喀斯特地貌公開課教案

1、20課題：喀斯特作用與喀斯特地貌課時(shí)數(shù)：2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：了解喀斯特的研究歷史及地區(qū)分布；理解喀斯特作用概念、基本條件、影響因素；掌握石芽與溶溝、溶斗與落水洞，溶蝕洼地和溶蝕谷地、干谷與育谷、峰叢、峰林和弧峰的成因及特點(diǎn);掌握溶洞和地下河的成因與特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)：喀斯特地形。教學(xué)難點(diǎn)：喀斯特地形的演化過程。教學(xué)準(zhǔn)備：制作幻燈片一、“喀斯特”簡(jiǎn)介喀斯特是指地下水和地表水對(duì)可溶性巖石的化學(xué)作用和物理作用及其形成的水文現(xiàn)象和地貌現(xiàn)象。（一）喀斯特研究的起源明代地理學(xué)家徐霞客是我國(guó)和世界上最早的巖溶研究學(xué)者。他考察了廣西、貴州和云南一帶的石灰?guī)r地形，探尋了許多地下溶洞，徐霞客游記中詳細(xì)記述了各種石灰?guī)r地形

2、的景觀。 19世紀(jì)末，南斯拉夫?qū)W者司威治研究了南斯拉夫西北部沿海一帶伊斯特里亞碳酸鹽巖（石灰?guī)r）高原溶蝕而成的奇特地貌，并把這種地貌叫做喀斯特。從此“喀斯特”一詞逐漸變成了世界各國(guó)所通用的專有名詞術(shù)語。 1966年，我國(guó)第2次巖溶學(xué)術(shù)會(huì)議上，決定將喀斯特改稱巖溶；1985年恢復(fù)“喀斯特”；1996年又改稱巖溶。所以在我國(guó)稱喀斯特地貌為巖溶地貌，但由于傳統(tǒng)上的原因，喀斯特一詞流傳甚廣，與巖溶并存。目前，我國(guó)兩種稱謂并存。（二）可溶性巖石的分布全球喀斯特地區(qū)的面積約占陸地面積的15%,面積5100萬km2其中碳酸鹽巖面積4100萬km2,硫酸鹽巖面積為1100萬km2,合計(jì)5200萬km2。分布在

3、英格蘭、地中海、中東經(jīng)東南亞到中美洲的環(huán)球地帶。中國(guó)碳酸鹽類巖的分布可分為裸露、覆蓋和埋藏等三種類型，面積共346.3萬km2,其中裸露型面積為125萬km2主要分布在桂、貴、滇，其它還有鄂西、湘西、川東、魯、晉等地。二、喀斯特作用的概念（巖溶作用）概念：以地下水為主、地表水為輔，以化學(xué)過程為主、以物理過程為輔的對(duì)可溶性巖石的破壞和改造作用叫巖溶作用。由概念可以得知：1 .簡(jiǎn)單地說，巖溶即是指流水對(duì)可溶性巖石的破壞作用。2 .作用的水流以地下水為主，地表水為輔。3.破壞作用以化學(xué)過程為主，以機(jī)械過程為輔。這里說的化學(xué)作用即指水對(duì)可溶性巖石的溶解作用和沉積作用；物理過程即指水流對(duì)可溶性巖石的機(jī)械

4、侵蝕和堆積過程，有重力崩塌和堆積等過程。所以我們可以粗略地說，巖溶作用即地下水對(duì)可溶性巖石的溶解和沉淀作用。三、喀斯特作用的基本條件（一）巖石的可溶性一一最基本的條件可溶性巖石是巖溶作用賴以進(jìn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有它就不會(huì)發(fā)生巖溶作用,更不會(huì)形成巖溶地貌。自然界里的巖石有些是可溶的，有些是難溶的。就可溶性巖石來說，主要包括三大類：鹵素鹽類巖石（鈉鹽和鉀鹽等）；硫酸鹽類巖石（石膏CaSO4.2H2O熟石膏2CaSO4.H2O芒硝NaSO410H2O等）；碳酸鹽類巖石（石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r等）。就三類巖石的溶解度而言，鹵素鹽類巖石硫酸鹽巖碳酸鹽巖，即。碳酸鹽巖中，石灰?guī)r白云巖；純凈、晶粒細(xì)的含雜質(zhì)、

5、晶粒粗的。但是鹵素鹽類巖石和硫酸鹽類巖石分布不廣，巖體較小；而碳酸鹽，雖說它的溶解度較小，但它分布很廣，巖體一般都很大，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)期的巖溶作用，能發(fā)育成典型的巖溶地貌。所以目前存在的巖溶地貌基本上都分布在碳酸鹽巖石分布區(qū)，以后我們討論的巖溶地貌主要是指碳酸鹽巖石經(jīng)巖溶作用所形成的地貌。（二）巖石的透水性僅僅巖石可溶，也不能形成巖溶地貌。巖石不具有透水性，地表水就無法滲入地下轉(zhuǎn)化為地下水，這樣就不能形成以地下水為主的各種地下巖溶地貌，而巖溶地貌又主要發(fā)育在地下，所以巖石不透水就不能發(fā)育成巖溶地貌。巖石的透水性，決定于巖石的孔隙度和裂隙度,尤其是裂隙度。兩度大，巖石透水性就好，地下巖溶進(jìn)行得比較迅速

6、，能發(fā)育成典型的巖溶地貌?？紫抖取⒘严抖扔峙c巖性、巖層厚薄、巖層構(gòu)造特征有關(guān)?？傊簬r石構(gòu)造越破碎、巖石純度越高、巖層越厚，則透水性就越好（三）水的溶蝕力在純水中，CaCO3勺溶解度是很小的，不會(huì)發(fā)育成巖溶地貌。但是一旦水中溶解有CO2氣體以后，其水的溶蝕力則大大加強(qiáng)。1 .CO2水溶液溶解碳酸鹽的機(jī)制現(xiàn)以CaCO豌明之：CO2溶解于水中之后便形成釋碳酸溶液，并發(fā)生一級(jí)解離，解離出H+和HCO3-如下列化學(xué)式：o（2+h2Oh2cq；（形成碳酸）h2cqh+hco-；（碳酸離解）H+CaC（3HCQ+Ca2+（溶解碳酸鈣）總的化學(xué)反應(yīng)方程式：CO2+H2O+CaC（3Ca2+2（HCq）一其化

7、學(xué)反應(yīng)是可逆的，正反應(yīng)速度取決于C殳的濃度，逆反應(yīng)速度取決于Ca2+的濃度。即溶解于水中的CQ越多，水的溶蝕力就越強(qiáng)；水中的Ca2+的含量越高，水的溶蝕力就越弱?？梢姡绻质橇鲃?dòng)的，那么，CaCO3W不停地被溶解。如果水分不流動(dòng)，Ca2+包和后水就不再具有溶解能力了，所以巖溶作用，進(jìn)行的第四個(gè)條件即水的流動(dòng)性。由上述可見，當(dāng)各反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，CaCO3勺溶解度取決于水中溶解的CO2氣體的多少。CO2溶解多則CaCO3t溶蝕也就越多，反之則少。那么影響CO締解度的因素有哪些呢？無疑認(rèn)識(shí)這些因素，對(duì)了解巖溶地貌的發(fā)育有重要參節(jié)思義。2 .影響CO2溶解度的因素大氣CO2分壓：CO2分壓越高，水

8、中CO琛度就越大，反之則越小。但在自由大氣下，空氣中CO2的濃度只有0.03%,即CO2分壓只有0.0003個(gè)大氣壓，在20c時(shí)，CO2的濃度0.53%。溫度：溫度越高，CO的解度越低，反之則越高。土壤有機(jī)質(zhì)含量和微生物活動(dòng)：有機(jī)物含量多的土壤，在有微生物活動(dòng)的時(shí)候分解有機(jī)質(zhì)的主要過程是：C+O2一CO2T;結(jié)果土壤空氣中CO2的濃度增大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大氣中的CO/度，所以土壤溶液對(duì)CaCO3勺溶蝕作用較強(qiáng)。（四）水的流動(dòng)性1 .流動(dòng)水流對(duì)巖溶的重要性水的流動(dòng)性對(duì)巖溶作用的影響主要表現(xiàn)在，水處于不停的流動(dòng)狀態(tài)，可以將溶蝕下來的Ca2+失掉，使溶蝕水處于Ca2+不飽和狀態(tài)，促使CaCO3勺進(jìn)一步溶解

9、。此外飽和水和不飽和水在流動(dòng)過程中發(fā)生混合，混合以后的溶液是不飽和狀態(tài)，促使CaCO3t解。另外流動(dòng)的水還具侵蝕作用，使更多巖石、在更大的面積上接受溶蝕，增大巖溶作用強(qiáng)度。，只有水不停流動(dòng)才保證CaCO3寺續(xù)溶蝕。2 .巖溶水的運(yùn)動(dòng)狀況地面以下，不同深度，水流的運(yùn)動(dòng)狀況是不同的，大致可分為四個(gè)帶，如圖假若有一巖溶地塊被一大河深切，大河成為該地塊中巖溶水的主要排水道。垂直滲透帶（包氣帶、充氣帶）：位置：處于地下水最高位即（豐水期潛水面）以上。平時(shí)水少，孔隙被空氣所占據(jù)故又名充氣帶，在雨季和融雪季節(jié)才有比較多的水。水流特征：垂直下滲運(yùn)動(dòng)為主的暫時(shí)性水流。發(fā)育地貌形態(tài)：垂直形態(tài)，如溶隙、落水洞等。形

10、成的喀斯特地貌以垂直為主。全飽和帶（水平流動(dòng)帶）：位置：地下水最低水位（枯水期潛水面）以下。水流特征：水平運(yùn)動(dòng)為主的經(jīng)常性水流。地下水常年存在，以水平運(yùn)動(dòng)為主。發(fā)育地貌形態(tài)：水平的巖溶地貌，如溶洞、暗河等。形成的喀斯特地貌也是以水平為主。季節(jié)變動(dòng)帶（過渡帶）：位置：地下水最高水位和最低水位之間。該帶位于豐水期和枯水期潛水面之間。水流特征：季節(jié)性暫時(shí)性水流、運(yùn)動(dòng)方向隨季節(jié)變化。水文狀況隨季節(jié)而變化，在雨季，地下水位上升，該帶處于水分飽和狀態(tài)，水流以水平運(yùn)動(dòng)為主；在旱季，地下水位下降，該帶處于水分不飽狀態(tài)，水流以垂直運(yùn)動(dòng)為主。發(fā)育地貌形態(tài)：水平、垂直兼具深循環(huán)帶（深飽和帶）：位置：水平流動(dòng)帶以下的

11、巖層深部。水流特征：緩慢，具承壓水性質(zhì)；受地質(zhì)構(gòu)造條件影響。發(fā)育地貌形態(tài)：喀斯特作用很弱，喀斯特地貌發(fā)育不好。3、小結(jié)：喀斯特作用及喀斯特地貌的空間分布以上不同水分帶，水流的流動(dòng)方向和溶蝕能力不同，喀斯特作用自然不同，即可形成發(fā)育程度不同、形態(tài)各異、分布深度不同的巖溶地貌。此外，喀斯特作用及其地貌的分布還受到氣候的控制，表現(xiàn)出一定的地帶性。溫暖濕潤(rùn)區(qū)，喀斯特作用強(qiáng)烈，地貌發(fā)育的好、類型多樣；寒冷區(qū)，地貌發(fā)育不好、類型單一；干旱區(qū)，喀斯特作用難以進(jìn)行。下邊簡(jiǎn)單介紹幾種常見巖溶地貌類型。四、影響喀斯特發(fā)育的因素（一）氣候氣溫：化學(xué)反應(yīng)速率。溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快。降水量：水源?？λ固刈饔玫倪M(jìn)行

12、離不開水的作用。生物：植被、微生物（二）構(gòu)造的影響大地構(gòu)造和地質(zhì)構(gòu)造因素控制巖層的分布，決定地下水的循環(huán)和運(yùn)動(dòng)特征，影響喀斯特發(fā)育。表現(xiàn)在：斷裂構(gòu)造發(fā)育地區(qū)褶皺的背斜軸部，張裂隙發(fā)育。張力作用，裂隙發(fā)育，透水。褶皺的向斜軸部。壓力作用，緊實(shí)，水不易滲透。（三）地層的組合、厚度及產(chǎn)狀的影響地層組合：碳酸鹽巖地層單一均勻狀地層：成片分布互層：帶狀分布間層狀：零星分布巖層厚度：厚度大，節(jié)理發(fā)育，巖溶作用強(qiáng)烈；薄層相反。巖層產(chǎn)狀：控制地下水流態(tài)間接影響喀斯特發(fā)育及方向。水平巖層：喀斯特水平發(fā)展，均勻發(fā)育，單一地貌。垂直巖層：喀斯特發(fā)育很深傾斜巖層：最利于喀斯特發(fā)育。五、喀斯特地貌（巖溶地貌）（一）地表

13、巖溶地貌1 .石芽與溶溝概念：地表水沿著可溶巖層面裂隙或節(jié)理流動(dòng)，溶蝕和沖蝕形成許多凹槽和坑洼，凹槽稱為溶溝；溝間凸起的石脊稱為石芽。在降水過程中，大氣CO2會(huì)溶解在雨滴中，形成含有H2CO3勺酸性水，這樣的水分降落到碳酸巖石表面，即形成坡面流水，沿碳酸鹽巖石表面節(jié)理或裂隙形成細(xì)流，細(xì)流對(duì)周圍碳酸鹽巖石即發(fā)生巖溶作用，形成溶蝕溝槽一溶溝和溝槽間的脊?fàn)钔蛊鸩糠忠皇?。形態(tài)特征：高深不超過3米，個(gè)別有10米的石芽分類：裸露石芽、半裸露石芽、埋藏石芽。石芽、溶溝組合分類：彼此平行式、棋盤式、石林式如果石芽形態(tài)高大，溝坡近于直立，且發(fā)育成群，形態(tài)成筍狀、柱狀、劍狀、菌狀等，遠(yuǎn)觀之宛如森林，稱為石林（s

14、toneforest）,石林式石芽在我國(guó)云南路南石林發(fā)育得最好，高達(dá)30余米，其他三大石林福建大湖石林、四川興文石林、浙江淳安石林。2 .喀斯特漏斗（巖溶漏斗）（上寬下狹）含義：是一種規(guī)模較小，底部有垂直通道的，漏斗狀、裂隙狀、碟狀或井狀的封閉洼地。寬數(shù)米至百米不等，深寬。成因分類：溶蝕漏斗、塌陷漏斗。溶蝕漏斗是地表徑流沿裂隙密集地段溶蝕而成；塌陷漏斗是喀斯特管道或溶洞在重力作用下崩塌而成。其縱剖面如下:（b）沉陷漏斗：整體沉降、陷落。（c）塌陷漏斗：崩塌，巖層破裂、失去完整性。奉節(jié)小寨天坑：天下第一坑。位于重慶市奉節(jié)縣興隆鎮(zhèn)小寨村，坑口地面標(biāo)高1331米，深666.2米，坑口直徑622米，坑

15、底直徑522米，是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最大的漏斗”。近年來，經(jīng)過中外地質(zhì)學(xué)家的實(shí)地考證后，一種地陷形成說逐漸統(tǒng)領(lǐng)了整個(gè)學(xué)術(shù)界，這種說法認(rèn)為，小寨天坑是由地下暗河沖擊碳酸鹽巖層而引起巖層塌陷而形成的地質(zhì)奇觀。關(guān)于其成因還有其他一些說法，課下感興趣自己搜集相關(guān)資料。3 .落水洞（寬度?。r溶地區(qū)地表水從谷地流入地下河或地下溶洞的通道。成因：垂直溶巖水在裂隙相互交叉匯合處不斷溶蝕、侵蝕并伴有重力塌陷形成。形態(tài)特征：其寬度比深度小得多，寬很少超過十米；其形態(tài)多樣，有垂直的、有傾斜的也有彎曲的。4 .溶蝕洼地含義：溶蝕作用形成的橢圓形封閉洼地。一般認(rèn)為它是溶巖漏斗擴(kuò)大或相鄰的若干個(gè)合并而成。km2,底部常有

16、特征：面積名數(shù)km2,底部平坦，常有垂直通道與地下河相連，上部覆蓋薄層堆積物。面積約數(shù)垂直通道與地下河相連，上部覆蓋薄層堆積物。5 .溶蝕谷地（坡立谷、壩子、壩等）含義：由溶蝕洼地進(jìn)一步發(fā)育而成，代表喀斯特發(fā)育的后期階段。是指大型的溶蝕洼地，面積約十幾km2甚至幾百km2,周圍有坡度較陡的山峰，底部覆蓋有較厚的溶蝕殘留物。并有泉水暗河出沒。壩子我國(guó)云貴高原上的局部平原的地方名稱。貴陽、遵義、安順等壩子特點(diǎn)：面積較大；谷底平坦、有地表河流通過；谷地周圍發(fā)育峰林地形，谷地中有殘丘和孤峰；谷地延長(zhǎng)方向與構(gòu)造線一致。6 .干谷、盲谷和伏流干谷：指喀斯特地區(qū)地表干涸的河谷。在地表河流的某一段河道，河水沿

17、著谷底發(fā)育的漏斗、落水洞等全部流入地下，使河谷干涸，則形成干谷。盲谷：一種死胡同式的地表河谷，其前方常被陡崖所阻，河水從崖腳的落水洞潛入地下，變?yōu)榈叵潞?。伏流：地表河轉(zhuǎn)入地下的河流暗流段，叫伏流。7 .峰叢、峰林與孤峰（桂林山水指廣西東北的漓江沿岸，北起興安南至陽朔，以桂林為中心的巖風(fēng)景區(qū)。）峰叢和峰林、孤峰是熱帶、亞熱帶氣候區(qū)喀斯特作用充分發(fā)育，石灰?guī)r遭受強(qiáng)烈溶蝕而成的山峰集合體。峰叢是一種連座的而峰頂分散的山峰，當(dāng)峰叢基座被切開，相互分離就成了峰林。我國(guó)桂林市陽朔縣的峰林地貌著稱于世。峰叢：在溶蝕作用的初期，山峰頂部被溶蝕，山峰彼此分離，但是基部相連的為峰叢。峰林：基部微微相連的成群簇生的

18、石灰?guī)r山峰，是峰叢進(jìn)一步溶蝕發(fā)展的結(jié)果?？梢姺鍏财涑梢蚩赡苁欠辶职l(fā)展的早期階段；但是如果峰林形成后，發(fā)生地殼上升，原來的峰林變成峰叢頂部的山峰，也可以形成峰叢?？傊欠鍏蚕刃纬桑笮纬煞辶郑绻貧ど仙梢栽侔l(fā)育成峰叢。峰叢特點(diǎn)：基座相對(duì)高度H1大于山峰的相對(duì)高度H2;各山峰的相對(duì)高度不過幾十米。峰叢內(nèi)部溶蝕漏斗、落水洞和溶蝕洼地很發(fā)育，在地貌上形成峰叢一洼地組合類型；峰叢多出現(xiàn)在山地的中心部位，地勢(shì)較高。峰林特點(diǎn)：基座相對(duì)高度H1小于山峰的相對(duì)高度H2。（山峰的相對(duì)高度在100-200米之間，坡度很陡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，猶如樹林，故名；而石林單個(gè)石峰一般510米，最高者有3040米，這是石林與峰林的

19、區(qū)別之一。）峰林是成群或分散、根部分離或略有相連的石灰?guī)r山峰；是由峰叢進(jìn)一步溶蝕和侵蝕形成的。所以多出現(xiàn)在山地的邊緣。孤峰是星散在巖溶盆地或巖溶平原上的低矮山峰，峰林石山進(jìn)一步破壞而成，屬巖溶作用晚期的產(chǎn)物。特點(diǎn)：相對(duì)高度在100米左右。它是峰林進(jìn)一步溶蝕和堆積形成。它一般分布在地勢(shì)低平的巖溶盆地和巖溶平原上。8 .喀斯特丘陵含義及特征：簡(jiǎn)稱溶丘，是在峰林與孤峰地形的基礎(chǔ)上，經(jīng)后期溶蝕一一剝蝕形成的，呈平緩丘陵?duì)睿鄬?duì)高度100150m,坡度較和緩，不具峰林形態(tài)。亞熱帶的主要喀斯特地貌類型之一，我國(guó)四川、湖北、湖南、浙江、安徽等地發(fā)育的地表喀斯特地貌多為這種類型。9 .喀斯特平原巖溶平原是由溶

20、蝕谷地進(jìn)一步擴(kuò)大而成，地勢(shì)開闊坦蕩，有較厚的地表堆積物，溶蝕殘余紅土覆蓋。其中，常有地表河出現(xiàn)。熱帶高溫多雨地區(qū)最易形成喀斯特平原。（二）地下巖溶地貌1 .地下河：具有自由水面的地下水流叫地下河。在石灰?guī)r地區(qū)的地下水平流動(dòng)帶內(nèi)，地下水在流動(dòng)過程中，由于溶蝕作用和侵蝕作用（沖刷、崩塌作用等），孔隙越來越大。起初分散的地下水流逐漸彼此溝通，形成較大的地下水流通道；當(dāng)?shù)貧ど仙叵滤魍ǖ离x開水平流動(dòng)帶，出現(xiàn)了自由水面，即形成地下河。如圖：2 .溶洞、天生橋溶洞：地下水沿可溶性巖體的構(gòu)造面（層面、節(jié)理面或斷裂面），逐漸溶蝕和侵蝕而形成的地下通道和洞室。溶洞的大小各不相同，形態(tài)多種多樣，有管狀的、袋狀的、大廳狀的等。在一些構(gòu)造面交叉的地方，洞道比較開闊，形成可容納千余人的極大廳堂，而單一裂隙發(fā)育成的洞道則很小，以致于連人也無法通過。天生橋：溶洞塌落形成峽谷，如果峽谷中仍然殘留著狹窄的沒有崩落的洞頂，成為天生橋。3 .溶隙、溶孔主發(fā)育在水平流動(dòng)帶的底層以及深循環(huán)帶。細(xì)縫狀、蜂窩狀，直徑數(shù)毫米到數(shù)厘米，較大的似小溶洞。4 .溶洞內(nèi)堆積物地貌河湖沉積物：有層理的沙土和礫石崩塌堆積物：碎石、角礫生物和文化堆積物：