可溶岩并非在任何条件下都能发育成岩溶,岩溶的发育和分布必须具备4个基本条件:岩石的可溶性、透水性和水的侵蚀性、流动性。
1.岩石的可溶性
岩石的可溶性主要取决于岩石的成分和结构。从岩石的成分看,可溶岩基本上分为3类;碳酸盐类岩石(石灰岩、白云岩、硅质灰岩和泥灰岩);硫酸盐类岩石(石膏、芒硝);卤盐类岩石(岩盐和钾盐)。其溶解度:卤盐>硫酸盐>碳酸盐。这3种可溶岩只有碳酸盐类岩石分布广,所以是研究的主要对象,通常说的岩溶主要是指发育于碳酸盐类岩石中的岩溶作用与现象。从岩石的结构来看,通常是结晶颗粒愈小,相对溶解度愈大,不等粒结构的比等粒结构的相对溶解度更大,但粗粒结构又易于使水流渗透,这在一定程度上又促进了溶解作用。
2.岩石的透水性
岩石的透水性主要取决于岩石的裂隙性。可溶岩裂隙的发育和分布情况,除与岩性有关外,断裂构造更是对岩溶发育起着控制作用。各种褶皱和断裂产生的裂隙使地下水进入可溶岩内部,并为向纵深运移创造了有利条件,裂隙的密度和方向则往往直接影响溶蚀通道的方向和发育程度(图6-10)。巨大的溶蚀谷地、暗河、成线状的泉群和漏斗等岩溶形态,一般多分布在断层带附近或褶皱剧烈变化带等构造部位。如广西地苏暗河系统就位于岩层褶皱带,暗河的主流方向与褶皱轴平行。
图6-10 岩溶沿构造裂隙发育示意图(www.daowen.com)
3.水的侵蚀性
可溶性岩层必须有运动于其中的侵蚀性水流,才有可能发育为岩溶。水对碳酸盐类岩石的溶蚀能力,主要取决于水中游离CO2的含量。碳酸盐在纯水中溶解度很低,当水中含有CO2时,能加速碳酸盐的溶解,如CaCO3在纯水中的溶解度仅11.5mg/L,而当水中含有1mg/L的游离CO2时,其溶解度增至50~60mg/L。
4.水的流动性
具侵蚀性的水与可溶岩发生接触时,如水的流动很缓慢,甚至处于停滞状态,则水中的侵蚀性CO2将不断消耗,使水的侵蚀能力降低,水中溶解的重碳酸盐趋于饱和,溶蚀作用就不能继续进行。因此,只有在水不断运动时,被溶解的CaCO3以Ca2+和HCO-3离子状态随水不断流走,使裂隙逐渐扩大成为溶洞。富含CO2的大气降水及地表水不断入渗补给和更新地下水,可以保持水的侵蚀性,溶蚀作用就能迅速进行。水的交替条件是岩溶发育过程中最为活跃的因素,故地下径流愈强烈,侵蚀性CO2含量愈多,岩溶就愈发育。
一个地区的岩溶作用和现象,是在一定的气候、地貌、地质构造以及植被土壤等背景下产生的,是各种内、外地质营力相互制约、共同作用的综合产物。因此,在研究岩溶时,应详细地分析研究控制岩溶发育的基本条件和主导因素,然后综合起来,才能对岩溶发育规律有深入的了解。
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