岩溶地貌

第四章岩溶地貌
一、喀斯特简介
◆地表水和地下水对可溶性岩石的破坏和改造作用称为喀斯特作用，即水对可溶性岩石
的溶蚀、冲蚀、堆积，以及重力崩塌的总称。

以化学溶蚀作用为主，机械侵蚀作用为辅。

或：在可溶性岩石地区，凡是以地下水作用为主，地表水作用为辅；以化学作用为主，机械作用为辅，对可溶性岩石的溶解破坏的过程
◆喀斯特作用所形成的地表形态和地下形态称为喀斯特地貌。

◆喀斯特作用及其所产生的水文现象和地貌现象统称为喀斯特（ Karst ）。

二、喀斯特发育的条件
1、岩石的可溶性
◆岩石的可溶性主要取决于岩石的化学成分与岩石结构。

◆三大类可溶岩：
①卤盐类如钾盐、石盐；
②硫酸盐类如硬石膏、石膏、芒硝等；
③碳酸盐类如石灰岩、白云岩等。

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；
◆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。

2、岩石的透水性
◆岩石的透水性对岩石的溶蚀速度和地下岩溶的发育有着重大影响。

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。

一般石灰岩的原生孔隙度都
很小＜3％，透水性较弱；岩石的透水性主要受由构造运动形成的各种裂隙所控
制。

◆总之，岩石构造越破碎、岩石纯度越高、岩层越厚，则透水性就越好；
3、水的溶蚀力
◆水的溶蚀力取决于水的化学成分、温度、气压等方面因素。

◆水中酸的含量越高，溶蚀力也越强；酸的来源主要由大气中的CO2溶入水中而
成。

◆温度越高，溶蚀力越强；虽然水中CO2的含量与温度成反比，但水的化学反应
速度与温度成正比。

◆气压越高，溶蚀力越强；水中CO2的含量与气压成正比。

◆气候越湿热，水的溶蚀力就越强，喀斯特发育就越快。

4、水的流动性
◆经常流动的水体，能大大提高水的溶蚀力。

◆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。

◆处于流动状态的水，有时虽然达到饱和，但当几种不同浓度的饱和溶液混合后，
可变为不饱和而重新获得溶蚀能力。

◆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。

三、岩溶作用类型
1、地下水的潜蚀作用
2、地下水的搬运作用
3、地下水的沉积作用
1 ．地下水的潜蚀作用：
地下水在运动过程中对周围岩石的破坏作用称为地下水的潜蚀作用。

由于地下水的
化学成分较复杂，常含有较多CO2和各种溶剂，因而化学潜蚀作用显著。

地下水的运动特征：
地下水的垂直运动与岩溶地形在包气带，地下水主要作垂直运动，因而岩溶地形也沿垂直方向发育，主为有溶沟、石芽、落水洞、溶斗等。

地下水的水平运动与岩溶地形在潜水面附近，地下水作近于水平方向运动，因而溶蚀作用沿水平方向发展。

岩石经溶蚀后形成水平方向延伸的溶洞。

2．地下水的搬运作用：
主要为化学搬运，化学搬运物的成分和数量，取决于地下水渗流区的岩石性质和风化程度。

一般来说，温度高、压力大、流速快、CO2和酸类物质含量高时,其溶运能力强；反之，则较弱。

3．地下水的沉积作用：
溶洞沉积物在灰岩区，当溶有重碳酸钙的地下水渗入溶洞时，压力突然降低，水
中溶解的CO2逸出，形成CaCO3沉淀。

地下水在洞顶渗出形成悬挂
的锥状沉积物称石钟乳；地下水滴至洞底形成向上增长的笋状沉积物
称石笋；当石钟乳和石笋连接在一起时称为石柱；它们统称为钟乳石。

若地下水沿洞壁渗出，可形成帷幕状的沉积物，称为石幔。

泉华沉积物当泉水流出地表时，因压力降低、温度升高，地下水中的矿物质发生
沉淀，沉淀在泉口的疏松多孔物质叫泉华。

成分为CaCO3时，称为
钙华或石灰华；以SiO2为主时称为硅华。

泉华可堆积成锥状、台阶
状或扇状地貌。

四、岩溶形成条件及溶蚀基准面
一）岩石的可溶性
岩石的可溶性是发生岩溶作用的必要条件。

岩石的可溶性主要取决于岩石的化学成
分，岩溶作用主要发生在灰岩、白云岩发育的地区。

1．岩石成分对溶蚀率的影响一般来说，碳酸盐类岩石溶解度，从大到小: 石灰岩>白云岩>硅质灰岩>泥灰岩
2．岩石结构对溶蚀率的影响
结晶岩石的晶粒愈小，相对溶解速度愈大在，隐晶结构一般具有较高的溶蚀率。

不等粒结构石灰岩比等粒结构石灰岩的相对溶解度要大。

矿物种类：方解石为主岩溶发育，以白云石为主岩溶不发育。

化学成分：Ca/Mg比值越大，岩溶作用越强。

相对溶解度：溶解度越大，岩溶作用越强
二）岩石的透水性
透水性强的岩石利于岩溶作用的进行。

在这些岩石中的地下水运动速度相对较快，新鲜的地下水不断补充，使它处于不饱和状态，具较大溶蚀能力。

（1）成分纯、刚性强的岩石透水性好。

（2）厚层的可溶性岩石较薄层可溶性岩石的透水性好。

（3）构造发育的地质岩溶作用强，褶皱和断裂作用使岩石的破裂程度加大，从而使透水性大大增强。

三）水的溶解性
水的溶解力主要取决于CO2的含量，纯水的溶蚀力是极其微弱的。

水中CO2的含量受气压与温度的影响。

四）水的流动性
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CaCO3所饱和。

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力。

垂直循环带：
又称包气带，位于地表以下，最高岩溶水位之上同，以垂直运动为主。

季节变化带：
为最高岩溶水位及最低岩溶水位之间的地带。

水流呈垂直运动及水平运动交替出现。

饱水带：
为在最低岩溶水位以下，受主要排水河道所控制的饱水层。

上部为水平流动亚带
下部为虹管式流动亚带
五）溶蚀基准面
岩溶作用的下限称溶蚀基准面。

溶蚀基准面可分为局部性的和终极性
深部循环带：
地下水的流动方向不受附近水文网排水作用的直接影响，而是由地质构造决定。

五、岩溶地貌
一）地表岩溶
地表喀斯特地貌
1、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，沟
间突起称为石芽；高大的石芽称为石林。

2、漏斗（溶斗）与溶蚀洼地：漏斗是漏斗形或碟形的封闭洼地；深几米至十几
米，直径几米至＜100m，主要分布在喀斯特高原面上。

溶蚀洼地通常由漏斗
扩大合并而成，直径＞100m。

3、落水洞：落水洞为地表水进入地下河的主要通道；深几十米至几百米，宽度
一般＜10 m。

主要分布在溶蚀洼、地底部以及喀斯特斜坡上。

4、坡立谷与喀斯特平原：坡立谷（Polje），即溶蚀谷地，俗称“坝”、“坝子”，
宽几百米至几公里，长几公里至几十公里，在一定构造条件下经长期溶蚀、
侵蚀而成；喀斯特平原，达数百平方公里，由坡立谷发展而来。

5、峰丛、峰林、孤峰与残丘：
峰丛，一种连座峰林，其基部相连、顶部分散为一个个山峰（＞1／2相连）；
峰林，石灰岩石峰分散或成群分布在平地上，远望如林（＜1／2相连）。

其
相对高度为100 — 200m，坡度＞45°；
孤峰，竖立在喀斯特平原上的孤立石灰岩山峰，相对高度几十至百余米；残
丘，孤峰进一步发育而成，相对高度十几至几十米。

6、岩溶丘陵：岩溶丘陵与溶蚀洼地的组合，是亚热带喀斯特的典型形态。

岩溶
丘陵相对高度 100 ～ 150 m ，坡度较和缓，不具峰林形态。

7、喀斯特地貌组合：
热带喀斯特地貌组合依发育阶段的差异，可分
为：峰丛——洼地（或漏斗）；
峰林——洼地；
峰林——谷地；
孤峰、残丘——平原；
从云贵高原边缘到广西盆地中心，依次出现上述喀斯特地貌组合。

8、盲谷、断头河与干谷：
盲谷在岩溶区，有的河流突然终止于石灰岩壁，有时又会从岩壁另一侧流出
前方没有出口的河流称为盲谷。

断头河由岩壁下流出或由地下河补给的地表河流称为断头河。

干谷地表河因水流转入地下，所遗留的高于地下水位的干河道称为干谷。

二)地下岩溶地貌
1 ．溶洞:岩溶作用所形成的地下岩洞的通称。

2 ．地下河、伏流与地下湖
地下河又称暗河，是具有河流主要特性的位于岩溶区地下的有水通道。

伏流为地表河流经过地下的潜伏段。

地下湖是指天然洞穴中具有开扩自由水面的比较平静的地下水体。

六、岩溶堆积物
一）地表岩溶堆积物
1 ．赭土（蚀余红土）
地表碳酸岩盐被溶蚀后原岩中残留的粘土杂质。

由于含次生氧化铝和氧化铁
而成红色，有时含未被溶蚀的灰岩角砾。

与典型红土的区别：成因不同
产状不同
二）地下岩溶堆积物
1 ．洞穴化学沉积物
1）滴石：由洞中滴水形成的方解石及其他矿物沉积，其形态多样。

石钟乳是地下水沿着细小的孔隙和裂隙从洞顶渗出而进入溶洞空间，随着
温度的升高，压力的降低，水中Ca（HCO3）变得过饱和， CaCO3就围绕
着水滴的出口沉淀下来，逐渐形成一种自洞顶向下生长的碳酸钙沉积体
体。

石笋是由于水滴从石钟乳到洞底时散溅开来，促使水中的CO2进一步扩
散，剩余的Ca（HCO3）再分解，形成由下向上的笋状碳酸钙沉积体。

石柱石钟乳为断地向下长，与之对应的石笋也同时向上生长，两者相连后
所形成的柱状体。

2）流石：洞内流水所形成的方解石及其他矿物沉积。

边石是地下水流过洞底积水塘时，在其边缘形成的碳酸钙沉积。

石幔为饱含碳酸钙的薄层水，从洞顶或洞壁裂隙流出，沉积的波状或褶状
的流石
2 ．洞穴崩塌堆积：
洞内伴随着岩溶作用过程从洞顶、洞壁、洞口崩塌的岩石、碎石的角砾堆
积物的通称。

3 ．地下河湖堆积：主要是具有层理的沙土和砾石，成分比较单纯。

4 ．动物化石堆积
5 ．古人类化石及其文化遗存
地下岩溶堆积为第四纪古气候、古环境、生物地层学及年代学研究提供了重要的物质基础。

七、岩溶旋回
①幼年期：地表面水系完整，地表岩溶开始发育，形成溶沟、石芽和少量的漏斗；
②青年期：地下水系发育，地表仅存河流主干，地下、地表岩溶发育，形成溶洞、漏斗、落
水洞、干谷、峰丛、溶蚀洼地等形态；
③中年期：岩溶发育由地下转向地表，洞顶多塌陷，水系重回地表，峰林、溶蚀洼地、溶
蚀谷地大量形成；
④老年期：下伏不可溶岩层广泛出露或地面高度接近侵蚀基准面，地表水系占绝对统治地位，
形成溶蚀谷地、溶蚀平原、孤峰、残丘等。

气候与岩溶发展的关系：
(1)热带岩溶：以溶蚀作用为主，具最典型的岩溶地貌。

广东、广西、海南。

(2)亚热带岩溶：除溶蚀作用外，侵蚀作用也起较重要的作用。

湖南、湖北。

(3)温带岩溶：重力崩塌为主，岩溶作用不十分明显。

(4)干旱区岩溶：主要是地下岩溶，淡水地区发育岩溶，咸水不发育岩溶。

新构造运动与岩溶发育的关系:
上升：溶洞越高，时代越老；越低，时代越晚。

但生物化石可以与之相符，也可与之相反，要看先有洞还是先有堆积。

溶洞的高度与河流水平面不一致，一般溶洞比当时的河流面稍高。

下降：溶洞被掩埋。

岩溶研究的意义:
岩溶旅游资源
云南路南石林、桂林山水、周口店上房山云水洞岩溶与工程建设
武汉的陆家街
岩溶水和岩溶矿产的利用
山西的神头岩溶泉水，流速5m3/s，是大型神头火力发电厂的主要供水源
河北邢台的百泉
华北油田地下古溶洞中含有丰富的地下石油矿。