岩溶地貌及岩溶堆积物

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1、Wednesday, May 19, 2021 第 五 章 岩 溶 地 貌 及 岩 溶 堆 积 物一 岩 溶 作 用 及 岩 溶 形 成 条 件二 岩 溶 地 貌三 岩 溶 堆 积 物四 岩 溶 旋 回 定 义 ： 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 。 岩 溶 ： 岩 溶 作 用 及 其 由 此 产 生 的 现 象 叫 岩 溶 。 喀 斯 特 (Karst):南 斯 拉 夫 西 北 部 石 灰 岩 高 原

2、的 地名 ， 代 表 石 灰 岩 被 溶 蚀 后 形 成 的 地 貌 。一 、 岩 溶 作 用 及 岩 溶 形 成 条 件 Wednesday, May 19, 2021 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 Wednesday, May 19, 2021 1 地 下 水 的 潜 蚀 作 用 定 义 ： 地 下 水 在 运 动 过 程 中 对 周 围 岩 石 的 破 坏 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

3、 蚀 作 用 显 著 。 Wednesday, May 19, 2021 地 下 水 的 垂 直 运 动 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 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 。 主 要 为 化 学 搬 运 ， 化 学 搬 运 物 的 成 分 和 数

4、 量 ， 取 决 于 地 下水 渗 流 区 的 岩 石 性 质 和 风 化 程 度 。 流 经 灰 岩 地 区 的 地 下 水 ， 含 HCO3-、 Ca2+、 Mg2+较 多 。 在 干 旱 及 半 旱 地 区 ， 因 化 学 风 化 较 弱 ， 只 有 极 易 迁 移 的 K+、Na+、 Cl-、 SO42-等 离 子 。 在 湿 热 气 候 区 ， 化 学 风 化 作 用 强 烈 而 彻 底 ， 地 下 水 搬 运 的 物质 除 上 述 物 质 以 外 ， 可 有 较 多 的 SiO2、 Al(OH)3、 Fe(OH)3等胶 体 物 质 。 地 下 水 的 溶 运 能 力 ， 与 水 温

5、 、 压 力 、 运 移 速 度 、 酸 碱 度 及CO 2含 量 有 关 。 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 。 2地 下 水 的 搬 运 作 用 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 。 钟 乳 石 （ 石 钟 乳 、 石 笋 、 石 柱） 、 石 幔 。 泉 华 沉 积

6、 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 SiO 2为 主 时 称 为 硅 华 。 泉 华 可 堆 积成 锥 状 、 台 阶 状 或 扇 状 地 貌 。 Wednesday, May 19, 2021 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 ，

7、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 Wednesday, May 19, 2021 白云岩 白云质灰岩 灰岩矿物 白云石 白云石+方解石 方解石 Ca/Mg 1.22.2 2.210.0 10.0相对溶解度 0.350.82 0.80.99 1 岩溶化程度 小 中 大 Wednesday, May 19, 2021 2岩 石 结 构 对 溶 蚀 率 的 影 响 结 晶 岩 石

8、 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 ： 化 学 成 分 相 对 溶 解 度 ： 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

9、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 。 Wednesday, May 19, 2021 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 。T（ ） CO2含 量 （ %） CaCO3溶 解 度 （

10、mg/l）0 1.1 8110 0.70 7020 0.52 60 30 0.39 49表 5-1 P CO2=0.0003atm时 水 中 的 CO2含 量 及 CaCO3溶 解 度 表 Wednesday, May 19, 2021 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

11、溶 解 力 。 Wednesday, May 19, 2021 沙锅店奥陶纪灰岩 Wednesday, May 19, 2021灰岩溶沟 Wednesday, May 19, 2021灰岩中的落水洞、石芽 Wednesday, May 19, 2021 沙锅店东山梁灰岩石芽 二 岩 溶 地 貌 （ 一 ） 地 表 岩 溶1石芽与溶沟溶沟：地表水沿可溶蚀岩石的节理裂隙进行溶蚀与侵蚀，形成纵横交错的凹槽。石芽：凹槽之间残存的突起岩石。 2石 林 与 岩 溶 漏 斗 石 林 ： 由 密 集 林 立 的 锥 柱 状 、 锥 状 、 塔 状 岩 体 组 成 的 地 貌 景 观 。 Wednesday,

12、May 19, 2021 石林 Wednesday, May 19, 2021 宜宾兴文石海 岩溶漏斗呈碟状或倒锥状的封闭洼地。 世界最大的岩溶漏斗-小寨天坑 位于重庆奉节，深度为521米-662米，宽度为535-625米。 Wednesday, May 19, 2021 3峰林、峰丛与溶蚀洼地 峰 林 ： 成 群 分 布 的 山 体 基 部 分 离 的 石 灰 岩 山 峰 群 。 峰 丛 ： 一 种 基 部 相 联 的 峰 林 “ U”形 的 马 鞍 地 形 ， 峰 与 峰之 间 常 形 成 。 溶 蚀 洼 地 ： 与 峰 林 、 峰 丛 同 期 形 成 的 一 种 负 地 貌 类 型 。

13、张家界地貌 Wednesday, May 19, 2021 张家界地貌 溶蚀洼地 Wednesday, May 19, 2021 黄 布 倒 影山上色彩斑斓的石纹，像一匹一匹黄色布幕，倒影水中，游船而过，方体会到“船在青山顶上行”之快感。 Wednesday, May 19, 2021 4孤峰与岩溶平原 孤 峰 是 兀 立 在 岩 溶 平 原或 盆 地 上 的 孤 立 的 灰 岩山 峰 。 岩 溶 平 原 是 比 溶 蚀 洼 地更 为 宽 广 的 地 面 平 坦 的岩 溶 地 形 。 桂林独秀峰 Wednesday, May 19, 2021 落水洞与竖井（过渡型） 落 水 洞 ： 消 泄 地

14、 表 水 的 过 于 垂 直 的 或 倾 斜 的 洞 穴 。 竖 井 ： 落 水 洞 进 一 步 发 展 ， 崩 塌 作 用 加 剧 ， 就 可 形 成 一种 垂 向 深 井 。沙锅店东山梁灰岩落水洞 Wednesday, May 19, 2021 （ 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

15、下 湖 ： 指 天 然 洞 穴 中 具 有 开 扩 自 由 水 面 的 比 较 平 静 的 地 下水 体 。 利川腾龙洞中 国 目 前 最 大 的 溶 洞 之 一 ，世 界 特 级 洞 穴 之 一 。 位 于 利川 市 城 郊 6公 里 处 ， 门 票 180元 。 旱 洞 全 长 59.8公 里 ， 洞口 高 74米 ， 宽 64米 ， 为 亚 洲第 一 大 旱 洞 ， 水 洞 则 吸 尽 了清 江 水 ， 更 形 成 了 23米 高 的瀑 布 ， 清 江 水 至 此 变 成 长 16.8公 里 的 地 下 暗 流 。 溶洞 Wednesday, May 19, 2021 Wednesday

16、, May 19, 2021 Wednesday, May 19, 2021 三岩 溶 堆 积 物（ 一 ） 地 表 岩 溶 堆 积 物（ 二 ） 地 下 岩 溶 堆 积 物 Wednesday, May 19, 2021 （ 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 。课 后 思 考 ： 与 典 型 红 土 的 区 别 ？ 成 因 不 同 、 产 状 不 同 2泉 华 （

17、 石 灰 华 ） 是 指 地 表 岩 溶 水 中 沉 积 的 大 孔 隙 次 生 管 状 、 层 状碳 酸 钙 物 质 。九寨沟黄龙 Wednesday, May 19, 2021 Wednesday, May 19, 2021 （ 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 石 笋 石 柱 Wednesday, May 19, 2021 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

18、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。 Wednesday, May 19, 2021 Wednesday, May 19, 2021 （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 Wednesday, May 19, 2021 Wednesday, May 19, 2021 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。 Wednesday, May 19, 20

19、21 Wednesday, May 19, 2021 （3）雾水和凝结水沉积 呈 丛 花 状 散 布 在 洞 壁 或 其 他 洞 穴 堆 积 物 表 面 的 石 花 状 方 解石 沉 积 物 。（4）毛细管水沉积 石 珊 瑚 ： 在 石 钟 乳 表 面 ， 由 于 毛 细 管 水 渗 出 而 形 成 的 状 如珊 瑚 的 碳 酸 钙 沉 积 物 。 卷 曲 石 ： 一 种 螺 旋 状 钟 乳 石 。 卷曲石 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

20、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 Wednesday, May 19, 2021 灰 岩 中 的 蛇 卷 螺 化 石 Wednesday, May 19, 2021 四 岩 溶 旋 回幼 年 期 ： 岩 溶 开 始 发 育 ， 以 垂 直 岩 溶 作 用 为 主 ，地 表 水 向 下 运 动 ， 无 统 一 的 地 下 水 面 。 石 芽 、 溶沟 、 岩 溶 漏 斗 发 育 。壮 年 期 ： 垂 直 溶 蚀 转 变 为 水 平 溶 蚀 占 优 势 ， 溶 洞、 暗 河 发 育 ； 地 下 水 水 平 流

21、动 ， 加 速 了 岩 溶 发 育， 顶 板 崩 塌 ， 地 下 水 系 重 新 出 露 地 表 。老 年 期 ： 水 系 又 转 变 为 地 表 水 系 网 ， 残 丘 、 岩 溶平 原 、 孤 峰 发 育 。 Wednesday, May 19, 2021 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

22、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 。 Wednesday, May 19, 2021 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

23、。下 降 ： 溶 洞 被 掩 埋 。 Wednesday, May 19, 2021 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 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 第 五 章 -小 结主要概念： 岩溶作用、岩溶地貌、溶沟、石芽、岩溶漏斗、落水洞、峰丛、峰林、孤峰、溶蚀洼地、溶洞、暗河、泉华思考题： 1. 地下水循环动态与岩溶发育有何关系？ 2. 造成我国南北方岩溶发育差异的主要原因是什么？ 3. 在什么情况下会发育岩溶？ 4. 地表岩溶地貌在平面分布上有何规律？ 5. 新构造运动对岩溶发育有何影响？ 6. 试述岩溶旋回？