自然地理学-第三章 岩溶地貌

峰丛、峰林与残丘孤峰的空间组合
广西
二、地下喀斯特地貌
地下暗河
盲谷与干谷
喀斯特区的地表河下游消失于 落水洞或溶洞中形成的无出口 的河谷。又称断尾河。常发育 于地下水水力坡降变陡处，是 地下河袭夺地表河所致。
溶洞 溶洞的形态类型
洞穴堆积物可分为三大类型
➢ 化学堆积物
– 石钟乳stalactite、石笋stalagmite 、石柱column、 石幕和泉华等
– 如亚热带广西碳酸盐岩溶蚀量为0.12～0.3mm/a，是暖温 带的河北（溶蚀量为 0.02～0.03mm/a）的5～9倍。
岩溶水的垂直分带
1—垂直渗流带；2—季节变动带；3—水平流动带；4—深部循环带
– 垂直渗流带
• 位于地表以下至地下水的高水位之间 • 垂直入渗带的岩溶地貌发育规模小，且以垂直形态为主
„（4）老年期：地下河和溶洞大量崩塌，成为地面岩溶盆地和平原地貌 。此时石灰岩已大量蚀去，不透水层广泛出露。除了溶蚀平原上残 留少量的残丘及孤峰，地面起伏很小，形成一个准平原。
岩溶地区水文特征： （1）地表河网密度较小 „（2）地下径流往往大于地表径流 „（3）流域的非闭合现象 „（4）地下径流的复杂性与不均匀性
岩溶地貌的发育过程：
（1）幼年期：发育初期，可溶性岩石裸露，主要岩溶地貌类型是石芽、 溶沟，开始发育成漏斗和落水洞。
„（2）青年期：岩溶地貌进一步发育，地下洞穴大量发育，并且互相贯 通成为一个统一的地下水系统，地下水面以上，溶洞干涸，地下水 面以下的洞穴充水，形成地下河。
„（3）中年期：进一步发育，离地面较浅的溶洞开始崩塌，地下河局部 由于塌顶而成为地面河，地面逐渐被蚀低，溶蚀洼地、溶蚀盆地、 峰丛、峰林广泛分布。
云南罗平
贵州贵阳附近
溶蚀洼地：直径超过100米，最大可达1-2公里， 面积小于10km2
贵州兴义
贵州兴义
岩溶盆地与岩溶平原: 面积10~100 km2以上
云南罗平
峰丛、峰林与孤峰
峰林
孤峰
峰丛 Cockpit Country, Jamaica
Chocolate Hills, Philippines.
岩溶地貌
地下水和地表水对可溶性岩石进行破坏和改 造形成的地貌现象。
岩溶作用
可溶性岩石在地表水和地下水的化学过程 （溶解与沉淀）和物理过程（流水的侵蚀和沉积、 重力崩塌和堆积）的共同作用下，对可溶性岩石 的破坏和改造作用。
Guilin, China
黄龙五彩池
第一节 岩溶发育条件
岩石的可溶性
➢ 岩石的化学成分
老年期：
➢ 地下河和溶洞大量崩塌，成为地面岩溶盆地和平原地貌。此 时石灰岩已大量蚀去，不透水层广泛出露。除了溶蚀平原上 残留少量的残丘及孤峰，地面起伏很小，形成准平原。
二、影响岩溶地貌发育过程的因素
岩溶地貌发育程度主要取决于岩性、构造和气候 条件
➢ 岩层的产状、厚度、组合特征对岩溶发育有很大影响。在全部 由碳酸岩地层组成的地方，岩溶地貌成片发育；在碳酸盐岩与 非碳酸盐岩互层、交替出露的地区，岩溶地貌则呈带状分布。
• 一般石灰岩的原生孔隙度Porosity都很小, 小于3％，
透水性较弱。
• 岩石的透水性主要受由构造运动形成的断裂构造 (各种断层、裂隙)所控制。断层、裂隙不仅提供了水 进入岩体内部的通道，而且增加了水与岩石作用的 面积
水的溶蚀力
➢ 溶解于水中的CO2越多，水的溶蚀力就越强；水 中的Ca+2的含量越高，水的溶蚀力就越弱。 水中不同游离CO2时的碳酸盐类岩石溶解度： 纯水的溶解度11.5mg/L 含1mg/L CO2水的溶解度 60~50 mg/L
– 深部循环带
• 位于水平流动带之下，其下限很深。岩溶地下水的运动已不受当地 水文网的影响，主要受地质构造情况控制，具有承压性
• 岩溶作用非常微小
第二节 岩溶地貌类型
一、地表喀斯特地貌
石芽与溶沟
➢ 地表水沿岩石裂隙溶蚀、侵蚀而成的沟槽形态， 称为溶沟
– 溶沟深几厘米至几米，长几米至几十米 – 其发育受岩石的节理、裂隙和地形坡面的影响
第四节 岩溶地区水文特征
地表水大部或几乎全部流入岩溶岩层以 补给地下水，地表河网密度较小
地下径流往往大于地表径流
地表分水岭与地下分水岭常不一致，导 致流域常具有非闭合现象
由于可溶性岩石的裂隙分布复杂，地下 径流具有高度复杂性与不均匀性
Thin soil cover on hillslope
➢ 岩石的结构
– 岩石的结构与溶解度有密切关系。对于结晶的岩石，晶 粒越小，溶解度也越大。
岩石的透水性
➢ 岩石的透水性影响岩石的溶蚀速度和地下岩溶的发育
• 透水性不良的岩石，溶蚀作用只限于岩石表面，很 难深入岩石内部；
• 透水性好的岩石，地表和地下溶蚀都很强，地貌发 育也好。
➢ 透水性强弱取决于岩石的孔隙和裂隙大小和多少
小结
岩溶发育的基本条件 岩溶水的垂直分带及各带的岩溶发育特点 地表、地下岩溶地貌类型 岩溶地貌的发育过程 岩溶地区水文特征
岩溶发育的基本条件： （1）岩石的可溶性 （2）岩石的透水性 （3）水的溶蚀性 （4）水的流动性
岩溶水的垂直分带及各带的岩溶发育特点：
（1）垂直渗流带，岩溶发育规模小、以垂直形 态为主；
Vegetative roots and fractured bedrock significantly increase hydraulic conductivity
a
b
Loess Plateau Fragmental rock
6号 5号 4号
2号 3号
1号
日
日
In the karst region, hillslope surface runoff is usually less than 1% of precipitation, but for the extremely heavy rainfall, the surface runoff increases sharply.
➢ 温度越高，水的化学反应速度越快，溶蚀力越强 ➢ 气压越大，溶蚀力越强（水中CO2的含量与气压
成正比）
水的流动性
➢ 流水经常与空气保持接触，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。因此， 水体经常流动，能大大提高水的溶蚀力。
➢ 热带地区高温多雨，水流量大、水循环快，加上 气温高及生物作用强，岩溶发育最快。
（2）季节变动带，岩溶作用很活跃，岩溶地貌 的垂直形态和水平形态均很发育；
（3）水平流动带，岩溶地下水流动交换快，岩 溶水溶蚀力强、岩溶作用剧烈，常可形成规模很大 的水平溶洞或暗河；
（4）深部循环带，岩溶作用非常微小。
地表、地下岩溶地貌类型： （1）地表岩溶地貌：石芽与溶沟、落水洞、
岩溶漏斗、溶蚀洼地、岩溶盆地与岩溶平 原、峰丛、峰林与孤峰； （2）地下岩溶地貌：地下暗河、溶洞。
➢ 机械堆积物
– 河流沉积 – 湖泊沉积 – 崩塌沉积
➢ 生物堆积物
Blue Lake Cave, Brazil
Carlsbad Caverns National Park, USA
Jillabenan Cave, Australia
第三节 岩溶发育过程 及其影响因素
一、喀斯特地貌发育过程
坑底下边有地下河，小寨天坑是地下河的一个"天窗"。小寨天坑与天
井峡地缝属同一岩溶系统，天坑底部的地下河水由天井峡地缝补给，自迷
宫峡排泄；从天坑至迷宫峡出口地下河道长约4千米。小寨天坑当称"天下
第Hale Waihona Puke Baidu坑"，属当今世界洞穴奇观之一。
2008-09-22
岩溶漏斗：直径数十米，深数米至十几米
溶蚀形成的漏斗
➢ 构造条件对岩溶发育的影响，在大范围内主要反映在不同大地 构造单元的石灰岩沉积厚度、岩性变化、分布面积等差异导致 岩溶发育的差异；在小区域内主要表现在构造转折部位和断裂 破碎带的岩溶发育一般较强烈。
➢ 不同气候区的岩溶地貌形态、发展的速度和过程不相同。湿热 地区雨量丰富，气温高，地下水的流动性强，岩溶作用强烈； 干旱地区降水很少，地下水流动缓慢，地表岩溶作用微弱；寒 冷区多固体降水，并发育冻土，阻碍了地下水的流动，岩溶作 用极缓慢。
➢ 石芽为溶沟之间突起的石脊
– 高大的石芽称为石林。
溶沟 Karren
石芽
石林
云南罗平
Florida, 2008-09-23
位于距重庆奉节县城91 千米的荆竹乡小寨村。 "天坑"在地理学上叫" 岩溶漏斗地貌"。小寨 天坑坑口地面标高1331 米，深666.2米，坑口 直径622米，坑底直径 522米。坑壁四周陡峭， 在东北方向峭壁上有小 道通到坑底。
– 卤化盐类岩石: 如钾盐、石盐； – 硫酸盐类岩石:如硬石膏、石膏、芒硝等； – 碳酸盐类岩石Carbonate Rock: 如石灰岩limestone、白云
岩dolomite等。 – 溶解度： – 卤盐＞硫酸盐＞碳酸盐； – 在碳酸盐岩类中，CaCO3的含量越高，其他杂质含量越
低，其溶解度就越大。石灰岩＞白云岩＞硅质灰岩＞泥 灰岩
幼年期：
➢ 发育初期，可溶性岩石裸露，主要岩溶地貌类型是石芽、溶 沟，开始发育成漏斗和落水洞。
青年期：
➢ 岩溶地貌进一步发育，地下洞穴大量发育，并且互相贯通成 为一个统一的地下水系统，地下水面以上，溶洞干涸，地下 水面以下的洞穴充水，形成地下河。
中年期：
➢ 进一步发育，离地面较浅的溶洞开始崩塌，地下河局部由于 塌顶而成为地面河，地面逐渐被蚀低，溶蚀洼地、溶蚀盆地、 峰丛、峰林广泛分布。
– 季节变动带
• 地下水面随季节变化而升降, 地下岩溶水的流动方向随季节变化而具 有周期性变化
• 岩溶作用很活跃，岩溶地貌的垂直形态和水平形态均很发育，如溶 洞与暗河系统等
– 水平流动带
• 位于枯水期地下水面以下，处于常年有水的饱和状态
• 岩溶地下水流动交换快，岩溶水溶蚀力强、岩溶作用剧烈，常可形 成规模很大的水平溶洞或暗河
气候和构造条件的变化，会改变岩溶地貌发育 进程
➢ 气候变化引起岩溶作用强度的变化 ➢ 地壳的升降和褶皱引起岩溶地貌发育条件，特别
是溶蚀基准面的变化和水流循环交替条件的改变 ➢ 多层不同高程的水平溶洞，通常是受地壳运动的
影响和控制
人类活动对岩溶地貌的影响
➢ 采石、采矿 ➢ 地下水污染 ➢ 溶洞旅游