第五章岩溶地貌及其堆积物

第五章岩溶地貌及其堆积物

一、岩溶及其发育条件

（一）岩溶的概念

喀斯特〔Karst〕国内又称岩溶，是流水对可溶性岩石所进展的一种以化学溶蚀为主，机械剥蚀为辅的特殊地质作用，及其所产生的各种地质现象的总称。Karst 一名来源于南斯拉夫的一地名。

喀斯特作用〔karst process)—是水对可溶性岩石〔碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤素岩等〕以化学溶蚀为主，以流水冲蚀、潜蚀和机械崩塌作用为辅的地质作用。

喀斯特地貌(Karst landform)—指可溶岩(主要是分布最广的碳酸盐岩)经以溶蚀为先导的喀斯特作用，形成地面坎坷嶙峋，地下洞穴发育的特殊地貌。

（二）岩溶发育条件

1、岩溶发育的根本条件

〔1〕岩石的可溶性：取决于其成分和构造。

岩石的成分：可溶性岩石有三类：①碳酸盐类岩石如石灰岩、白云岩和泥灰岩等；②硫酸盐类岩石如石膏、硬石膏和芒硝等；③卤素岩类岩石如岩盐和钾盐等。

分布最广的石灰岩在含有CO2的水溶液中，将发生以下的溶蚀作用：CO2+H2 O →H2CO3水和CO2作用生成碳酸，碳酸与石灰岩发生反响生成重碳酸钙，重碳酸钙常呈Ca++和HCO3—离子形式溶解于水中而随水流失，其中也有一局部可以产生逆反响，重新沉淀形成碳酸钙。

如果水中二氧化碳含量越高，水的溶蚀力就越大。二氧化碳多来自于大气和土壤表层，可以不断得到补充。所以溶解流失的碳酸钙经常多于重新沉淀的碳酸钙。使石灰岩中产生许多空洞，促进了水流的冲刷和岩溶的开展。

在含有二氧化碳的水中，方解石的溶解度高于白云石，一般说，石灰岩比白云岩易于溶解。

岩石的构造：可溶性岩石的晶粒愈小，相对溶解度就愈大；隐晶质和细晶质的岩石溶解度较粗晶质高；不等粒构造比等粒构造的相对溶解度更大。这只是一般的

规律，实际分析中要从多方面综合考虑。

〔2〕岩石的透水性

岩石的透水性使水与可溶性岩石间有广泛接触的可能性，使岩溶不限于岩石外表，还能向深部开展。

岩石的透水性取决于岩石的裂隙发育和孔隙度的上下，而且裂隙比孔隙更为重要。因

此，在裂隙密集带上〔通常是断层带〕岩溶异常发育。可溶性岩石的孔隙度一般很小，但是在介壳灰岩、礁灰岩等岩石中孔隙度高，此外在灰质白云岩和白云质灰岩中，往往有许多小孔洞，其孔隙度也要高一些。

不过，值得一提的是，岩石的孔隙度高不等于透水性就好，透水性实际上取决于岩石的有效孔隙率，即那些相互连通的真正能透水的空隙占有率。

〔3〕水的溶蚀能力

水流中的游离性CO2, 一局部组成碳酸，在与CaCO3相互作用形成Ca(HCO3)2的过程中，又重新分解为CO2，实际上仅起到平衡作用；另一局部那么可以溶蚀CaCO3，在碳酸盐岩中形成空洞的称为侵蚀性CO2。

水的溶蚀能力与侵蚀性CO2的含量呈正比。CO2含于空气之中，也生成于土壤上层强烈的生物化学作用。随深度的增加，侵蚀性CO2含量逐渐减少，地下水的溶蚀能力逐渐下降。〔4〕水的流动性

影响地下水流动的因素：如果水在静止状态下，溶解就会到达饱和，只有水不断循环

流通，才能不断进展溶蚀。

地下水的流动性取决于降水量、水位差和透水条件。降水量和地下暗河上下游的水位差越大水流动就越快。所以在多雨湿润地区和新构造运动上升强烈的地区，溶蚀作用强。相反，干旱、降水少那么弱。新构造运动相对稳定地区，地下水循环系统水位差不大，溶蚀弱。岩溶孔洞越多，地下水流通条件就好，促使岩溶作用更加强烈。

地下水的流动形式：

隙流：渗流于可溶性岩石的孔隙和小裂隙内，特点是水流细小，不集中，流动较缓慢。

管流：聚集在岩溶孔洞和较大裂隙中，水流大而集中，流动较迅速，并可有局部承压现象。

脉流：管道水流进一步开展，主要管道与较小管道相通，互相保持水力联系，便形成了树枝状的地下水流。

网流：脉状水流进一步开展，并互相连接，扩大了地下流域，增加了岩体内的管道密度，在较大范围内具有统一的地下水面。

在山区由于地壳上升或地质构造比拟复杂，管道系统之间互不联通，造成孤立水流。平原地区，地壳相对长期稳定或下降，可使溶蚀作用得到较均匀的开展，形成明显的地下流域，具有统一的地下水面。

地下水的垂直分带：在可溶性岩石的内部。岩溶发育不仅具有管道和周围岩体之间的不

均匀性。还有从地表向地下深部的垂直发育的不均匀性，表现为岩溶

孔洞的发育程度、延伸方向和形态等，都有显著的不同。

垂直循环带：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。

水平循环带：地下水高、低水位之间，雨季形成溶洞〔石钟乳、石笋、石柱〕，地表形成溶蚀洼地、坡立谷、峰林。旱季形成落水洞。完全饱水带，低水位

以下，溶洞→联接成暗河。

虹吸管式循环带：与水平循环带逐渐过渡，没有明显的界限，水交替运动缓慢，流量

也较小。

深部循环带：裂隙不发育，地下水运动缓慢，蜂窝状溶蚀小孔。

2、影响岩溶发育的因素

〔1〕气候的影响：主要表现在降水量和气温的变化上。温暖、潮湿地区岩溶发育；寒冷、枯燥地区岩溶不发育。

〔2〕地质构造因素：主要是裂隙发育程度、延伸方向、组合形式及地层构成情况和产状

等起作用。一般说，裂隙制约了岩溶发育的方向、构式和程度。裂

隙发育的岩体内，岩溶也发育。可溶性岩层的厚度及非可溶性夹层，

制约了岩溶发育的深度。

水平与缓倾岩层构造区，同一可溶性岩层在地表大面积分布，促使岩溶均匀分布，形成

单一的地貌景观。地下水垂直分带规律表现最明显，所以岩溶地貌

垂直分带也最清晰。

单斜构造区，岩层倾角增大，倾角越大，地下水循环越强烈，岩溶化程度也越高。

褶曲：背斜：轴部拉X节理发育，岩溶发育；

向斜：轴部节理发育并汇水，岩溶发育。

断层：正断层：断层破碎带及影响带，岩溶发育；

逆断层：断层破碎带及迎水一侧影响带或主动盘影响带，岩溶发

育。

〔3〕岩性及岩层产状的影响：岩性越纯，岩溶越发育。不同岩性接触时，隔水层上方岩

溶发育。陡倾、直立岩层，顺岩层面岩溶发育。

〔4〕地壳运动影响：稳定时期，水平溶洞发育。抬升时期，垂直落水洞发育。

3、岩溶发育的阶段性与多代性

岩溶的发育是一个缓慢的地质过程，和其它自然现象一样，必有其发生、开展和消亡过程。

在岩溶发育条件长期稳定的条件下，它要经过幼年、青年、中年期到老年期，完成一个岩溶的发育旋回。每个阶段都有相应的岩溶形态类型。实际上，岩溶的发育大多是多旋回的，且有些旋回在时间上有重叠。

4、溶洞的成层性

溶洞成层的原因在于作为岩溶水排泄基准面的河流，因地壳构造运动在上升—稳定—再上升的交替变化过程中，河流地质作用相应地产生下蚀—旁蚀—再下蚀的交替变化，由此岩溶水的运动产生垂直—水平—再垂直的变化，溶洞也就具有垂直的管道和水平的溶洞交互出现，从而形成相互叠置的成层溶洞。