喀斯特地貌课件

掌握喀斯特的概念、在我国的分布及研究意义；掌握岩溶发育的基本条件；重点掌握地表岩溶地貌形态（溶沟、石芽、石林、漏斗、落水洞、坡立谷、干谷、盲谷、峰丛、峰林等）特征及各种地貌类型的具体含义、形成条件；了解地下岩溶地貌—溶洞（地下暗河）的主要特征；了解几种岩溶地质构造类型（水平与缓倾斜构造型、单斜构造型、褶皱构造、断层构造型）。了解对岩溶地貌的（形态、构造、气候、植被、人类活动、水文地质条件、松散堆积物）研究。本章重点地表岩溶地貌的形态，难点岩溶地貌形态的鉴别

喀斯特地貌

重庆万盛溶沟、石芽石芽爱尔兰Clare的溶沟、石芽云南路南石林云南路南石林云南路南石林漏斗——奉节天坑（小寨天坑，天下第一坑）上口径626m，口部面积27.4×104m2，最大深度662m，总容积1.1935×108m3。漏斗——奉节天坑（小寨天坑，天下第一坑）贵州落水洞落水洞四川岳池溪口坡立谷干谷盲谷桂林峰丛越南下龙湾峰丛可溶性岩石地貌（峰丛、峰林）桂林阳朔峰丛、峰林峰丛、峰林6.1概论6.2岩溶发育的基本条件（1）岩石的可溶性（3）水的溶蚀能力（2）岩石的透水性（4）水的流动性6.3岩溶地貌

6.3.1地表岩溶地貌①峰丛，峰林和孤峰③落水洞和竖井⑤坡立谷②溶蚀漏斗和塌陷漏斗④溶蚀洼地⑥干谷和盲谷

6.3.2地下岩溶地貌

（1）溶洞（2）岩溶堆积物6.4岩溶的地质构造类型

6.4.1水平与缓倾构造型6.4.3褶皱构造型

6.4.2单斜构造型6.4.4断层构造型6.5岩溶地貌的研究方法

6.5.1对岩溶地貌形态特征的研究

6.5.2对岩溶地貌区的构造、气候、植被及人类活动的研究

6.5.3对岩溶地区水文地质条件的研究

6.5.4对岩溶地区松散堆积物的研究

喀斯特(Karst)

原是南斯拉夫西北伊斯特亚(Istria)半岛石灰岩高原的地名,当地称Kars。来自印欧语“kar”，意谓岩石裸露的地方。一百多年来喀斯特逐渐成为世界地学上的通用术语。

概论喀斯特作用（karstprocess)—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(Karstlandform)—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。分布：世界分布普遍；我国裸露型喀斯特即多于90×104Km2；我国碳酸盐岩覆盖面积约130×104Km2，约占全国总面积的13.5%。以西南（云贵川、广西、湖北西部、湖南南部）分布集中而广阔（55×104Km2）；中国喀斯特现象的文字记载，可追溯到2400年前。影响：在岩溶发育区开展重大工程（修建水库、道路）时，可能发生渗漏、塌陷或涌水等地质灾害。如干谷（水利上划为悬托谷）处一般不宜建水库，如修要采取铺盖和帷幕灌浆等防渗措施。在岩溶区进行重大工程活动，要进行岩溶特征、发育规律研究，预先采取必要的防范措施，是保证工程施工安全和建成后能正常运行的重要前提。

（1）岩石的可溶性(成分、结构)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。

岩溶发育的基本条件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+H2O→H2CO3（碳酸）

H2CO3+CaCO3=Ca(HCO3)2（重碳酸钙）重碳酸钙常呈Ca2+和HCO3-离子形式溶解于水中而随水流失，其中也有部分可以产生逆反应，重新沉淀形成碳酸钙。

岩石的结构晶粒愈小，溶解度愈大；隐晶质和细晶质的岩石溶解度较粗晶质高；不等粒比等粒结构溶解度更大。（2）岩石的透水性使水与可溶岩石广泛接触；使岩溶不仅限于岩石表面，还能向深部发展。

裂隙发育（更为重要）岩石透水性空隙度高低裂隙密集带（通常是断层带）岩溶异常发育。可溶性岩石的空隙度一般很小，但介壳灰岩、礁灰岩等空隙度高，灰质白云岩和白云质灰岩中，其空隙度也要高一些。岩石空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空隙率，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CO2,一部分→H2CO3→Ca(HCO3)2

,Ca(HCO3)2→CO2(重新分解)，实际仅起平衡作用；另一部分则溶蚀CaCO3，使碳酸盐岩中形成空洞称侵蚀性CO2。水的溶蚀能力与侵蚀性CO2的含量呈正比

CO2含于空气中，也生成于土壤上层强烈的生物化学作用。随深度增加，侵蚀性CO2含量逐渐减少，水的溶蚀能力逐渐下降。

CO2+H2O+CaCO3Ca2++2HCO3-（4）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。地下水的流动形式有隙流、管流、脉流和网流。

岩性—碳酸盐岩喀斯特、硫酸盐岩喀斯特；存在形式—裸露型、覆盖型和埋藏型喀斯特；

发育程度—全喀斯特、半喀斯特或隐伏型喀斯特；气候地貌—热带、亚热带、温带和寒带喀斯特；垂直动力带—渗流(包气)带、浅潜水(饱水)带和深部喀斯特。所在位置—出露于地表和埋藏于地下。

岩溶地貌岩溶地貌分类地表地下-溶洞（石钟乳、石笋、石幔、石柱等）正地形：峰丛、峰林、孤峰、残丘、喀斯特

(突出地表)

丘陵和石芽

负地形：

落水洞、漏斗、竖井、干谷、盲谷、（凹陷于地表）喀斯特洼地、坡立谷、喀斯特平原、喀斯特峡谷、溶沟和溶隙所在位置

地表正、负地形间及地表与地下喀斯特类型间常有成因联系，构成一定的地貌组合。

象鼻山海拔200米，高出水面55米，长108米，宽100米。山体面积1.3公顷，是由3.6亿年前海底沉积的纯石灰岩组成的。阳朔月亮湾：近水平溶洞形成。在当地地下水面高度，因地下水位下降或构造运动的抬升，使溶洞成为高悬的干洞。据形态划分：①溶沟和石芽、②溶蚀漏斗和塌陷漏斗、③落水洞和竖井、④溶蚀洼地、⑤坡立谷、⑥干谷和盲谷、⑦峰丛、峰林和孤峰。

(1)溶沟和石芽是地表岩溶的最初形态:

溶沟、石芽出露在地表的可溶性岩石在水流作用下，发生不均衡溶蚀，在层面上形成许多凹槽为溶沟，其间的突出部分为石芽。规模从数厘米到数米不等，最大可达十余米。

地表岩溶地貌溶沟和石芽延伸方向一般由裂隙走向决定，且间距疏密不定，有规律地排列。溶沟石芽走向玫瑰花图，可作为研究地质构造的一种手段。在较陡斜坡上，水流顺坡面流动，也可形成相互平行的溶沟和石芽，但并不表明顺坡向的一组节理发育。图6-3斜坡上的石芽（引自北京大学等，《地貌学》1978）石芽分为埋藏、半裸露和全裸露的三种状态，并顺坡向下连续过渡分布。埋藏石芽是裸露石芽被后期堆积物覆盖而形成，多分布于斜坡下部。古夷平面上常见到这种现象。如云南永善县马楠海拔3000m高程的夷平面上有埋藏古石芽。半裸露石芽石芽重庆万盛溶沟、石芽爱尔兰Clare的石牙、溶沟按形态特征分为：①尖脊式石芽：发生在厚层质纯的石灰岩上。溶沟狭窄，石芽呈尖脊状。②车轨式和棋盘式石芽：发生在薄层和裂隙发育石灰岩区。如裂隙平行排列，石芽排列呈平行车轨状；如有两组交叉裂隙，石芽排列呈棋盘状。溶沟较深长。③块状石芽：厚层石灰岩区，当溶沟扩大成宽阔溶槽时，可形成彼此相对孤立的块状石芽。④石林：特别巨大的石芽，是在近水平的巨厚层或厚层石灰岩地区，沿两组以上相互交叉的垂直裂隙发育而成。在断块内部，岩层变形较弱，如岩层是块状构造，褶皱变形更弱，但在区域水平构造力作用下，发育平面x节理，这种节理一般延伸长、间距大、倾角近于直立，水流沿着这些裂隙向下溶蚀，使溶沟不断扩大加深，形成巨大的石芽，称为石林。云南东部路南石林，发育于下二叠统阳新灰岩中。由密集的石柱组成，其间是窄而深的溶沟，沟壁陡直，一般高约5-25m。石林进一步发展，溶蚀作用继续沿深沟向下发展，使石柱不断增高，彼此进一步脱离，形成孤立的孤峰。孤峰形成后便开始发生大量崩塌，使其遭受破坏而逐渐衰亡。云南路南石林昆明石林路南石林桂林岩溶地貌桂林岩溶地貌溶蚀漏斗碟型或圆锥型洼地。地下水沿两组裂隙交汇处或原始地形较低洼处向下溶蚀而成。平面轮廓呈圆或椭圆形，宽度较深度大，一般宽约数米至数十米，深约数至十余米。如暗河埋藏较深，地下水的垂直循环作用强烈，漏斗也较发育。宽浅的碟型漏斗多分布在暗河埋藏较浅的分水岭地段，深陷的圆锥形漏斗多分布在暗河埋藏较深的谷坡地段。

(2)溶蚀漏斗和塌陷漏斗在地面成串分布的溶蚀漏斗，是判别暗河位置和延伸方向的可靠标志。它的发育和衰退对研究新构造处于活动或相对稳定，也具有重要的意义。漏斗底部与地下管道相沟通并排泄汇水，若它被堵塞则成为较深的积水潭。

塌陷漏斗如果地下洞穴洞顶崩塌，形成漏斗状洼地，称塌陷漏斗。特点是漏斗壁较陡，洞穴底部有较多崩积岩块。

图6-5几种主要的岩溶漏斗（据J.N.Jennings）A.溶蚀漏斗；B.沉陷漏斗；C.塌陷漏斗；D.深层岩溶漏斗

(3)落水洞和竖井

落水洞联接地表水和地下暗河的垂直管道。沿裂隙发育，受裂隙形态控制，可垂直、倾斜或曲折。宽度比深度小，很少超过十米，深度视暗河深度定，一般深为数米至数十米，最大100m以上。发育初期，溶蚀作用明显，裂隙表现为缝隙状。随着裂隙扩大，机械冲刷和局部崩塌发生，落水洞转变为竖井。

落水洞可直接出露于地面，但常在溶蚀漏斗、溶蚀洼地、干谷和盲谷底部，地下多层溶洞间的垂直通道也是落水洞的一种。落水洞可被溶蚀的残余粘土或碎石堵塞。竖井是暗河顶部崩塌形成。缝隙状落水洞在发育中，如果崩坍作用明显，也可生成竖井。竖井与落水洞的区别在于井壁特别陡直，往往可从竖井中看到暗河水面。广西桂林落水洞湖北咸丰落水洞利川县腾龙洞清江转成地下河(4)溶蚀洼地溶蚀作用形成的小型封闭洼地。平面呈圆或椭圆形，后者长轴多沿构造线而发育。溶蚀洼地底部呈浅凹形或略有轻微起伏，有较厚溶蚀残余粘土覆盖，并有若干落水洞和小型溶蚀漏斗分布。随着落水洞和溶蚀漏斗的发展，洼地底部更加起伏不平。溶蚀洼地是由溶蚀漏斗逐渐溶蚀扩大，或相邻的漏斗合并而成。地壳间歇性上升，溶蚀洼地可成层分布。有时在同一层洼地底部有不同期生成的溶蚀残余平台，它们镶嵌套生在一起，反映了在形成过程中的阶段性。溶蚀洼地底部的落水洞或漏斗被堵，可积水成湖。如四川马湖店子坪洼地保存有湖相堆积，表明历史上曾经成湖。70年代，底部又被堵塞，积水迅速上涨，危及建在落水洞附近的水电站，由于及时采取爆炸措施疏通了堵塞口，才未殃及电站和附近一个村的居民。

（5）坡立谷（岩溶盆地和岩溶平原）坡立谷：喀斯特区宽广平坦的盆地或谷地，意为可耕种的平地。大型的有地表河流穿过的岩溶洼地。其面积可达十余至上百km2。坡立谷生成于地壳长期稳定区。成因：长期侵蚀作用，暗河在谷缘出露，成为地表河流，其谷底平坦，接近附近的排水基面高程，有冲积层覆盖，有时有蚀余的孤峰和峰林分布。所以坡立谷实质上是四周有山环绕的溶蚀准平原。坡立谷生成与构造有关，长轴多与构造线方向一致。沿断层，较大的构造裂隙，岩层间接触面，向斜及其它构造洼地，都能生成坡立谷。

图6-7四川岳池溪口坡立谷鄂西坡立谷(6)干谷和盲谷干谷岩溶区的古河谷。由于地壳上升，水流沿落水洞或溶蚀漏斗转入地下既地表河转为地下河，而遗留在地表的干枯（渗漏）河谷。有的干谷本为地表曲流。干谷中常有漏斗、落水洞。干谷内除保留有原来的阶地河流地貌形态，还分布大量后期生成的岩溶形态。随地壳间歇性上升，谷地常套生多级溶蚀台地。盲谷为喀斯特区似没有出口的地表河谷，水流消失在该河谷末端落水洞中，并转为地下暗河。干谷（7）峰丛、峰林和孤峰峰丛

指成簇突起的石灰岩山地或高原，呈中下部相连的溶蚀残丘。顶部多呈尖锐或圆锥形，与溶蚀洼地、溶蚀漏斗、溶蚀槽谷或干谷套生在一起，常分布在石灰岩山区的中心部位，形成大面积峰丛山地。越南下龙湾峰丛桂林峰丛越南下龙湾峰丛峰林

基部微微相连成群簇生的石灰岩山峰，是峰丛进一步溶蚀发展的结果。峰林常分布在石灰岩山区的边沿部分。

褶皱舒展、岩层平缓区，峰林呈星点状分布；在褶皱紧密，岩层倾斜区，峰林呈条带状分布。在簇生的峰林顶峰之间，常有溶蚀洼地存在。可溶性岩石地貌（峰林、峰丛）桂林阳朔张家界石英砂岩峰林（摄影：严钟义等，1997）孤峰

孤立的石灰岩山峰，是峰林进一步发展的结果，常分布在坡立谷底部和其它溶蚀平原上。质纯、层厚、产状水平的石灰岩，孤峰峭拔挺立，形若石笋。如广西厚层及块状质纯的上石碳统马平灰岩形成的孤峰，基部大，顶部小，如圆锥状。倾斜地层中，则形成不对称的单面丘式的孤峰。若垂直裂隙发育，孤峰边坡陡峭坚硬。广西桂林独秀峰孤峰的岩块崩塌或被进一步蚀低则成为蚀余残丘，又称石丘孤峰广西黑水河孤峰越南下龙湾孤峰广西德天孤峰阳朔峰林、峰丛及孤峰（1）溶洞大型地下管道，多沿层面裂隙、断层或其他构造裂隙发育，水平循环带产物，地下暗河的水平通道。溶洞特点:①平、剖面形态曲折，在裂隙交汇处形成巨大的“大厅”，在沿单一裂隙地段较顺直狭窄。②水平溶洞与上下穿插的各种管道及大小支洞相通，组成复杂的地下洞穴体系。广西和贵州省相当普遍。

地下岩溶地貌③地下水水流较大而集中，常有较多的侵蚀性CO2不断补充，溶蚀和冲刷作用都较显著，易发生机械崩解，使整个溶洞迅速地发展。④是一种重要的旅游资源。天然的洞穴有千姿百态的钟乳石、地下泉眼、河流、瀑布以及特异生态气候吸引着游人。⑤具医疗保健作用。因洞穴内恒湿、恒温、低噪声、空气清新、含有较多的负离子，有害微生物与放射性元素含量远低于地面的大气环境，具有改善生理、心理状况和治病的优良环境。欧洲许多国家利用洞穴设立医院。一些支气管炎、慢性肺炎、百日咳、鼻炎、重感冒、风湿病、烧伤、高血压等疾病患者在医生的指导下，通过在洞穴内休息、睡眠、欣赏优雅音乐和治疗，可很快康复。溶洞按成因分类：①阶地型溶洞：新构造运动相对稳定时，沿地下水水平循环带生成（图6-8）。随着新构造运动间歇上升，可形成成层溶洞，上下层间以垂直管道相通，可和附近河流阶地对比，为新构造运动研究的一种标志。图6-8阶地型多层溶洞（广西都安）

注意：溶洞与阶地对比时，应充分考虑当时暗河与河床水面间的原始水位差，以及由于新构造运动强烈上升，河床迅速下切，溶洞溶蚀作用落后于河床下切作用，一般同期的溶洞应比阶地为高，故不能单纯用高程作硬性对比。②层面型溶洞：沿可溶性岩石层面裂隙生成（图6-9）。常发生在隔水层之上或某一性质较纯的可溶性岩层内。其形态随产状可以是倾斜、水平或微弯的。产状水平时，必须慎重与阶地溶洞相区别。图6-9层面型溶洞

图6-10裂隙型溶洞

③裂隙型溶洞：沿断层或其它构造裂隙生成（图6-10），形态、产状和规模变化大，沿其他裂隙发生的较小。

（2）岩溶堆积物化学沉积物：石钟乳、石笋、石柱等；崩塌堆积：洞内崩积岩块和溶蚀残余粘土，洞外的砾石和砂土；生物堆积：人类遗迹、石器、灰烬层及各种动物化石。①化学沉积物：含Ca(HCO3)2的地下水从岩壁裂隙中渗出，由于压力变小和水分蒸发，水中Ca(HCO3)2过饱和，逸出CO2，使CaCO3沉淀形成化学沉淀物。

CO2+H2O+CaCO3Ca2++HCO3-石钟乳先是一小突起附在洞顶（底），以后逐渐增长，具同心圆结构，中空，悬垂于洞顶。石笋滴落于洞底，由下向上生长。石柱上下相接。石幔呈帘幕沿洞壁裂隙渗出。石灰华泉水沉淀。

图6-12石幔（湖南茶陵）图6-11溶洞地貌内有石钟乳、石笋和石柱（广西都安）四川芙蓉洞中的石笋石钟乳九江狮子洞石钟乳、石柱

美国马默斯溶洞山东沂源溶洞江西修水京东大溶洞綦江县万隆乡仙渡河畔

云南中甸白水台（钙华池）黄龙寺钙华

②暗河及地下湖沉积物：机械堆积，具水平层理，除含有大量再搬运的洞内崩积岩块和溶蚀残余粘土外，还含洞外的砾石和砂土，当暗河与地表河流相通时就更明显，可作为地下水补给来源和溶洞发育史的可靠标志。暗河沉积物和地表河流冲积物的区别在于含有大量的洞穴物质，多被钙质胶结，没有二元结构，没有沉积相的有规律变化，也不能塑造各种典型的河流地貌形态。苏州西山林屋洞地下河③生物和文化堆积物：一些离水源较近，洞口向阳，出入方便的洞穴，常为原始人类和动物的住所，所以洞内往往残留有人类