具溶解能力的水溶液對碳酸鹽巖、硫酸鹽巖及鹽巖等可溶巖類的溶蝕過程,以及由此產生的地貌等現象的總稱。在中國一度改稱巖溶。喀斯特一詞源於南斯拉夫西北部沿海地帶一個碳酸鹽巖高原的地名(Kras)。可溶巖石在地球上分佈很廣。裸露和覆蓋的可溶性巖石總面積達51×106平方公裡,約占地球總面積的10%。在中國碳酸鹽巖出露面積達125萬平方公裡,分佈於不同氣候帶和各類地質單元,發育成不同類型的喀斯斯特,是世界典型喀斯特區域之一。

  喀斯特現象 包括喀斯特形態、喀斯特水文、喀斯特地貌景觀、洞穴及沉積物等。典型喀斯特形態以具有封閉負地形為特征。包括落水洞(地表水流入地下河的主要通道,或溶洞向上的開口)、溶鬥(漏鬥形或碟狀的封閉窪地)、幹谷(地表幹涸的河谷)、盲谷(地表沒有出口的河谷)、溶窪(為低山丘陵和峰林所圍繞的封閉窪地)、溶盆(又稱坡立谷,是大型的溶蝕窪地)、溶原(近於水平的地面)。喀斯特正地形包括孤峰(豎立在平原上孤立的灰巖山峰)、峰林(成群分佈的灰巖山峰)和峰叢(連座峰林)等。各種喀斯特形態上還疊置有溶溝(地表水沿可溶巖石的節理裂隙流動形成的溝槽)、石芽(溶溝間的突起)和其他微形態。喀斯特泉、暗河、反復泉、周期性泉與湧泉等是典型的喀斯特水文現象。由正的和負的喀斯特地形構成喀斯特地貌景觀,如溶窪-丘峰、溶窪-峰叢、溶原-峰林等。喀斯特景觀是內外營力綜合作用的結果,代表喀斯特發育的一定階段及潛水水文地質特征。巖體中人可以進入的溶蝕空間稱為洞穴。相互連通的一系列洞穴構成洞穴系統,代表著洞穴發育時的地下水系。已知的最長洞穴是美國的獁猛洞穴系統,總長達500506米;法國讓貝爾納洞穴系統最深,高差達1535米;最深的奧地利霍洛巖溶豎井達450米;馬來西亞的沙撈越廳面積162700平方米,是最大的巖溶廳室。洞穴中的物質分為基巖碎屑和溶解後的遺留碎塊。機械作用搬運入洞穴的礦物及化學沉淀形成的礦物,統稱洞穴礦物。已發現的洞穴礦物達180餘種,其中在正常洞穴環境中發現的礦物僅有20餘種。廣泛分佈的是洞穴鈣質沉積物,在滲流帶,洞穴環境的溶液蒸發與二氧化碳逸散是洞穴鈣質沉積物形成的原因。滴石和流石由滴水和流水所形成。洞穴頂部生長的滴石稱石鐘乳,底部生長的稱石筍。石幔屬流石類。壓力水流形成穴盾、瘤狀物等。常見的洞穴水塘沉積為邊石、結核、晶襯等。滴石生長速度取決於滲透水量及洞穴環境,從每年0.01~19毫米不等,平均2毫米。(見彩圖)

地下熱水井放噴情景(西藏羊易熱田2K203孔)

樹幹狀石筍(貴州織金織金洞)

溶洞景觀(雲南瀘西阿盧姑洞)

地下暗河出口(貴州安順龍宮)

熱水泉景觀(雲南騰沖黃瓜箐澡塘河)

地下熱水活動形成的鈣華柱(雲南昌寧)

石灰巖形成的峰林(廣西桂林)

石灰巖形成的石林(雲南路南)

鈣華(四川松潘黃龍)

  喀斯特作用 喀斯特作用是水對可溶性巖石溶解作用的一種獨特侵蝕過程。地下水在喀斯特形成過程中起著主導作用。碳酸鹽類巖石在純水中的溶解度很小,但水中含有遊離二氧化碳時,其溶解度大增。這主要是因為在二氧化碳的參與下,不易溶的碳酸鹽轉變為易溶的重碳酸鹽的緣故:

喀斯特地下水中的酸類,除碳酸外,還有硝酸、硫酸等無機酸和植物成因的有機酸。硫酸鹽巖和巖鹽在水中的溶解無化學反應。巖石的溶解作用,往往伴有機械侵蝕作用,巖石顆粒間的膠結物一經溶解,巖石顆粒松動,很容易被地下水沖刷帶走。

  喀斯特發育程度除與可溶性巖石的成分、結構和水的化學成分有關外,在很大程度上受控於地下水的循環交替條件和地下水的運動強度。巖層中的地下水的補給、排泄條件良好,溶解物才能不斷被帶走,具有侵蝕性的水才能不斷得到補充。而巖層中的斷裂、節理、裂隙等是巖體中地下水的通道,溶蝕作用發生的場所,因而成為喀斯特發育的重要條件。此外,氣候條件、漫長歷史時期中地質構造的演化等都對喀斯特作用有著不可忽視的影響。

  喀斯特類型 喀斯特的分類方法很多,按照不同的原則,可分為不同的類型。按可溶巖類可分為:碳酸鹽巖喀斯特、硫酸鹽巖喀斯特、鹽巖喀斯特及鈣質碎屑巖喀斯特等,按碳酸鹽巖出露情況可分為裸露型(也稱狄納裡克型),松散沉積物下的覆蓋型(或稱中歐型)及基巖下的埋藏型。據地形及地下水水文學觀點可分為巨厚碳酸鹽巖地塊中發育完善的完全喀斯特和不純碳酸鹽系中的不完全喀斯特或半喀斯特。後者在發育過程中機械侵蝕作用更為重要,並可發育為正常河谷。按氣候和營力可把喀斯特分為溶解作用為主的完全喀斯特、河成喀斯特、高山冰川凍土及極地喀斯特;熱帶及亞熱帶喀斯特(包括錐狀喀斯特、塔狀喀斯特),幹旱及半幹旱喀斯特。此外,按形成時代分為新生代以前形成的古喀斯特和現代喀斯特等。

  喀斯特洞穴資源 碳酸鹽巖地塊常賦存有豐富的水資源。世界上流量大於8立方米/秒的泉,90%以上發育在碳酸鹽巖中。最大的巴佈亞新幾內亞的陶比奧泉流量達85~115立方米/秒。鹵水及熱水資源也常常賦存在碳酸鹽巖中。喀斯特水資源占中國地下水天然資源的四分之一。喀斯特礦產資源包括鋁土礦、粘土礦、砂礦、磷酸鹽和鉛、鋅、鈾、釩、錳、銅的氧化礦石及硫化物、重晶石、螢石、石油和天然氣等。碳酸鹽巖的沉積間斷面及喀斯特空洞是這些資源的聚集場所。喀斯特景觀及洞穴具觀賞價值,是旅遊資源。洞穴具有恒溫、恒濕、低噪聲的特點,有時還具有特殊的環境質量特征,可以利用這種環境治療某些疾病。通風洞穴與建築物相連,可形成不耗能的空調系統。洞穴古生物化石、洞穴中早期人類生活遺跡和巖畫,對於研究人類的起源和發展、人類文化藝術的產生和早期發展,都具有重要的科學價值。洞穴還可作為倉庫、酒窖,用於培植菌類作物。此外,喀斯特洞穴更是地質、生物、水文、氣象、地震等科學研究和觀測的對象。

  喀斯特環境的地質災害 喀斯特與洞穴發育也可以成為國民經濟建設的不利因素,甚至釀成災害。天然排水、地下水開采及礦井排水常引起地面沉降與地表塌陷,危及建築物並使管線及道路遭到破壞。水利水電工程常因喀斯特滲漏達不到設計的經濟效益。礦山開采常受喀斯特充水威脅。30多年來,中國北方石炭系、二疊系煤礦突水量在10立方米/分以上者達200餘次,1984年唐山開灤煤礦發生特大突水,水量最高達2053立方米/分,就是奧陶系喀斯特水沿著喀斯特陷落柱潰入。

  在喀斯特地區進行水利水電建設,修築鐵路、公路,建設工業廠房和民用建築等,都必須對喀斯特發育歷史、發育規律和水動力條件等作詳盡的調查研究,針對具體的隱患采取相應的排水、堵漏、充填、支撐、避繞和架橋等措施,或采用綜合措施,以控制、預防地質災害的發生。