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1、课题：喀斯特作用与喀斯特地貌 20 课时数：2 课时 教学目标：了解喀斯特的研究历史及地区分布；理解喀斯特作用概念、基本条件、影响因素；掌握石芽与溶沟、溶斗与落水洞，溶蚀洼地和溶蚀谷地、干谷与育谷、峰丛、峰林和弧峰的成因及特点；掌握溶洞和地下河的成因与特点。教学重点：喀斯特地形。教学难点：喀斯特地形的演化过程。教学准备：制作幻灯片 一、“喀斯特”简介 喀斯特是指地下水和地表水对可溶性岩石的化学作用和物理作用及其形成的水文现象和地貌现象。（一）喀斯特研究的起源 明代地理学家徐霞客是我国和世界上最早的岩溶研究学者。他考察了广西、贵州和云南一带的石灰岩地形，探寻了许多地下溶洞，徐霞客游记中详细记述了
2、各种石灰岩地形的景观。19 世纪末，南斯拉夫学者司威治研究了南斯拉夫西北部沿海一带伊斯特里亚碳酸盐岩（石灰岩）高原溶蚀而成的奇特地貌，并把这种地貌叫做喀斯特。从此“喀斯特”一词逐渐变成了世界各国所通用的专有名词术语。1966 年，我国第 2 次岩溶学术会议上，决定将喀斯特改称岩溶；1985 年恢复“喀斯特”；1996 年又改称岩溶。所以在我国称喀斯特地貌为岩溶地貌，但由于传统上的原因，喀斯特一词流传甚广，与岩溶并存。目前，我国两种称谓并存。（二）可溶性岩石的分布 全球喀斯特地区的面积约占陆地面积的 15，面积 5100 万 km2。其中碳酸盐岩面积 4100 万 km2，硫酸盐岩面积为 110
3、0 万 km2，合计 5200 万 km2。分布在英格兰、地中海、中东经东南亚到中美洲的环球地带。中国碳酸盐类岩的分布可分为裸露、覆盖和埋藏等三种类型，面积共 346.3 万 km2，其中裸露型面积为 125 万 km2。主要分布在桂、贵、滇，其它还有鄂西、湘西、川东、鲁、晋等地。二、喀斯特作用的概念（岩溶作用）概念：以地下水为主、地表水为辅，以化学过程为主、以物理过程为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用叫岩溶作用。由概念可以得知：1.简单地说，岩溶即是指流水对可溶性岩石的破坏作用。2.作用的水流以地下水为主，地表水为辅。3.破坏作用以化学过程为主，以机械过程为辅。这里说的化学作用即指水对可溶性
4、岩石的溶解作用和沉积作用；物理过程即指水流对可溶性岩石的机械侵蚀和堆积过程，有重力崩塌和堆积等过程。所以我们可以粗略地说，岩溶作用即地下水对可溶性岩石的溶解和沉淀作用。三、喀斯特作用的基本条件 （一）岩石的可溶性最基本的条件 可溶性岩石是岩溶作用赖以进行的物质基础，没有它就不会发生岩溶作用，更不会形成岩溶地貌。自然界里的岩石有些是可溶的，有些是难溶的。就可溶性岩石来说，主要包括三大类：卤素盐类岩石（钠盐和钾盐等）；硫酸盐类岩石（石膏 CaSO4.2H2O、熟石膏 2CaSO4.H2O、芒硝 NaSO410H2O 等）；碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩、泥灰岩等）。就三类岩石的溶解度而言，卤素盐类岩
5、石硫酸盐岩碳酸盐岩，即。碳酸盐岩中，石灰岩白云岩；纯净、晶粒细的含杂质、晶粒粗的。但是卤素盐类岩石和硫酸盐类岩石分布不广，岩体较小；而碳酸盐，虽说它的溶解度较小，但它分布很广，岩体一般都很大，经过长时期的岩溶作用，能发育成典型的岩溶地貌。所以目前存在的岩溶地貌基本上都分布在碳酸盐岩石分布区，以后我们讨论的岩溶地貌主要是指碳酸盐岩石经岩溶作用所形成的地貌。（二）岩石的透水性 仅仅岩石可溶，也不能形成岩溶地貌。岩石不具有透水性，地表水就无法渗入地下转化为地下水，这样就不能形成以地下水为主的各种地下岩溶地貌，而岩溶地貌又主要发育在地下，所以岩石不透水就不能发育成岩溶地貌。岩石的透水性，决定于岩石的孔
6、隙度和裂隙度，尤其是裂隙度。两度大，岩石透水性就好，地下岩溶进行得比较迅速，能发育成典型的岩溶地貌。孔隙度、裂隙度又与岩性、岩层厚薄、岩层构造特征有关。总之：岩石构造越破碎、岩石纯度越高、岩层越厚，则透水性就越好（三）水的溶蚀力 在纯水中，CaCO3 的溶解度是很小的，不会发育成岩溶地貌。但是一旦水中溶解有 CO2 气体以后，其水的溶蚀力则大大加强。1.CO2 水溶液溶解碳酸盐的机制 现以 CaCO3 说明之：CO2 溶解于水中之后便形成释碳酸溶液，并发生一级解离，解离出 H+和 HCO3-，如下列化学式：CO2H2O H2CO3；（形成碳酸）H2CO3 HHCO3；（碳酸离解）HCaCO3
7、HCO3 Ca 2（溶解碳酸钙）总的化学反应方程式：CO2H2OCaCO3 Ca 2 2（HCO3）其化学反应是可逆的，正反应速度取决于 CO2的浓度，逆反应速度取决于 Ca2的浓度。即溶解于水中的 CO2越多，水的溶蚀力就越强；水中的 Ca2的含量越高，水的溶蚀力就越弱。可见，如果水分是流动的，那么，CaCO3 则不停地被溶解。如果水分不流动，Ca2+饱和后水就不再具有溶解能力了，所以岩溶作用，进行的第四个条件即水的流动性。由上述可见，当各反应达到平衡时，CaCO3 的溶解度取决于水中溶解的 CO2 气体的多少。CO2 溶解多则 CaCO3 被溶蚀也就越多，反之则少。那么影响 CO2 溶解度
8、的因素有哪些呢？无疑认识这些因素，对了解岩溶地貌的发育有重要参考意义。2.影响 CO2 溶解度的因素 大气 CO2 分压：CO2 分压越高，水中 CO2 浓度就越大，反之则越小。但在自由大气下，空气中 CO2 的浓度只有0.03%，即 CO2 分压只有 0.0003 个大气压，在 20时，CO2 的浓度 0.53%。温度：温度越高，CO2 溶解度越低，反之则越高。土壤有机质含量和微生物活动：有机物含量多的土壤，在有微生物活动的时候分解有机质的主要过程是：C+O2CO2；结果土壤空气中 CO2 的浓度增大，远远高于大气中的 CO2 浓度，所以土壤溶液对 CaCO3 的溶蚀作用较强。（四）水的流动
9、性 1.流动水流对岩溶的重要性 水的流动性对岩溶作用的影响主要表现在，水处于不停的流动状态，可以将溶蚀下来的 Ca2+淋失掉，使溶蚀水处于 Ca2+不饱和状态，促使 CaCO3 的进一步溶解。此外饱和水和不饱和水在流动过程中发生混合，混合以后的溶液是不饱和状态，促使 CaCO3 溶解。另外流动的水还具侵蚀作用，使更多岩石、在更大的面积上接受溶蚀，增大岩溶作用强度。只有水不停流动才保证 CaCO3 持续溶蚀。2.岩溶水的运动状况 地面以下，不同深度，水流的运动状况是不同的，大致可分为四个带，如图假若有一岩溶地块被一大河深切，大河成为该地块中岩溶水的主要排水道。垂直渗透带（包气带、充气带）：位置：
10、处于地下水最高位即（丰水期潜水面）以上。平时水少，孔隙被空气所占据故又名充气带，在雨季和融雪季节才有比较多的水。水流特征：垂直下渗运动为主的暂时性水流。发育地貌形态：垂直形态，如溶隙、落水洞等。形成的喀斯特地貌以垂直为主。全饱和带（水平流动带）：位置：地下水最低水位（枯水期潜水面）以下。水流特征：水平运动为主的经常性水流。地下水常年存在，以水平运动为主。发育地貌形态：水平的岩溶地貌，如溶洞、暗河等。形成的喀斯特地貌也是以水平为主。季节变动带（过渡带）：位置：地下水最高水位和最低水位之间。该带位于丰水期和枯水期潜水面之间。水流特征：季节性暂时性水流、运动方向随季节变化。水文状况随季节而变化，在雨
11、季，地下水位上升，该带处于水分饱和状态，水流以水平运动为主；在旱季，地下水位下降，该带处于水分不饱状态，水流以垂直运动为主。发育地貌形态：水平、垂直兼具 深循环带（深饱和带）：位置：水平流动带以下的岩层深部。水流特征：缓慢，具承压水性质；受地质构造条件影响。发育地貌形态：喀斯特作用很弱，喀斯特地貌发育不好。3、小结：喀斯特作用及喀斯特地貌的空间分布 以上不同水分带，水流的流动方向和溶蚀能力不同，喀斯特作用自然不同，即可形成发育程度不同、形态各异、分布深度不同的岩溶地貌。此外，喀斯特作用及其地貌的分布还受到气候的控制，表现出一定的地带性。温暖湿润区，喀斯特作用强烈，地貌发育的好、类型多样；寒冷区
12、，地貌发育不好、类型单一；干旱区，喀斯特作用难以进行。下边简单介绍几种常见岩溶地貌类型。四、影响喀斯特发育的因素（一）气候 气温：化学反应速率。温度越高，化学反应速率越快。降水量：水源。喀斯特作用的进行离不开水的作用。生物：植被、微生物（二）构造的影响 大地构造和地质构造因素控制岩层的分布，决定地下水的循环和运动特征，影响喀斯特发育。表现在：断裂构造发育地区 褶皱的背斜轴部，张裂隙发育。张力作用，裂隙发育，透水。褶皱的向斜轴部。压力作用，紧实，水不易渗透。（三）地层的组合、厚度及产状的影响 地层组合：碳酸盐岩地层单一均匀状地层：成片分布 互层：带状分布 间层状：零星分布 岩层厚度：厚度大，节理
13、发育，岩溶作用强烈；薄层相反。岩层产状：控制地下水流态间接影响喀斯特发育及方向。水平岩层：喀斯特水平发展，均匀发育，单一地貌。垂直岩层：喀斯特发育很深 倾斜岩层：最利于喀斯特发育。五、喀斯特地貌（岩溶地貌）（一）地表岩溶地貌 1.石芽与溶沟 概念：地表水沿着可溶岩层面裂隙或节理流动，溶蚀和冲蚀形成许多凹槽和坑洼，凹槽称为溶沟；沟间凸起的石脊称为石芽。在降水过程中，大气 CO2 会溶解在雨滴中，形成含有 H2CO3 的酸性水，这样的水分降落到碳酸岩石表面，即形成坡面流水，沿碳酸盐岩石表面节理或裂隙形成细流，细流对周围碳酸盐岩石即发生岩溶作用，形成溶蚀沟槽溶沟和沟槽间的脊状凸起部分石芽。形态特征：
14、高深不超过 3 米，个别有10 米的 石芽分类：裸露石芽、半裸露石芽、埋藏石芽。石芽、溶沟组合分类：彼此平行式、棋盘式、石林式 如果石芽形态高大，沟坡近于直立，且发育成群，形态成笋状、柱状、剑状、菌状等，远观之宛如森林，称为石林（stone forest），石林式石芽在我国云南路南石林发育得最好，高达 30 余米，其他三大石林福建大湖石林、四川兴文石林、浙江淳安石林。2.喀斯特漏斗（岩溶漏斗）（上宽下狭）含义：是一种规模较小，底部有垂直通道的，漏斗状、裂隙状、碟状或井状的封闭洼地。宽数米至百米不等，深宽。成因分类：溶蚀漏斗、塌陷漏斗。溶蚀漏斗是地表径流沿裂隙密集地段溶蚀而成；塌陷漏斗是喀斯特管
15、道或溶洞在重力作用下崩塌而成。其纵剖面如下：（b）沉陷漏斗：整体沉降、陷落。（c）塌陷漏斗：崩塌，岩层破裂、失去完整性。奉节小寨天坑：天下第一坑。位于重庆市奉节县兴隆镇小寨村，坑口地面标高 1331 米，深 666.2 米，坑口直径622 米，坑底直径 522 米，是目前世界上发现的最大的“漏斗”。近年来，经过中外地质学家的实地考证后，一种地陷形成说逐渐统领了整个学术界，这种说法认为，小寨天坑是由地下暗河冲击碳酸盐岩层而引起岩层塌陷而形成的地质奇观。关于其成因还有其他一些说法，课下感兴趣自己搜集相关资料。3.落水洞（宽度小）岩溶地区地表水从谷地流入地下河或地下溶洞的通道。成因：垂直溶岩水在裂隙
16、相互交叉汇合处不断溶蚀、侵蚀并伴有重力塌陷形成。形态特征：其宽度比深度小得多，宽很少超过十米；其形态多样，有垂直的、有倾斜的也有弯曲的。4.溶蚀洼地 含义：溶蚀作用形成的椭圆形封闭洼地。一般认为它是溶岩漏斗扩大或相邻的若干个合并而成。特征：面积约数 km2，底部平坦，常有垂直通道与地下河相连，上部覆盖薄层堆积物。面积约数 km2，底部常有垂直通道与地下河相连，上部覆盖薄层堆积物。5.溶蚀谷地（坡立谷、坝子、坝等）含义：由溶蚀洼地进一步发育而成，代表喀斯特发育的后期阶段。是指大型的溶蚀洼地，面积约十几 km2 甚至几百 km2，周围有坡度较陡的山峰，底部覆盖有较厚的溶蚀残留物。并有泉水暗河出没。
17、坝子我国云贵高原上的局部平原的地方名称。贵阳、遵义、安顺等坝子 特点：面积较大；谷底平坦、有地表河流通过；谷地周围发育峰林地形，谷地中有残丘和孤峰；谷地延长方向与构造线一致。6.干谷、盲谷和伏流 干谷：指喀斯特地区地表干涸的河谷。在地表河流的某一段河道，河水沿着谷底发育的漏斗、落水洞等全部流入地下，使河谷干涸，则形成干谷。盲谷：一种死胡同式的地表河谷，其前方常被陡崖所阻，河水从崖脚的落水洞潜入地下，变为地下河。伏流：地表河转入地下的河流暗流段，叫伏流。7.峰丛、峰林与孤峰(桂林山水指广西东北的漓江沿岸，北起兴安南至阳朔，以桂林为中心的岩风景区。)峰丛和峰林、孤峰是热带、亚热带气候区喀斯特作用充
18、分发育，石灰岩遭受强烈溶蚀而成的山峰集合体。峰丛是一种连座的而峰顶分散的山峰,当峰丛基座被切开,相互分离就成了峰林。我国桂林市阳朔县的峰林地貌著称于世。峰丛：在溶蚀作用的初期，山峰顶部被溶蚀，山峰彼此分离，但是基部相连的为峰丛。峰林：基部微微相连的成群簇生的石灰岩山峰，是峰丛进一步溶蚀发展的结果。可见峰丛其成因可能是峰林发展的早期阶段；但是如果峰林形成后，发生地壳上升，原来的峰林变成峰丛顶部的山峰，也可以形成峰丛。总之是峰丛先形成，后形成峰林，如果地壳上升可以再发育成峰丛。峰丛特点：基座相对高度 H1 大于山峰的相对高度 H2；各山峰的相对高度不过几十米。峰丛内部溶蚀漏斗、落水洞和溶蚀洼地很发
19、育，在地貌上形成峰丛洼地组合类型；峰丛多出现在山地的中心部位，地势较高。峰林特点：基座相对高度 H1 小于山峰的相对高度 H2。（山峰的相对高度在 100-200 米之间，坡度很陡，远远望去，犹如树林，故名；而石林单个石峰一般 510 米,最高者有 3040 米，这是石林与峰林的区别之一。）峰林是成群或分散、根部分离或略有相连的石灰岩山峰；是由峰丛进一步溶蚀和侵蚀形成的。所以多出现在山地的边缘。孤峰是星散在岩溶盆地或岩溶平原上的低矮山峰，峰林石山进一步破坏而成，属岩溶作用晚期的产物。特点：相对高度在 100 米左右。它是峰林进一步溶蚀和堆积形成。它一般分布在地势低平的岩溶盆地和岩溶平原上。8.
20、喀斯特丘陵 含义及特征：简称溶丘，是在峰林与孤峰地形的基础上，经后期溶蚀剥蚀形成的，呈平缓丘陵状，相对高度100150 m，坡度较和缓，不具峰林形态。亚热带的主要喀斯特地貌类型之一，我国四川、湖北、湖南、浙江、安徽等地发育的地表喀斯特地貌多为这种类型。9.喀斯特平原 岩溶平原是由溶蚀谷地进一步扩大而成，地势开阔坦荡，有较厚的地表堆积物，溶蚀残余红土覆盖。其中，常有地表河出现。热带高温多雨地区最易形成喀斯特平原。（二）地下岩溶地貌 1.地下河：具有自由水面的地下水流叫地下河。在石灰岩地区的地下水平流动带内，地下水在流动过程中，由于溶蚀作用和侵蚀作用（冲刷、崩塌作用等），孔隙越来越大。起初分散的地
21、下水流逐渐彼此沟通，形成较大的地下水流通道；当地壳上升，地下水流通道离开水平流动带，出现了自由水面，即形成地下河。如图：2.溶洞、天生桥 溶洞：地下水沿可溶性岩体的构造面（层面、节理面或断裂面），逐渐溶蚀和侵蚀而形成的地下通道和洞室。溶洞的大小各不相同，形态多种多样，有管状的、袋状的、大厅状的等。在一些构造面交叉的地方，洞道比较开阔，形成可容纳千余人的极大厅堂，而单一裂隙发育成的洞道则很小，以致于连人也无法通过。天生桥：溶洞塌落形成峡谷，如果峡谷中仍然残留着狭窄的没有崩落的洞顶，成为天生桥。3.溶隙、溶孔 主发育在水平流动带的底层以及深循环带。细缝状、蜂窝状，直径数毫米到数厘米，较大的似小溶洞
22、。4.溶洞内堆积物地貌 河湖沉积物：有层理的沙土和砾石 崩塌堆积物：碎石、角砾 生物和文化堆积物：灰烬层、石器、动物化石等 化学沉积物尤以 CaCO3 化学堆积物所构成的各种形态，如钟乳石、石笋、石柱、石幔、石花、石伞、石珊瑚、石葡萄等等，它们千姿百态，琳琅满目、五彩斑澜、美不胜收，多为引人入胜的风景旅游区。钟乳石：在溶洞的顶部，地下水往往沿裂隙渗出，因溶洞内的温度与岩石内部、水所承受的压力骤然减少，溶蚀水中的 CO2 逸散出来，使溶蚀水达到饱和状态，即发生 CaCO3 淀积，并逐渐由洞顶向下增长，形成一条条下垂的 CaCO3沉积体。石笋：水滴从钟乳石上滴到洞底，CaCO3沉积自下而上增长，形
23、成根根形似竹笋的沉积体，称为石笋。石柱：如果钟乳石自洞顶向下延长，石笋自洞底向上生长，两者发生相连，就形成一根根柱状物。石幔：含碳酸钙的水沿洞壁漫流沉积形成的片状或层状地貌，有的形似瀑布。边石堤：在洞底由碳酸岩淀积形成的高度为几厘米至几十厘米的垄岗或者说土埂状地貌叫做边石堤或边石坝，堤内为一浅池。其形成与洞底的原始形态有关，在小型洼地内的积水漫过边缘突起时，由于流速加快促进了 CO2 的逸散和碳酸钙的结晶，而结晶沉积的高度又受洼地水面的控制，因此久而久之便形成了水平田埂式的边堤。六、布置作业：思考喀斯特作用及其所发与地貌的利与弊？七、板书设计 第五节 喀斯特作用与喀斯特地貌 一、“喀斯特”简介（一）喀斯特研究的起源 （二）可溶性岩石的分布 二、喀斯特作用（岩溶作用）三、喀斯特作用的基本条件 （一）岩石的可溶性 （二）岩石的透水性 （三）水的溶蚀力 （四）水的流动性 四、喀斯特作用的影响因素 （一）气候因素 （二）构造的影响 （三）地层的组合、厚度及产状的影响 五、喀斯特地貌：（一）地表岩溶地貌 （二）地下岩溶地貌 教后记：