岩溶地貌与洞穴
2018-12-30 21:35阅读：
岩溶地貌与洞穴
1.岩溶景观
（1）岩溶地貌类型分地表岩溶地貌类型和地下岩溶地貌类型。
地表岩溶地貌类型有：
溶沟、石芽和石林，地表水沿岩石表面流动，由溶蚀、侵蚀形成的许多凹槽称为溶沟；溶沟之间的突出部分叫石芽；高大的石芽，密布如林，故称石林。它是由于石灰岩纯度高、厚度大，层面水平，在热带—亚热带多雨条件下形成的。石林以云南路南石林最为典型。
路南石林
峰丛、峰林和孤峰：峰丛和峰林是石灰岩遭受强烈溶蚀而形成的山峰集合体。其中峰丛是底部基坐相连的石峰，峰林是由峰丛进一步向深处溶蚀、演化而形成。孤峰是岩溶区孤立的石灰岩山峰，多分布在岩溶盆地中。峰林、峰丛和孤峰地貌以桂林山水最为典型；
葡萄峰林平原
峰丛洼地
落水洞、溶斗和溶蚀洼地：落水洞是岩溶区地表水流向地下或地下溶洞的通道，它是岩溶垂直流水对裂隙不断溶蚀并随坍塌而形成，常分布于溶蚀洼地底端；溶斗是岩溶区地表圆形或椭圆形的洼地，溶蚀洼地是由四周为低山、丘陵和峰林所包围的封闭洼地；若溶斗和溶蚀洼地底部的落水洞通
道被堵塞，可积水成塘，大的可以形成岩溶湖。
落水洞
溶斗
溶蚀洼地
干谷和盲谷：干谷是指岩溶地区干涸的河道。地表水因渗漏或因地壳抬升而通过落水洞转入地下，则地表原来的河谷变成干谷；盲谷是岩溶地区没有出口的地表河谷。谷中的地表河流在河谷末端进入脚洞或落水洞中而转为地下河，它是岩溶地区一种貌似无头又无尾、实际有伏流流入和流出的河谷。
穿洞与天生桥：古洞穴被抬升至地表，脱离地下水位，局部洞道的两端因崩塌形成开口,
并且透光，形成穿洞。如广西桂林月亮山穿洞、湖南张家界天门洞等；天生桥是地下河与溶洞的顶板崩塌后，横跨河谷的残留顶板，其两端与地面连接，中间悬空而呈桥状。如广西鹿寨的香桥天生桥、重庆武隆的天生三桥等。
天生桥
天沟和地缝：天沟地缝属于岩溶隘谷，从谷底往上看，天像一条沟；从谷顶往下看，地像一条缝，因而得名。天沟地缝形成于地壳上升河流强烈下蚀和垂直节理发育的坚硬碳酸盐岩地区，谷底深窄，仅为一条线，两壁陡峭，谷坡近于直立谷底，且谷底几乎全为河床占据，多在年轻河流上游地带。比较著名的有重庆奉节天井峡和甘肃漳县贵清山东-西溪等。
奉节天井峡
崮山和台原：崮山和台原均是四周陡削、山顶较平缓的山体或山原，属于喀斯特桌状山系列。其中面积小者多被称为崮山，北方较为常见，如山东“沂蒙七十二崮”；面积达数十或数百平方公里以上的桌状喀斯特山体则可称为台原，南方广为分布，如重庆金佛山。崮山和台原之上又分布着一系列小型喀斯特地貌景观，如石芽、洼地、落水洞等。
抱犊崮
金佛山台原
【地下喀斯特】
溶洞
是地下水沿着可溶性岩石的层面、节理或断层进行溶蚀和侵蚀而形成的地下通道。溶洞中常发育有多种多样的钟乳石景观，按其沉积的水流类型分为重力水沉积类（如滴石类、流石类、池水沉积类、溅水沉积类、叠置沉积类和协同沉积类等）和非重力水沉积类（如卷曲石、石花、晶花、海绵层等），主要形态有石钟乳、石笋、石柱、石幔、鹅管、石花、莲花盆、边石坝、石梯田等。
芦笛岩
溶潭
溶潭在可溶岩地区成潭状或井状、水深较大的天然地下水露头。常年或仅雨季时出流，有的属承压性质，潭水常与地下河有关。源于深部缓流带的潭则受静水压力影响，地下水位高出附近水位。有的动态较稳定，受气候影响较小。典型的溶潭有昆明黑龙潭、柳州小龙潭、贵州普定九十九潭等。
黑龙潭
天窗
天窗是地下河或溶洞顶部通向地表的透光部分，可分为两类，一类是洞穴大厅的渐进顶蚀作用，会使洞顶穿透地表，形成天窗，多见于干洞；另一类是地下河（洞穴）露出地表的部分或地下河的明流段，常呈线状串珠式分布于地下河洞穴之上。广西凤山三门海天窗群和都安地苏地下河天窗群等都属于第二类天窗。
洞穴大厅天窗
三门海地下河天窗
天坑：天坑是指具有巨大的容积，陡峭而圈闭的岩壁，深陷的井状或者桶状轮廓等非凡的空间与形态特质，发育在厚度特别巨大、地下水位特别深的可溶性岩层中，从地下通往地面，平均宽度与深度均大于100m，底部与地下河相连接（或者有证据证明地下河道已迁移）的一种特大型喀斯特负地形。较为著名的有重庆奉节小寨天坑、武隆箐口天坑和广西乐业大石围天坑等。
小寨天坑
（2）岩溶景观分布
我国喀斯特地貌景观分布广、面积大。主要分布在碳酸盐岩出露地区，面积约91～130万平方千米。其中以广西、贵州和云南东部所占的面积最大，是世界上最大的喀斯特区之一，西藏和北方一些地区也有分布。全国可分为湿润热带亚热带喀斯特、湿润半湿润亚热带—温带喀斯特、干旱半干旱温带喀斯特和高原—高山喀斯特四个岩溶地貌区。
中国岩溶地貌分布图
（3）典型岩溶地貌
中国典型岩溶地貌的时空演化谱系
①广西桂林岩溶地貌：地貌类型多样，主要表现为塔状峰林和锥状峰丛喀斯特，以及峰丛洼地、峰丛谷地、峰林平原、坡立谷平原、喀斯特峡谷等组合地貌。
②四川九寨沟-黄龙岩溶地貌：包括了一系列世界罕见的以高山湖泊群、瀑布群和钙华滩流为主体的梯湖叠瀑喀斯特地貌景观，尤以钙华喀斯特最为典型。
③云南石林岩溶地貌：地处云贵高原腹地之滇东喀斯特高原上，高原面起伏较为和缓，切割轻微，海拔高度在1700～1950m之间。区内广泛地分布着下古生界巨厚的碳酸盐岩地层，地貌以石林喀斯特景观为主，石林形态类型主要有剑状、塔状、蘑菇状及不规则柱状等。连片出现的石柱群，远望如树林，人们望物生意称之为“石林”，石林术语即源于此地。
④重庆金佛山岩溶地貌：是一座独特的岛状喀斯特台原。
⑤重庆武隆岩溶地貌：是深切型峡谷喀斯特的杰出代表，峡谷、天坑、锥状峰丛、洼地、漏斗、落水洞、干谷、盲谷、大型漏斗、天生桥等地貌景观，完美地展现了典型的多类型、多层次的亚热带深切峡谷区域的喀斯特特征。
⑥荔波-环江岩溶地貌：最醒目的景观主体是锥状喀斯特，它们是由两坡对称、平均45°、相对高度100余米到350余米的锥状石峰组成。
⑦施秉岩溶地貌：是白云岩喀斯特的杰出代表，最醒目的景观主体是锥状峰丛峡谷、峰丛谷地及峰丛顶部的残余塔状孤峰。
⑧乐业-凤山岩溶地貌：乐业-凤山岩溶地貌位于广西西北部，发育有两大地下河系统，形成了成熟的高峰丛地貌，拥有全球最大的大石围天坑群、最集中分布的凤山洞穴大厅群、天窗群、最大跨度的天生桥、典型洞穴沉积物等。
2岩溶洞穴
（1）洞穴类型
洞穴由喀斯特水沿可溶岩层层面节理或裂隙进行溶蚀扩大而成。按不同的性质和形态，划分为不同的类型，它们各有其成因。常见的喀斯特洞穴类型有：水洞、干洞、化石洞、脚洞、穿洞等。
①水洞：指洞中有溪流的洞穴，也包括那些由干洞与地下河相连而成的洞穴系统。此类洞穴常具有成层性特征，一般上层为干洞，下层为正在发育的地下河洞穴。
②干洞：指洞中没有溪流的洞穴。由于区域地壳抬升或地下水位下降，原先的地下水流逐渐疏干，但是岩溶作用仍然进行的洞穴，表现为发育大量洞穴次生化学沉积物和发生大量重力崩塌作用。
③化石洞：在岩溶作用下，被后期沉积物充填或埋藏的地下洞穴。
④脚洞：地下水面发育的水平性洞穴。它是在峰林平原、岩溶盆地、谷地中的石峰脚下由经脚洞常泛滥的洪水侵蚀、溶蚀发育的溶洞。其成因可分为流入型的进水洞和流出型的出水洞两种。洞壁常有边槽、流痕、贝窝等形态,洞体呈通道式。
⑤穿洞：抬升脱离地下水位的或大部分已脱离地下水位的地下廊道、伏流或洞穴,其两端成开口状,并透光者。以广西桂林月亮山、穿山、象鼻山以及南圩等处穿洞为典型。
（2）洞穴分布
中国岩溶洞穴的分布集中在西南的云贵高原，以及云贵高原与四川盆地'广西盆地和湘中盆地过渡的斜坡地带，长江三峡地区，广西西北连片峰丛地区!此外黄土高原与华北平原过渡的斜坡地带即太行山南端，以及太行山北端即河北中部拒马河流域，山东中南部岩溶丘陵地区，东部大别山南部与鄱阳湖盆地过渡岩溶丘陵地带，还有江苏'浙江'福建等东南岩溶丘陵地区也有较多洞穴分布。
中国岩溶地貌与大型洞穴分布图
（3）典型洞穴介绍
①贵州绥阳双河洞
双河洞是目前国内已知最长的洞穴系统，已探测长度超过138公里。该洞是座水洞、旱洞并存，结构复杂的巨大洞穴系统，到目前为止已探明有4层洞、5条地下河、22个洞口，总体呈网络状。根据目前已测资料，以双河洞穴系统为中心，共有各类洞穴168个（洞口）。仅双河洞穴系统就有24个洞口（包含了落水洞、天坑、地下河、盲谷及洞穴内的各种次生碳酸钙和硫酸钙沉积物），另外还有大洞、莲花洞、小鹰岩洞、石鸡沟洞、麻王洞、柑子树洞、钻岩孔洞等。随着探险的推进，该洞穴这一数据仍将不断被刷新。
②贵州织金洞
织金洞是一个多层次、多阶段、多类别、多形态的完整岩溶系统，是世界上已经开发作为旅游溶洞的佼佼者之一。洞内相对高差150多米，最宽跨度175米，洞内一般高宽均在60至100米之间，总面积达70多万平方米。全洞容积达500万立方米，空间宽阔，有上、中、下三层，堆积物的高度平均在40米左右，最高堆积物有70米，囊括了全世界溶洞堆积物类别的40多种堆积形态。
③重庆武隆芙蓉洞
芙蓉洞是一个大型石灰岩洞穴，形成于第四纪更新世（大约120多万年前），发育在古老的寒武系白云质灰岩中。洞内深部稳定气温为16.1度。芙蓉洞主洞长
2700m，游览道1860m，底宽12-15m以上，最宽69.5m；洞高一般8-25m，最高48.3m；洞底总面积37000m
2，其中辉煌大厅面积在1000
m
2以上。其中 “ 辉煌大厅 ” 面积 1.1 万m
2，最为壮观。
④湖北恩施腾龙洞
腾龙洞洞口高74米，宽64米，洞内最高处235米，初步探明洞穴总长度52.8公里，其中水洞伏流16.8公里，洞穴面积200多万平方米。洞中有5座山峰，10个大厅，地下瀑布10余处，洞中有山，山中有洞，水洞旱洞相连，主洞支洞互通，洞内终年恒温14一18℃，空气流畅。
⑤北京石花洞
石花洞洞体分为上下七层，仅对外开放一至四层，全长2500米。一、二、三、四层已全部对外开放。洞内的自然景观华彩多姿、类型繁多，有滴水、流水等，地质奇观不胜枚举.四层洞壁被钟乳石类封闭，五层厅堂高大、洞壁松软，并且空气新鲜，七层则是一条地下暗河。石花洞内的自然景观花彩多姿、类型繁多、有滴水、流水和停滞水沉积而成的高大洁白的石笋、石竹、石钟乳、石幔、石瀑布、边槽、石坝、石梯田等和渗透水、飞溅水、毛细水沉积形成的众多石花，石枝、卷曲石、晶花、石毛、石菊、石珍珠、石葡萄等。
⑥广西巴马水晶宫
水晶宫总长776m，宽度一般8～25m，个别达50-80m，高度一般10～30m，洞穴底面积为22006m
2，洞体容积约327930m3。洞穴基本上顺岩层层面发育，洞道起伏较小，除两处大厅外，洞穴空间总体为廊道状。洞内的钟乳石类有重力水沉积类的鹅管、钟乳石、石笋、石柱、石带、石旗和各类石幔、石瀑布、石盾等沉积；还有非常丰富的非重力水的石毛发、卷曲石、石花等数十种，且大部分洁白纯净。
⑦冠岩地下河洞穴
冠岩地下河洞穴系统位于漓江东岸，发育于峰丛地貌之中。其进口穿岩，在喀斯特和非喀斯特接触地带；出口冠岩，在漓江边冠山之下，是桂林附近最大的地下河洞穴。冠岩地下河系统总长约12km，流域面积69km
2。洞穴分为五段：穿岩段，长3860m，为峡谷状地下河洞穴；大岩冲段，为一孤立的高位洞穴，长900m；小河里岩段，全长2840m；小河里明流段，长700m；安吉岩段，为冠岩地下河下游段，由上层旱洞安吉岩和下层水洞冠岩组成，总长3827m
冠岩地下河洞穴系统分布图
冠岩－安吉岩洞穴系统图
岩溶学基础
什么是岩溶，要从喀斯特（Karst）这个音译名词开始说起。
喀斯特得名于“喀尔斯”（Kras）这个地方，意思是岩石裸露的地方，原是地中海亚德尼亚海的里亚斯特湾（Trieste
Bay）东北面的一处海拔150－450m，面积550km
2的石灰岩高地。在高地上发育有各种典型岩溶地貌形态，如洼地、坡立谷、漏斗、溶沟、石牙、溶洞、竖井等随处可见，因早期研究喀尔斯的这种石灰岩地形的文章多用德文，后来即传开以“Karst”命名这类地貌现象。
巴标洼地
坡立谷
溶洞
溶沟
竖井
而我国的地质学家将“喀斯特”称为“岩溶”，顾名思议就是水对可溶岩（碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩石等）的化学溶蚀作用，还包括水的机械侵蚀作用、沉积作用，以及岩体重力崩塌作用所形成的景观、现象及其作用过程的总称。形成于地表和地下的各种溶蚀、侵蚀和堆积形态，称为岩溶地貌。
岩溶发育的基本要素与过程
岩溶发育基本要素
（1）岩石的可溶性：可溶岩的存在是岩溶发育的物质基础。
可溶岩主要是指:碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩及其过渡岩石）
石灰岩
白云岩
硫酸盐类岩石（石膏、芒硝）
石膏
芒硝
卤盐类岩石（岩盐、钾盐等）
岩盐晶体
就溶解度而言，卤盐>硫酸盐>碳酸盐。可溶岩的化学成分、矿物成分和岩石结构等对岩溶的发育速度、发育程度和发育特征都有明显影响。
（2）岩石的透水性：
可溶岩岩石的节理、裂隙为水流在其内的流动提供有利通道，是岩溶作用得以进行的前提条件。
节理裂隙有构造裂隙（岩石受到构造应力时产生的裂隙）、层理裂隙（原生层理裂隙是在岩石形成过程中产生）、边坡剪切裂隙、风化裂隙等。
岩石节理
岩石裂隙
（3）水的溶蚀性：
水对可溶岩的侵蚀性主要取决于水中游离CO
2的存在，水中游离CO
2主要来自土壤和大气中的CO
2。空气CO
2和各种酸为岩溶作用强度增加的动力条件。
（4）水的流动性：为了保持岩溶水的溶蚀能力，水流必须处于运动和交替之中，岩溶水的这种动态变化取决于岩石的透水程度、补给和排泄条件等。
2.2.2岩溶过程
岩溶过程就是水（地表水和地下水）对可溶性岩石的破坏和改造过程，其中包括化学过程（溶解和沉淀）和机械过程（流水侵蚀和沉积，重力崩塌和堆积等），以及物质搬运和再沉积的综合地质过程。岩溶作用过程（以碳酸盐岩溶解和沉积为例）可用下图表示
（1）CO
2(气)=
CO
2(液)，即气相CO
2溶解于水或者液相CO
2转换成气相逸出；
（2）CO
2(液)+H
2O=H
2CO
3，即液相CO
2与水结合为碳酸或碳酸发生水解；
（3）H
2CO
3=H
++HCO
3-，即碳酸分解产生氢离子和碳酸氢根离子，或沉积时发生可逆过程。
（4）CaCO
3（固）＝Ca
2+ +
CO
32-，即碳酸钙发生溶解，可逆过程即碳酸钙沉积。
（5）CO
32- +
H
+＝HCO
3-，即溶解时反应（3）产生的氢离子与反应（4）产生的碳酸根离子结合成碳酸氢根离子，使得溶解反应（4）能继续进行，或沉积时为可逆过程。
岩溶过程示意图
岩溶分布
（1）全球岩溶分布据估计，全球碳酸盐岩出露地区的面积约占陆地(不包括冰层覆盖区)面积的20%，即2000万km
2。全部喀斯特（包括埋藏的）为4000万平方公里。石膏和岩盐多为其它岩层所覆盖，其分布面积约占大陆面积的25%。全球人口的25%居往在碳酸盐岩（石灰岩和白云岩）地区（Ford
D.C. et al. 2007）。
全球岩溶分布图
（2）中国岩溶分布
中国喀斯特地区分布面积广大，若按碳酸盐岩的分布面积计，可达344.3万km
2；若按含碳酸盐岩地层出露面积计，为206万km
2；而按碳酸盐岩出露面积计，也有90.7万km
2（李大通等，1983）。其中，以云、贵、桂为主体的西南喀斯特区最为重要，此区碳酸盐岩总的沉积厚度在一万米以上，几乎包括各个地质时代的地层。
（一）湿润热带亚热带喀斯特地貌区（Ⅰ）（二）湿润半湿润亚热带—温带喀斯特地貌区（Ⅱ）（三）干旱半干旱温带喀斯特地貌区（Ⅲ）（四）高原—高山喀斯特地貌区（Ⅳ）
世界典型岩溶地貌图片
广西桂林岩溶地貌（亚热带湿润地区地貌）
斯洛文尼亚最大坡立谷(CerknicaPolje)及其内季节性湖（迪纳里克典型岩溶）
美国肯塔基州温带半湿润地区岩溶地貌
澳大利亚纳拉伯平原（干旱岩溶地貌）
英国约克郡岩溶地貌（寒带岩溶地貌）
土耳其棉花堡（钙华地貌）
中国四川黄龙钙华地貌
