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喀斯特地貌

中國五大造型地貌之一

喀斯特地貌(Karst Landform),是具有溶蝕力的水對可溶性岩石進行溶蝕等作用所形成的地表和地下形態的總稱,以斯洛維尼亞的喀斯特高原命名,中國亦稱之為岩溶地貌,為中國五大造型地貌之一。

喀斯特地貌分地表和地下兩大類,地表有石芽與溶溝,喀斯特漏斗,落水洞,溶蝕窪地,喀斯特盆地與喀斯特平原,峰叢、峰林與孤峰;地下有溶洞與地下河,暗湖。

喀斯特地貌在中國分佈最廣,其集中分佈於桂、黔、滇等省區,川、渝、湘、晉、甘、藏等省區部分地區亦有分佈。喀斯特地貌在世界其他地區主分佈於波黑迪納拉山區、法國中央高原、俄羅斯烏拉爾山區、澳大利亞南部、美國中東部、大安的列斯群島和越南中北部地區。

溶岩種


喀斯特地貌
喀斯特地貌
可溶性岩石有3類:1.碳酸鹽類岩石(石灰岩、白雲岩、泥灰岩等)。2.硫酸鹽類岩石(石膏、硬石膏和芒硝)。3.鹵鹽類岩石(鉀、鈉、鎂鹽岩石等),總面積佔地球總面積的10%。從熱帶到寒帶、由大陸到海島都有喀斯特地貌發育。中國喀斯特地貌分佈廣、面積大,主要分佈在碳酸鹽岩出露地區,面積約91~130萬平方千米。其中以廣西、貴州、雲南和四川青海(即雲貴高原)東部所佔的面積最大,是世界上最大的喀斯特區之一。西藏和北方一些地區也有分佈。按出露條件,喀斯特地貌可劃分為:裸露型喀斯特、覆蓋型喀斯特、埋藏型喀斯特。按氣候帶分為:熱帶喀斯特、亞熱帶喀斯特、溫帶喀斯特、寒帶喀斯特、乾旱區喀斯特。按岩性分為:石灰岩喀斯特、白雲岩喀斯特、石膏喀斯特、鹽喀斯特。此外,還有按海拔高度、發育程度、水文特徵、形成時期等不同的劃分等。

發育演化


喀斯特地貌可分出以下6種:
喀斯特地貌
喀斯特地貌
1、地表水沿灰岩內的節理面或裂隙面等發生溶蝕,形成溶溝(或溶槽),原先成層分佈的石灰岩被溶溝分開成石柱或石筍。
2、地表水沿灰岩裂縫向下滲流和溶蝕,超過100米深后形成落水洞。
3、從落水洞下落的地下水到含水層后發生橫向流動,形成溶洞。
4、隨地下洞穴的形成地表發生塌陷,塌陷的深度大面積小,稱坍陷漏斗,深度小面積大則稱陷塘。
5、地下水的溶蝕與塌陷作用長期相結合地作用,形成坡立谷和天生橋。
6、地面上升,原溶洞和地下河等被抬出地表成干谷和石林,地下水的溶蝕作用在舊日的溶洞和地下河之雲南路南的石林是上述第一階段(溶溝階段)的產物,這裡的自然風光因阿詩瑪姑娘的動人傳說而變得格外旖旎。桂林的象鼻山,則是原地下河道出露地表形成的。在廣西境內,經常可看到這種抬升到地表以上的溶洞,俗稱“神女鏡”或“仙女鏡”。

成因原理


喀斯特地貌
喀斯特地貌
喀斯特地貌形成為石灰岩地區地下水長期溶蝕的結果。石灰岩的主要成分是碳酸鈣(CaCO3),在有水和二氧化碳時發生化學反應生成碳酸氫鈣[Ca(HCO3)2],後者可溶於水,於是空洞形成並逐步擴大。這種現象在南歐亞德利亞海岸的喀斯特高原上最為典型,所以常把石灰岩地區的這種地形籠統地稱之喀斯特地貌。

形成條件


喀斯特地貌岩石
喀斯特地貌岩石
地貌形成的根本條件,中國西南地區之所以喀斯特地貌分佈廣泛,最主要的是這裡有其發育的主體。大量的碳酸鹽岩、硫酸鹽岩和鹵化鹽岩在流水的不斷溶蝕作用下,在地表和地下形成了各種奇特的溶洞。
喀斯特景觀。從溶解度上看,鹵化鹽岩>硫酸鹽岩>碳酸鹽岩;由於碳酸鹽岩種類較多,其各類岩石溶解度隨著難溶性雜質的多少而定,石灰岩>白雲岩>泥灰岩。從岩石結構分析,結晶質岩石晶粒愈大溶解度愈小;等粒岩比不等粒岩溶解度要小。

岩石透水性

岩石具有一定的孔隙和裂隙,它們是流動水下滲的主要渠道。岩石裂隙越大,岩石的透水性越強,岩溶作用越顯著。在溶洞中,岩溶作用愈強烈,溶洞越大,地下管道越多,喀斯特地貌發育越完整,並且形成一個不斷擴大的循環網。

流水作用

1.流水的溶蝕作用
水的溶蝕能力來源於二氧化碳(CO2)與水結合形成的碳酸(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來自大氣流動、有機物在水中的腐蝕和礦物風化。下面幾個化學方程式反映了岩溶作用的進行:
喀斯特地貌
喀斯特地貌
喀斯特地貌
喀斯特地貌
(第一步:形成碳酸和碳酸根離子)
喀斯特地貌
喀斯特地貌
喀斯特地貌
喀斯特地貌
喀斯特地貌
喀斯特地貌
(第二步:與CaCO3反應生成,從而使CaCO3溶解)
這幾步反應在大自然間是十分複雜的過程,因為溫度,氣壓,生物,土壤等許多自然條件制約著反應的進行,並且這些反應都是可逆的,水中的二氧化碳增多,反應向右進行,就有利於CaCO3的分解;岩溶作用進行比較容易,反之則不利於岩溶作用。
2.流水的流動作用
流動的水溶蝕性更強烈一些,這是為什麼?因為水中的二氧化碳需要得到及時的補充,水的溶蝕作用才能順利進行,水的溶蝕能力才得以鞏固加強。同時,流動的水帶動河底砂礫對岩石進行機械侵蝕,這樣更有利於岩溶作用的深入。

氣候影響

比如中國西南地區氣候濕潤,降水量大,地表徑流相對穩定,流水下滲作用連續,並且降水使流水得以更新和有效補充。因此岩溶作用得以延續進行。

假喀斯特


由其他不同成因而產生形態上類似喀斯特的現象,統稱為假喀斯特,包括碎屑喀斯特、黃土和粘土喀斯特、熱融喀斯特和火山岩區的熔岩喀斯特等。它們不是由可溶性岩石所構成,在本質上不同於喀斯特。

科學研究


研究歷史

喀斯特地貌
喀斯特地貌
中國喀斯特現象的文字記載,可追溯到2400年前。距今約400年前的徐宏祖(霞客)已專門研究並記述了南方喀斯特地形與洞穴。喀斯特地貌特別受岩性為主的地質背景及氣候為主導的地理環境的控制。其基本類型,按岩性分為碳酸鹽岩喀斯特、石膏和鹽喀斯特;按存在形式分為裸露型、覆蓋型和埋藏型喀斯特;按發育程度分為全喀斯特、半喀斯特或流水喀斯特;按氣候地貌帶分為熱帶、亞熱帶、溫帶和寒帶喀斯特;按垂直動力帶分為滲流(充氣)帶、淺潛水(飽水)帶和深部喀斯特。喀斯特地貌特殊性又在於它不僅有地表的,且有與其成因聯繫的地下喀斯特形態——洞穴。
喀斯特地表形態類型屬正地形的主要有峰林、孤峰、殘丘、喀斯特丘陵和石芽。負地形主要類型有落水洞、斗淋、豎井、盲谷、干谷、喀斯特窪地、波立谷、喀斯特平原、喀斯特嶂谷(峽谷)、溶溝與溶隙等。地表正、負地形間及地表與地下喀斯特類型間常有成因聯繫,構成一定的地貌組合。喀斯特孤峰、殘丘和喀斯特平原常構成一組合類型。喀斯特豎井即為地表落水洞和地下喀斯特系統水力聯繫的垂直通道。喀斯特地貌是長期發育的產物,其演化模式在侵蝕循環學說的影響下,從早期格朗德(A.Grund)、雅庫斯(L.Jakucs)和威廉姆斯(P.W.Williams)的模式,基本為定性3~4階段模式。
喀斯特地貌
喀斯特地貌
自1972年史密斯(D.I.Smith)等提出外成喀斯特地貌演化數學模型后,用數學方法建立喀斯特地貌發育與動力、形態因素的數學模型正在發展。如1988年懷特(W.B.White)又提出喀斯特地形發育速率過程模型。全球碳酸鹽岩佔大陸殼11%。中國僅裸露型喀斯特即約90萬平方公里以上,為喀斯特分佈最廣、類型最全的國家。因喀斯特地貌特殊,使其區域經濟開發和工程建設的問題也很突出。如干谷是一種因侵蝕基面和地下水位下降,使地表河轉為地下河,遺留乾涸的滲漏河谷。它在水利上劃為懸托谷,一般不宜建水庫,即使建庫也要採取鋪蓋和帷幕灌漿防滲措施。喀斯特地貌因形態奇特和地下洞穴,以及一些洞穴空氣和水的特性與有益成分而成為旅遊資源。如中國桂林山水、雲南路南石林等。
20世紀90年代后,中國學者對喀斯特地貌的研究逐漸跨入喀斯特水環境、生態地貌分類分區研究。
進入21世紀,中國地學界針對石漠化生態修復與建設等問題,深入開展了土壤侵蝕特徵、小流域生態恢復、SAR影響配准及石漠化岩性、土地利用關係等方面的研究。為探索喀斯特地區侵蝕模數與侵蝕因子的相關關係,開展了不同坡度條件下土壤侵蝕模數的多因子方程篩選回歸模型研究,提高了緩坡、陡坡侵蝕產沙預測精度。

研究成果

2000多年前,中國古書《山海經》對溶洞、伏流、石山等現象已有提出。
宋代沈括的《夢溪筆談》、范成大的《桂海虞衡志》和周去非的《嶺外代答》對岩溶現象已有較多記載。
明代徐宏祖的《徐霞客遊記》對喀斯特地貌的研究比歐洲早250餘年。其對喀斯特地貌的類型、分佈和各地區間的差異,尤其是喀斯特洞穴的特徵、類型及成因,有詳細的考察和科學的記述。在廣西、貴州、雲南,他探查過的洞穴有270多個,且都有方向、高度、寬度和深度的具體記載。並初步論述其成因,指出一些岩洞是水的機械侵蝕造成,鐘乳石是含鈣質的水滴蒸發后逐漸凝聚而成等。
近現代西方對喀斯特地貌的發育理論研究成果主要有“循環演化論”(以w.M台維斯為代表)和Davis和Ground的喀斯特地區地理循環理論。
中國學者根據Davis和Ground的喀斯特地區地理循環理論和總結了中國喀斯特研究的實踐,提出了一套喀斯特發育理論,如漸進演化論(以何宇彬、楊明德為代表);“地殼上升速度與剝蝕速度對比論”(以張之淦、盧耀如為代表);“同時態系統演化論”(以朱學穩、朱德浩為代表) 。
21世紀現代喀斯特地貌的研究趨勢表現為喀斯特地區的生態系統研究、喀斯特古環境與全球變化研究、風景旅遊洞穴環境的改善與景觀老化的防治和實驗和量化喀斯特地貌的研究;如“水利水電建設中喀斯特滲漏問題”研究成果1987年獲國家優秀勘察獎、廣西壯族自治區科技進步一等獎。
對於喀斯特與旅遊地貌的研究成果,主要為1972年,中科院地理所地貌室設置喀斯特地貌研究組。研究組主動借鑒國外技術,並自主完善和創新改進,緊密結合國家和地方水利水電工程、廠礦道路建設、區域旅遊開發等生產實踐,不斷深入研究喀斯特地貌地球物理化學過程,探索喀斯特地貌發育演化規律,先後承擔並完成了國家和地方重大科研項目20多項,出版著作10多部,發表相關論文100多篇。
研究組在中國喀斯特洞穴發育的區域分異、地帶性因素、洞穴成因與溶蝕作用、洞穴發育雙酸模式、碳酸鹽岩表層硬度、喀斯特溶蝕強度分析與估算、表層喀斯特發育與生態系統關係、喀斯特地貌系統對氣候響應過程模型等方面展開了廣泛和深入研究。發現了鹼性鈣溶液吸收二氧化碳化學動力學機理,建立了碳酸水與硫酸水雙成因洞穴發育的雙酸模式,弄清了生物對土壤二氧化碳貢獻及土壤二氧化碳對皮下帶表層喀斯特過程的驅動作用,揭示了岩石表面生態及其對岩石表面色彩與石林溶蝕形態形成的作用,構建了溶蝕對降水、氣溫等的複雜響應過程模型等,豐富了喀斯特地貌基礎理論。
針對喀斯特地區的水庫滲漏、電站安全以及地下水的開發利用等方面,研究組做了卓有成效的應用研究工作。如成功解決了紅水河第一級水電樞紐大化水庫以及岩灘水電樞紐庫區的喀斯特滲漏問題、完成了北京牛口峪水庫北方喀斯特懸托谷的防滲工程,分析了貴州獨山南部、德江普定以及大連金州、河北曲陽等喀斯特地下水開發利用等。針對紅水河流域環境地質綜合評價國家任務,先後完成了 '紅水河流域環境喀斯特研究、報告及其專題地貌圖,隨著區域研究積累,還進行了中國喀斯特地貌連片綜合研究。
在喀斯特地貌的基礎和應用研究過程中,研究組很早就引進並改進先進技術,在具體的研究中又自己發明創造了各種新技術和手段。如應用染色石松孢子和螢光素示蹤法,進行不同季節喀斯特地下水通道的示蹤試驗,成功地斷定不會跨越地下分水嶺向鄰谷滲漏,完成了水庫建設可行性論證方案。首創並應用“窪地分析法”、利用與地下水聯繫密切的地面窪地走勢,在室內繪出喀斯特地下通道大體平面分佈,指導實地調查和洞穴探測。使用環境同位素示蹤分析,查清了滲漏因素與途徑,制定了多層次水庫防滲方案。此外,該研究組還首先將航空紅外遙感技術應用到探測岩溶的試驗中,取得了良好的示範效果。
中科院地理所最早涉足旅遊地貌等應用研究領域是喀斯特地貌研究組。該研究組從20世紀90年代就開始了旅遊洞穴的應用研究,在洞穴穩定性以及喀斯特景觀旅遊資源評價等方面做了很多首創性的工作。先後完成了浙江瑤琳洞、河北臨城白雲洞、雲南彌勒白龍洞、福建龍岩龍眡洞、路南石林景觀等典型喀斯特景觀的形成、發育、演化及其景觀評價的調查論證科研報告。這些成果很大程度上指導了岩溶洞穴、喀斯特地貌景觀的旅遊開發和保護。1997年~2004年組織的雲南石林與國外劍狀喀斯特對比、雲南石林和貴州荔菠峰林及重慶武龍芙蓉洞——天坑喀斯特捆綁式,中國南方喀斯特申請世界自然遺產名錄論證報告,為成功申遺奠定了堅實基礎。隨著旅遊業的發展,業界對旅遊資源的調查、分類、評價等提出了更加準確和科學的要求,20世紀90年代以來,地貌室科研人員又積極參與國家旅遊標準化研究和國家標準起草工作,完成了多項與旅遊地貌緊密相關的國家標準。

研究意義

喀斯特研究在理論和生產實踐上都有重要意義。喀斯特地區有許多不利於生產的因素,需要克服和預防,也有大量有利於生產的因素可以開發利用。在水庫大壩選址時應盡量避免斷層、破碎帶、喀斯特地貌等。喀斯特礦泉、溫泉富含有益元素和氣體,有醫療價值。喀斯特洞穴和古喀斯特面上各種沉積礦產較為豐富,古喀斯特潛山是良好的儲油氣構造。
喀斯特地區的奇峰異洞、明暗相間的河流、清澈的喀斯特泉等,是很好的旅遊資源。如湖南張家界桑植縣九天洞已列入洞穴學會會員洞,堪稱亞洲第一洞、黃龍洞被列為世界自然遺產、世界地質公園、首批國家5A級旅遊區張家界武陵源的組成部分,是張家界地下喀斯特的地形代表,其中喀斯特地貌約佔全市面積的百分之四十。廣西的桂林山水、雲南的路南石林等馳名中外。喀斯特地貌由於其獨特的地貌特徵,經常容易“產出”類型各異的風景區。例如,貴州龍宮、織金洞等。

地質作用


機制原理

● 化學機制
1884年,美國學者戴維斯(Davis)提出喀斯特地區地理循環理論,指出喀斯特作用的化學機製為當水中含二氧化碳時,水對石灰岩的溶解能力很強,二氧化碳與水化合形成碳酸,後者電解析出氫離子,與石灰岩中的碳酸根離子作用形成離子狀態的溶解物質鈣離子和碳酸氫根離子,並隨水流失,其反應式如下:
CO2+H2O⇌H2CO3⇌H+HCO3
H2CO3+CaCO3⇌Ca+2HCO3
上述反應是可逆的,當水與空氣中二氧化碳減少,碳酸含量亦減少,碳酸鈣將發生沉澱。濕熱氣候條件下土壤二氧化碳含量比空氣中高數十倍,且反應速度很快,因而岩溶作用強,喀斯特地貌分佈較廣。
● 物理機制
水的溶蝕能力、岩石化學性質及透水性對喀斯特過程起著決定性作用。濕熱氣候區地表水與地下水流量大且活動性強,故喀斯特作用強,反之乾旱高寒氣候區喀斯特作用很弱。
在地殼長期穩定且河流切割較深的可溶性岩石分佈區,地下水垂直分帶明顯,包氣帶地下水以垂直向下運動為主,可形成極深的落水洞;淺飽水帶地下水以水平流動為主,常發育水平溶洞與暗河;過渡帶地下水水位隨季節升降;承壓水帶地下水活動受地質構造控制,可發生深部喀斯特。新構造強烈上升區石灰岩地層中不可能形成相同的地下水位,地下水垂直分帶不明顯。

岩性構造

碳酸鹽類岩石包括石灰岩、白雲岩和泥灰岩等;硫酸鹽類岩石如石膏、硬石膏;鹵化物鹽類如岩鹽與鉀鹽,均屬於可溶性鹽類。按溶解度排序,鹵化物鹽類最大,硫酸鹽居中,碳酸鹽類最小,但喀斯特地貌卻主要發育在碳酸鹽類岩石尤其是石灰岩分佈區,這與其分佈極廣且長露出地表有關。
石灰岩的礦物成分主要為方解石,泥灰岩兼有大量不溶解黏土,白雲岩則以白雲石為主。按溶解度從大到小排序為:石灰岩、白雲岩、泥灰岩。因此石灰岩最易喀斯特化,尤其是節理髮育、層厚、質純和位於區域性斷裂帶的石灰岩,喀斯特作用最強。

地貌分類


綜述

按出露條件,喀斯特地貌可劃分為:裸露型喀斯特、覆蓋型喀斯特、埋藏型喀斯特這三種。
按氣候帶分為:熱帶喀斯特、亞熱帶喀斯特、溫帶喀斯特、寒帶喀斯特、乾旱區喀斯特五種。
按岩性分為:石灰岩喀斯特、白雲岩喀斯特、石膏喀斯特、鹽喀斯特四種。

地表喀斯特

● 石芽
石芽指可溶性岩石表面溝壑狀溶蝕部分和溝間突起部分。石芽為蝕余產物,熱帶厚層純石灰岩上發育形體高達的石芽常高達數十米,成為石林。
● 溶溝
溶溝是地表水沿岩石裂隙溶蝕、侵蝕而成,寬20厘米至2米,深2厘米至3米,底部常填充泥土或碎屑。
● 喀斯特漏斗
喀斯特漏斗由流水沿裂隙溶蝕而成,呈蝶形或倒錐形窪地,寬數十米,深數米至10餘米,底部有垂直裂隙或落水洞。
● 落水洞
落水洞多分佈在較陡的坡地兩側和盆地、窪地底部,為流水沿裂隙侵蝕的產物。寬度一般不會超過10米,深可達數十米至數百米。廣西、重慶及四川南部地區稱之為“天坑”,一般稱豎井。
● 溶蝕窪地
溶蝕窪地通常由喀斯特漏斗擴大或合併而成,面積小於10平方千米,具有封閉性。
● 喀斯特盆地
喀斯特盆地又稱為坡立谷,是一種大型喀斯特窪地,面積一般為10-100平方千米以上,邊緣略陡併發育有峰林,底部平坦且覆蓋殘留紅土,多分佈在地殼相對穩定的區域,如雲南硯山縣、羅平縣和貴州安順市。
● 喀斯特平原
喀斯特盆地繼續擴大即形成喀斯特平原,地表覆蓋紅土併發育孤峰殘丘,如廣西賓陽縣黎塘鎮和貴港市
● 峰叢
峰叢是同一基座而峰頂分離的碳酸鹽岩山峰,常與窪地組合成峰叢-窪地地貌。
● 峰林
峰林為分散碳酸鹽岩山峰,通常由峰叢發育形成,但因受到構造影響而形態多變,在水平岩層上多呈圓柱形或錐形,在大傾角岩層上多呈單斜式。氣候條件對峰林形態有影響,藏南古峰林遭寒凍風化破壞,峰林僅30-50米高,雲貴高原峰林也因遭到破壞而較渾圓矮小,黔桂兩省區交接帶氣候較為炎熱,地下水垂直運動強烈,峰林高達300-400米。
● 孤峰
孤峰是峰林發育晚期殘存的孤立山峰,多分佈於喀斯特盆地底部或喀斯特平原上。

地下喀斯特

● 溶洞
地下水沿岩石裂隙或落水洞向下運動時發生溶蝕,形成各種形態的管道和洞穴,並相互溝通或合併,行成統一的地下水位。地殼上升,地下水位將隨河流下切而降低,洞穴轉變為干溶洞。水平溶洞的發育大多與當地侵蝕基面相適應,因此此類溶洞與階地及河面對比可反映構造上升量。垂直溶洞深度可達數百米至數千米,可視為地殼上升的標誌。
● 地下河
地下河亦稱暗河,是以溶蝕作用為主形成的地下廊道、溶洞和溶蝕組成的喀斯特地下管道系統。
● 暗湖
暗湖是地下河相通的地下湖,和地表湖泊一樣,暗湖也具有水源調蓄作用,其可儲存和調節地下水。
● 石鐘乳
石鐘乳是干溶洞頂部裂隙滲出的地下水中所含碳酸鈣因溫度升高、壓力減小與水分蒸發而沉澱,自洞頂向下增長形成。
● 石筍
石筍是自石鐘乳上滴落到洞底的水中所含碳酸鈣沉澱形成自下而上增長形成。
● 石柱
石柱是石鐘乳與石筍相接形成。

中國分佈


中國喀斯特地貌分佈廣、面積大。主要分佈在西部地區的碳酸鹽岩出露地區,面積為91~130萬平方千米。其中以廣西、貴州和雲南東部所佔的面積最大,是世界上最大的喀斯特區之一;西藏和北方一些地區也有分佈。廣西境內主要是熱帶和亞熱帶喀斯特,貴州、雲南、西藏多為高原喀斯特,高山喀斯特多分佈在四川、雲南和西藏等高海拔地區。
石林風光
石林風光
喀斯特地形地貌除了桂林和雲南,九寨溝這些舉世聞名的喀斯特地貌以外,在中國的華東地區(包括江西、安徽、江蘇、浙江、福建和上海六省市),雖然出露地表的石灰岩僅占本區總面積的4.06%(27900㎞²),但仍然發育有形態各異的喀斯特地貌。在蘇北、皖北地區發育著相對高度100-150米左右,頂部渾圓的喀斯特丘陵;江西萍鄉-宜春一帶出現了具共同基座的短錐狀峰叢;浙江天目山及皖南、贛北則為有少量溶洞的喀斯特化山地;喀斯特發育最為強烈的是福建西南部的龍岩、三明地區,不光有類峰林、峰丘、溶斗等還有長達數百米的喀斯特地下河。
在中國長江流域的15個省及自治區內,四川省的石灰岩出露面積達128062㎞²,遠遠大於其它地區。湖北宜昌以西發育的喀斯特分佈廣、形態齊全,且景觀絢麗。在雲貴高原、鄂西、湘中、湘西及桂東北以喀斯特谷(盆)地為主。高山喀斯特則主要分佈在川西、藏東高原及河源地區的橫斷山脈,在寒凍風化和冰源冰川的影響下,石灰岩的喀斯特作用微弱,地表景觀乃呈高山地貌特徵,多為海拔4000-6000米的高山地,喀斯特多分佈在四川盆地的周緣,即秦嶺、岷山、龍門山、大涼山、錦屏山、五蓮峰一帶,大多為3500米以上的常態山地地貌,喀斯特景觀僅出現在岩性有利的部位,為峰叢、峽谷的組合形態;在山間窪地處有大型洞穴和地下暗河出露;山原喀斯特的平均海拔為1000-1500米,分佈在黔東北、鄂西、湘西、川東等地,長期的濕熱氣候和新生代以來的新構造運動使這一帶的喀斯特發育得範圍廣、形態齊全,既有峰林喀斯特景觀,又有峰叢峽谷和嶺脊槽谷;海拔300-800米的峰林喀斯特廣泛分佈於湘南、桂東北一帶,位於南嶺山地西部,尤以桂林地區的峰林地貌為代表。那裡的群峰挺拔,峰叢林立,丰姿多態的喀斯特星羅棋布,地下洞系密集交織,洞中琳琅滿目的石鐘乳、石筍、石簾、石幔、石瀑布、石葡萄、石花和流水潺潺與地表的秀麗山林交相輝映,構成了祖國大地上“奇峰、奇洞、美石”的奇葩。
中國東北地區的地質和地理條件不利喀斯特地貌的發育,但那裡分佈面積達70920㎞²的石灰岩是喀斯特發育的基礎。在東北南部一些地區,由於氣溫、降雨、岩性、海平面的升降及海浪作用等條件,形成了風格獨特的濱海喀斯特地貌景觀。在遼東半島南端的海濱地區,還可見到約10米高的成群叢狀分佈的石芽,也是喀斯特作用的產物。
橫亘中國西部的昆崙山東西綿延2500公里,經過科學工作者的多年考察,在東昆崙山無法形成的大面積古喀斯特地貌。據考證,這是當年隨青藏高原強烈抬升而產生增熱效應和印度洋季風對這一地區影響的產物。雖然後期強烈的地質構造運動和嚴寒冰凍氣候大大地改造和破壞了這些古喀斯特地貌,但在海拔4700-5300米的山地上部和4300-4800米的下部,早,晚兩期的古喀斯特峰林、石芽、溶洞、溶蝕裂隙等依然清晰可見,它們與本區南部藏被唐古拉山的古喀斯特地貌遙相呼應,成為大地滄海桑田、天翻地覆巨變的歷史見證。

地表地貌

1.溶溝和石芽
溶溝是指地表水沿岩石表面和裂隙流動過程中不斷對岩石溶蝕和侵蝕,從而形成的石質溝槽;石芽指突出於溶溝之間的石脊,其實它是溶溝形成過程中的殘餘物。雲南地區的石林就是發育比較好的形態高大的石芽群,它的形成條件是厚層、質純、產狀平緩、垂直節理稀疏和濕熱的氣候環境。
2.天坑和豎井
主要是由於岩溶地面不斷凹陷,形成漏斗狀的圓形窪地或豎井狀的洞,在中國的重慶和四川南部地區分佈較為廣泛,他形成於陡峭的坡地兩側和窪地、盆地底部,因為流水沿著岩石的裂隙侵蝕強烈,所以天坑或豎井深達幾十米到幾百米。
3.溶蝕窪地和溶蝕谷地
溶蝕窪地是一種範圍廣,近似圓形的封閉性岩溶窪地,四周多低山和峰林,底部平坦,雨季易澇,旱季易干。面積一般數平方千米至十幾平方千米。溶蝕谷地是溶蝕窪地進一步擴大或融合而形成的,它受構造影響比較大,面積更為廣,一般數十平方千米至數百平方千米,平麵條狀分佈,長達數十公里,底部平坦,常有地表徑流,例如廣西都安有一溶蝕谷地寬一公里,長十公里。這種喀斯特地形在中國雲貴高原分佈廣泛,當地人稱之為“壩”。
4.干谷
干谷是地表徑流消失后岩溶區遺留下來的谷地,它的形成原因是河流的某一段河道水流沿著谷底的豎井或水洞流入地下,形成地下徑流。這種地表徑流轉為地下徑流的現象叫做伏流。還有一種形成原因即類對河道進行裁彎取直的結果。這樣的地貌類型在中國華北地區和東北地區比較常見。
5.峰林、峰叢、孤峰、天生橋
石林
石林
“桂林山水甲天下,陽朔山水甲桂林”,中國廣西壯族自治區風光獨特,岩溶作用是形成這天然屏風的主要原因。
峰叢是可溶性岩受到強烈溶蝕而形成的山峰集合體。峰林是由峰叢進一步演化而形成的。當然,在新構造作用下,峰林會隨著地殼的上升轉化為峰叢。山峰表現為錐狀、塔狀、圓柱狀等尖銳峰體,表面發育石芽、溶溝,山峰之間又常常有溶洞、豎井。峰叢地貌可以說是喀斯特地貌的博物館。
孤峰是岩溶區孤立的石灰岩山峰,它需要地殼長期穩定而無太大的地質運動。奇特美麗的桂林山水會把大自然對它的寵愛告訴你。
天生橋是可溶性岩下部受流水溶蝕而形成的拱橋狀地貌。
6.地表鈣華堆積
這是一類典型的地表喀斯特地貌,主要有瀑布華,鈣華堤壩和岩溶泉華。
瀑布華指地表瀑布水流速度陡然增大,內力作用減小,水中的二氧化碳外逸,形成瀑布華。中國貴州著名的黃果樹瀑布就屬於這一種。
鈣華堤壩形成是溶解大量CaCO3的高山冰雪溶水和含大量CaCO3地下滲透的岩溶水在地下徑流一段距離后,以泉的形式排出地表。隨著水溫增高和水流速度增大以及大量藻類植物的作用,形成了大量鈣華沉積。鈣華中含許多雜質和多種不同元素,並且有水生植物的影響,使得鈣華呈現出多種色彩。這種地貌在中國四川黃龍寺一帶分佈較廣,黃龍寺旅遊業的發展可以說與這種獨特的喀斯特地貌景觀緊密相連。
岩溶泉華是溶有大量CaCO3的泉水湧出地表,由於溫度升高和壓力減小,使得CaCO3在泉口形成鈣華沉積,長時間的積累使泉華形成不同的形狀,這也是大自然賜予人類的一幅美景。這種喀斯特地貌在中國雲南較為常見。

地下岩溶

1.溶洞的概況
溶洞
溶洞
溶洞是地下水沿可溶性岩的裂隙溶蝕擴張而形成的地下洞穴,規模大小不一,大的可以容納千人以上;形態千奇百怪,溶洞中有許多奇特景觀,如石筍、石柱、石鐘乳、石幔等。小的連一個人都難以通過。溶洞是水的溶蝕作用、流水侵蝕以及重力作用的長期結果。溶洞景觀在中國的湖南、四川、貴州、雲南、廣西等省區分佈較為廣泛。
2.溶蝕地貌——石鍋和邊槽
如果一個溶洞頂部的某一局部地點受到較為強烈的紊流作用,隨著水壓增大,溶蝕能力增強,這些地方的溶蝕量比周圍大,從而形成向頂側凹入的弧形面,這樣的地貌稱為石鍋。邊槽是指溶洞的邊壁在水的溶蝕作用下形成向洞測凹陷的槽狀地貌。這兩種溶蝕地貌在溶洞中很常見。
3.堆積地貌
溶洞景觀——浮戲山雪花洞
溶洞景觀——浮戲山雪花洞
堆積地貌是溶洞景觀中的精華部分,在中國西南地區的溶洞中你盡可以欣賞那神奇的洞天世界。重力水的堆積是溶洞堆積地貌的主要形成方式,溶解了大量可溶性岩的水滴斷續的從溶洞頂部落下並不斷積累,從而形成絢麗多彩的石鐘乳、石筍、石柱、石幔、邊石堤等。
石鐘乳是一種呈倒錐狀的岩溶堆積物,大的可達數米,小的只有幾厘米,主要是岩溶水沿著溶洞頂部細小的裂隙滲出並在滴水處不斷沉澱產生的。它緊緊與洞頂相連,不斷向洞底延伸。
石筍是由洞底向上伸展的岩溶堆積物,主要是岩溶水滴滴落到洞底並不斷沉積的產物,它與石鐘乳相對生長,一般呈筍狀、塔狀和錐狀。
石鐘乳和石筍的橫剖面都具有同心圓結構。
石鐘乳和石筍相對生長,並逐漸結合成一體,隨著岩溶水的不斷沉積,慢慢形成粗壯的石柱。
石幔是岩溶水沿著洞壁呈薄膜狀的漫流過程中CaCO3逐漸沉積的產物,一般呈片狀、層狀,並且有彎曲的流紋,高者達數十米,非常壯觀。
邊石堤是指溶洞底部兩側堤狀堆積物,高度一般幾厘米到幾十厘米,呈弧形階梯狀。
另外,在溶洞中還有許多奇特的景觀,有的似蓮花開放,有的如樹枝伸展,還有一些石葡萄、石珊瑚等。

著名景觀

喀斯特地貌
喀斯特地貌
中國喀斯特地貌分佈廣泛,造物主為中華兒女精雕細刻了許多天然的屏風,喀斯特地貌為中國的旅遊業帶來無限生機,並且中國喀斯特地貌類型性多樣,是進行科學研究的寶貴財富。
中國著名的喀斯特景觀名勝區分佈:
福建省:寧化縣天鵝洞,縱深2.5公里,系水平廊道式與堅井分層式相結合的奇溶洞。洞分上中下三層,前後7大廳及49個大景,小廳小景不可勝數、層層相接,各廳相連。洞內鍾乳累累,石筍林立,峰巒重疊,湖潭倒影。有從40米高處一瀉而下氣勢磅礴的石瀑,亦有精巧玲瓏如精雕細塑而成的石珊瑚,有石松參天的陡峭山峰,又有玉權倒影平靜的天鵝湖……置身其中,令人目不暇接,流連忘返,宛如登上九天仙境。
將樂縣玉華洞
中國四大名洞之一 玉華古洞是 國家級風景名勝區,距福銀高速將樂互通口3公里。
玉華洞位於將樂縣城南7公里的天階山下。因洞內岩石光潔如玉,華光四射而得名。全洞總長逾5公理,主洞2公里,是福建最長最大的石灰岩溶洞。進口為“一扇風”,風聲不止。山口是“五更天”,可體會多昏暗轉為天亮的景色。洞內有兩條能道,分藏禾、雷公、果子、黃泥、溪源、白雲6個支洞。洞內有石泉、進泉、靈泉3股溪流,清澈如鏡。尚有瓊樓玉宇、渴龍飲水、朝天曙色、蓬萊疊翠、雄鷹獨立、風飄淚燭等166景,均為石灰岩溶蝕而形成的各種廳特景物。其中尤以仙人田、煉丹爐、荔枝柱、蒼龍出海、童子拜觀音等形象最為逼真。洞內道路平坦,大廳寬敞,遇斜坡砌石階,過溪流架橋樑,小徑盤曲,驚險莫測,恰似迷宮。洞內氣溫保持10℃左右,冬暖夏涼。宋代理學家楊時與抗金名相李綱曾贊“此洞炫巧爭奇,遍布幽奧”、“透露處層層有削玉裁雲之態”。玉華洞的進出口處的岩壁上,保存著不少宋代以業的摩崖石刻。離洞二晨許的村莊里,還有一個直徑一米的圓井,地下水由此湧出,水珠呈梅花狀,紛紛揚揚,鼎鼎翻騰,故名梅花井。現有新鋪水泥公路直抵洞口,並在洞口處建有擂茶館、荷花池。洞內小徑、溪橋、石階已修整加寬,安裝了彩燈照明,洞貌煥然一新。
廣東:肇慶七星岩徠有七座石灰岩山峰形如北斗七星,山前星湖瀲灧,山多洞穴,洞中多有暗河、各種奇特的溶洞堆積地貌。
廣西:桂林山水和陽朔風光主要是以石芽、石林、峰林、天生橋等地表喀斯特景觀著稱於世,並且是山中有洞,“無洞不奇”。以岩洞地貌為主的蘆迪岩洞景觀,景觀內有各種奇態異狀的溶洞堆積地貌,形成了“碧蓮玉筍”的洞天奇觀;七星岩石鐘乳構成的地下畫廊,真是琳琅滿目;武鳴伊嶺岩,北流溝漏洞,柳州都樂岩,興平蓮花岩,興安乳洞,永福百壽岩,宜山白龍洞,凌雲水源洞,龍州紫霞洞等也都是著名的溶洞景觀區。
石林景觀
石林景觀
雲南 昆明石林風景區:地表峰林奇布,主要為高大巨型石芽群景觀,大部分灰岩山峰分佈在河谷兩側,各種形態的石峰似人似物,形態逼真、栩栩如生,全國35片石林中本省有:路南大、小石林、乃古石林、和莫村石林、石板哨石林、李子營石林、天生橋等20片石林足見本省石林分佈面積之廣;溶洞景觀有:瀘西阿廬古洞、奇風洞、玉溪溶洞,建水燕子洞,九鄉溶洞,湖有:大疊水、長湖、月湖、仙女湖等。
貴州:本省有興義泥函石林、萬峰林、馬嶺河峽谷和修文石林等石林區;中國最大瀑布黃果樹瀑布岩壁為瀑布華地貌;本地溶洞地貌較多,主要有黃果樹瀑布附近龍宮洞,貴陽地下公園,鎮寧犀牛洞,鎮遠的青龍洞,龍山的仙人洞,貴州的織金洞,黔靈山麒麟洞。
四川:九寨溝鈣華灘流屬於水下地表堆積地貌,如珍珠灘瀑布;黃龍風景區鈣化池、鈣化坡、鈣化穴等組成世界上最大而且最美的岩溶景觀;石柱縣新石拱橋為喀斯特天生橋地貌。
湖南:武陵源黃龍洞,冷水江波月洞,都是奇特洞溶洞景觀,各種堆積地貌羅列其中,如神仙府洞,奧妙無窮。
江西:鄱陽湖口石鐘山景區絕壁臨江洞穴遍布;彭澤龍宮洞長2000米,洞內可泛舟觀景,堪稱“地下藝術宮殿”。
浙江:瑤琳仙境,位於桐廬縣,是浙江省規模恢弘、景觀壯麗的岩溶洞穴旅遊勝地,也是浙江迤今發現的最大洞穴;洞長1000米,共有6個洞天,以“雄、奇、麗、深”聞名於世。
喀斯特地貌
喀斯特地貌
江蘇:宜興石灰岩溶洞有“洞天世界”的美稱,善卷洞、張公洞、靈谷洞又稱“三奇”,洞壑深邃,多奇石異柱,泛舟其中如入海底龍宮。
吉林:通化鴨園溶洞,有四個大廳,洞內滿布石柱、石筍、石鐘乳、石瀑、石簾、石蓮花、石幔等堆積景觀,並且深處有溶岩潭,深不可測,無法前往。
遼寧:本溪水洞,屬於大型充水溶洞。水洞全長5800米,現已開發2800米,面積3.6萬平方米,空間40餘萬立方米,最開闊處高38米,寬70米,本溪水洞是發現的世界第一長的地下充水溶洞。河道曲折蜿蜒,河水清澈見底,洞內分“三峽”、“七宮”、“九彎”,故名“九曲銀河”。洞內鐘乳石、石筍與石柱多從裂隙攢擁而出,不假雕飾即形成各種物象。大連冰峪溝,冰峪溝屬石英岩結構,是黃河以北罕見的保存完整的喀斯特地貌。經地質專家的多次考察,這裡的地質是第四紀冰川期形成的,並在這裡發現了多種冰川遺跡。植被豐富,森林覆蓋率達90%以上。
這些地方既可以進行旅遊觀光又可以進行科研考察,是旅遊觀光的明珠,是科學研究的寶庫。

世界分佈


南斯拉夫的迪納拉山區,法國中央高原,俄羅斯的烏拉爾山區,澳大利亞大陸南部,美國肯塔基和印第安納州,中國的雲貴高原及滇南谷地,古巴、牙買加和越南中北部地區等。

價值意義


喀斯特地貌因其具有多種多樣的造型地貌,美學價值較高,許多喀斯特景觀地被開發成旅遊景點,如雲南石林、貴州荔波、重慶武隆、重慶金佛山、貴州施秉、廣西桂林和環江,聯合以“中國南方喀斯特”列入世界自然遺產名錄。
喀斯特溶洞是屏蔽放射性輻射的安全場所,在戰爭時期既可保護國家的重要檔案和物資,又可保護軍民的寶貴生命。以滇黔桂三省的眾多岩洞而言,大則可以容納數萬軍民,小則也可以千計算。
中國的雲貴地區在第四紀冰期時沒有大面積冰川覆蓋,成為眾多古老動植物的避難所。又喀斯特地貌區地貌複雜,生境多樣,因此長期以來地區人類對環境的干擾較小,雲貴地區得以物種遺存完好。區域內的梵凈山也被列入聯合國人與生物圈自然保護區網和世界自然遺產名錄;荔波茂蘭喀斯特森林自然保護區尚完整地保存著同緯度地區最完好的喀斯特原始森林,森林覆蓋率達90%以上。
1994年底,北京天文台(今中國國家天文台)牽頭國內20所院校,提出建設“喀斯特工程” 。最終選址在具備穩定地質條件、大口徑天坑和缺乏無線電干擾的位於貴州的大型落水洞大窩凼。FAST射電望遠鏡為世界最大單口徑射電望遠鏡,最終於2016年9月25日在貴州省平塘縣落成使用,被譽為“中國天眼”。
此外,喀斯特地貌有豐富的地下水資源,埋藏著大量的古生物和古人類化石,或成為儲存鋁土礦、砂礦及油氣的良好場所,因此喀斯特地貌具有重大的科研意義與生產價值。