹峙，谷坡急陡，但谷底平坦，横剖面如槽形。谷地内常有过境河穿过，由一端流入，至另一端潜入地下。在河流作用下，谷地不仅迅速扩大，还堆积了较厚的冲积物。此外，还残留石灰岩残积红土及低矮的石灰岩孤峰或残丘。,2、溶蚀谷地,盲谷是死胡同式河谷，前方常被陡崖所挡，河水从崖下落水洞潜入地下，变成地下河。盲谷前端的落水洞还会向上游迁移，表示地下河不断向河流上游袭夺。,（四）干谷、盲谷和地下河,1、干谷,2、盲谷和地下河,喀斯特区往昔的河谷（今已无水或仅洪水期有水）。,峰丛顶部山峰分散，基部连成一体，地势较高，侵蚀较轻微，是位于垂直渗透带上的峰林集合体。,（五）峰丛、峰林和孤峰,1、峰丛,成群的石灰岩山峰基部分离或微微相连，接近地下水位线。是地壳长期稳定下石灰岩体遭受强烈破坏并深切至水平流动带所成的山群。与其相伴多是大型溶蚀谷地和深陷溶蚀洼地等。,2、峰林,散立在溶蚀谷地或溶蚀平原上的低矮山峰，是长期喀斯特作用的产物。如桂林独秀峰，伏波岩。,3、孤峰,（六）岩溶盆地和岩溶平原,岩溶盆地是一种大型的岩溶洼地，边缘略陡并发育峰林。多分布于地壳相对稳定地区。,岩溶盆地继续扩大形成岩溶平原，地表覆盖红土并发育孤峰残丘。,溶洞：地下水对可溶性岩体各种裂隙溶蚀，侵蚀扩大而成的地下空间。多个溶洞连通组合成一个整体时，可称为洞穴系统，溶洞形成后期还会受到构造影响，形成穿洞、峡谷、天生桥等地貌。,二、地下喀斯特地貌,（一）溶洞的发育,（二）溶洞地貌,1、溶蚀地貌,发育在潜水面附近的水平溶洞，经常受自由水面溶蚀和侵蚀作用，形成向洞顶凹入的弧面，槽洞两侧边壁有边槽，如果地壳上升，在原边槽下方又成一新边槽。,2、堆积地貌,多种多样，最常见的是大量的CaCO3化学堆积，并构成了各种堆积地貌，如石钟乳、石笋、石幔和边石堤等。,（1）石钟乳（垂直于洞顶的倒锥状CaCO3堆积体）,因洞顶渗入的地下水CO2含量较高，对石灰岩有较强的溶蚀力。溶解成饱和态的CaCO3在水滴表面结晶为极薄的钙膜，水滴落下时，钙膜破裂，残留下来的CaCO3便与顶板连结成为钙环。由于下渗水滴不断供应CaCO3，钙环不断下伸，形成细长中空的石钟乳。,与石钟乳方向相反、位置相对。当水滴从石钟乳上跌落至洞底时，变成许多小水珠或流动的水膜，使原已含过量CO2的水滴有了更大的表面积，CO2逸散，产生CaCO3堆积。,（2）石笋（由洞底往上增高的CaCO3堆积体）,石钟乳与石笋相对增长，直至两者连成石柱，由洞顶下渗的水溶液，继续沿石柱表面堆积，使石柱加粗。,（3）石柱,含CaCO3的水溶液在洞壁漫流，因CO2迅速逸散而产生片状、层状的CaCO3堆积，表面由弯曲的流纹，高达数十米。,（4）石幔,是在洞底，尤其是底部两边的堤状积水成池，称为边石池或石田。,（5）边石堤,第三节 喀斯特地貌的发育,披覆在石灰岩上的非溶性被剥除，石灰岩体露出地面后，喀斯特开始发育。地表水流，包括河流作用仍占优势，但地面上已出现溶沟、石芽、溶斗、落水洞等漏陷地貌。,一、喀斯特地貌的发育阶段,（一）早期,是喀斯特地貌发育最盛，也是地下水占优势的时期。地表水大部分转入地下（主河流除外），形成地下水系和地下洞穴系统。地面十分干旱，并广泛发育出溶蚀洼地，干谷和盲谷等，此后，许多地下河和溶洞顶部崩塌，出露后成地表河或峡谷等。地面切割及十分破碎，产生许多深陷洼地，大型溶蚀谷地、峰丛和峰林等地貌。,（二）中期,当地下水及溶洞大量崩塌，溶蚀谷地，洼地不断扩大，以及可溶性岩层之下的非溶性岩层广泛出露时，地表水系又发育起来，河流作用重新占上风，此期发育出广阔的溶蚀平原，平原上还堆积着石灰岩残积红土、峰林蚀余的孤峰与残丘。,（三）晚期,1、喀斯特作用的含义及化学过程？2、喀斯特地区的开发利用价值与弊端？3、喀斯特作用的基本条件？4、石钟乳是如何形成的？,思考题,