第三章 巖溶地貌.ppt

1、第三章 巖溶地貌Karst Landforms,巖溶地貌 地下水和地表水對(duì)可溶性巖石進(jìn)行破壞和改造形成的地貌現(xiàn)象。 巖溶作用 可溶性巖石在地表水和地下水的化學(xué)過(guò)程（溶解與沉淀）和物理過(guò)程（流水的侵蝕和沉積、重力崩塌和堆積）的共同作用下，對(duì)可溶性巖石的破壞和改造作用。,Guilin, China,黃龍五彩池,第一節(jié) 巖溶發(fā)育條件,巖石的可溶性 巖石的化學(xué)成分 鹵化鹽類(lèi)巖石: 如鉀鹽、石鹽； 硫酸鹽類(lèi)巖石:如硬石膏、石膏、芒硝等； 碳酸鹽類(lèi)巖石Carbonate Rock: 如石灰?guī)rlimestone、白云巖dolomite等。 溶解度： 鹵鹽硫酸鹽碳酸鹽； 在碳酸鹽巖類(lèi)中，CaCO3的含量越高，

2、其他雜質(zhì)含量越低，其溶解度就越大。石灰?guī)r白云巖硅質(zhì)灰?guī)r泥灰?guī)r 巖石的結(jié)構(gòu) 巖石的結(jié)構(gòu)與溶解度有密切關(guān)系。對(duì)于結(jié)晶的巖石，晶粒越小，溶解度也越大。,巖石的透水性 巖石的透水性影響巖石的溶蝕速度和地下巖溶的發(fā)育 透水性不良的巖石，溶蝕作用只限于巖石表面，很難深入巖石內(nèi)部； 透水性好的巖石，地表和地下溶蝕都很強(qiáng)，地貌發(fā)育也好。 透水性強(qiáng)弱取決于巖石的孔隙和裂隙大小和多少 一般石灰?guī)r的原生孔隙度Porosity都很小, 小于3，透水性較弱。 巖石的透水性主要受由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的斷裂構(gòu)造(各種斷層、裂隙)所控制。斷層、裂隙不僅提供了水進(jìn)入巖體內(nèi)部的通道，而且增加了水與巖石作用的面積,水的溶蝕力 溶解于水中

3、的CO2越多，水的溶蝕力就越強(qiáng)；水中的Ca+2的含量越高，水的溶蝕力就越弱。 水中不同游離CO2時(shí)的碳酸鹽類(lèi)巖石溶解度： 純水的溶解度11.5mg/L 含1mg/L CO2水的溶解度 6050 mg/L 溫度越高，水的化學(xué)反應(yīng)速度越快，溶蝕力越強(qiáng) 氣壓越大，溶蝕力越強(qiáng)（水中CO2的含量與氣壓成正比）,水的流動(dòng)性 流水經(jīng)常與空氣保持接觸，能不斷地補(bǔ)充因溶蝕巖石所消耗的CO2，使水體不易達(dá)到飽和。因此，水體經(jīng)常流動(dòng)，能大大提高水的溶蝕力。 熱帶地區(qū)高溫多雨，水流量大、水循環(huán)快，加上氣溫高及生物作用強(qiáng)，巖溶發(fā)育最快。 如亞熱帶廣西碳酸鹽巖溶蝕量為0.120.3mm/a，是暖溫帶的河北（溶蝕量為 0.

4、020.03mm/a）的59倍。,巖溶水的垂直分帶,1垂直滲流帶；2季節(jié)變動(dòng)帶；3水平流動(dòng)帶；4深部循環(huán)帶,垂直滲流帶 位于地表以下至地下水的高水位之間 垂直入滲帶的巖溶地貌發(fā)育規(guī)模小，且以垂直形態(tài)為主 季節(jié)變動(dòng)帶 地下水面隨季節(jié)變化而升降, 地下巖溶水的流動(dòng)方向隨季節(jié)變化而具有周期性變化 巖溶作用很活躍，巖溶地貌的垂直形態(tài)和水平形態(tài)均很發(fā)育，如溶洞與暗河系統(tǒng)等 水平流動(dòng)帶 位于枯水期地下水面以下，處于常年有水的飽和狀態(tài) 巖溶地下水流動(dòng)交換快，巖溶水溶蝕力強(qiáng)、巖溶作用劇烈，?？尚纬梢?guī)模很大的水平溶洞或暗河 深部循環(huán)帶 位于水平流動(dòng)帶之下，其下限很深。巖溶地下水的運(yùn)動(dòng)已不受當(dāng)?shù)厮木W(wǎng)的影響，主要

5、受地質(zhì)構(gòu)造情況控制，具有承壓性 巖溶作用非常微小,第二節(jié) 巖溶地貌類(lèi)型,一、地表喀斯特地貌,石芽與溶溝 地表水沿巖石裂隙溶蝕、侵蝕而成的溝槽形態(tài)，稱為溶溝 溶溝深幾厘米至幾米，長(zhǎng)幾米至幾十米 其發(fā)育受巖石的節(jié)理、裂隙和地形坡面的影響 石芽為溶溝之間突起的石脊 高大的石芽稱為石林。,溶溝 Karren,石芽,石林,石林鳥(niǎo)瞰,云南羅平,Florida, 2008-09-23,坑底下邊有地下河，小寨天坑是地下河的一個(gè)天窗。小寨天坑與天井峽地縫屬同一巖溶系統(tǒng)，天坑底部的地下河水由天井峽地縫補(bǔ)給，自迷宮峽排泄；從天坑至迷宮峽出口地下河道長(zhǎng)約4千米。小寨天坑當(dāng)稱天下第一坑，屬當(dāng)今世界洞穴奇觀之一。,位于距

6、重慶奉節(jié)縣城91千米的荊竹鄉(xiāng)小寨村。天坑在地理學(xué)上叫巖溶漏斗地貌。小寨天坑坑口地面標(biāo)高1331米，深666.2米，坑口直徑622米，坑底直徑522米?？颖谒闹芏盖?，在東北方向峭壁上有小道通到坑底。,2008-09-22,巖溶漏斗：直徑數(shù)十米，深數(shù)米至十幾米,溶蝕形成的漏斗,云南羅平,貴州貴陽(yáng)附近,溶蝕洼地：直徑超過(guò)100米，最大可達(dá)1-2公里，面積小于10km2,貴州興義,貴州興義,巖溶盆地與巖溶平原: 面積10100 km2以上,云南羅平,峰叢、峰林與孤峰,峰林,孤峰,峰叢 Cockpit Country, Jamaica,Chocolate Hills, Philippines.,峰叢、峰

7、林與殘丘孤峰的空間組合,廣西,二、地下喀斯特地貌,地下暗河,盲谷與干谷 喀斯特區(qū)的地表河下游消失于落水洞或溶洞中形成的無(wú)出口的河谷。又稱斷尾河。常發(fā)育于地下水水力坡降變陡處，是地下河襲奪地表河所致。,溶洞的形態(tài)類(lèi)型,溶洞,洞穴堆積物可分為三大類(lèi)型 化學(xué)堆積物 石鐘乳stalactite、石筍stalagmite 、石柱column、石幕和泉華等 機(jī)械堆積物 河流沉積 湖泊沉積 崩塌沉積 生物堆積物,Benxi Cave in Liaoning,Blue Lake Cave, Brazil,Carlsbad Caverns National Park, USA,Jillabenan Cave,

8、Australia,第三節(jié) 巖溶發(fā)育過(guò)程及其影響因素,一、喀斯特地貌發(fā)育過(guò)程,幼年期： 發(fā)育初期，可溶性巖石裸露，主要巖溶地貌類(lèi)型是石芽、溶溝，開(kāi)始發(fā)育成漏斗和落水洞。 青年期： 巖溶地貌進(jìn)一步發(fā)育，地下洞穴大量發(fā)育，并且互相貫通成為一個(gè)統(tǒng)一的地下水系統(tǒng)，地下水面以上，溶洞干涸，地下水面以下的洞穴充水，形成地下河。 中年期： 進(jìn)一步發(fā)育，離地面較淺的溶洞開(kāi)始崩塌，地下河局部由于塌頂而成為地面河，地面逐漸被蝕低，溶蝕洼地、溶蝕盆地、峰叢、峰林廣泛分布。 老年期： 地下河和溶洞大量崩塌，成為地面巖溶盆地和平原地貌。此時(shí)石灰?guī)r已大量蝕去，不透水層廣泛出露。除了溶蝕平原上殘留少量的殘丘及孤峰，地面起伏

9、很小，形成準(zhǔn)平原。,二、影響巖溶地貌發(fā)育過(guò)程的因素,巖溶地貌發(fā)育程度主要取決于巖性、構(gòu)造和氣候條件 巖層的產(chǎn)狀、厚度、組合特征對(duì)巖溶發(fā)育有很大影響。在全部由碳酸巖地層組成的地方，巖溶地貌成片發(fā)育；在碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖互層、交替出露的地區(qū)，巖溶地貌則呈帶狀分布。 構(gòu)造條件對(duì)巖溶發(fā)育的影響，在大范圍內(nèi)主要反映在不同大地構(gòu)造單元的石灰?guī)r沉積厚度、巖性變化、分布面積等差異導(dǎo)致巖溶發(fā)育的差異；在小區(qū)域內(nèi)主要表現(xiàn)在構(gòu)造轉(zhuǎn)折部位和斷裂破碎帶的巖溶發(fā)育一般較強(qiáng)烈。 不同氣候區(qū)的巖溶地貌形態(tài)、發(fā)展的速度和過(guò)程不相同。濕熱地區(qū)雨量豐富，氣溫高，地下水的流動(dòng)性強(qiáng)，巖溶作用強(qiáng)烈；干旱地區(qū)降水很少，地下水流動(dòng)緩慢，地

10、表巖溶作用微弱；寒冷區(qū)多固體降水，并發(fā)育凍土，阻礙了地下水的流動(dòng)，巖溶作用極緩慢。,氣候和構(gòu)造條件的變化，會(huì)改變巖溶地貌發(fā)育進(jìn)程 氣候變化引起巖溶作用強(qiáng)度的變化 地殼的升降和褶皺引起巖溶地貌發(fā)育條件，特別是溶蝕基準(zhǔn)面的變化和水流循環(huán)交替條件的改變 多層不同高程的水平溶洞，通常是受地殼運(yùn)動(dòng)的影響和控制 人類(lèi)活動(dòng)對(duì)巖溶地貌的影響 采石、采礦 地下水污染 溶洞旅游,第四節(jié) 巖溶地區(qū)水文特征,地表水大部或幾乎全部流入巖溶巖層以補(bǔ)給地下水，地表河網(wǎng)密度較小 地下徑流往往大于地表徑流 地表分水嶺與地下分水嶺常不一致，導(dǎo)致流域常具有非閉合現(xiàn)象 由于可溶性巖石的裂隙分布復(fù)雜，地下徑流具有高度復(fù)雜性與不均勻性,

11、Thin soil cover on hillslope,Vegetative roots and fractured bedrock significantly increase hydraulic conductivity,Loess Plateau Fragmental rock,In the karst region, hillslope surface runoff is usually less than 1% of precipitation, but for the extremely heavy rainfall, the surface runoff increases s

12、harply.,日,日,小結(jié),巖溶發(fā)育的基本條件 巖溶水的垂直分帶及各帶的巖溶發(fā)育特點(diǎn) 地表、地下巖溶地貌類(lèi)型 巖溶地貌的發(fā)育過(guò)程 巖溶地區(qū)水文特征,巖溶發(fā)育的基本條件： （1）巖石的可溶性 （2）巖石的透水性 （3）水的溶蝕性 （4）水的流動(dòng)性,巖溶水的垂直分帶及各帶的巖溶發(fā)育特點(diǎn)： （1）垂直滲流帶，巖溶發(fā)育規(guī)模小、以垂直形態(tài)為主； （2）季節(jié)變動(dòng)帶，巖溶作用很活躍，巖溶地貌的垂直形態(tài)和水平形態(tài)均很發(fā)育； （3）水平流動(dòng)帶，巖溶地下水流動(dòng)交換快，巖溶水溶蝕力強(qiáng)、巖溶作用劇烈，?？尚纬梢?guī)模很大的水平溶洞或暗河； （4）深部循環(huán)帶，巖溶作用非常微小。,地表、地下巖溶地貌類(lèi)型： （1）地表巖溶地貌：石芽與溶溝、落水洞、巖溶漏斗、溶蝕洼地、巖溶盆地與巖溶平原、峰叢、峰林與孤峰； （2）地下巖溶地貌：地下暗河、溶洞。,巖溶地貌的發(fā)育過(guò)程： （1）幼年期：發(fā)育初期，可溶性巖石裸露，主要巖溶地貌類(lèi)型是石芽、溶溝，開(kāi)始發(fā)育成漏斗和落水洞。 （2）青年期：巖溶地貌進(jìn)一步發(fā)育，地下洞穴大量發(fā)育，并且互相貫通成為一個(gè)統(tǒng)一的地下水系統(tǒng)，地下水面以上，溶洞干涸，地下水面以下的洞穴充水，形成地下河。 （3）中年期：進(jìn)一步發(fā)育，離地面較淺的溶洞開(kāi)始