二、地下岩溶地貌

地下地貌是岩溶作用的特有地貌，它包括落水洞、溶洞和地下河、湖等

（表 5－7）。

（一）落水洞

它是从地面通往地下深处的洞穴，垂向形态受构造节理裂隙及岩层层面控制，呈垂直的、倾斜的或阶梯状的。洞口常接岩溶漏斗底部，洞底常与地下水平溶洞、地下河或大裂隙连接，具有吸纳和排泄地表水的功能，故称落水洞。直径一般为数米至数十米，深度远较直径为大，已知单段直落最深为可达 450 米。如果是曲折多变的落水洞深度更长达千米。例如法国的“牧羊

人深渊”，深 1122 米，而比利牛斯山上的“马丁石”更深，达 1138 米。对深度大，洞形陡直的落水洞称为竖井。一些形似井和洞底常有水的，可称为天然井；对洞口小和深度小的可称为消水坑。

落水洞发育于包气带内，由于它是地表汇水地点，故流量大，流速快， 溶蚀强，冲蚀作用也强，甚至造成洞壁崩塌，洞体扩大。在有河流注入的落水洞，会形成“落水洞瀑布”，此时的冲蚀作用成了洞的主要破坏力量。

（二）溶洞

溶洞从广义上说它包括了地下大小不同的各种类型的洞穴，其中也包含了落水洞。但这里所指的主要是发育在饱水带或季节变动带内的水平状溶洞，其次是倾斜成垂直状溶洞，它是世界上规模最大，最富有地理意义和研究得最为详细的是水平溶洞类型。溶洞的作用力复杂，除了溶蚀外，还有地下河的冲蚀、崩塌、化学堆积和生物作用等，形成的地貌形态也多种多样。此外，溶洞内还有矿床堆积，因此研究溶洞地貌是认识岩溶地貌的一个重要方面。

表 5－7 地下岩溶的主要地貌形态表

1. 溶洞的形成机制。

近 30 多年来，人们对溶洞生成的研究，除野外探测外，还开展了室内模拟试验，认识到溶洞的生成受到地质、地貌、水文、气候、土壤和生物等多种自然因素影响，这些因素都通过水文地质（特别是含水层的补给、运动、排泄及水化学）去起作用。根据水文地质特性，解释溶洞生成模式的主要有：

1. 普通非承压含水层（潜水层）成洞模式。即普通洞的形成模式，普通洞的形成一般都经历三个阶段。即初始洞穴、初始管道、系统洞穴。

初始洞穴发育在有利于溶蚀的部位，特别是岩石的层面和构造裂隙处。当裂隙的溶蚀直径或宽度达到紊流出现时，即标志着第一阶段完成，此时洞穴的规模尺度约为 5～15 毫米。

进入第二阶段后，由于紊流作用，使溶洞迅速扩展，当地下水流的的输入补给点和输出排泄点之间出现连通管道时，即表示该阶段的结束，此时的管道称为初始管道。其延伸方向，总是沿着地下水面的最大坡度方向。而具体的发展则是顺着最小阻力的方向。这种补给点和排泄点的连通不但使溶洞发展突然加快，而且还会使同一含水层中相邻的初始管道发生合并。第三阶段的主要过程就是管道的合并、扩大以至洞穴系统的形成发展与完善。

1. 普遍承压含水层成洞模式。普遍承压含水层是指以大气降水为补给和顶、底面被相对隔水层夹持的可溶岩含水层。在此层内裂隙全充水，地下水流动缓慢，沿构造节理溶蚀出两维空间的小通道，其形状和大小较近似， 常组合成网状迷宫。

2. 深部热水矿水成洞模式。深部地下水的水温高，含气体和矿物成分也高，这些水的成因复杂，来自火山水、岩浆水、沉积共生水、深循环的大气水等。水的性状、成洞机制与结果都十分复杂，目前只对以下两种热水成洞作用的研究比较清楚：①富含二氧化碳的热水成洞：这种热水上升并进入碳酸盐岩石后产生的溶洞有两种形态，一是直线网格式迷宫，二是由下往上伸展的树枝状洞。其溶蚀机制主要是碳酸化溶解和冷却溶解。当热水与浅层碳酸盐淡水混合时，还发生混合溶解。一些非热水型溶洞虽然形态类似，但不会有热矿水形成的特殊矿物堆积（方解石晶体），也不会有小圆顶的袋形洞。②富含硫化氢的热矿水成洞：油田或气田水常富含硫化氢，这类矿水上升至潜水面后，受氧化而产生溶蚀性很强的硫酸，它对碳酸盐岩石溶蚀对还产生二氧化碳，因而更加强了溶蚀作用。此外冷却溶蚀和混合溶蚀也会出现。

3. 海岸混合水成洞模式。分布于海岸带的碳酸盐岩石，在地下淡水与海水（咸水）混合时的溶蚀，会产生沿岩石裂缝或孔隙发育出的小孔穴，它们常组合成海绵状的迷宫；当洞的规模较大时，易塌顶变成“天窗”。

1. 溶洞形态。

溶洞的形态非常复杂，洞的规模大小相差悬殊，这反映了形成机制、形成因素和演化历史的不同所致。基本形态有三种：即通道、洞室与洞厅、石窟。

1. 通道。是指人能通过的管状洞的总称。通道的划分有多种（见表 5

—7）。溶蚀通道的直径较小，多在数米以内，而长度可超过数百米，如在多补给点的和承压含水层中的通道经常纵横交错，或多层展布，累计长度可达数十至上百公里，如美国的燧石巨洞（Flint.Ma 毫米 othCaveSystem）已知总长为 530 千米，居世界首位。从地表往下伸入最深的通道系统是法国的

让·贝尔纳洞（ReseauJeanBernard），深达 1535 米。通道的发育多与地下河的作用有关，而且在通道顶、侧往往遗留着昔日河水溶蚀的痕迹。如：① 洞顶平坦面，显示昔日地下河床完全充水时水面溶蚀的结果。②石锅及贝穴， 二者是切入洞顶的小地形，其中石锅如反置的锅形，口圆，直径多在数十厘米以内，散布于洞顶，有的凹入较深如袋形或烟囱形，其成因有水流漩涡说、混合溶蚀说和穹顶气室受压缩而加强溶蚀等多种说法。贝穴呈小浅窝状成群发育，单体如反置的贝壳，直径数厘米至数十厘米，深度较小，纵部面不对称，上游方陡下游方缓。这是长期定向流水溶蚀岩石的结果，故纵轴剖面具

有指示流向意义（图 5－6）。③边槽，横剖面为平卧的槽形，刻切入洞壁的下方，宽深约数十厘米，长度很大，沿地下河床两壁分布。它是在地下河、湖水面长期稳定时，水面对岩石溶蚀所成。

1. 洞室、洞厅。这是长、宽、高度相似的单个溶洞或洞段，规模小的称洞室，大的称洞厅，它们常发育在岩性易溶、裂隙较密集或断裂交叉、水流交汇的地段。洞厅的规模可以很大，如美国卡尔斯伯洞大厅

（CarlsbadBigRoom），其底面积为 33210 平方米；马来西亚的沙拉瓦克

（Sarawak），其底面积为 162700 平方米，居全球之冠。洞内崩塌是溶洞扩

大成厅堂的重要原因，如体积超过 100 万立方米的法国维娜宫

（SalledelaVerna），洞内可见崩石堆积达数百立方米。

1. 石窟。石窟是沿水平方向切入陡坡、陡壁或洞壁的单个浅洞。大小规模在 10

   米以内；洞口大，但深度小，状似神龛，又称“岩屋”。其成因常与河流冲蚀或差异溶蚀有关，也有的是大溶洞崩塌破坏的残余。

组合形态：各种溶蚀通道，洞室、洞厅常交叉连通，构成洞穴系统，其组合方式与结构形状十分复杂离奇，反映了形成机制、地质结构、环境条件及成洞历史的差别。根据组合形态的结构特点可分为：横向树枝状、垂向树枝状、格子状迷宫、蜂窝状迷宫、楼层状等洞穴系统。

1. 溶洞化学堆积形态。

洞内堆积矿物已发现有 80 余种，其中大部分为方解石的化学堆积。造成方解石堆积的主要原因是渗入洞内的碳酸水溶液中 C02↑的逸出。CO2↑的逸出与水质、水温、洞内空气中 CO2 的含量、水的运动和藻类生物的化学作用等有关。堆积形态主要有：

1. 石钟乳、石笋、石柱（图 5－7）。这是一组由洞顶滴水而产生的堆积地貌。石钟

乳是从洞顶垂直往下悬挂的堆积形态。最初的堆积是围绕出水口发生， 接着形成小管（鹅管），往下加长和往内加厚。当管内水下排欠畅时，水会穿过管壁，然后沿壁外下流，并在管外产生堆积（图 5—8）。此时石钟乳的发展已不是简单的向下伸长，而且出现多向复杂生长了。如果洞顶有足够的供水，石钟乳末端的滴水就会滴在洞底位置上，产生与石钟乳相对应的，但生长方向相反的石笋。它的外形与下滴的水量和高度有关。大的水量或高的跌落都会失去尖笋状的外观，变为山丘状。石钟乳下伸触及洞底，或石笋上长至洞顶，或二者相向对生后连接时，就成为石柱。

并非所有的洞顶滴水都会形成石钟乳、石笋或石柱，如果滴水的碳酸钙含量不饱和，则会产生溶蚀及滴水窝。堆积形态如果在水的自重滴落时会呈直立状，但有时也会弯曲，其原因不一定是地壳运动或洞底、洞顶的破坏， 而可能是供水位置或水质水量的改变所致。近洞口或天窗处的石钟乳弯曲， 可能是该处气流强烈，或者是藻、苔植物趋光生长所引起。

1. 石幔、石旗、边石坝、钙华板。这是一类由薄膜（层）状溶水所成的堆积地貌，总称为“流石”。当水沿额状洞壁往下漫流时，就会形成布幔状或瀑布状流石，即“石幔”。若水集中沿一条凸棱下流时，会形成薄片状

的堆积，称为“石旗”。如果薄层水在洞底斜面上作缓流而又遇到小凸起时， 流速就会加快，水中的 CO2 会逸出，并在凸起处发生堆积。这些局部堆积反过来又加快了流速，再次促进了局部堆积。这样反复作用的结果，最终形成了花边状弯曲的小堤，即“边石坝”（图 5－9）。其顶近水平，顶部厚数厘米，往下变厚。高不超过 30 厘米。平面形态呈弧形、半圆形，或多个相连， 或逐级下降，有如莲叶和梯田，故又称“灰华田”或“石田”。边石坝有时也见于岩溶泉的出口。

饱和的碳酸钙水溶液在洞底流动时，常形成多孔状的堆积层，称“钙华板”或“灰华层”，最厚者可达数米。结构呈多孔状，这与地表河流瀑布坎的钙华相似，因此跌水急流也可能是钙华板的成因。

1. 石花、卷曲石、爆玉米。这是一类毛发状、草叶状、豆芽状或花球状的微小形态，常附生在其他大型碳酸钙堆积形态上。生长方向乱散，似是不受重力影响。其成因复杂，主要与毛细水的运动有关，同时还受洪水量少、环境较封闭、气温较稳定和气流扰动少等条件影响。石花的“花瓣”呈针状向外辐射，形似蓟草的花球，常由文石组成。卷曲石似豆芽，其卷曲可能是晶格错位所致。爆玉米是群生的小瘤，是毛细水蒸发的产物。

1. 溶洞崩塌地貌。

溶洞内周围岩石的临空和洞顶的溶蚀变薄，会使洞穴内的岩石应力失去平衡而发生崩塌，直到洞顶完全塌掉，变为常态坡面为止。所以崩塌是溶洞扩大和消失的重要作用力，形成的地貌主要有：

1. 崩塌堆。溶洞崩塌主要发生于洞顶岩层薄、断裂切割强以及地表水集中渗入的洞段。崩塌发生后，洞底就会堆出崩塌堆，若有地下河活动时， 崩塌堆会逐渐被搬运，只留下一些较大的崩石。洞内化学堆积的发展，也会引起溶洞的崩塌，如巨大的石钟乳坠落；石笋、石柱的增大把洞底压陷，使下层洞顶变形和引起上层洞底的破坏，把石柱拉断、拉倒。

2. 天窗。洞顶局部崩塌并向上延及地表，或地面往下溶蚀与下部溶洞贯通，都会形成一个透光的通气口，称为“天窗”。若天窗扩大，及至洞顶塌尽时，地下溶洞则成为竖井。

3. 天生桥、穿洞。地下河通道塌顶后就变为箱形谷或峡谷，但这种崩塌常常不是一次性完成的，如果通道上、下游两端先崩，中间局部保留，此时就出现横跨谷地的桥状地形，称为“天生桥”。可见它是洞顶崩塌的残余地形，呈拱形，宽度数米至百米。桥下的洞，两头可对望的，称为“穿洞”， 如桂林的象鼻山、阳朔的月亮山等。

（三）地下河

有长年流水的地下溶洞称为地下河或暗河，它和地表河一样，发育有瀑布、冲蚀坑、壶穴、深槽地貌和沙砾堆积物。河流过水面积受到石质河槽的限制，不能自由扩大。流向受断裂构造节理或层面走向的支配，显得十分曲折和不连续，宽窄也不一致。在溶蚀作用参与下，石质河槽的顶面平坦，有石锅和贝穴，两侧有边槽等特殊地貌。当地壳上升和潜水面下降时，河水便渗入更深的地下，原来的地下河槽则变成了干涸的水平溶洞，以后就会发育出各种各样的碳酸钙堆积地貌。