第四节喀斯特地貌最全课件.ppt
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- 第四 喀斯特地貌 课件
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1、第四节喀斯特地貌第四节喀斯特地貌第四节喀斯特地貌(Karst)关于喀斯特的涵义,国内外学者比较一致的意见是:凡是关于喀斯特的涵义,国内外学者比较一致的意见是:凡是以以地下水为主地下水为主、以地表水为辅,以、以地表水为辅,以化学过程为主化学过程为主(溶蚀与淀溶蚀与淀积积)、机械过程为辅、机械过程为辅(流水侵蚀和沉积、重力崩塌和堆积流水侵蚀和沉积、重力崩塌和堆积)的、的、对对可溶性岩石可溶性岩石的破坏和改造作用,称为的破坏和改造作用,称为喀斯特作用喀斯特作用(karst process),由这种作用所产生的,由这种作用所产生的水文现象水文现象和和地貌现象地貌现象统称为统称为喀斯特喀斯特。可溶性岩石
2、在地表水和地下水的作用下所形成的奇特地貌可溶性岩石在地表水和地下水的作用下所形成的奇特地貌形态称形态称喀斯特地貌喀斯特地貌。n喀斯特喀斯特(karst)原是南斯拉夫西北部伊斯特里亚半岛石灰岩高原是南斯拉夫西北部伊斯特里亚半岛石灰岩高原的地名。当地称原的地名。当地称kars,意大利语为意大利语为carso,德语称德语称karst。它它来自印欧语来自印欧语“kar”,即岩石裸露的地方。即岩石裸露的地方。n19世纪中叶,一些德国和奥地利学者研究欧洲中部和东南部世纪中叶,一些德国和奥地利学者研究欧洲中部和东南部的石灰岩地貌,均采用的石灰岩地貌,均采用karst一词。一词。n特别是南斯拉夫学者特别是南斯
3、拉夫学者J.司威杰在研究喀斯特高原上奇特地貌司威杰在研究喀斯特高原上奇特地貌后写的专著,就采用喀斯特这个地名来称呼碳酸盐岩地区的后写的专著,就采用喀斯特这个地名来称呼碳酸盐岩地区的一系列特殊地貌过程和水文现象。一系列特殊地貌过程和水文现象。n这样,一百多年来喀斯特逐渐成为世界地学界通用的术语这样,一百多年来喀斯特逐渐成为世界地学界通用的术语。n1966年我国第二次喀斯特学术会议年我国第二次喀斯特学术会议(广西桂林广西桂林)建议将喀斯建议将喀斯特一词改为特一词改为岩溶岩溶,但在后来的使用过程中,甚感不便。,但在后来的使用过程中,甚感不便。n1981年在山西召开的年在山西召开的“北方岩溶学术会议北
4、方岩溶学术会议”上,又议定上,又议定“岩溶岩溶”和和“喀斯特喀斯特”二者皆可使用。二者皆可使用。n溶解过程:溶解过程:nCO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2 Ca2+2(HCO3)-n结果:在可溶性岩石上留下溶沟、空洞等,并为后来的结果:在可溶性岩石上留下溶沟、空洞等,并为后来的机械侵蚀、崩塌等作用提供条件,形成机械侵蚀、崩塌等作用提供条件,形成喀斯特侵蚀地貌喀斯特侵蚀地貌。n淀积过程:淀积过程:nCa2+2(HCO3)-CO2+H2O+CaCO3n结果:碳酸钙堆积作用不断进行,促进结果:碳酸钙堆积作用不断进行,促进喀斯特堆积地貌喀斯特堆积地貌的发育。的发育。n地质因素地质因素n气候因
5、素气候因素n生物因素生物因素n岩石的可溶性主要取决于岩石成分和岩石结构。根据岩石岩石的可溶性主要取决于岩石成分和岩石结构。根据岩石的化学成分和矿物成分可将可溶性岩石分为三大类:的化学成分和矿物成分可将可溶性岩石分为三大类:碳酸碳酸盐类岩石盐类岩石、硫酸盐类岩石硫酸盐类岩石、卤化物盐类岩石卤化物盐类岩石。n泥灰岩泥灰岩白云岩白云岩石灰岩石灰岩n三种岩石中,卤化物盐类的溶解度最大,硫酸盐类次之,三种岩石中,卤化物盐类的溶解度最大,硫酸盐类次之,碳酸盐类最小。如,在碳酸盐类最小。如,在25的纯水中,各种可溶盐类的溶的纯水中,各种可溶盐类的溶解度分别为:解度分别为:NaCl,360g/l;CaSO4,
6、2.1g/l;CaCO3,0.015g/l。n卤化物盐类岩石和硫酸盐类岩石分布不广,岩体较小,而卤化物盐类岩石和硫酸盐类岩石分布不广,岩体较小,而碳酸盐类岩石分布广泛,岩体也很大。所以碳酸盐类岩石分布广泛,岩体也很大。所以发育在碳酸盐发育在碳酸盐类岩石中的喀斯特较之在卤化物盐类岩石和硫酸盐类岩石类岩石中的喀斯特较之在卤化物盐类岩石和硫酸盐类岩石中发育的喀斯特要普遍得多中发育的喀斯特要普遍得多。石灰岩类白云岩类 结构特征 CaO/MgO 相对溶解度 结构特征 CaO/MgO 相对溶解度隐晶质微粒结构 18.99 1.12细晶质微粒结构 27.03 1.06鲕状结构 21.04 1.04微粒-中粒
7、结构 21.43 0.99中粒晶质镶嵌结构 25.01 0.56中粒、粗粒结构 14.97 0.32细晶生物微粒结构 2.13 1.09隐晶质向镶嵌结构过渡 1.44 0.88细晶及隐晶质镶嵌结构 1.65 0.85中晶及细晶质镶嵌结构 1.53 0.71中晶质镶嵌结构 1.36 0.66中粗粒镶嵌结构具溶孔 1.73 0.65岩石结构对可溶性的影响:岩石结构对可溶性的影响:结晶质岩石的晶粒愈小,相对溶解度愈大。结晶质岩石的晶粒愈小,相对溶解度愈大。不等粒结构的石灰岩比等粒结构石灰岩的相对溶解度值要大。不等粒结构的石灰岩比等粒结构石灰岩的相对溶解度值要大。n对石灰岩而言,纯水的溶解力是很微弱的
8、。当水中含有大对石灰岩而言,纯水的溶解力是很微弱的。当水中含有大量的量的CO2时,水的溶蚀力就大大提高。具有溶蚀力的水将时,水的溶蚀力就大大提高。具有溶蚀力的水将CaCO3溶解,把不能溶解的残余物质留下,或呈悬浮状态溶解,把不能溶解的残余物质留下,或呈悬浮状态而带走。而带走。n气候因素对喀斯特作用的影响主要表现在气候因素对喀斯特作用的影响主要表现在温度温度、降水降水和和气气压压等方面。等方面。n温度温度的影响比较复杂:的影响比较复杂:n一方面:温度越高,化学反应速度越快,溶蚀能力增强;一方面:温度越高,化学反应速度越快,溶蚀能力增强;n但,另一方面:温度越高,水溶液中但,另一方面:温度越高,水
9、溶液中CO2含量越低,溶蚀含量越低,溶蚀作用会减弱。作用会减弱。降水降水的影响比温度的影响更为显著:不仅影响水的渗透条件、的影响比温度的影响更为显著:不仅影响水的渗透条件、水的运动循环,同时雨水中含有较丰富的游离水的运动循环,同时雨水中含有较丰富的游离CO2,大大地大大地加强了喀斯特作用。加强了喀斯特作用。n气压气压:n一般大气中一般大气中CO2的含量的含量约为空气体积的约为空气体积的0.03%,在自由大气下,空气中在自由大气下,空气中的的 C O2的 分 压 力的 分 压 力PCO2=0.0003大气压。大气压。n在空气中,在空气中,PCO2条件相条件相同 时,温 度 越 高,同 时,温 度
10、 越 高,CaCO3在水中的溶解度在水中的溶解度就越小;当温度相同时,就越小;当温度相同时,PCO2越高,越高,CaCO3在水在水中的溶解度越大。中的溶解度越大。温度及CO2分压力与CaCO3溶解度的相互关系碳酸盐岩表面常长有一碳酸盐岩表面常长有一些菌、藻类生物,分泌溶些菌、藻类生物,分泌溶蚀性酸,可分解及消耗碳蚀性酸,可分解及消耗碳酸盐岩,属于生物岩溶作酸盐岩,属于生物岩溶作用。其结果在岩面上留下用。其结果在岩面上留下痕迹,统称为生物蚀痕。痕迹,统称为生物蚀痕。土壤空气的土壤空气的CO2主要由生物作用主要由生物作用产生,土壤空气中产生,土壤空气中CO2的多少对喀的多少对喀斯特有重要影响。在热
11、带、亚热带斯特有重要影响。在热带、亚热带土壤中土壤中CO2较大气中往往高出数十较大气中往往高出数十倍。土层和岩石界面处的溶蚀强烈,倍。土层和岩石界面处的溶蚀强烈,因此,石灰岩溶蚀速度最大值往往因此,石灰岩溶蚀速度最大值往往出现在土壤与石灰岩接触处。出现在土壤与石灰岩接触处。n根据喀斯特地区水的运动方式分为:地表水和地下水。根据喀斯特地区水的运动方式分为:地表水和地下水。n地表水是形成地表喀斯特的主要动力,它的流向也决地表水是形成地表喀斯特的主要动力,它的流向也决定着地表喀斯特的空间形态分布规律。定着地表喀斯特的空间形态分布规律。n地下水是形成地下喀斯特的主要动力,它的流动是通地下水是形成地下喀
12、斯特的主要动力,它的流动是通过裂隙、孔隙、管道发生的,具有明显的垂直分带性过裂隙、孔隙、管道发生的,具有明显的垂直分带性特征,也决定着地下喀斯特地貌的垂直分布特征。特征,也决定着地下喀斯特地貌的垂直分布特征。n通常把岩溶化岩体中的地下水总称为通常把岩溶化岩体中的地下水总称为。地下喀斯特水的垂直分带1.垂直渗透带;2.季节变动带;3.水平流动带;4.深部滞流带q该带位于地面以下至丰水期潜水面之上。雨水沿裂隙下渗到该带位于地面以下至丰水期潜水面之上。雨水沿裂隙下渗到潜水面,它的厚度由潜水面潜水面,它的厚度由潜水面(地下水位地下水位)高低来决定。若在构造高低来决定。若在构造上升区上升区(潜水面、河水
13、面下降潜水面、河水面下降),厚度可达几百,厚度可达几百-几千米,反之,几千米,反之,构造沉降区,厚度小。构造沉降区,厚度小。q该带内水的运动以垂直下渗为主,故喀斯特地貌以垂直形态该带内水的运动以垂直下渗为主,故喀斯特地貌以垂直形态的溶洞为主,多漏斗、落水洞等个体小深度大的地貌。的溶洞为主,多漏斗、落水洞等个体小深度大的地貌。1.1.垂直渗透带垂直渗透带(充气带充气带)q位于丰水期潜水面与枯水期潜水面之间。它在雨季或融冰化位于丰水期潜水面与枯水期潜水面之间。它在雨季或融冰化雪时,潜水面上升,地下水作水平运动;在旱季作垂直运动。雪时,潜水面上升,地下水作水平运动;在旱季作垂直运动。故该带内喀斯特地
14、貌既有水平溶洞,又有垂直溶洞发育。故该带内喀斯特地貌既有水平溶洞,又有垂直溶洞发育。2.季节变动带季节变动带(过渡带过渡带)q位于枯水期潜水面以下,直到谷底补给河流岩溶水的深处为止。位于枯水期潜水面以下,直到谷底补给河流岩溶水的深处为止。经常处于饱水状态,地下水流向近于水平方向,向河谷排泄。此经常处于饱水状态,地下水流向近于水平方向,向河谷排泄。此带是喀斯特强烈发育地带,多为水平型喀斯特,如地下河、水平带是喀斯特强烈发育地带,多为水平型喀斯特,如地下河、水平溶洞等。溶洞等。q在靠近河谷地段,水平带的下部在河底减压区,地下水由下而在靠近河谷地段,水平带的下部在河底减压区,地下水由下而上运动,这是
15、一种虹吸管状流动,向着谷底减压区排泄。上运动,这是一种虹吸管状流动,向着谷底减压区排泄。3.水平流动带水平流动带(饱水带饱水带)q位于水平流动带以下,水的流动方向不受河谷限制,而受地位于水平流动带以下,水的流动方向不受河谷限制,而受地质构造的控制,流速相当缓慢甚至停滞,溶蚀作用微弱。质构造的控制,流速相当缓慢甚至停滞,溶蚀作用微弱。q该带的地下水位置较深,具有承压性质。该带的地下水位置较深,具有承压性质。4.深部滞流带深部滞流带(深部循环带深部循环带)第四节喀斯特地貌第四节喀斯特地貌(Karst)q(一)、地表喀斯特:(一)、地表喀斯特:蚀余形态:石芽与溶沟,漏斗与落水洞,溶蚀洼地与溶蚀盆地,
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