1、 第五章 巖溶地貌及其堆積物一、巖溶及其發育條件（一） 巖溶的概念喀斯特（ Karst ）國內又稱巖溶，是流水對可溶性巖石所進行的一種以化學溶蝕為主， 機械剝蝕為輔的特殊地質作用，及其所產生的各種地質現象的總稱。 Karst 一名來源于南斯 拉夫的一地名。喀斯特作用（karst process）是水對可溶性巖石（碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵素巖等）以 化學溶蝕為主，以流水沖蝕、潛蝕和機械崩塌作用為輔的地質作用。喀斯特地貌 （Karst landform） 指可溶巖 （主要是分布最廣的碳酸鹽巖 ）經以溶蝕為先導 的喀斯特作用，形成地面坎坷嶙峋，地下洞穴發育的特殊地貌。（二） 巖溶發育條件1、巖溶發育的

2、基本條件（ 1）巖石的可溶性：取決于其成分和結構。巖石的成分：可溶性巖石有三類：碳酸鹽類巖石如石灰巖、白云巖和泥灰巖等； 硫酸鹽類巖石如石膏、 硬石膏和芒硝等； 鹵素巖類巖石如巖鹽和鉀鹽等。分布最廣的石灰巖在含有CO2 的水溶液中，將發生以下的溶蝕作用：CO2+H2 OT H2CO3水和C02作用生成碳酸，碳酸與石灰巖發生反應生成重碳酸鈣，重碳酸鈣常 呈Ca+和HCO3離子形式溶解于水中而隨水流失，其中也有一部分可以產生逆反應， 重新沉淀形成碳酸鈣。如果水中二氧化碳含量越高，水的溶蝕力就越大。二氧化碳多來自于大氣和土壤表層， 可以不斷得到補充。 所以溶解流失的碳酸鈣經常多于重新沉淀的碳酸鈣。

3、使石灰 巖中產生許多空洞，促進了水流的沖刷和巖溶的發展。在含有二氧化碳的水中，方解石的溶解度高于白云石，一般說，石灰巖比白云巖 易于溶解。巖石的結構： 可溶性巖石的晶粒愈小， 相對溶解度就愈大； 隱晶質和細晶質的巖石溶解 度較粗晶質高；不等粒結構比等粒結構的相對溶解度更大。這只是一般的 規律，實際分析中要從多方面綜合考慮。（2）巖石的透水性 巖石的透水性使水與可溶性巖石間有廣泛接觸的可能性，使巖溶不限于巖石表面，還 能向深部發展。巖石的透水性取決于巖石的裂隙發育和孔隙度的高低，而且裂隙比孔隙更為重要。因此，在裂隙密集帶上（通常是斷層帶）巖溶異常發育。可溶性巖石的孔隙度一般很小，但是 在介殼灰巖

4、、 礁灰巖等巖石中孔隙度高， 此外在灰質白云巖和白云質灰巖中， 往往有許多小 孔洞，其孔隙度也要高一些。不過， 值得一提的是， 巖石的孔隙度高不等于透水性就好， 透水性實際上取決于巖石的有效孔隙率，即那些相互連通的真正能透水的空隙占有率。（3）水的溶蝕能力水流中的游離性 CO2, 一部分組成碳酸，在與 CaCO3 相互作用形成 Ca（HCO 3）2的過程 中，又重新分解為 C02，實際上僅起到平衡作用；另一部分則可以溶蝕CaC03,在碳酸鹽巖中形成空洞的稱為侵蝕性 CO2。水的溶蝕能力與侵蝕性 C0 2的含量呈正比。 C0 2含于空氣之中， 也生成于土壤上層強烈的生物化學作用。隨深度的增加，侵

5、蝕性C02含量逐漸減少，地下水的溶蝕能力逐漸下降。（4）水的流動性影響地下水流動的因素： 如果水在靜止狀態下， 溶解就會達到飽和， 只有水不斷循環 流通，才能不斷進行溶蝕。地下水的流動性取決于降水量、水位差和透水條件。降水量和地下暗河上下游的水位差越大水流動就越快。所以在多雨濕潤地區和新構造運動上升強烈的地區，溶蝕作用強。相反，干旱、降水少則弱。新構造運動相對穩定地區，地下水循環系統水位差不大，溶蝕 弱。巖溶孔洞越多，地下水流通條件就好，促使巖溶作用更加強烈。地下水的流動形式：隙流：滲流于可溶性巖石的孔隙和小裂隙內，特點是水流細小，不集中，流動較緩慢。管流： 匯集在巖溶孔洞和較大裂隙中，水流大

6、而集中，流動較迅速，并可有局部承壓現象。脈流： 管道水流進一步發展，主要管道與較小管道相通， 互相保持水力聯系，便形成了樹枝狀的地下水流。網流：脈狀水流進一步發展， 并互相連接， 擴大了地下流域， 增加了巖體內的管道密度， 在較大范圍內具有統一的地下水面。 在山區由于地殼上升或地質構造比較復雜，管道系統之間互不聯通，造成孤立水 流。平原地區， 地殼相對長期穩定或下降，可使溶蝕作用得到較均勻的發展，形成明顯 的地下流域，具有統一的地下水面。地下水的垂直分帶 ：在可溶性巖石的內部。 巖溶發育不僅具有管道和周圍巖體之間的不均勻性。 還有從地表向地下深部的垂直發育的不均勻性， 表現為巖溶孔洞的發育程度

7、、延伸方向和形態等，都有顯著的不同。垂直循環帶：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。水平循環帶：地下水高、低水位之間，雨季形成溶洞（石鐘乳、石筍、石柱） ，地表形成溶蝕洼地、坡立谷、峰林。旱季形成落水洞。完全飽水帶，低水位以下，溶洞T聯接成暗河。虹吸管式循環帶：與水平循環帶逐漸過渡，沒有明顯的界限，水交替運動緩慢，流量也較小。深部循環帶：裂隙不發育，地下水運動緩慢，蜂窩狀溶蝕小孔。2、影響巖溶發育的因素（1）氣候的影響： 主要表現在降水量和氣溫的變化上。溫暖、 潮濕地區巖溶發育； 寒冷、干燥地區巖溶不發育。（ 2）地質構造因素： 主要是裂隙發育程度、延伸方向、組

8、合形式及地層構成情況和產狀 等起作用。 一般說， 裂隙制約了巖溶發育的方向、 構式和程度。裂 隙發育的巖體內， 巖溶也發育。 可溶性巖層的厚度及非可溶性夾層， 制約了巖溶發育的深度。水平與緩傾巖層構造區， 同一可溶性巖層在地表大面積分布， 促使 巖溶均勻分布， 形成單一的地貌景觀。 地下水垂直分帶規律表現最 明顯，所以巖溶地貌垂直分帶也最清晰。單斜構造區，巖層傾角增大， 傾角越大， 地下水循環越強烈， 巖溶 化程度也越高。褶曲：背斜：軸部拉張節理發育，巖溶發育； 向斜：軸部節理發育并匯水，巖溶發育。斷層：正斷層：斷層破碎帶及影響帶，巖溶發育； 逆斷層：斷層破碎帶及迎水一側影響帶或主動盤影響帶，

9、巖溶發 育。（ 3）巖性及巖層產狀的影響：巖性越純，巖溶越發育。不同巖性接觸時，隔水層上方巖 溶發育。陡傾、直立巖層，順巖層面巖溶發育。（ 4）地殼運動影響：穩定時期，水平溶洞發育。抬升時期，垂直落水洞發育。3、巖溶發育的階段性與多代性巖溶的發育是一個緩慢的地質過程， 和其它自然現象一樣， 必有其發生、 發展和 消亡過程。 在巖溶發育條件長期穩定的條件下，它要經過幼年、青年、 中年期到老年 期，完成一個巖溶的發育旋回。 每個階段都有相應的巖溶形態類型。實際上，巖溶的 發育大多是多旋回的，且有些旋回在時間上有重疊。4、溶洞的成層性溶洞成層的原因在于作為巖溶水排泄基準面的河流， 因地殼構造運動在上

10、升 穩 定 再上升的交替變化過程中， 河流地質作用相應地產生下蝕 旁蝕 再下蝕的交替 變化， 由此巖溶水的運動產生垂直 水平 再垂直的變化， 溶洞也就具有垂直的管道和水平的溶洞交互出現，從而形成相互疊置的成層溶洞。二、巖溶地貌地表巖溶地貌根據形態，地表巖溶地貌可以分為溶溝(karren)和石芽(stony sprout)、溶蝕漏斗(doline)和塌陷漏斗(collapsed doline )、落水洞(sinkhole)和豎井(ponor)、溶蝕洼 地(uvala)、坡立谷(polye )、干谷(dry valley )和盲谷(blind valley )、峰叢(series of peaks

11、)、峰林(hoodoo)和孤峰(isolated peak)。溶溝和石芽溶溝和石芽是地表巖溶的最初形態。 當可溶性巖石在地表出露后， 在水流的作用下， 發 生不均衡的溶蝕，在層面上形成許多凹槽，稱為溶溝，其間的突出部分稱為石芽。其規模從數厘米到數米不等，最大可達十余米。溶溝和石芽的延伸方向由裂隙走向決定， 間距疏密不定， 有規律的排列。 根據形態特征， 石芽分成幾種類型：尖脊式：發生在厚層質純的石灰巖上，溶溝狹窄，石芽呈尖脊狀。車軌式和棋盤式： 薄層和構造裂隙發育的石灰巖上， 如果裂隙平行排列， 石芽互相平行呈車軌狀；如果裂隙相交，呈棋盤狀。 塊狀：厚層石灰巖區，溶溝擴大為寬闊的溝槽形成。 石

12、林：特別巨大石芽組成。 生成于近于水平的巨厚石灰巖之上， 具有兩組以上垂直裂隙， 地形一般均較平坦。溶蝕漏斗和塌陷漏斗 溶蝕漏斗是碟型或圓錐型的洼地，平面輪廓呈圓或橢圓形，其寬度較深度大，一般 寬約數米至數十米，深約數至十余米。如果地下洞穴的洞頂崩塌，也就形成了漏斗狀的 洼地，成為塌陷漏斗。其特點是漏斗壁較陡，洞穴底部有較多的崩積巖塊。落水洞和豎井落水洞是聯接地表水流和地下暗河的垂直管道。一般沿著裂隙發育， 受裂隙的形態控制，可以是垂直的、傾斜的或曲折的。其寬度比深度小得多，很少超過十米，深度視 暗河的深度而定，一般深約為數至數十米，最大可達100m 以上。落水洞是地下水溶蝕和機械侵蝕交互作用

13、下的產物。豎井是暗河頂部崩蹋而形成的。落水洞在發育過程中，如果崩坍作用明顯，也可以 生成豎井。豎井與一般的井狀落水洞的區別在于井壁特別陡直，往往可以從豎井中看到暗河的水面。溶蝕洼地溶蝕洼地指溶蝕作用所形成的小型封閉洼地，面積一般數至數十平方千米，平面形態多呈圓或橢圓形，后者長軸多沿構造線而發育。坡立谷坡立谷又稱巖溶盆地和巖溶平原， 是大型的有地表河流穿過的巖溶洼地。 其面積較大，可達十余至上百平方千米。坡立谷常生成于地殼長期穩定的地區。干谷和盲谷干谷是巖溶地區的古河谷， 由于后期地殼上升， 水平循環帶下降， 水流沿落水洞或溶蝕漏斗轉入地下而遺留在地表的干枯河谷。盲谷是死胡同式的干枯河谷， 其末

14、端為石灰巖陡壁所限， 地表水流經落水洞轉入地 下。峰叢，峰林和孤峰峰叢：指成簇突起的石灰巖山地或高原面上的溶蝕殘丘（中下部相連） ，其頂部多呈尖 銳或圓錐形，與溶蝕洼地、溶蝕漏斗、溶蝕槽谷或干谷互相套生在一起，常分布 在石灰巖山區的中心部位，形成大面積的峰叢山地。峰林：是基部微微相連的成群簇生的石灰巖山峰，是峰叢進一步溶蝕發展的結果。孤峰： 是孤立的石灰巖山峰， 峰林進一步發展的結果， 常分布在坡立谷的底部和其它溶 蝕平原上。天生橋： 水平溶洞或暗河頂部崩坍后的殘余部分。二） 地下巖溶地貌（ 1）溶洞 大型地下管道，多沿層面裂隙、斷層或其他構造裂隙發育，水平循環帶產物，地下暗河的水平通道。溶洞

15、特點：平面和剖面形態曲折， 在裂隙交匯處形成巨大 “大廳 ”，在沿單一裂隙地段較順直狹窄。水平溶洞與上下穿插的各種管道及伸展的大小支洞相通，組成復雜的地下洞穴體系。廣西和貴州省相當普遍。地下水屬管道水流，水流較大而集中，流通環境迅速，常有較多的侵蝕性C02不斷補充，其溶蝕和沖刷作用都較顯著，易發生機械崩解，使整個溶洞迅速地發展。是一種重要的旅游資源。天然的洞穴有千姿百態的鐘乳石、地下泉眼、河流、瀑布以及特異生態氣候吸引著游人。具醫療保健作用。因為洞穴內恒濕、恒溫、低噪聲、空氣清新、含有較多的負離子,有害微生物與放射性元素含量遠低于地面的大氣環境， 給一些疾病患者提供了改善生 理、心理狀況和治病

16、的優良環境。溶洞根據成因可劃分為三種類型：階地型溶洞：新構造運動相對穩定時，沿地下水水平循環帶生成。形態較水平順直。隨著新構造運動間歇上升， 可形成成層溶洞， 上下層間以垂直管道相通， 可 以和附近的河流階地相對比，作為新構造運動研究的一種標志。層面型溶洞： 沿可溶性巖石層面裂隙生成。 常發生在隔水層之上或某一性質較純的可溶性巖層內。其形態由巖層產狀決定，可以是傾斜、水平或微彎的。當其產狀水 平時，必須慎重與階地溶洞相區別。裂隙型溶洞： 沿斷層或其它構造裂隙生成， 其形態、產狀和規模變化都很大，沿其他裂隙發生的較小。2溶孔和溶隙：多見于虹吸管式和深部循環帶。三、巖溶堆積物 1化學沉積物：指含重

17、碳酸鈣的地下水從巖壁裂隙中滲出，由于壓力變小和水分蒸發，水中的重碳酸鈣過飽和，逸出 C02，使碳酸鈣沉淀下來形成化學沉淀物。開 始只成為一小突起附在洞頂（底） ，以后逐漸增長， 具有同心圓結構，中心 部分有一空管，形如鐘乳懸垂于洞頂稱為石鐘乳，滴落于洞底、由下向上 生長的稱為石筍，而上下相接稱為石柱，沿洞壁裂隙滲出的簾幕狀稱為石 幔，泉水沉淀的稱為石灰華。2暗河及地下湖沉積物：機械堆積，具水平層理，除含有大量再搬運的洞內崩積巖塊和溶 蝕殘余粘土外，還含有洞外的礫石和砂土，當暗河與地表河流相 通時就更明顯， 可作為地下水補給來源和溶洞發育史的可靠標志。3崩積物：洞頂和洞壁崩塌的巖屑和石塊，常和洞

18、底的石灰華、粘土等混雜在一起，膠結 成角礫巖。4溶蝕殘余粘土： 石灰巖被溶蝕后含氧化鋁和氧化鐵的粘土物質殘留下來， 呈紅色或黃色。5生物和文化堆積物：一些離水源較近，洞口向陽，出入方便的洞穴，常為原始人類和動物的住所，所以洞內往往殘留有人類遺跡、石器、灰燼層及各種動 物化石。某些有暗河流動。四、 巖溶的地質構造類型一） 水平與緩傾構造型水平構造區，同一可溶性巖層在地表大面積分布，促成巖溶普遍而均勻發育，形成 單一的地貌景觀，常見的地貌有溶蝕洼地、殘丘、溶蝕漏斗、落水洞、豎井等。各種地貌 出現在不同的地貌發育階段。如果可溶性巖層具有相當的厚度如揚子區的震旦系、二疊系 和三疊系等，在新構造間歇性上

19、升的條件下，水平或緩傾斜構造區的巖溶發育大致有以下 幾個階段：石芽原野階段：溶溝、石芽、石林等形態成片分布； 溶丘洼地階段：溶蝕丘陵、溶蝕漏斗和溶蝕洼地和暗河發育； 曾經的水平溶洞或落水洞、 豎井等垂直管道內， 也有被水流沖帶來或跌落的許多動物化 石。峰叢洼地階段：峰叢、溶蝕洼地和溶蝕漏斗并存； 峰林洼地階段：峰林和坡立谷發育； 溶蝕平原階段：新構造趨于穩定，峰林逐漸消失，形成廣袤的溶蝕平原。（二）單斜構造型 當巖層走向與河流方向平行時，且有非溶性夾層時，巖溶主要局限在河流兩側狹長 地帶內；當巖層走向與河流流向垂直或斜交時巖溶化強烈，范圍廣。（三）褶皺構造型褶皺構造區的巖溶地貌多沿背斜和向斜軸部發育。褶皺構造在轉折端生成的張裂隙， 有利于地下水向下滲透， 巖溶發育程度較其它部位高。 常沿軸部形成帶狀巖溶發育帶。 因 此，地貌具有條帶狀分布特點，且具有不同的發育階段。（三） 斷層構造型 一般來說，區域性大斷裂，寬度和深度都大，延伸很遠，特別有利于巖溶的發育。在 中小型斷層中， 張性斷層有利于巖溶發育。 時代較新的斷層， 破碎帶內沒有或很少有膠結， 有利于巖溶發育。五、中國巖溶類型 我國巖溶類型多、分布廣，主要受氣候和形成年代控制，其次受巖性和構造的影響。1、以溶蝕作用為主的熱帶巖溶類型：熱帶地區氣溫高、降