地貌学

第五章喀斯特地貌喀斯特（Karst）一词源于南斯拉夫西北部的石灰岩高原名称，在那里发育着由石灰岩溶蚀而成的各种奇特地貌。世界各国都将由可溶性岩石（碳酸盐类、硫酸盐类、卤盐类岩石等）发生溶解和沉淀形成的地貌叫喀斯特地貌。喀斯特地貌在我国曾被称为岩溶地貌。第一节喀斯特作用凡是水对可溶性岩石以化学过程（溶解和沉淀）为主，机械过程（流水侵蚀与沉积，以及重力崩塌和堆积等）为辅的破坏和改造作用，称为喀斯特作用。由这种作用形成的地貌叫喀斯特地貌。一、岩溶作用的化学过程水中含有CO2时，水对石灰岩的溶解能力就大为提高。CO2与水化合成碳酸，碳酸电解析出H+，与石灰岩中的CO32－作用形成离子状态的溶解物质Ca2＋和HCO3-并随水流失。二、喀斯特作用的基本条件喀斯特作用能否进行主要取决于岩石的可溶性和水的溶解能力。但是喀斯特作用的强度又受岩石的透水性和水的流动性的影响。1.岩石的可溶性岩石的可溶性主要取决于岩石成分和结构。可溶性岩石可分为碳酸盐类（石灰岩、白云岩、泥灰岩等）、硫酸盐类（石膏、硬石膏）和卤化物盐类（岩盐、钾盐）。卤化物盐类溶解度最大，硫酸盐类次之，碳酸盐类最小。但前二者分布区域有限；而碳酸盐岩则分布广，形成的地貌类型多。在碳酸盐岩中，就溶解能力而言，石灰岩＞白云岩＞泥灰岩。因此，石灰岩区喀斯特地貌发育，尤其是节理发育、层厚、质纯和位于区域性断裂带的石灰岩，喀斯特作用最强。2.岩石的透水性取决于岩石的孔隙度和渗透率。对石灰岩来说，自身孔隙度较小、渗透率较低，所以对其透水性影响较大的是裂隙。3.水的溶蚀力主要取决于水中CO2、O2等的含量。4.水的流动性具有增强水的溶蚀力、机械侵蚀力的作用。三、喀斯特水的动态存在于可溶性岩石内的一切地下水体总称为喀斯特水。喀斯特水包括裂隙水、孔隙水、管道水和溶洞水等。大河深切的地块，喀斯特水的运动状态可分为四个带(垂直渗透带、季节变动带、水平流动带、深部滞流带)。河12341.垂直渗透带位于地面以下至丰水期潜水面以上。水由地面沿裂隙向下渗流。多形成垂直洞穴。2.季节变动带位于丰水期潜水面与枯水期潜水面之间的地带，受季节性水位的影响。水平与垂直流动交替出现。利于垂直和水平溶洞发育。河12343.水平流动带位于枯水期潜水面以下，直到谷底补给河流喀斯特水的深处为止。水平流动，具有自由水面。有规模较大的水平溶洞发育。4.深部滞流带位于水平流动带之下，其下限可能很深。水流缓慢，甚至滞流，水质交替很弱，喀斯特作用不明显。发育的地貌只有数量不多的小洞穴。河1234第二节喀斯特地貌喀斯特作用不仅发生于地表，更主要是发生在地下，所以喀斯特地貌可分出地表地貌和地下地貌两大类。如果构造抬升，地表受到侵蚀，地下喀斯特地貌可逐渐转化为地表喀斯特地貌。一、地表喀斯特地貌（一）石芽与溶沟地表水沿岩石表面和裂隙流动时所溶蚀出来的石质小沟，称为溶沟(石沟)。突出于溶沟之间的石脊称为石芽。当溶沟和石芽连成一片，构成广阔的地面时，就称为石芽地。裸露于地表的石芽因形态不同可分为山脊式石芽、石林式石芽、车轨式石芽和棋盘式石芽等。云南罗平云南罗平石芽与溶沟石芽与溶沟石芽与溶沟石芽与溶沟石芽与溶沟石芽地石芽地山脊式石芽：高度不大，一般1-2m，但分布广泛，形态尖锐，呈尖刀状或小山峰状山脊式石芽山脊式石芽山脊式石芽石林（云南—高达30余米）石林式石芽比较高大,可达10m以上，形态呈石笋、柱状、剑状等等。是湿热气候条件下，在层厚、质纯、倾角平缓、垂直节理不密的石灰岩中形成。路南石林路南石林世界地质公园车轨式石芽和棋盘式石芽成平行和方格式排列。是水流沿平行或斜交的构造裂隙溶蚀冲刷而成。表明地表流水作用比较强烈。车轨式石芽车轨式石芽车轨式石芽棋盘式石芽棋盘式石芽棋盘式石芽棋盘式石芽（二）溶斗和落水洞1.溶斗即是喀斯特漏斗。按成因可分为溶蚀溶斗和塌陷溶斗。●溶蚀溶斗是地表径流沿裂隙密集段溶蚀而成。●塌陷溶斗是下部存在洞穴，洞顶岩石重力失稳，塌陷而成。2.落水洞是开口于地面，通往地下深处裂隙、地下河或溶洞的洞穴。有裂隙状落水洞和井状落水洞两种。贵州兴义溶蚀溶斗贵州兴义溶蚀溶斗云南罗平溶蚀溶斗最深613m塌陷漏斗乐业“天坑”仰视塌陷漏斗深666m塌陷漏斗塌陷漏斗塌陷漏斗塌陷漏斗盈江虎跳石落水洞堪称全国最大的落水洞裂隙状落水洞井状落水洞井状落水洞天窗（落水洞）垂直溶洞发育于充气带的落水洞美国200m深的落水洞克罗地亚（三）溶蚀洼地及溶蚀谷地溶蚀洼地是一种面积较大的圆形或椭圆形的封闭洼地。一般为多个溶斗合并而成。溶蚀谷地是指宽阔而平坦的谷地（坡立谷）。溶蚀洼地与溶蚀谷地溶蚀洼地与溶蚀谷地漓江溶蚀洼地与溶蚀谷地云南罗平云南罗平贵州威宁的草海，46.6km2云南罗平云南罗平溶蚀谷地溶蚀谷地桂林山水甲天下溶蚀谷地九马画山溶蚀谷地(四)干谷、盲谷与地下河干谷是喀斯特地区往昔的河谷，但现在已无水或只有洪水期才有水，是遗留谷地。盲谷是一种死胡同式的河谷，其前方常被陡崖所挡，河水从崖下落水洞潜入地下，变为地下河。（五）峰丛、峰林和孤峰由碳酸盐岩发育而成的山峰，按其形态可分为峰丛、峰林和孤峰。是热带气候条件下碳酸盐岩遭受强烈喀斯特作用的产物。喀斯特山峰的形成有两种途径：一是，石灰岩本身的喀斯特作用所成，包括地表的强烈溶蚀，地下河及地下溶洞等的塌陷，强化了地表的切割和高地起伏。二是，在可溶性岩与非溶性岩接触带，由于石灰岩漏水性强，形成一系列漏陷地貌（落水洞、溶蚀洼地等），而非溶性岩区由于地表流水侵蚀，地面迅速降低，使石灰岩相对突起成为山峰。桂林喀斯特地貌峰丛—峰分离，峰基相连漓江峰丛—峰分离，峰基相连九马画山峰丛—峰分离，峰基相连桂林喀斯特地貌峰林—峰基分离或微连峰林—峰基分离或微连峰林—峰基分离或微连云南阿诗玛的传说双乳峰贵州二、地下喀斯特地貌（一）溶洞的发育地下水沿各种裂隙溶蚀、侵蚀扩大形成的地下空洞，叫溶洞。多个溶洞连通形成一个整体时,称为洞穴系统。溶洞的发育受构造影响很大。首先，溶洞是沿各种裂隙溶蚀、侵蚀而成，所以它的纵剖面呈阶梯状，平面轮廓常沿裂隙转折。其次，在多组裂隙交汇部位，溶蚀、侵蚀或崩塌作用强烈，溶洞发育规模大。第三，岩层的形态（褶曲、倾斜、水平）对溶洞的发育有明显影响。第四，地下溶洞在地下水位附近，可形成地下河。如经地壳上升，地下水位下降，洞穴变为干溶洞（或叫高位溶洞），高位溶洞穿越山体时形成穿洞。此外，有些溶洞由于顶板塌落，使溶洞变为谷地，如果谷地中还残留狭窄而未崩落的洞顶时，则成为天生桥。广东肇庆七星岩双源洞越南下龙湾广西桂林阳朔桂林象鼻山－穿洞溶洞坍塌而成贵州遵义（二）溶洞地貌1．溶蚀地貌发育在潜水面附近的水平溶洞，由于经常受到自由水面的溶蚀、侵蚀，所以洞顶平坦。如果洞顶局部受到强烈溶蚀、侵蚀，可呈局部凹入形态。溶洞的两侧边壁有溶蚀、侵蚀边槽，标志地下河水位变动的位置，这里溶蚀、侵蚀作用较强烈，故形成凹入的槽状地貌。水平溶洞天桂山银河洞溶洞溶蚀地貌天桂山银河洞溶洞溶蚀地貌溶洞溶蚀地貌天桂山银河洞广东连州溶洞溶蚀地貌溶洞溶蚀地貌北京郊区2．堆积地貌主要是指化学堆积形成的地貌。有因CaCO3积淀自洞顶向下增长的石钟乳。水滴从石钟乳上滴到洞底，CaCO3沉淀而形成自下而上增长的石笋。石钟乳和石笋相接则形成石柱。CaCO3水溶液沿洞壁漫流时，由片状或层状碳酸钙积淀形成石幔。在洞底边部呈堤状沉积的边石堤，等等。此外，还有地下河和地下湖的沉积、生物堆积、崩塌堆积等。石钟乳是悬挂在洞顶的碳酸钙堆积，呈倒锥形。有中空管道，横切面具环状结构。形成之初的石钟乳——鹅管石水果卷曲石英德通天岩石笋是由洞底向上增高的碳酸钙堆积体，形态呈锥形、塔形及盘状等。无中空管道，但具同心圆结构。北京上方山贵州石珊瑚石柱是石笋和石钟乳相对增长直至相连而成的柱状体。广西石笋、石钟乳、石柱（质纯碳酸钙）石笋和石钟乳云南九乡石幔是含碳酸钙的水溶液在洞壁上漫流时形成的片状和层状堆积体。广西边石堤边石堤│在洞底边部呈堤状沉积边石堤石缸云南图片：地表溶蚀、侵蚀喀斯特地貌云南罗平桂林骆驼山广东肇庆江西石钟山海中喀斯特越南下龙湾——“海上桂林”肇庆市云南白水台石灰华／华钙／泉华图片：地表碳酸钙积淀形成的喀斯特地貌九寨沟华钙九寨沟华钙树西藏泉华边石堤边石堤黄石公园黄石公园美国加州魔鬼湖一、喀斯特地貌的发育阶段●早期：披覆在石灰岩上的非溶性岩石被剥除，石灰岩裸露地表，喀斯特地貌开始发育。地表水流占优势，形成溶沟、石芽、溶斗和落水洞等漏陷地貌。第三节喀斯特地貌的发育●中期：地下喀斯特作用加强，地表水除主河流外，大部分转入地下，形成地下水系和地下洞穴系统。地表干旱，发育干谷、盲谷等。此后，许多地下河和溶洞顶部崩陷，出露成地表河或峡谷等。地面被切割，产生峰丛、峰林等地貌。是喀斯特地貌发育最盛，地下水作用占优势的时期。●晚期：地下河及溶洞大量崩塌，溶蚀谷地及洼地不断扩大，以及可溶性岩石之下的非溶性岩石广泛出露时，地表水系又发育起来，河流作用重新占上风。发育广阔的溶蚀平原，平原上堆积着石灰岩残积红土以及峰林蚀余的孤峰与残丘。二、喀斯特地貌的地带性喀斯特地貌受气候条件影响很大，特别是气温和降水直接或间接地影响着喀斯特水的径流量和溶解的速度，从而使喀斯特地貌具有地带性的特征。根据世界各气候带的地貌特征，可分出下列地貌类型，即热带及亚热带季风型、地中海型、温带型、寒带高山型及干燥型等。●热带及亚热带季风型主要分布于西印度群岛、爪哇，越南及我国两广地区。我国云贵地区热带喀斯特地貌也很明显，但它们主要是在第三纪古热带气候下发育的。热带喀斯特作用以强度大，速度快为特点，不论地表和地下喀斯特地貌都远比其他气候带发育。热带喀斯特地貌特点：(1)峰林发育最好，尤其是锥状和塔状峰林典型，这是热带喀斯特地貌最突出的标志，为其他气候带所没有。(2)地面漏陷地貌、溶蚀洼地及溶蚀谷地等广泛发育；石芽和溶沟十分显著，石芽高大而多呈山脊式和石林式。因此地面非常崎岖。(3)地下喀斯特地貌发达，形成广大的洞穴系统，具有“逢山必有洞”的地貌特征。●地中海型本类型以南斯拉夫喀斯特高原为代表，有厚层的石灰岩。该地夏季干热，冬季湿冷，水热条件不及热带，故喀斯特地貌发育也不如热带典型。然而，地表或地下喀斯特地貌仍相当显著。高原上以溶斗、落水洞、溶蚀洼地、盲谷及干谷等为多见，还有少数河流切割高原，造成槽形峡谷，尤其在地下河崩塌地段，峡谷更为明显。高原地面干旱，岩石裸露，呈现一片荒凉景色。这种类型，又称为“裸露喀斯特”，主要分布在地中海沿岸，如巴尔干半岛、爱琴海群岛、苏联的克里米亚和南高加索等地。●温带型在温带地区，由于气温与雨量方面一般不如上述二类型，故喀斯特作用不很强烈，地貌不很明显。例如我国华北和东北，地表喀斯特地貌除了干谷较多之外，其余如石芽、溶沟、落水洞及溶蚀谷地等很少见到。地下喀斯特地貌以溶隙，溶孔及小型溶洞为主。但在个别地区可能存在较大的溶洞和石芽等，其生成多与古气候有关。在国外，以法国中央高原为代表，那里地面上只有大小不一的圆洼地和小干谷。原有的石芽、溶沟和落水洞等已被风化物覆盖，地下溶洞多在峡谷两壁出现。这种不显露的喀斯特地貌现象又称为“隐喀斯特”。温带型喀斯特地貌主要分布于北美密西西比高原、苏联乌拉尔、捷克、斯洛伐克和法国等地。我国的东北、华北也属于这个类型。●寒带及高山型寒带与高山地区，气温低，地表终年冻结或者季节性冻结。因此，喀斯特作用受到抑制，只有少数的圆洼地及小型溶斗。在永冻层之下也有地下水流和小溶洞生成。高山地区由于融冻风化强烈，崩解作用往往沿断层、节理或层理面进行，形成类似于热带的峰林地貌，不过其规模十分矮小。我国青藏高原上4000m以上的地方，仍发现高20—30m的残余峰林，它们也是第三纪古热带气候下的产物。●干燥型在气候干旱的地区，雨量稀少，现代喀斯特作用无法进行，故地表上未显露出喀斯特地貌。但地下仍有溶洞出现，它主要是在第四纪雨量较多时期形成的。例如非洲西南部沙漠及我国西北干旱区所见的古喀斯特遗迹。上述五种类型中，喀斯特化程度最强烈的是热带及亚热带季风型，它比干燥型大71倍，比寒带及高山型大11倍，比温带型大7倍，比