,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章 物理地质作用,3.1 风 化 作 用,地表或接近地表的岩石在,阳光、空气、水,和,生,物,的作用下遭受,物理,的和,化学,的,变化,称为风化。引起这种变化的作用称风化作用。风化作用在地表最明显。由于各地环境不一，岩石的性质不同，风化深度也不一致，有的很浅，仅几十厘米，有的可深达百米。,风化作用能使,岩石成分,发生,变化,，能把,坚硬,的岩石变成松散的,碎屑,，降低了岩石的力学强度。风化作用又能使岩石产生,裂隙,，破坏了岩石的完整性，影响斜坡和地基的稳定。,3.1.1 风化作用的类型,风化作用按成因分为,物理风化作用、化学风化作用,和,生物风化作用,三种类型。,物理风化作用,物理风化作用的方式主要有：热力（温差 ）风化、融冻（冰冻 ）风化、层裂等。,热力风化,：日夜和季节温度变化可使岩石表里产生不均的膨胀与收缩而最终破碎,温度作用引起的岩石崩解过程示意,热力风化作用,山体表面岩石的崩解碎裂,热力风化,洛基山,新疆,阿尔金山,球状风化,物理风化作用,融冻风化：岩石裂隙和孔隙中的水分因冰,冻而最终使岩石破碎，又称冰劈作用；,层裂：地下深处的岩石，因承受上覆岩石,的巨大静压力，呈坚实致密状。岩石一旦上,升，上覆岩石被剥蚀而出露地表，静压力释放，体积膨胀而破碎。,冰晶体对岩石的劈裂破坏示意,融冻风化,化学风化作用,化学风化作用指岩石在水和各种水溶液的作用下所引起的破坏作用。这种作用不仅使岩石破碎，更重要的是使岩石成分发生变化，,形成新矿物,。,溶解作用,：水溶解矿物的现象；,矿物溶解的难易主要决定于矿物的溶解度。因此,矿物有易溶矿物和难溶矿物，一般说来，其难易,顺序如下：,氯化物硫酸盐碳酸盐硅酸盐,。,常见的造岩矿物，其溶解度大小顺序如下：,方解石白云石橄榄石辉石角闪石斜长,石钾长石黑云母白云母石英。,氧化作用,：矿物在氧的作用下，使其中低价元素变为高价元素，低价化合物变为高价化合物的现象；如: 黄铁矿氧化为褐铁矿,FeS2 Fe2O3 3H2O,水化作用,：,又称水合作用，即矿物与水相结合的现象；如: 硬石膏水化成石膏（体积增大,30,）,CaSO4 CaSO4 2H2O,水解作用,：水使矿物分解并形成新矿物的,现象。如: 正长石水解为高岭石 ,SiO2,胶体,4KAlSi3O8 + 6H2O,4KOH + Al4Si4O10OH8,+,8SiO2,在湿热气候条件下，高岭石可继续分解，析,出其中的,SiO2,，形成铝土矿,（Al2O3 nH2O）,而残留于原地。,生物风化作用,生物在其成长、新陈代谢和死亡过程中，都可引起岩石的破碎和分解。生物风化作用很普遍，也是在生物风化作用的方式可分为两种：,生物的物理（机械）风化作用（如植物根系在岩石裂隙中生长）；,生物的化学风化作用（如生物的新陈代谢中析出的有机酸对岩石产生的腐蚀、溶解）。,在自然界中，上述几种风化风化作用是彼此并存，相互影响的。在不同地区，它们作用的强弱有主次之分。在,干寒和高山地区,以,物理风化,为主，在,湿热多雨地区,则以,化学风化,为主。,树木根系对岩石的劈裂破坏示意,黄山松,生物风化,黄山,生物风化1,生物风化,华山,生物风化2,生物风化,柬埔寨,为了说明岩体的风化程度及其变化规律，正确评价风化岩石对水利工程建设的影响，就必须对岩体按风化程度进行分级。,分级的依据主要是：新鲜岩石和风化岩石的相对比例、褪色度、分解和崩解的程度，矿物蚀变及其次生矿物，间接指标如锤击反应、波速变化等情况。,水利水电工程地质勘察规范（GB50287-99）将岩石按风化程度分为,全风化、强风化、弱风化、微风化,和,新鲜岩石,五个等级。,3.1.2 岩石风化程度的分级,1、,挖除法,适用于风化层较薄的情况，当厚度较大时通常只将严重影响建筑物稳定的部分剥除。,2、,抹面法,用水和空气不能透过的材料如沥青、水泥、粘土层等覆盖岩层。,3、,胶结灌浆法,用水泥、粘土等浆液灌入岩层或裂隙中，以加强岩层的强度，降低其透水性。,4、,排水法,为了减少具有侵蚀性的地表水和地下水对岩石中可溶性矿物的溶解，适当做一些排水工程。,3.1.3 防止岩石风化的主要方法,3.3 岩 溶,喀斯特简介,地表水和地下水对可溶性岩石的破坏和改造,作用称为,喀斯特作用,，即水对可溶性岩石的溶,蚀、冲蚀、堆积，以及重力崩塌的总称。以化,学溶蚀作用为主，机械侵蚀作用为辅。,喀斯特作用所形成的地表形态和地下形态称,为,喀斯特地貌,。,喀斯特作用及其所产生的水文现象和地貌现,象统称为,喀斯特,（ Karst ）。,喀斯特研究的起源,徐霞客,（15861641，明徐霞客游记的,作者）是我国和世界上最早的岩溶研究学者。,19世纪末，南斯拉夫的司威治（J.Cvijic）,研究了南斯拉夫西北的喀斯特（Karst）石灰,岩高原，并于1893年正式用“Karst”来概括,喀斯特高原的地貌景观。,中国地质学会第一届喀斯特学术会议（1966,年2月，桂林），建议在我国使用“岩溶”一,词，并把它作为Karst的汉语同义语。,岩溶地貌,思考题,可溶性岩石有哪些?,喀斯特地貌是什么?由何得名?,地表岩溶形态有哪些?地下岩溶地貌有哪些?,岩溶堆积物有哪些类型?,岩溶的形成的必要条件是什么?,岩溶的发育程度与哪些因素有关?,岩溶的分布特点有哪些?,3.3.1 岩溶的形成条件,1、,岩石的可溶性,岩石的可溶性主要取决于岩石的化学成分,与岩石结构。,三大类可溶岩：卤盐类如钾盐、石盐；,硫酸盐类如硬石膏、石膏、芒硝等；,碳酸盐类如石灰岩、白云岩等。,溶解度：卤盐硫酸盐碳酸盐；,在碳酸盐岩类中，CaCO,3,的含量越高，其,他杂质含量越低，其溶解度就越大。,石灰岩白云岩硅质灰岩泥灰岩；,岩石的结构与溶解度有密切关系。对于结,晶的岩石，晶粒越小，溶解度也越大。,2、岩石的透水性,岩石的透水性对岩石的溶蚀速度和地下岩溶,的发育有着重大影响。,透水性不良,的岩石，溶,蚀作用只限于,岩石表面,，很难深入岩石内部；,透水性好的,岩石，,地表和地下溶蚀都很强,，地,貌发育也好。,透水性强弱取决于岩石的孔隙和裂隙大小和,多少。一般石灰岩的原生孔隙度都很小3，,透水性较弱；岩石的透水性主要受由构造运动,形成的各种裂隙所控制。,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；,3、水的溶蚀力,水的溶蚀力取决于水的,化学成分、温度、气压,等,方面因素。,CO,2,H,2,O H,2,CO,3,； （形成碳酸）,H,2,CO,3, H,HCO,3,；（碳酸离解）,H,CaCO,3, HCO,3, Ca,2 ,（溶解碳酸钙）,总的化学反应方程式：,CO,2,H,2,OCaCO,3,2,Ca2（HCO,3,）,；,其化学反应是可逆的，正反应速度取决于CO,2,的浓,度，逆反应速度取决于Ca,2,的浓度。即溶解于水中,的CO,2,越多，水的溶蚀力就越强；水中的Ca,2,的含,量越高，水的溶蚀力就越弱。,水的溶蚀力,水中酸的含量越高，溶蚀力也越强；酸的,来源主要由大气中的CO,2,溶入水中而成。,温度越高，溶蚀力越强；虽然水中CO,2,的,含量与温度成反比，但水的化学反应速度与,温度成正比。,气压越高，溶蚀力越强；水中CO,2,的含量,与气压成正比。,气候越湿热，水的溶蚀力就越强，喀斯特,发育就越快。,4、水的流动性,经常流动的水体，能大大提高水的溶蚀力。,流水经常与空气保持接触，能不断地补充因,溶蚀岩石所消耗的CO,2,，使水体不易达到饱和。,处于流动状态的水，有时虽然达到饱和，但,当几种不同浓度的饱和溶液混合后，可变为不,饱和而重新获得溶蚀能力。,热带地区高温多雨，水流量大、水循环快，,加上气温高及生物作用强，岩溶发育最快。如,亚热带广西碳酸盐岩溶蚀量为0.120.3mm/a，,是暖温带的河北（,溶蚀量为 0.020.03mm/a）,的59倍。(,动画演示-钟乳石的形成,),1、地表岩溶形态,1、石芽与溶沟：,地表水沿岩石裂隙溶蚀、侵蚀而成的沟槽形态，称,为,溶沟,，沟间突起称为,石芽,；高大的石芽称为,石林,。2、漏斗（溶斗）与溶蚀洼地：,漏斗是漏斗形或碟形的封闭洼地；深几米至十几米，,直径几米至100m， 主要分布在喀斯特高原面上。,溶蚀洼地通常由漏斗扩大合并而成，直径100m。,3、落水洞：,落水洞为地表水进入地下河的主要通道；深几十米,至几百米，宽度一般 10 m。 主要分布在溶蚀洼,地底部以及喀斯特斜坡上。,演示:桂林岩溶地貌的形成,4、坡立谷与喀斯特平原,坡立谷,（,Polje,），即溶蚀谷地，俗称“坝”、“坝子”，,宽几百米至几公里，长几公里至几十公里，在一定,构造条件下经长期溶蚀、侵蚀而成；,喀斯特平原,，,达数百平方公里，由坡立谷发展而来。,5、峰丛、峰林、孤峰与残丘：,峰丛,，一种连座峰林，其基部相连、顶部分散为一,个个山峰（,12,相连）；,峰林,，石灰岩石峰分散,或成群分布在平地上，远望如林（,12,相连）。,其相对高度为,100 200m,，坡度,45,；,孤峰,，竖立在喀斯特平原上的孤立石灰岩山峰，相,对高度几十至百余米；,残丘,，孤峰进一步发育而成，,相对高度十几至几十米。,6、岩溶丘陵,岩溶丘陵与溶蚀洼地的组合，是亚热带喀斯特,的典型形态。岩溶丘陵相对高度 100 150 m ，,坡度较和缓，不具峰林形态。,7、喀斯特地貌组合,热带喀斯特地貌组合依发育阶段的差异，可分,为： 峰丛洼地（或漏斗）；,峰林洼地；,峰林谷地；,孤峰、残丘平原；,从云贵高原边缘到广西盆地中心，依次出,现上述喀斯特地貌组合。,8、岩溶旋回,幼年期：地表面水系完整，地表岩溶开始发育，,形成溶沟、石芽和少量的漏斗；,青年期：地下水系发育，地表仅存河流主干，,地下、地表岩溶发育，形成溶洞、漏斗、落水,洞、干谷、峰丛、溶蚀洼地等形态；,中年期：岩溶发育由地下转向地表，洞顶多塌,陷，水系重回地表，峰林、溶蚀洼地、溶蚀谷,地大量形成；,老年期：下伏不可溶岩层广泛出露或地面高度,接近侵蚀基准面，地表水系占绝对统治地位，,形成溶蚀谷地、溶蚀平原、孤峰、残丘等。,石芽与溶沟1,石芽与溶沟,云南罗平,石芽与溶沟3,石芽与溶沟,云南罗平,石芽与溶沟4,石芽与溶沟,木格错，青藏高原,路南石林,阿诗玛的传说,路南石林世界地质公园,石林鸟瞰,石林鸟瞰,大理石石林,大理石石林,广西贺州，我国唯一的一个大理石石林,漏斗1,漏斗,贵州兴义,漏斗2,漏斗,贵州兴义,漏斗3,漏斗,贵州兴义,漏斗群1,云南罗平,漏斗群,广西乐业“天坑”,广西乐业“天坑群”,最深613m,乐业,“天坑”仰视,重庆小寨“天坑”2,重庆小寨“天坑”,重庆小寨“天坑”3,重庆小寨“天坑”,重庆小寨“天坑”4,小寨“天坑”仰视,落水洞,天窗（,落水洞,）,峰丛与峰林,峰林,桂林山水甲天下,九马画山,孤峰2,孤峰,坡立谷,坡立谷,喀斯特平原,喀斯特平原,岩溶丘陵,云南罗平,喀斯特丘陵,云南罗平,喀斯特丘陵,云南罗平,广东连山,广东连山,阳朔的月亮山,月亮山,阳朔,桂林骆驼山,桂林象鼻山,草海,岩溶,贵州威宁的草海，46.6 km,2,广东肇庆的七星岩,七星岩,广东肇庆,肇庆市,七星,云南白水台,地表“石灰华” 华钙泉华,黄龙五彩池 1,黄龙五彩池,黄龙五彩池 2,黄龙五彩池,九寨沟华钙,九寨沟华钙树,西藏泉华,土耳其棉花堡,1,土耳其棉花堡,土耳其棉花堡,2,土耳其棉花堡,土耳其棉花堡,3,土耳其棉花堡,黄石公园泉华,黄石公园泉华,江西石钟山,海中喀斯特,越南下龙湾 “ 海上桂林 ”,下龙湾,泰国普吉岛1,泰国普吉岛,泰国普吉岛2,泰国普吉岛,喀斯特泉,喀斯特泉,停多喷少,停多喷少,济南的泉,雨量充沛时,济南百脉泉,喀斯特泉（黄石公园）,喀斯特泉,黄石公园,喀斯特热泉（黄石公园）,喀斯特热泉,黄石公园,黄石公园喀斯特泉眼,黄石公园喀斯特泉眼,四、地下喀斯特地貌,溶洞与地下河,1、溶洞,垂直溶洞,与倾斜溶洞；,水平溶洞；,冷洞,暖洞,穿洞,脚洞,侧洞,地下水,2、洞穴堆积地貌,石笋、石钟乳、石柱、石幔等等。,侧洞,侧洞,地下河1,地下河,地下河2,地下河,地下河3,地下河,七星岩地下河,七星岩双源洞,地下河,地下河英西1,地下河,广东英德,地下河英西2,地下河,广东英德,地下河连州,地下河,广东连州,银狐洞地下河,银狐洞地下河,北京郊区,地下河出口1,地下河出口,地下河出口2,地下河出口,地下河出口3,地下河出口,广东英德,地下瀑布,地下瀑布,地下河出口4,地下河出口,地下河出海口,地下河出海口,意大利著名的蓝洞,垂直溶洞,发育于充气带,以落水洞居多,美国,200m深的溶洞,克罗地亚,水平溶洞,贵阳龙宫,天生桥,溶洞坍塌而成,天生桥,天生桥1,天生桥,贵州遵义,天生桥2,天生桥,石钟乳1,英德通天岩,石钟,石钟乳2,石钟,石笋1,石,石笋2,石,石笋3,喀斯特泉华“石笋”,美国加州魔鬼湖,石笋与石钟乳1,石笋与石钟,石笋与石钟乳2,石笋与石钟,石柱1,石,石柱2,石,石柱3,石,石幔1,石幔,石幔2,石幔,鹅管,石珊瑚,卷曲石,石水果,纯净的钙质,边石堤,黄龙的边石堤,黄龙的边石堤,石缸,3.3.2 岩溶的分布规律,质纯、层厚的石灰岩中，岩溶最为发育，形态齐全，规模较大。含泥质和其它杂质的岩层岩溶发育较弱。,地形陡峻的斜坡地带，地表径流大，发育溶沟、溶槽、石芽等地表岩溶。在地形平缘地带，地下水易下渗，地表地下岩溶形态都较发育。,由于水的交替作用随深度增加而减弱，岩溶发育随深度增加而减弱。一般在地表附近岩溶较发育。在裂隙发育带，断层破碎带，岩层接触面带岩溶较发育。,岩溶的发育还具有带状性和成层性。,1、岩溶发育的垂直分带性,在岩溶地区地下水流动具有垂直分带现象，因而所形成的岩溶也带有垂直分带的特征（图8）。,垂直循环带，或称包气带,季节循环带或称过渡带,水平循环带或称饱水带,深部循环带,岩溶的垂直分带示意图,垂直渗透带,（充气带）；,季节变动带,（过渡带）；,水平流动带,（饱水带）；,深部缓流带。,图,8,岩溶水的垂直分带,垂直循环带；季节循环带；水平循环带；深部循环带,2、岩溶分布的成层性,在地壳运动相对稳定时期，岩溶地区在垂直剖面上形成了上述岩溶发育的4个带，之后若地壳上升，地表河流下切，地下水位随之下降，原来处于季节循环带的部位就变为了垂直循环带，原来的水平循环带相应变为季节循环带，并依此类推。,当地壳再处于稳定时期时，原来的季节循环带所形成的岩溶洞层位置已抬高。在其下部，新的季节循环带将会形成新的岩溶洞层，因而使岩溶的发育出现成层性。,(1) 岩溶发育受岩性控制，一般情况下，质纯、层厚的石灰岩中，岩溶最为发育，形态齐全，规模较大，含泥质或其他杂质的岩层，岩溶发育较弱,(2) 岩溶发育受地质构造条件控制。,岩溶常沿着区域构造线方向（如裂隙、断层走向及褶皱轴部）呈带状分布，多形成溶蚀洼地、落水洞、较大的溶洞及地下河等。,3、岩溶分布的不均匀性,3.3.3岩溶区的主要工程地质问题,碳酸盐类岩石在我国分布广泛，仅地表出露的面积就有120万km2，约占全国面积的12.5，尤其广西、贵州、滇东、湘西、鄂西、川东等地较为集中.,由于岩溶的发育致使建筑物场地和地基的工程地质条件大为恶化，因此在岩溶地区修建各类建筑物时必须对岩溶进行工程地质研究，以预测和解决因岩溶而引起的各种工程地质问题。,归纳起来，岩溶区的工程地质问题主要有以下两类。,1. 渗漏和突水问题,由于岩溶地区的岩体中有许多溶隙、溶洞、漏斗，若库、坝址选择不当或未能采取可靠的防渗措施，轻则降低水库效益，成为病险库，遗留后患；,重则水库不能蓄水，或工程处理费用过高，在经济上造成不合理。在基坑开挖和隧洞施工中，岩溶水可能突然大量涌出，给施工带来困难。,2、 地基稳定性及塌陷问题,坝基或其它建筑物地基中若有岩溶洞穴，将大大降低地基岩体的承载力，容易引起洞穴顶塌陷，使建筑物遭受破坏。,同时，岩溶地区的土层特点是厚度变化大，孔隙比高，因此，地基很容易产生不均匀沉降，从而导致建筑物倾斜甚至破坏。,在岩溶地区工程设计前，必须充分细致地进行工程地质勘察工作，搞清建筑地区岩溶的分布和发育规律，正确评价它对工程的影响和危害,