岩溶发育的基本条件

卤盐类岩石-岩盐
岩盐常用以表示由石盐组成(化学成分为 NaCl的岩石)一般石盐常用来指岩盐。因 为它们都是由盐水在封闭的盆地中蒸发而 形成盐矿床，因此也被称为卤化物矿物。 石盐矿层一般厚几米到300多米，而在干 旱地区则以盐霜的形式出现，在盐泉附近 以蒸发产物出现，在火山地区以升华物产 出。
石膏
孔隙的成因类型有：
（1）粒间孔隙 指存在于各颗粒之间的孔隙，是在沉积时由颗粒之间的相
互支架形成的原生孔隙。此种孔隙具有较高的孔隙率和较好的渗透率，常见 于灰岩。
（2）粒内孔隙 在沉积前颗粒生长过程中形成的原生孔隙，如生物体腔内
的孔隙。这种孔隙的绝对孔隙度可以很高，但有效孔隙度不一定大，渗透性 不好。
表6 气候带岩溶发育情况
气候带 热带 亚热带 温带
年平均气温（℃） 年降雨量（mm）
>20
>1500
15~20
800~1500
<15
<800
岩溶发育 地表、地下岩溶都很发育 地表、地下岩溶发育，但程度、规模比热带小 只发育地下管道式岩溶，地表岩溶不明显
太平洋中的新几内亚岛位于赤道带，岛上有高山，山顶皑 皑积雪。据实地考察，该岛高山随海拔高度的变化，岩溶地貌 也发生相应的变化，岩溶具明显的垂直分带性。
就水而言，必须有溶蚀力，其次水是流动的。
因此，岩石的可溶性、透水性和水的溶蚀性、 流动性就成为岩溶作用和岩溶发育的基本条件。此 外，气候、地形、生物和土壤等自然条件也作为岩 溶发育的外因。
第二节 岩石的可溶性
一、可溶性岩石分类
可溶性岩石的化学成分、矿物成分和岩石结构对岩溶的发育 速度、发育程度和发育特征都有明显影响。按岩石的化学成分和 矿物成分不同，可溶性岩石基本上可分为三类： （1）卤盐类岩石：石盐、甲盐 （2）硫酸盐类岩石：石膏、芒硝； （3）碳酸盐类岩石：石灰岩、白云岩及其过渡岩石； 就溶解度而言，卤盐>硫酸盐>碳酸盐。但卤盐和硫酸盐在自然界的 分布很少，而碳酸盐岩分布广泛。因此，碳酸盐岩形成的岩溶现 象要普遍得多、典型得多。
白云岩
第三节 岩石的透水性
可溶性岩石的透水性取决于岩石的孔隙和裂隙。 对岩石来说，裂隙比孔隙更重要。
一、酸盐岩的孔隙和裂隙 1．孔隙 孔隙特点：
孔隙是碳酸盐岩主要结构组分之一，随沉积物的颗粒类 型、大小、形状、圆度、分选，以及充填在颗粒之间的胶 结物的含量而变化，还受成岩过程、溶蚀作用和沉积后矿 物变化的影响。
Ca2+ + 2HCO3-
水中的CO2不断消耗，破坏了外界平衡，必然要 吸收外界的CO2，达到新的平衡关系，这样不断补充 新的能量，使反应链进行下去，岩石逐渐溶解。另外，
温度是不可忽视的因素，估计温度每增加10度，反应 速度约提高1倍，热带灰岩的溶蚀速度比高山和极地 高出4倍。
第五节 岩溶水的运动
研究证明，CO2主要来自于土壤层，在土壤中有
亿万微生物在制造CO2。岩溶发育与生命活动密不可 分。另外，大的洞穴不是靠水的溶解作用形成的，溶蚀 作用只是在岩溶发育的初期和早期起主要作用。当发
育了紊流通道后，地下水的冲蚀、侵蚀就居于主导地
位。
二、碳酸盐岩溶蚀的化学机制
碳酸盐岩溶蚀过程的化学机制是CO2、水和岩石间的化 学反应过程。过程为：
孔隙度是碳酸盐岩储水性和透水性的一个主要参数。可以 根据岩石的比重、容重求得。但在生产实践中，通常用到的 指标有：空隙率、溶孔率、溶洞率。
空隙率是指岩石单位体积内含有的孔隙和裂隙的体积（M3/M3）；
溶孔率是指已溶蚀岩石单位体积内细小溶孔所占有的体积 （M3/M3）；
溶洞率是单位面积内溶洞的体积（M3/KM2）；
石膏
碳酸盐岩
❖ 碳酸盐岩是主要由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉
积岩。
❖ 石灰岩和白云岩是碳酸盐岩的主要岩石类型。 ❖ 碳酸盐岩分布很广 ，在沉积岩中居第三位 。
碳酸盐岩的成分特征
化学成分： 主要化学成分：CaO、 MgO、 CO2 次要化学成分：SiO2、 TiO2 、Al2O3、FeO、 Fe2O3、 K2O、
石膏是一种矿物名，主要化学成分 是硫酸钙（CaSO4），主要是古代盐湖或潟湖的 沉积物。石膏用作一种农业肥料，可以改良碱性 土壤，用于一般中性或酸性土壤，可以改善土壤 结构。广泛用于工业材料、医学材料和建筑材料。 可用于水泥缓凝剂、石膏建筑制品、模型制作、 医用食品添加剂、硫酸生产、纸张填料、油漆填 料、骨折固定等，也能做为黑板用的粉笔。
大不同。
(1) 温 度
表5 白云岩的溶解量
温度（℃）
25 50
每小时溶解量（毫克/公斤）
MgCO3 0.20
CaCO3 0.42
0.22
0.69
总量
0.62 0.91
（2）雨量 降雨多，可以影响水的渗透条件和水的交替运动，使新鲜
的CO2不断得到补充，溶蚀作用大大增强。
（3）岩溶发育随气候变化呈分带性
是垂直循环带逐渐向水平循环带过渡的中间区 域，水流运动方式随季节的变化而有所改变。在丰 水期，潜水面升高，水力坡降减小，从地表渗下的 水流以近似水平运动为主，流量增大，对岩土体的 横向冲刷作用也增强；而在枯水干旱季节，地下水 位降低，渗径减短，水力坡降增大，但流量减小， 地下水将以垂直方向运动为主。
（3）结壳孔隙或生物骨架孔隙 在原地生长的造礁生物骨架之间留下的
孔隙，具有较高的孔隙度和渗透率。
（4）泥晶孔隙
（5）晶间孔隙
（6）溶蚀孔隙
2．裂隙
裂隙成因类型：
（1）构造裂隙
岩石受构造应力的作用而产生的裂隙。其特点是边缘平直、延 伸远，有一定方向，成组分布。构造裂隙是最主要的裂隙类型， 也是地下水最主要通道。它的形成、方向、性质和密度，在很大 程度上决定于该区的褶皱与断裂错动 3 4
又称为充气带，位于潜水位之5 上，平时一般 无水或不为水充满；在降雨过程中，水从坡面及地 表沿土的孔隙或基岩垂直裂隙向下渗透，溶蚀和机 械冲刷作用都较弱。本带的深度取决于潜水面的位 置，地下水位埋藏越深，垂直循环带厚度越大，机 械冲刷力越小，对表层岩土体的稳定越有利。
（2）季节变化带
（2）层理裂隙
指原生层理裂隙，它是在岩石形成过程中产生的。当岩层平缓 或微微倾斜，这种裂隙对岩石的透水性起着决定性作用。
（3）风化裂隙
分布在地表最上层的由于风化作用使岩石上层的构造裂隙和层 理裂隙变宽形成的。
裂隙分布特点：
（1）在垂直剖面上，往往发育在一定层位，具层位 性，主要受岩性控制（是内因）；岩石的脆性越大， 裂隙越发育。
CO2进入水中转变为溶解的CO2： 大气、土壤层CO2
溶解CO2
溶解的CO2与水作用形成碳酸： CO2+H2O
H2CO3
碳酸的离解： H2CO3
H+ + CO32-
碳酸钙的溶解： CaCO3
Ca2+ + CO32-
碳酸离解的H+与碳酸钙溶解的CO32-化合： H++CO32-
HCO3-
CaCO3+ CO2+ H2O
岩 溶 学及 应 用
第二章 岩溶发育的基本条件
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
概述 岩石的可溶性 岩石的透水性 岩溶水溶蚀力 岩溶水的运动 岩溶发育的自然因素
第一节 概述
可溶性岩石是岩溶发育的物质基础，水是岩溶发 育的基本条件。
就岩石而言，首先必须是可溶的，其次必须是透 水的，这样水才能与它们发生作用。
Na2O、 H2O等 石灰岩的化学成分： CaO占42.61%; MgO占7.9%; CO2占41.58%;
SiO2 占5.91%, (纯)白云岩的化学成分：CaO占30.4%; MgO占21.8%; CO2占 47.8%;
碳酸盐岩的成分特征
（二）同位素： A. 18O/16O：区分海陆相、古海水盐度、水温变化、海陆变迁 B. 13C/12C 和14C ：区分海陆相、古海水盐度、水温变化、海陆 变迁, 14C定年。
根据方解石、白云石、粘土（或砂）相对含量划分的岩石类型
石灰岩(Limestone)简称灰岩， 以方解石为主要成分的碳酸盐 岩。有时含有白云石、粘土矿 物和碎屑矿物，有灰、灰白、 灰黑、黄、浅红、褐红等色， 硬度一般不大，与稀盐酸反应 剧烈。
白云岩，是一种沉积碳酸盐岩。主要由白云石组成，常 混入石英、长石、方解石和粘土矿物。呈灰白色，性脆，硬 度小,用铁器易划出擦痕。遇稀盐酸缓慢起泡或不起泡，外貌 与石灰岩很相似。较石灰岩坚韧。在冶金工业中可作熔剂和 耐火材料，在化学工业中可制造钙镁磷肥、粒状化肥等。此 外，也用作陶瓷、玻璃配料和建筑石材。另外福建漳州有名 为白云岩的景点
三、影响碳酸盐岩透水性的其他因素
1．不透水岩层和透镜体的影响 2．岩层的产状和厚度的影响
第四节 岩溶水溶蚀力
一、 CO2的来源
水的溶蚀力是岩溶发育的必要条件。 天然水的溶蚀力主要取决于其中的碳酸含 量，即游离的CO2。
过去一般认为，大气降水是溶蚀水的 主要来源，这是一种误解，仅仅靠雨水中 CO2的是很难溶解可溶性岩石的，即便是 雨水，那也只能在近地表附近几米深处溶 解一些石灰岩，但在地下深处形成巨大溶 洞和通道，就无能为力了。
表7 新几内亚岛高山岩溶的垂直分带
岩溶形态 石林 峰林 岩溶丘陵与洼地 溶沟
最大发育带高度（海拔，m） 0~200 0~1500
2600~3700 3500~4500
二、植被、土壤对岩溶发育的影响
1．植被对岩溶作用的影响表现为三方面： （1）植物根部的机械破坏作用以及分解的植物残余物、
腐殖质，能产生大量的游离CO2。
水对可溶性岩石进行溶蚀、侵蚀破坏时，必然伴随着地下水 的运动和交替。岩溶地下水的动态变化因地而异，主要决定于岩 石的透水程度、补给条件和排泄条件。