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1、气候。降水多利于水循环,水的溶蚀能力强。温度的影响较复杂,温度高,水中二氧化碳的含量少,但高的温度又使水中的氢离子增多,溶蚀力又增强。气压与二氧化碳的含量成正比。
2、生物。溶蚀作用中的CO2有85%来自生物界,因此,在湿热气候下,生物大量繁衍的地区。最利于岩溶地貌发育。
3、地质。碳酸盐类岩石最易被溶蚀。岩石有开扩而深长的裂隙、透水性强利于溶蚀。4、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。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。
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8.2.4.1 地质因素
(1)地层结构
在厚层可溶岩层中,岩溶发育较完整,在薄层可溶岩层中,只能形成规模较小的岩溶形态。若可溶岩与非可溶岩成互层状,或非可溶岩夹层较多,岩溶发育就会受到阻碍。
(2)地层产状
岩层倾斜较陡时,层理外露地表的范围大,地表水沿层理下渗,故岩溶发展方向主要受层面控制,则造成沿层面伸展的岩溶形态。岩层水平时,地下水主要为水平运动,岩溶主要为水平溶洞。
(3)岩层底板
可溶岩底层与不透水层接触的地带,溶洞、溪沟、暗河特别发育(图8.10)。可溶性岩层底板若为透水的非可溶岩,在可溶岩底部则无强烈岩溶发育。
(4)断裂构造
构造裂隙对岩溶的发育影响较大。主要裂隙或断层的方向往往控制岩溶发育的方向(图8.11),而且沿断裂带或主要裂隙交汇处,岩溶发育规模较大。沿可溶岩断裂带常是地下水富集带和强径流带。
图8.10 湖南省涟源斗笠山矿区碳酸盐岩与碎屑岩接触界面的岩溶塌陷(据卢金凯,1985)
图8.11 影响岩溶作用的主要裂隙系统(据Milanovic,1981)
(5)褶皱构造
背斜和向斜的轴部常是岩溶易发育的部位(图8.11)。背斜顶部有张裂隙,岩溶以漏斗和竖井等垂直形态为主。向斜轴部低洼,易积水,多暗河。由于洞顶易坍塌,又可以产生漏斗和落水洞,故向斜轴部垂直和水平溶蚀通道都有发育。
褶皱轴部尤其是向斜轴部,往往发育张开裂隙,又是地下水汇集的部位,流线在此格外密集,地下河系的主干河道往往沿此分布。广西地苏地下河系的主干河道即沿着向斜轴展布,其支流则沿着横张裂隙发育。
8.2.4.2 侵蚀基准面与地壳抬升
岩溶作用受当地侵蚀基准面的控制,大多数岩溶作用发生在侵蚀基准面以上及侵蚀基准面附近。地表河流是控制岩溶发育的基准面之一,称为岩溶侵蚀基准面。在基准面上方,岩溶水以垂直下渗为主,垂直岩溶发育;在基准面附近,岩溶水以水平流动为主,水平岩溶发育;在地下深处,水流滞缓,岩溶发育程度一般较弱。典型的岩溶现象发生在岩溶化地面与岩溶侵蚀基准面高差较大的情况下,高差愈大,岩溶作用愈强烈。岩溶发育的初期和早期发生在岩溶地块的隆起时期。这个阶段以垂直岩溶占优势,地表水流减少,地面出现漏斗与溶蚀洼地。岩溶发育中期发生在岩溶地块稳定时期。在这个阶段,充分发育着水平岩溶。岩溶地块稳定的时期愈长,地下廊道的规模愈大。随着溶洞顶板的崩落,破坏产物的搬运也更加强烈,最终形成溶蚀谷地。溶蚀谷地也可能由构造陷落形成,但是构造形成的溶蚀谷地在地区上的分布不是有规律地集中在某一高度上,只有大量的溶蚀谷地在近似同一高度上出现时,才是岩溶发育晚期和岩溶旋回接近尾声的标志。
随着岩溶地块抬升、稳定、再抬升的交替变化,河流产生下蚀、侧蚀、再下蚀的交替作用。在地块稳定时间较长的条件下,岩溶沿侵蚀基准面发育,形成水平溶洞。后经构造抬升,呈现出岩溶发育的成层性。溶洞的成层性与河流阶地可以在高程和时间上进行对比。
现有的岩溶地貌多是多旋回岩溶发育形成的。从发育地表水流至出现岩溶平原为终结的第一个岩溶旋回之后,如果可溶岩层很厚,随着地块的构造抬升,就可以开始第二个岩溶旋回。这时,原来准平原化了的地面又被抬高,岩溶漏斗与岩溶竖井重新发挥作用,地表水流迅速减少,少数大河从准平原化的地面深切为峡谷,在岩溶峡谷陡壁上分布有数层溶洞。
8.2.4.3气候因素
一般认为,气候对岩溶作用有着重要的影响。降水量的多少,直接影响到地表和地下岩溶的发育,而较高的蒸发量则会减弱降水对可溶岩的溶蚀,特别是减弱水向地下渗透和地下岩溶的发育。气温对岩溶作用的影响,若单纯考虑水对碳酸钙的溶解,则温度为正影响,而考虑CO2在水中的溶解和碳酸的形成以及它们对碳酸钙的溶解,则温度应为负影响,但气温对植被、细菌及土壤中的CO2含量有重要影响,因此,气温对岩溶作用的正影响大于其负影响。在高寒地区偏低的气温对物理风化作用对那里的岩溶形态起到重要作用。总地来说,岩溶作用是一种比较快的地质作用,在半干旱地区地表溶蚀速度可达10~30mm/ka,在湿润条件下可达50~300mm/ka。溶痕在湿润条件下是一种百年级的岩溶产物,而在半干旱条件下是一种千年级的产物;岩溶洼地和峰林在湿润条件下是十万年至百万年级的岩溶产物;每形成1m厚的红壤土需要剥蚀掉约25m厚的纯质灰岩,在湿润条件下也是一种十万年级的岩溶产物(袁道先,1994)。
8.2.4.4 生物因素
生物因素在岩溶的溶蚀作用和沉积作用中起到重要作用,即是由生物作用特别是细菌类微生物及藻类微生物的作用产生的CO2,在水、酸(H2CO3,H2SO4)或碱(NH4OH)作用下导致的溶蚀作用或沉积作用。生物的溶蚀作用包括直接和间接两种。直接作用是指大量的生物(藻类、菌类等)对可溶岩的溶蚀和钻孔作用以及植物、动物对可溶岩的破坏作用,间接作用主要是指生物的新陈代谢或死亡腐烂,为水提供大量的CO2,提高了水的溶蚀能力。
生物的沉积作用包括各种水生生物对水体CO2的同化作用,该过程在植物体内则为光合作用,可以消耗CO2致使钙华发生沉积,以及生物构架作用是苔藓类及藻类乃至草丛等植物所共有的一种重要作用。在此过程中植物本身作为钙华沉积的重要组成部分而又同时作为方解石沉积依附的骨架形成疏松多空隙的钙华,野外可以见钙华围绕植物的树干、树枝和根须生长。总地来说,生物因素对岩溶作用起到促进和增强的作用。