关于喀斯特洞穴介绍

[拼音]：kasite dongxue

[外文]：karst cave

可溶性岩石中因喀斯特作用所形成的地下空间，又称溶洞、洞穴。(见彩图)

研究简况

中国早在《山海经》和《神农本草经》中就有关于洞穴及洞穴沉积物的记载。南宋范成大在《桂海虞衡志》中记载了洞穴，并探讨了其成因。明末徐霞客亲身探查了数以百计的洞穴，成为世界上考察喀斯特洞穴的先驱。近代喀斯特洞穴的研究始于欧、美。20世纪40年代以来洞穴研究有了迅速发展，苏联、意大利、美国、南斯拉夫等国的研究成果较多，在国际上已形成为洞穴学。

分布

洞穴是可溶岩区域常见的现象，从终年积雪的高山，一直到海面以下均有分布。目前，世界各国已探明长度超过10公里的洞穴有160多个，深度超过700米的达 55个。如美国肯塔基州马默斯洞穴长 373.38公里(1984)，法国和西班牙之间比利牛斯山的皮埃尔·圣·马丹洞深1332米(1977)，苏联帕米尔阿莱山基耶夫斯卡亚洞深1080米(1976)。

成因和类型

洞穴由喀斯特水沿可溶岩层层面节理或裂隙进行溶蚀扩大而成。按不同的水流性质和形态，划分为不同的类型，它们各有其成因。

有3类：

（1）渗流带洞穴，地面以下、地下水面以上的洞穴。渗流带又称包气带、非饱和带，是大气水、地表水与地下水发生联系并进行水分交换的地带。降水通过岩层中的裂隙下渗不断地溶蚀、扩大裂隙的空间形成。包括垂直的或陡倾斜裂隙型洞穴、落水洞和竖井等。这种下渗水所形成的早期洞穴彼此是孤立的，随着洞体的不断扩展，水流不断集中，孤立的洞穴不断归并、沟通，形成断面较大的地下通道，称为地下河(见彩图)。

（2）饱水带洞穴，地下水面以下的洞穴。饱水带位于地下水面以下，有深浅部之分。最上部为浅饱水带，即地下水面带，形成的洞穴叫浅饱水带洞穴，也称地下水面洞穴。那里的地下水流路最短，水的溶蚀能力强，溶洞发育较快，规模较大，个体间一般缺乏联系，多成水平溶洞。当侵蚀基准面下降、地壳抬升时，地下河便变成高悬于地下水面以上的干溶洞。如地壳多次抬升，就可形成多层水平干溶洞。这种近于水平的溶洞层，有时可与附近河流阶地的高度和年代对比；有的在溶洞内形成阶地。在深饱水带内形成的洞穴，称为深饱水带洞穴。此带溶蚀作用缓慢，形成的洞穴规模小、不规则。

（3）承压水带洞穴，补给面积大或受地质构造控制的地下水形成的洞穴。这种地下水具有很大的动压力和静压力，沿着岩石构造面向深处流动，发育成洞穴。承压水带洞穴的形态和展布受构造和岩性控制，深度可达可溶性岩层底面。

有两类：

（1）水平洞穴，主要发育于浅饱水带内，位于地下水面附近，由地下河和地下水面洞穴演变而来，具有成层分布的特点。随地壳的上升，可变为高于地下水面的干溶洞。主要分布在平原和低山丘陵区，在中国的华南主要分布于喀斯特峰林及喀斯特峰林-平原区。

（2）垂直洞穴，常见于渗流带和深饱水带内，由地下水沿陡倾的可溶岩层面或垂直裂隙带发育而成。多分布于山螟，在中国的华南主要分布在喀斯特峰丛区域，即地壳上升运动比较强烈的山区。

洞穴堆积

主要有化学堆积、流水堆积、生物堆积、崩坍堆积等。其中尤以化学堆积最引人注目，它姿态多变，琳琅满目，不仅是科学研究的对象，而且是重要的旅游资源。根据成因和形态特征，分为以下几类：

溶洞顶部向下生长的一种碳酸钙沉积物，又称石钟乳（图1）。是渗流水流入洞顶后因温度、压力的变化，二氧化碳逸去，水中碳酸钙过饱和沉淀形成。开始以小突起附在洞顶，以后逐渐向下增长，具有同心圆状结构，形如钟乳而得名。在洞口部位的钟乳石，因有藻类等低等生物附着生长，生物有向阳性，所以这种钟乳石向下生长时往往斜向洞外，属于生物喀斯特（图2）。

渗流水中碳酸钙沿溶洞壁或倾斜的洞顶向下沉淀成层状堆积而成，因形如布幔而得名，又称石帘、石帷幕（图3）。

渗流水沿某一裂缝以一定角度渗出沉淀并呈盾状沉积物，盾体的直径从10多厘米至4或5米，厚度一般为2～10厘米，当渗流水较多时，便在盾面的下部形成钟乳石或石幔。

由溶洞底部向上生长的碳酸钙沉积物，形如笋状而得名。洞顶下滴的渗流水在洞底发生溅击作用，经水的蒸发，二氧化碳逸去，碳酸钙发生沉淀，形成由洞底自下而上生长的石笋。钟乳石和石笋彼此连接形成的柱状堆积，称为石柱（图4）。

下滴水流和水花溅出的水珠粘附在洞壁或石笋、石幔的表面后，水珠中的碳酸钙再凝结而成的珊瑚状沉积。

螺旋状或扭曲向上的钟乳石（图5）。常侧向自由生长，有的呈发髻状，显示出不单纯受重力影响的特点。其成因尚未有一致看法，有毛细作用、气溶胶作用、蒸发作用等成因说。从中国情况看，它生长于非常湿润的封闭环境中，这种条件一旦被破坏，卷曲石就会停止生长。

在地下河溶洞滴水坑中形成的碳酸钙圆粒沉积物，又称穴珠、蛋石（图6）。小的为鲕粒，大的呈球状和饼状。小的为鲕粒，大的呈球状和饼状。

地下水沿不平坦洞穴底部流动时由于二氧化碳散逸，碳酸钙沉淀形成。边石的边为花边，有的成小坝，边石内常积水成塘。（图7）（见彩图）

由中心向外、向上生长所形成底小面大的盆状碳酸钙沉积物，又称莲花盆。它有环形中心，大部分与洞顶的钟乳石对应。可单个分布，也可成群出现。其外围总有封闭的边石坝，能蓄水。

滴水侵蚀淤泥和碳酸钙板相间层所形成石林状的堆积物。多发育在由地下河发展而成的洞穴。在雨季时，地下河洪水上涌或渗流水带来大量粘土物质在洞底淤积成淤泥层；在干旱季节，则有薄层碳酸钙板(或称钙板、石灰华层)覆盖上面，多年之后便形成相间层。泥林高1、2米，底部直径约20～30厘米(图8)。

洞穴生物

有洞穴植物、动物和微生物，以及极为丰富的生物化石。

种类和数量都很少，只在洞口附近出现一些特殊植物，向内随着光的强度减弱，植物种类迅速减少，植物的器官和组织结构也发生变化。它们主要有羊齿植物、苔藓和地衣-藻类。

包括真洞穴动物、喜洞穴动物和寄居性洞穴动物。

（1）真洞穴动物，只生存于洞内黑暗世界中，不能生活于洞外环境的动物。体内通常缺少色素，完全没有眼或仅有很小的眼，但触角很大，嗅觉灵敏，具有低消耗能量的新陈代谢。如洞穴鱼(图9)、洞螈、洞穴蜘蛛、尺蛾和膜足硬肢马陆。

（2）喜洞穴动物，在洞穴内完成生命循环、能在洞外黑暗潮湿环境中生活的动物。如蚯蚓、某些蝾螈。

（3）寄居性洞穴动物，临时寄居于洞内的动物，如蝙蝠（图10）。

主要是古动物和古人类化石，以此可推断洞穴形成的上限或相对年代、当时的地理环境。世界上已发现的主要古人类化石地点大多数是在洞穴内，如北京猿人、山顶洞人。

洞穴温度

洞穴深处的温度与当地年平均温度相近。一般说，洞穴温度随洞穴的高程和纬度而变化，高程和纬度愈高，洞穴温度愈低。洞穴温度还因洞穴形态和洞口数目而异：由洞口向下倾斜的单洞口洞穴，冬季时冷空气下沉洞底，夏季洞外热而轻的暖空气难以进入洞内，故这种洞穴的温度要比周围低，称为冷洞；由洞口向上倾斜升起的单洞口洞穴，暖空气保留在洞穴的上部，难以流动，温度比周围要高些，称为暖洞。自然界洞穴中几乎全部能觉察到空气的流动，有的在夏季从洞内吹出凉风，有的在冬季向洞外喷出热气，有的洞穴内空气有周期性的吸进和吹出，形成呼吸洞。洞穴空气是比较干净的，细菌很少，空气的电离也很弱，所以不少国家建立了“洞穴治疗”，目前主要治疗支气管哮喘、风湿痛和高血压等。

研究意义

（1）洞穴是早期人类的居住地，也是人类最早的文化艺术的摇篮(图11)，要研究人类的起源和发展，人类文化、艺术的产生和早期的发展，必须研究洞穴。

（2）洞穴堆积、生物和气候具有很高的科学价值，需要深入研究。

（3）洞穴内景色奇特、气候宜人，是重要的旅游资源，目前全世界有上千个旅游洞穴，每年有数千万个旅游者。

（4）洞穴内储有丰富的矿产资源，主要有锡、铝土矿、压电石英、水洲石、芒硝和鸟粪等，汞、钽、铌、铀、镭等稀有元素也与洞穴有关。在埋藏的喀斯特洞穴中有石油和天然气。