溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果

溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果 溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果，石灰岩里不溶性的碳酸钙受水和二氧化碳的作用能转化为微溶性的碳酸氢钙。由于石灰岩层各部分含石灰质多少不同，被侵蚀的程度不同，就逐渐被溶解分割成互不相依、千姿百态、陡峭秀丽的山峰和奇异景观的溶洞。 形成 如闻名于世的桂林溶洞、北京石花洞，就是由于水和二氧化碳的缓慢侵蚀而创造出来的杰作。溶有碳酸氢钙的水，当从溶洞顶滴到洞底时，由于水分蒸发或压强减少，以及温度的变化都会使二氧化碳溶解度减小而析出碳酸钙的沉淀。这些沉淀经过千百万年的积聚，渐渐形成了钟乳石、石笋等。如果溶有碳酸氢钙的水从溶洞顶上滴落，随着水分和二氧化碳的挥发，则析出的碳酸钙就会积聚成钟乳石、石幔、石花。洞顶的钟乳石与地面的石笋连接起来了，就会形成奇特的石柱。 在自然界，溶有二氧化碳的雨水，会使石灰石构成的岩层部分溶解，使碳酸钙转变成可溶性的碳酸氢钙 CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 当受热或压强突然减小时溶解的碳酸氢钙会分解重新变成碳酸钙沉淀 Ca(HCO3)2=CaCO3?+CO2?+H2O 大自然经过长期和多次的重复上述反应。从而形成各种奇特壮观的溶洞，如桂林的七星岩、芦笛岩、肇庆的七星岩， 喀斯特地貌:(我国西南云贵高原上) 成因:喀斯特地貌形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。石灰岩的主要成分是碳酸钙(CaCO3)，在有水和二氧化碳时发生化学反应生成碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]，后者可溶于水，于是空洞形成并逐步扩大。 1.我国西南地区之所以喀斯特地貌分布广泛，最主要的是这里有其发育的主体。大量的碳酸盐岩、硫酸盐岩和卤化盐岩在流水的不断溶蚀作用下，在地表和地下形成了各种奇特的喀斯特景观。岩石具有一定的孔隙和裂隙，它们是流动水下渗的主要渠道 。 2.岩石裂隙越大，岩石的透水性越强，岩溶作用越显著。在溶洞中，岩溶作用愈强烈，溶洞越大，地下管道越多，喀斯特地貌发育越完整，并且形成一个不断扩大的循环网。 3.水的溶蚀能力来源于二氧化碳(CO2)与水结合形成的碳酸(H2CO3),二氧化碳是喀斯特地貌形成的功臣，水中的二氧化碳主要来自大气流动、有机物在水中的腐蚀和矿物风化。 发展阶段: 1、地表水沿灰岩内的节理面或裂隙面等发生溶蚀，形成溶沟(或溶槽)，原先成层分布的石灰岩被溶沟分开成石柱或石笋。 2、地表水沿灰岩裂缝向下渗流和溶蚀，超过100米深后形成落水洞。 3、从落水洞下落的地下水到含水层后发生横向流动，形成溶洞。 4、随地下洞穴的形成地表发生塌陷，塌陷的深度大面积小，称坍陷漏斗，深度小面积大则称陷塘。 5、地下水的溶蚀与塌陷作用长期相结合地作用，形成坡立谷和天生桥。 6、地面上升，原溶洞和地下河等被抬出地表成干谷和石林，地下水的溶蚀作用在旧日的溶洞和地下河之下继续进行。云南路南的石林是上述第一阶段(溶沟阶段)的产物，这里的自然风光因阿 诗玛姑娘的动人传说而变得格外旖旎。桂林的象鼻山，则是原地下河道出露地表形成的。在广西境内，经常可看到这种抬升到地表以上的溶洞，俗称“神女镜”或“仙女镜”。 指由于地壳上升，河流下切形成的阶梯状地貌。河流下切，原先宽广的谷底突出在新河床上，形成的阶梯状地形。宽广的河谷底，大部是河漫滩，河床只占小部分。当地面因构造运动大面积上升:或气候变化使河水水量增加，水中泥沙减少;或海平面降低，都会引起河流强烈侵蚀河床底部，造成下切现象，河床大幅度地降低，原先谷底的河漫滩就超出一般洪水期水面，成为阶地。河流如果发生多次侵蚀下切，就可能产生多级阶地。阶地表面平坦，通常向河流下游方向倾斜，与新河床间有很明显的陡坎。 由河流下切侵蚀和堆积作用交替进行在河谷两岸形成的台阶状地貌。若发生多次地壳升降，会出现多级阶地。 河流下切侵蚀，使原先的河谷底部(河漫滩或河床)超出一般洪水位，呈阶梯状分布在河谷谷坡的地形。阶地由阶地面、阶地陡坎、阶地的前缘、后缘组成。阶地按上下层次分级，级数自下而上按顺序确定，愈向高处年代愈老。阶地物质下部为砂砾石，上部为粉砂、粘土，具二元结构。河流阶地是在相对稳定堆积和迅速下切过程中形成的。由于下切侵蚀的条件不同，阶地的成因也不相同。主要成因有:气候的变化，形成气候阶地;构造运动，形成构造阶地;侵蚀基准面的变化;人类活动的影响，如水利工程建设，改变了基准面。 河流阶地按组成物质及其结构分为以下4类:?侵蚀阶地。由基岩构成，阶地面上往往很少保留冲积物。?堆积阶地。由冲积物组成。根据河流下切程度不同，形成阶地的切割叠置关系不同又可分为:上叠阶地，是新阶地叠于老阶地之上;内叠阶地，新阶地叠于老阶地之内。?基座阶地。阶地形成时，河流下切超过了老河谷谷底而达到并出露基岩。?埋藏阶地。即早期的阶地被新阶地所埋藏。运用物理、化学、生物、年代学的方法研究阶地的级数、结构、年代、成因、分布的规律在科学上与经济上都有着十分重要的意义。 喜欢桂林朋友们都知道桂林溶洞如仙境般～且桂林的地下河众多～洞也特多～并称之为溶洞。溶洞是怎样形成的～今天我详细给大家介绍一下桂林溶洞的地质构造～奇特的构造产生了上面美仑美奂的佳境～我爱桂林更爱家乡的溶洞风格。桂林溶洞主要是可溶岩经喀斯特作用形成的空洞。其成洞作用的水一般来自雨水,也有地热水和来自深部的原生...流特性的地下径流,称地下河。 2、喀斯特地貌在可溶性岩类,主要指石灰岩,分布地区～由于喀斯特作用而形成的地表和地下的各种地貌形态总称:为喀斯特地貌。喀斯特是南斯拉夫西北部石灰岩高原的地名～那里发育了各种奇特的石灰岩溶蚀地貌。我国对喀斯特地貌研究历史悠久～远在2000多年前的《山海经》中就有“伏流”的记载。在距今300多年前～明代地理学家徐霞客,1586—1641,在广西、贵州和云南一带的石 灰岩地区考察了100多个岩洞～对喀斯特地貌的特点、成因进行分类描述。他的不朽著作《徐霞客游记》～被人们称为喀斯特方面的经典著作。喀斯特地貌可分为地表和地下两种基本类型。常见的地表喀斯特地貌有:溶沟、石芽、石林、落水洞、漏斗、溶蚀洼地、喀斯特盆地、干谷、盲谷、峰丛、峰林和孤峰等不同形态。在温暖湿润的气候条件下～地表水沿着石灰岩地面流动～顺着节理、裂隙进行溶蚀～形成宽浅不一的溶蚀沟槽～称为溶沟。溶沟一般宽可从十几厘米到几米～深可达1米以上～长度不等～溶沟之间突起的脊、柱称为石芽。石芽的高度不等～可从数十厘米到数米。石芽除露出地面的～还有埋在地下的～是由地下水在下渗过程中溶蚀而成。发育在厚层石灰岩中的高大石芽～其间有平行的垂直溶沟、沟深坡陡～形似森林～故名石林～如我国云南的路南石林。 地表水沿着岩层裂隙垂直向下溶蚀～并有塌陷发生～成为地表水流向地下河或地下溶洞的垂直通道～称之为落水洞。按其形态特征可分为裂隙状落水洞、竖井状落水洞和漏斗状落水洞等。图1溶沟与石芽一般落水洞的洞口直径为7—10米左右～深度为10—30米左右～最深可达百米以上。在被溶蚀的石灰岩地表常可见到一种平面轮廓为圆形、椭圆形～直径数十米～深数米至十几米的漏斗状凹地～称为漏斗。漏斗下部常有管道通往地下～地表水沿此管道下流～如通道被粘土碎石堵塞～常积水成池。按其成因可分为溶蚀漏斗、沉陷漏斗和塌陷漏斗。漏斗是喀斯特发育初期的产物～它是喀斯特地下水垂直循环作用的结果～所以漏斗多分布在喀斯特地貌高原面上。例如宜昌的山地平面上～漏斗很发育～落水洞和溶蚀洼等负地形也很多～平均每平方公里达30多个。漏斗再进一步溶蚀扩大就成为溶蚀洼地。溶蚀洼地底部如果被红土和其它风化物覆盖～其底部的漏斗、落水洞等流水通道被堵～积水成为喀斯特湖。溶蚀洼地底部平坦～其直径超过百米～甚至可达1—2公里。溶蚀洼地进一步扩展形成宽坦的盆地～宽度可达数百米至数公里～长度达几十公里～称为喀斯特盆地。南斯拉夫学者J.司威治最早称这种地形为坡立谷～原意为可耕种的平地～现已成国际通用术语。盆地的边坡陡峭～底部平坦～常被残留的棕黄色粘土、红色粘土及河流冲积物所覆盖。一些溶蚀残丘、孤峰、峰林常常耸立在盆地边缘或排列在河谷两侧～著名的桂林山水就是这种奇特的喀斯特景观。在石灰岩地区～河流常沿裂隙、孔洞下渗～使河床无水而成为干谷。有时河流从某一陡坎的洞中涌出～从地下流出地面～然后流一段之后又从落水洞流入地下～这种上下游封闭的河谷称为盲谷～河流转入地下称为伏流～如贵阳市西南红水河支流涟水～在地表时隐时现～出现多次伏流。在喀斯特盆地的边缘广泛发育着峰林地貌～主要由峰丛～峰林、孤峰和溶丘组成～它们多发育在岩性较纯、厚度较大并多节理、断层的地区。峰丛主要发育在碳酸岩山地或高原边缘地区～其特点是基座相连～山峰陡峭～是峰林地貌发育的早期阶段。当喀斯特地貌进一步发展～则形成基座分离的陡峭山峰～远望如林～称为峰林～我国广西的桂林、阳朔等地为典型代表。喀斯特发育的晚期阶段～是多数峰林已被溶成残丘平地～只有少数较高山峰零星孤立地耸立在平原之中～称为孤峰～相对高度可达50—100米～如桂林的独秀峰、伏波岩等。在石灰岩地区～地表以下的喀斯特地貌形态十分复杂～主要包括溶洞和地下河。地下水沿着可溶性岩层层面、节理和断层裂隙等进行溶蚀形成的地下洞室叫做溶洞。地下水在岩层中顺着细窄的缝隙流动缓慢～溶蚀很慢～随着裂隙扩大～地下水循环流动加速～不仅溶蚀作用加强～而且机械侵蚀作用也随之加强～并产生重力崩塌等作用～使溶洞迅速加大。溶洞规模大小差别悬殊～形态各异。根据洞穴的剖面形态可分为:水平状、 管道状、阶梯状、袋状、多层状和大厅状等。这些形态各异的溶洞的形成是与地下水的动态和地质构造有关的。例如～在垂直循环带中发育的溶洞多呈垂直的～规模较小～以管道状、袋状等形态为主～如北京周口店猿人洞。在地下水的水平循环带中～溶洞内经常充满水～形成地下河、地下湖和地下瀑布等～溶洞多沿水平方向发展～在断裂破碎带或节理交错带上常发育成厅堂状～如桂林的七星岩为廊道式溶洞。受岩层产状和地质构造影响～溶洞可能呈现倾斜状。如果地壳间歇性抬升～或地下水呈阶段性下降～则可能出现多层状、阶梯状溶洞～如北京房山的石花洞、广西上林三里肖发洞等。在喀斯特地下侵蚀基准面以下还发现有深部溶洞。目前世界上发现的最深溶洞是墨西哥城西南200多公里处的华乌特拉岩洞～深1600多米～洞壁为大理岩～洞底为地下河。我国已知最大深部溶洞是湖南某矿区地面以下186—430米。在溶洞发育过程中不断地进行化学、生物的沉积和物理风化碎屑物的堆积以及崩塌堆积等过程。?化学堆积:主要是溶洞内CaCO3的淀积～饱含碳酸氢钙的水溶液沿岩层缝隙渗入洞内～由于压力降低和温度升高～使水中的CO2逸出～部分CaCO3重新沉淀～由于沉积条件的不同而形成各种奇形怪状。从洞顶壁自上而下增长的形如乳房似的悬垂体称为钟乳石,滴落于洞底自下而上不断增长的CaCO3沉积物～形似竹笋～故名石笋,钟乳石和石笋从上下两个方向相对生长连结成柱状～称为石柱～如贵州镇宁犀牛洞内的石柱高达27米之多。当水溶液顺洞壁漫流时使CaCO3沿洞壁沉淀形成帷幕状堆积～称为石幔或石帘～高度可达数十米～表面具湾曲流纹～形如瀑布飞流～气势磅礴。?碎屑堆积:包括河流沉积、湖泊沉积和崩塌堆积。有的溶洞底部有地下河～形成洞内河流相砂、砾石沉积。还有的洞与地上河流相通～可把地表河床物质带入洞内堆积。有的溶洞底部是地下湖～可形成极薄层理粘土、粉砂沉积。在周口店龙骨山的古代充填溶洞中挖出大群巴鱼化石～说明当时的溶洞是与外界相通的很大的暗河。洞顶和洞壁崩落下来的棱角状石块～常与洞底的石灰华、风化粘土等混杂并胶结成砾岩。?生物堆积:有些溶洞中常见有较多的动物遗骨～它们是被流水从洞外冲到洞内堆积形成化石～另外有些鸟类和蝙蝠也常栖息在洞内～形成鸟粪堆积～有些哺乳动物也常常居住在溶洞里～死后堆积在洞内。有些溶洞是史前古人类居住的地方。北京周店的北京猿人和山顶洞人～湖北长阳人、广西柳江人和广东韶关马坝人都是在石灰岩溶洞中发现的～在洞中除了人类化石之外还有很多文化遗物～如石器、骨器及用火痕迹等。喀斯特地貌在全世界分布很广～主要分布区有:南斯拉夫的迪纳拉山区～法国中央高原～苏联的乌拉尔山区～澳大利亚大陆南部～美国肯塔基和印第安纳州～古巴、牙买加和越南北部地区等。我国的喀斯特地貌分布也很广泛～全国碳酸盐类岩石分布面积约125万平方公里～两广和云贵高原占全国面积的一半。喀斯特地上地下景观奇异多姿～具有供观赏、探险和科学考察 多方面功能～是重要的旅游资源广西桂林山水、云南路南石林早已闻名于世～近年来有些新发现的大型溶洞也已开辟为旅游圣地～如北京的上方山云水洞、石花洞、贵州的织绵洞、宜昌的三游洞等。喀斯特地区地下还蕴藏着丰富的地下水资源和矿产资源～在一些平原地区地下溶洞往往是富存砂矿和储存石油、天然气的良好场所～如我国任丘的古潜山油田。但喀斯特地区在工程上也带来很多问～如地基、路基塌陷、水库漏水～地表缺水等问题。我国西南地区气候湿润～降雨丰沛～流水作用显著～并且存在大量的可溶性岩石～因此～这一地区是喀斯特地貌广为分布的地区。而且这一地区的很多美丽的自然景观都是建立在这种特殊的地貌类型基础之上的。“喀 斯特”原指南斯拉夫西北部的一个大量分布石灰岩的高原～后来南斯拉夫学者司维治对这里的奇特地貌进行了研究～详细提出了这一地貌类型～因此称这种可溶性岩在流水的溶蚀作用下形成的地貌类型为“喀斯特地貌”～又叫岩溶地貌。其实～我国很早就记录了这一类型的地貌～《徐霞客游记》就十分详细阐述了喀斯特地貌在我国的分布、类型、形成原因等。 喀斯特地貌形成的条件 一～有大量的可溶性岩石存在 可溶性岩石是喀斯特地貌形成的根本条件～我国西南地区之所以喀斯特地貌分布广泛～最主要的是这里有其发育的主体。大量的碳酸盐岩、硫酸盐岩和卤化盐岩在流水的不断溶蚀作用下～在地表和地下形成了各种奇特的喀斯特景观。从溶解度上看～卤化盐岩>硫酸盐岩> 碳酸盐岩,由于碳酸盐岩种类较多～其各类岩石溶解度随着难溶性杂质的多少而定～石灰岩> 白云岩> 泥灰岩。从岩石结构分析～结晶质岩石晶粒愈大溶解度愈小,等粒岩比不等粒岩溶解度要小。 二～岩石要具有一定的透水性 岩石具有一定的孔隙和裂隙～它们是流动水下渗的主要渠道。岩石裂隙越大～岩石的透水性越强～岩溶作用越显著。在溶洞中～岩溶作用愈强烈～溶洞越大～地下管道越多～喀斯特地貌发育越完整～并且形成一个不断扩大的循环网。 三～流水的动力作用 1.流水的溶蚀作用 水的溶蚀能力来源于二氧化碳,CO,与水结合形成的碳酸,HCO,,二氧化碳是喀斯223 特地貌形成的功臣～水中的二氧化碳主要来自大气流动、有机物在水中的腐蚀和矿物风化。下面几个化学方程式反映了岩溶作用的进行: HO + COHCO ,,第一步:形成碳酸, 2223 ，，, HCOH + HCO,,第二步:碳酸离解生成H, 233 ，,2，，, H + CaCOHCO + Ca ,第三步:H与CaCO反应生成HCO～从而使CaCO溶解, 33333 这几步反应在大自然间是十分复杂的过程～因为温度～气压～生物～土壤等许多自然条件制约着反应的进行～并且这些反应都是可逆的～水中的二氧化碳增多～反应向右进行～就有利于CaCO的分解,岩溶作用进行就比较容易～反之则不利于岩溶作用。 3 2.流水的流动作用 流动的水溶蚀性更强烈一些～这是为什么,因为水中的二氧化碳需要得到及时的补充～水的溶蚀作用才能顺利进行～水的溶蚀能力才得以巩固加强。同时～流动的水带动河底砂砾对岩石进行机械侵蚀～这样更有利于岩溶作用的深入。 四～气候的影响 我国西南地区气候湿润～降水量大～地表径流相对稳定～流水下渗作用连续～并且降水使流水得以更新和有效补充。因此岩溶作用得以延续进行。 (1)构造升降运动。当地壳上升时，河床纵剖面的位置相 对抬高，水流下切侵蚀，力图使新河床达到原先位置，靠近 谷坡两侧的老谷底就能形成阶地。 地壳运动不是连续上升的，而是呈间歇性的，在每一次 地壳上升运动时期，河流以下切为主，当地壳相对稳定时， 河流就以侧蚀和堆积为主，这样就能形成多级阶地。 由于构造运动性状不同，阶地的形态表现也有差异，大 面积均匀上升地区，河流普遍下切侵蚀，在河流的整个流域 都将形成阶地。如在同一时期内，某一地区地壳上升幅度大， 速度快，而另一地区上升幅度小，速度慢，则在上升幅度大 的地区，阶地高度将比上升幅度小的地区要大(图1-3(a))。 如在河流某一河段上升幅度比相邻的上下游幅度大，则在此 河段阶地呈上拱状(图1-3(b))。如果在同一时期内不同 地段构造运动方向不一，上升地区形成阶地，下降地区发生 堆积，形成埋藏阶地(图1-3(c))。有时与河流相交的活 动断层，能将阶地错断而不连续(图1-3(d))。 图1-3 构造运动和阶地高度变化 (a)掀斜上升;(b)局部隆起; (c)差异升降; (d)断层错动