岩溶地貌及岩溶堆积物

地下岩溶地貌及洞穴堆积物~

地下岩溶地貌主要有溶洞、地下河（暗河）和地下湖。
（一）溶洞
溶洞是碳酸盐岩经溶蚀而形成近乎水平或倾斜的大型空洞的通称。它可以是集中岩溶水流的通道，也可以因地下水面下降而成干洞。
溶洞多沿岩层层面裂隙、断层或构造裂隙带发育。其形成过程是：在地下水水平流动带附近，岩溶作用初期以溶蚀为主，随着空洞不断扩大，地下水运动加快，侵蚀和崩塌也随着加强，洞穴则不断扩大，再由地壳上升而被抬升到地下水位以上，形成地下溶洞。它虽然沿水平流动带发育，但其相邻的各种裂隙会伸延扩展。所以，溶洞的平面和纵断面形态都十分曲折、多样（图6-16）。在裂隙交会处常形成十分高大的“大厅”式溶洞（图6-17）。“大厅”内有时可容纳千人以上，但在单一裂隙地段，则变得狭窄细小，甚至一个人也难以通过。这种岩溶发育的极不均匀性是地下岩溶地貌的重要特点。

图6-16 北京房山上房山云水洞

（据蒲意雅）
如果水平溶洞与其上下、左右扩展的各种垂直或倾斜的孔道相连通，再加上其大小支洞，则可组成十分复杂的地下洞穴系统。
溶洞及洞穴系统可以成层地分布于不同高程上，并且在近河谷处趋于水平。在同一区域里，其高程可以与河谷中各级阶地相对比。例如，桂林七星岩有三层不同高度的溶洞，可与洞外的漓江阶地相对比。但在对比时应注意到当时水平溶洞与河水面间的原始水位关系。因溶蚀作用总是落后于地壳上升时河床的下切作用，所以，同一期的溶洞高程应较河流阶地为高。

图6-17“大厅”式溶洞

（江苏宜兴张公洞）

图6-18 地下暗河出口

（江苏宜兴善卷洞）
（二）地下河（暗河）、地下湖
1.地下河（暗河）
地下巨大水平溶洞的底部，被集中的岩溶水流所占据，且成为较大的地下径流时，称为地下河（图6-18），是一条具有独立补给、径流及排泄系统，由地下溶洞、地下湖、溶隙和连接它们的廊道系统组成。大的地下河系统形成的地下水系，有的流域面积达千余平方千米。地下河的发育及其形态受地质构造的密切控制。地下河按其形态特征可分为：树枝状、锯齿状、线状和网格状等。
目前，岩溶地貌形态有些术语名词很不统一。有的将伏流就叫地下暗河，有的以溶洞中流出的水量大小划分命名，如流量小于10L/s，叫溶洞泉（岩溶泉），流量大于10～50L/s以上，称为地下河；将无进口的溶洞，定名为溶洞河，诸如此类。这些术语含义不够确切是由于对地下暗河、岩溶泉的理解和区分标准不同所造成的。凡岩溶地下水（包括潜水和承压水）的天然露头，均称为岩溶泉，广义的也可包括管道状溶洞中流出的水流，但一般将具有地下河特征的，称为地下河。一般认为，应根据野外查勘并分析其具体特征，不宜单纯以流量绝对值来划分命名。
2.地下湖
地下湖是在不规则溶洞的底部，局部扩张为地势深凹可积存滞流的岩溶水体，而形成的，我们称之为地下湖或岩溶潭，如云南六郎洞、广西都安拉通洞等。地下湖是地下岩溶水系的组成部分，它具有自由水面且水体比较平静，其水文特征的许多方面与地表湖泊无异。
（三）洞穴堆积物
溶洞及其他岩溶裂隙与管道内的堆积物，称为洞穴堆积物，根据其成因，可将洞穴堆积物分为：
1.化学沉积物
溶有重碳酸钙的岩溶水，当温度、压力改变时，可逸出CO2，岩溶水中Ca2+、 重新结合形成CaCO3的沉淀，产生石灰华堆积，其形成过程如下列化学反应方程式：

地貌学及第四纪地质学基础

化学堆积物类型繁多、形态各异，分布于溶蚀洞穴之中。按照其形成方式不同，可分为滴石、流石、雾水和凝结水沉积、毛细管水沉积。
（1）滴石 系洞内富含重碳酸钙的岩溶水滴水作用形成。最具代表性的有石钟乳、石笋、石柱。从洞顶裂隙渗出滴水，常形成垂悬于洞顶的石灰华沉积，叫石钟乳；滴水至洞底，自下向上增长的叫石笋；二者上下相连即成为石柱。
（2）流石 由于基底形态和流水状态不同，流石形态也各不相同，但它们都是洞穴内流水作用下形成的。具有代表性的有边石、石幔、石旗等。
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。
石幔（又称石帷幕）为丰富碳酸盐的薄层水（面状流），沿洞顶或洞壁裂隙流出而沉积的波状、褶状流石，形如帷幕。有时可形成薄而透的旗状次生碳酸钙，称石旗。
（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碳酸钙沉积物。
（4）毛细管水沉积物 饱含碳酸钙的水，在毛细管的作用下所形成的碳酸钙沉积。石珊瑚、石葡萄、卷曲石是其典型代表。
石珊瑚 在石钟乳和石笋表面，由于毛细管水渗出而形成的形如珊瑚的碳酸钙沉积物，也可形成状如葡萄的碳酸钙沉积物，称石葡萄。
卷曲石 一种螺旋状钟乳石。富含碳酸钙的岩溶水，由石钟乳的毛细管孔渗出而形成。
2.碎屑堆积物
主要有河湖碎屑堆积物、崩积物和溶蚀残余粘土堆积物。
（1）河湖碎屑堆积物 主要是一些具有层理的砂土和砾石。地下暗河和地表河流中的堆积物有显著的差别。前者含大量洞穴物质，且含有洞外带来的砾石，并多被钙质胶结，因其限于管道水流，故无沉积相的变化。地下湖组成物质较细，多为暗河带来的砂土和粘土，具层理构造；与地表湖积物的区别，在于它不含有机质，不具季节性的色带，常含有洞内灰岩崩落的碎块。另外，在洞穴碎屑堆积物中，常常富集砂矿，如云南个旧的砂锡矿、湘西的砂金矿等。
（2）崩积物 从洞顶和洞壁崩落下来的岩屑和岩块，常与洞底的石灰华、粘土等混杂，胶结成角砾岩。洞穴角砾岩往往形成于气候较寒冷的时期，表现出以机械风化作用为主，如果它与石灰华在洞内呈互层出现，则是说明气候变化的良好标志。
（3）溶蚀残余粘土堆积物 指石灰岩被溶蚀后，残留下富含Al2O3和Fe2O3的粘土物质，含钙质较地表蚀余红土高，细腻均一，呈红色或黄色。一般辅于干溶洞的洞底，厚度变化较大。
3.生物和文化堆积物
一些离水源近，洞口向阳，出入方便的洞穴，常成为原始人类和各种动物居住和栖息的地方。故可以发掘出古人类和哺乳类动物化石以及人类文化遗迹，如石器和灰烬等，所以洞穴也是地质考古的宝库。
（四）溶洞、暗河和岩溶泉研究意义及其调查内容
从水文地质与工程地质角度来说，各种岩溶现象中，岩溶洞穴和地下暗河及岩溶泉的研究，是最重要、最有实际价值的。往往大的溶洞和地下暗河，其赋存的水量是巨大的。可作为工农业和城镇供水的水源。例如广西都安的地下暗河，其暗河最大流量为390m3/s，最小流量也达4m3/s。有一些岩溶泉水量也相当大，如山西平定的娘子关岩溶泉群，其流量达10～13m3/s。著名的“泉都”济南，有泉72处之多，均为岩溶泉。另外，溶洞是很好的旅游资源。巨量的岩溶水有时给矿山开采，带来极大危害，如河南焦中马村，一次突水事故，水量达6300m3/h。溶洞、暗河发育地区，也会给兴建水利工程带来危害。在国外曾因未很好研究岩溶地质条件，而导致毁坝事例并不鲜见，如某地有两个水坝，一个修建在岩溶发育的灰岩上；另一个是建在可溶性石膏胶结的砾岩上，均先后发生崩毁。
溶洞、暗河和岩溶泉的调查内容：应包括位置、高程、形态特征（包括高、长、宽等矢量指标）、发育层位与岩性、构造部位、地貌单元以及分布规模等。在形态测量中，应测制溶洞洞穴的平面、纵剖面及典型的横剖面图，也即溶洞的“三相图”（图6-19），必要时应进行素描及摄影。溶洞“三相图”上应表示岩性及岩层产状，并在平面和纵剖面图中注明暗河、地下湖、岩溶泉及裂隙出水点的位置和高程。

图6-19 岩溶的“三相图”（平面及纵、横剖面）

（广西都安，根据成都地质学院）
野外调查时，除走访当地群众外，常可根据地表微地貌标志来判定地下岩溶的位置和方向。如串珠状的溶蚀洼地、干谷排列的方向、高程（从分水岭至排泄区递减）、溶蚀漏斗、竖井、落水洞及喜水植物作线状分布等，都是很好的线索。
在分析地下水系时应注意：地下分水岭往往和地表分水岭不一致，它可不断变迁甚至消失；当地表分水岭地势平坦，有较大的降水渗入补给时，它两者基本一致；当岩溶水流通道与地下河偏向分水岭一侧发育时，则地下分水岭向岩溶发育较弱的一侧偏移，当一侧岩溶强烈发育时，可使地下分水岭消失。地下分水岭常以其两侧的地下暗河的“天窗”和钻孔中的水位来确定。天窗乃是岩溶洞穴的洞顶塌陷破坏而形成的，形若天窗。

岩溶堆积物是指与岩溶作用有关的各种堆积物的总称。岩溶堆积物比较复杂，既有地表堆积物，也有地下堆积物; 既有化学堆积物，也有机械堆积物; 既有无机堆积物，也有有机堆积物。下面按地表堆积物和地下堆积物述之。
1. 地表岩溶堆积物
分布在地表的岩溶堆积物主要有蚀余红土和泉华堆积。
蚀余红土(亦称 “赭土”)(ocher)是指在灰岩地区，地表碳酸盐岩被溶蚀后所残留下来的富含 Fe2O3和 Al2O3的红色粘土。在热带、亚热带的岩溶作用地区，赭土分布广泛，常覆盖在溶蚀洼地、岩溶平原的底部，或充填于岩溶裂隙及通道之中; 若溶蚀作用强烈，赭土为均质的红色粘土，若溶蚀作用不彻底，有时含尚未被溶蚀的灰岩角砾。在古岩溶面上，赭土的堆积可形成铝土矿，如华北地区下奥陶统与中石炭统之间平行不整合面上的铝土矿就属此种类型。
泉华堆积物(sinterite)是指地下水流出地表后，在出口处附近将溶解于地下水中的碳酸钙、二氧化硅沉淀形成的堆积物。泉华堆积物一般疏松多孔，成层性好，可见清晰的层理;若堆积物为钙质的，称为钙华(travertine)，若堆积物为硅质的，称为硅华(siliceous sinter orgeyserite)。泉华堆积在温泉地区比较常见。
2. 地下岩溶堆积物
地下岩溶堆积物主要堆积在溶洞、暗河、裂隙中，其中溶洞是最主要的地下岩溶堆积场所。地下岩溶堆积物的成因多样，种类复杂，主要的类型有: 化学沉积物、重力堆积物、暗河沉积物、暗湖沉积物、生物化石以及人类文化堆积物。
洞穴化学沉积物 洞穴化学沉积物主要是指在洞穴中从地下水中沉淀出来的碳酸钙物质。它们既可以沉淀在洞顶，也可以堆积在洞底，还可以沉积在洞壁，并构成多种地貌形态，如石钟乳、石笋、石柱、石幔、石花、石珊瑚、边石等。化学沉积物中主要次生矿物是方解石，有时含文石、白云石、石英、重晶石、菱铁矿、月奶石等。洞内的化学沉积也受地表水环境、气候环境、地下环境等因素的影响，不同时期沉积形成的化学沉积物具有不同的特点及沉积纹层，如颜色不同、矿物结晶程度不同、矿物成分不同、结构不同、纹层的厚度不同等，因此详细研究沉积纹层中的矿物成分有助于了解洞穴发育的年代及环境。在既有化学沉积，也有碎屑沉积的洞穴中，常在碎屑沉积中夹有碳酸钙沉积，形成钙板层(travertine bed)。在洞穴的碎屑沉积中，钙板层是重要的环境标志，如在洞穴的重力堆积物中所夹的钙板层可指示当时为温暖湿润的气候。
洞穴或裂隙重力堆积物 是指由重力崩塌作用在洞穴或裂隙中形成的碎屑堆积物，为洞穴或裂隙中常见的堆积物。灰岩角砾来自洞顶、洞壁、洞口的崩塌，没有磨圆和分选，为棱角状，大小不一，为架堆式堆积，角砾间为细角砾、粘土、砂充填，常为钙质胶结，堆积物显得坚硬。有时在堆积物中夹钙板层。
暗河沉积物 是指暗河系统沉积形成的物质。暗河沉积物除含有大量再搬运的洞内崩积岩块和溶蚀残余粘土外，还含有洞外的砾石和砂土，当暗河与地表河流相通时就更明显。暗河沉积物和地表河流冲积物的区别不仅在于其含有大量洞穴物质，多被钙质胶结，还由于它是管道水流，不能自由发展，也常缺乏洪水期和枯水期的交替，所以没有二元结构(缺失河漫滩相沉积)，也不能塑造各种典型的河流地貌形态。砾石具有明显的叠瓦状排列，砂质沉积物发育斜层理。
暗湖沉积物 地下湖沉积物细，多系暗河、落水洞或溶蚀漏斗携来的粘土和亚砂土，具细微层理，没有季节性的色带和季纹泥，同时还有较多的洞内崩积岩屑和岩块。
生物化石及人类文化遗存堆积 出露地表的洞穴是动物及古人类生活居住的重要场所，而且洞穴和裂隙又是周边物质(生物遗体)聚积和保存的良好地方，因此在国内外的岩溶洞穴或裂隙堆积物中常富含有哺乳动物化石。在一些洞穴中还保存有人类化石和文化遗存，如在北京周口店的龙骨山，发现了多个岩溶洞穴或裂隙，其中猿人洞(第 1 地点)，不仅 “北京人”化石和文化遗存丰富，而且哺乳动物化石种类也很多。保存在洞穴堆积物中的哺乳动物化石基本上是原地留存或经短距离搬运，因此化石多数比较完整，甚至会保存完整的骨架，具有重要的科学研究价值。古人类化石多保存在洞穴堆积物的中下部，在干洞环境下形成的堆积物中古人类化石和文化遗存常比流水环境下形成的沉积物中丰富。在洞穴沉积物研究中，特别应注意动物化石和古人类化石及文化遗存的寻找和保护。
地下洞穴各种成因类型的沉积物在剖面上交替出现，不同的成因类型代表了不同的形成环境，可指示环境变迁。化学沉积(石钟乳层、钙板层)指示温暖湿润的古气候，地下水和地表水都比较丰富; 角砾石层反映干冷的古气候。洞穴沉积物的岩性特征，化学沉积物的碳、氧同位素构成，以及所含的动物化石，都能反映古环境特点，因此洞穴沉积物可为古环境研究提供丰富的信息。

一、名词解释

溶蚀漏斗与塌陷漏斗，石牙与溶沟，峰林与峰丛，孤峰，石钟乳与钟乳石，石笋与石柱，溶蚀洼地，岩溶平原（坡立谷），盲谷与干谷，断头河，石幔，石林，石旗，边石，落水洞与竖井，暗河与伏流，泉华，硅华与钙华，喀斯特作用，岩溶洞穴

二、填空题

1.岩溶地貌依其形成在地表还是地下，把它们可分为______和______地貌。

2.地表岩溶地貌主要有______、______、______、______和______等。

3.岩溶地貌的形成和发育程度主要决定于______、______、______、______和______。

4.在平面分布上，从山区到岩溶平原中心依次分布的是______、______和______。

5.石钟乳是地下水从洞顶渗出，由于______、______等变化，CaCO₃沉淀形成的挂在洞顶的______。

6.在岩溶作用的初期，主要在可溶性岩石的表面开始发育______、______等地貌，老年期主要形成______、______和______等岩溶地貌。

三、简答和论述题

1.岩溶漏斗、竖井、落水洞、地下河在发育过程中它们之间有何联系？

2.简述石芽、峰丛、峰林、孤峰的分布规律和形态上的差别。

3.论述岩溶地貌及堆积物研究在第四纪气候和构造运动研究中的作用。

4.根据中国的气候、岩性组合特点，分析中国岩溶地貌的发育特征。

5.对比分析桂林和北京十渡岩溶地貌的主要特征，并分析其形成原因。

6.谈谈洞穴与人类发展之间的关系。

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尖扎县15947275241： 喀斯特地貌中岩石、石钟乳、石笋、下层洞穴、上层洞穴形成的先后顺续? - ？
犁茗可元：[答案] 喀斯特地貌中岩石、石钟乳、石笋、下层洞穴、上层洞穴形成的一般顺序是: 岩石(巨厚的石灰岩)——上层洞穴——下层... 从而形成绚丽多彩的石钟乳、石笋、石柱、石幔、边石堤等. 石钟乳是一种呈倒锥状的岩溶堆积物,大的可达数米,小的只...

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