喀斯特地貌科技名词定义
中文名称：喀斯特地貌 英文名称：karst landform;karst physiognomy 定义1：可溶性岩经受水流溶蚀、侵蚀以及岩体重力崩落、坍陷等作用过程，形成于地表和地下各种侵蚀和堆积物体形态的总称。 所属学科：地理学（一级学科）；地貌学（二级学科） 定义2：地下水与地表水对可溶性岩石溶蚀与沉淀、侵蚀与沉积，以及重力崩塌、塌陷、堆积等作用形成的地貌。 所属学科：资源科技（一级学科）；资源地学（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
百科名片
喀斯特地貌（karst landform）是具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称，又称岩溶地貌。除溶蚀作用以外，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。喀斯特（Krast）一词源自前南斯拉夫西北部伊斯特拉半岛碳酸盐岩高原的名称，当地称为，意为岩石裸露的地方，“喀斯特地貌”因近代喀斯特研究发轫于该地而得名。
目录
成因原理
形成条件可溶性岩石
岩石透水性
流水作用
气候影响
发展阶段
假喀斯特
研究历史
研究意义
地貌分类
我国分布地表喀斯特地貌
地下岩溶
著名景观
世界分布成因原理
形成条件 可溶性岩石
岩石透水性
流水作用
气候影响
发展阶段
假喀斯特
研究历史
研究意义
地貌分类
我国分布 地表喀斯特地貌
地下岩溶
著名景观
世界分布展开 编辑本段成因原理
喀斯特地貌(3张) 喀 喀斯特地貌
斯特地貌形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。石灰岩的主要成分是碳酸钙（CaCO3），在有水和二氧化碳时发生化学反应生成碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]，后者可溶于水，于是空洞形成并逐步扩大。这种现象在南欧亚德利亚海岸的喀斯特高原上最为典型，所以常把石灰岩地区的这种地形笼统地称之喀斯特地貌。
编辑本段形成条件
可溶性岩石
可 喀斯特地貌岩石
溶性岩石喀斯特地貌形成的根本条件，我国西南地区之所以喀斯特地貌分布广泛，最主要的是这里有其发育的主体。大量的碳酸盐岩、硫酸盐岩和卤化盐岩在流水的不断溶蚀作用下，在地表和地下形成了各种奇特的喀斯特景观。从溶解度上看，卤化盐岩>硫酸盐岩> 碳酸盐岩；由于碳酸盐岩种类较多，其各类岩石溶解度随着难溶性杂质的多少而定，石灰岩> 白云岩> 泥灰岩。从岩石结构分析 ，结晶质岩石晶粒愈大溶解度愈小；等粒岩比不等粒岩溶解度要小。
岩石透水性
岩石具有一定的孔隙和裂隙，它们是流动水下渗的主要渠道 喀斯特地貌岩石
。岩石裂隙越大，岩石的透水性越强，岩溶作用越显著。在溶洞中，岩溶作用愈强烈，溶洞越大，地下管道越多，喀斯特地貌发育越完整，并且形成一个不断扩大的循环网。
流水作用
1.流水的溶蚀作用 水的溶蚀能力来源于二氧化碳（CO2）与水结合形成的碳酸（H2CO3）,二氧化碳是喀斯特地貌形成的功臣，水中的二氧化碳主要来自大气流动、有机物在水中的腐蚀和矿物风化。下面几个化学方程式反映了岩溶作用的进行： H2O + CO2==H2CO3 ；（第一步：形成碳酸） H2CO3==H＋ + HCO3－；（第二步：碳酸离解生成H＋） H＋ + CaCO3==HCO3－ + Ca2＋ （第三步：H＋与CaCO3反应生成HCO3－，从而使CaCO3溶解） 这几步反应在大自然间是十分复杂的过程，因为温度，气压，生物，土壤等许多自然条件制约着反应的进行，并且这些反应都是可逆的，水中的二氧化碳增多，反应向右进行，就有利于CaCO3的分解；岩溶作用进行比较容易，反之则不利于岩溶作用。 2.流水的流动作用 流动的水溶蚀性更强烈一些，这是为什么？因为水中的二氧化碳需要得到及时的补充，水的溶蚀作用才能顺利进行，水的溶蚀能力才得以巩固加强。同时，流动的水带动河底砂砾对岩石进行机械侵蚀，这样更有利于岩溶作用的深入。
气候影响
比如我国西南地区气候湿润，降水量大，地表径流相对稳定，流水下渗作用连续，并且降水使流水得以更新和有效补充。因此岩溶作用得以延续进行。
编辑本段发展阶段
1、地表水沿灰岩内的节理面或裂隙面等发生溶蚀，形成溶沟（或溶槽），原先成层分布的石灰岩被溶沟分开成石柱或石笋。 2、地表水沿灰岩裂缝向下渗流和溶蚀，超过100米深后形成落水洞。 3、从落水洞下落的地下水到含水层后发生横向流动，形成溶洞。 4、随地下洞穴的形成地表发生塌陷，塌陷的深度大面积小，称坍陷漏斗，深度小面积大则称陷塘。 5、地下水的溶蚀与塌陷作用长期相结合地作用，形成坡立谷和天生桥。 6、地面上升，原溶洞和地下河等被抬出地表成干谷和石林，地下水的溶蚀作用在旧日的溶洞和地下河之下继续进行。云南路南的石林是上述第一阶段（溶沟阶段）的产物，这里的自然风光因阿诗玛姑娘的动人传说而变得格外旖旎。桂林的象鼻山，则是原地下河道出露地表形成的。在广西境内，经常可看到这种抬升到地表以上的溶洞，俗称“神女镜”或“仙女镜”。
编辑本段假喀斯特
由其他不同成因而产生形态上类似喀斯特的现象，统称为假喀斯特，包括碎屑喀斯特、黄土和粘土喀斯特、热融喀斯特和火山岩区的熔岩喀斯特等。它们不是由可溶性岩石所构成，在本质上不同于喀斯特。
编辑本段研究历史
我国喀斯特现象的文字记载，可追溯到2400年前。距今约300多年前徐宏祖（霞客）已专门研究并记述了南方喀斯特地形与洞穴 喀斯特地貌
。喀斯特地貌特别受岩性为主的地质背景及气候为主导的地理环境的控制。其基本类型，按岩性分为碳酸盐岩喀斯特、石膏和盐喀斯特；按存在形式分为裸露型、覆盖型和埋藏型喀斯特；按发育程度分为全喀斯特、半喀斯特或流水喀斯特；按气候地貌带分为热带、亚热带、温带和寒带喀斯特；按垂直动力带分为渗流（充气）带、浅潜水（饱水）带和深部喀斯特。喀斯特地貌特殊性又在于它不仅有地表的，且有与其成因联系的地下喀斯特形态——洞穴。 喀斯特地表形态类型属正地形的主要有峰林、孤峰、残丘、喀斯特丘陵和石芽。负地形主要类型有落水洞、斗淋、竖井、盲谷、干谷、喀斯特洼地、波立谷、喀斯特平原、喀斯特嶂谷（峡谷）、溶沟与溶隙等。地表正、负地形间及地表与地下喀斯特类型间常有成因联系，构成一定的地貌组合。喀斯特孤峰、残丘和喀斯特平原常构成一组合类型。喀斯特竖井即为地表落水洞和地下喀斯特系统水力联系的垂直通道。喀斯特地貌是长期发育的产物，其演化模式在侵蚀循环学说的影响下，从早期格朗德（A.Grund），至 喀斯特地貌
近期雅库斯（L.Jakucs）和威廉姆斯（P.W.Williams）的模式，基本为定性3～4阶段模式。 自1972年史密斯（D.I.Smith）等提出外成喀斯特地貌演化数学模型后，用数学方法建立喀斯特地貌发育与动力、形态因素的数学模型正在发展。如1988年怀特（W.B.White）又提出喀斯特地形发育速率过程模型。全球碳酸盐岩占大陆壳11％。中国仅裸露型喀斯特即约90万公里以上，为喀斯特分布最广、类型最全的国家。因喀斯特地貌特殊，使其区域经济开发和工程建设的问题也很突出。如干谷是一种因侵蚀基面和地下水位下降，使地表河转为地下河，遗留干涸的渗漏河谷。它在水利上划为悬托谷，一般不宜建水库，即使建库也要采取铺盖和帷幕灌浆防渗措施。喀斯特地貌因形态奇特和地下洞穴，以及一些洞穴空气和水的特性与有益成分而成为旅游资源。如中国桂林山水、云南路南石林等。
编辑本段研究意义
喀斯特研究在理论和生产实践上都有重要意义。喀斯特地区有许多不利于生产的因素，需要克服和预防，也有大量有利于生产的因素可以开发利用。水库选址时应尽量避免断层、破碎带、喀斯特地貌等。喀斯特矿泉、温泉富含有益元素和气体，有医疗价值。喀斯特洞穴和古喀斯特面上各种沉积矿产较为丰富，古喀斯特潜山是良好的储油气构造。 喀斯特地区的奇峰异洞、明暗相间的河流、清澈的喀斯特泉等，是很好的旅游资源。如湖南张家界桑植县的九天洞已列入洞穴学会会员洞，堪称亚洲第一洞、黄龙洞被列为世界自然遗产、世界地质公园、首批国家5A级旅游区张家界武陵源的组成部分，是张家界地下喀斯特的地形代表，其中喀斯特地貌约占全市面积的百分之四十。广西的桂林山水、云南的路南石林等驰名中外。喀斯特地貌由于其独特的地貌特征，经常容易“产出”类型各异的风景区。例如，贵州龙宫、织金洞等。
编辑本段地貌分类
按出露条件，喀斯特地貌可划分为：裸露型喀斯特、覆盖型喀斯特、埋藏型喀斯特这四种。 按气候带分为：热带喀斯特、亚热带喀斯特、温带喀斯特、寒带喀斯特、干旱区喀斯特五种。 按岩性分为：石灰岩喀斯特、白云岩喀斯特、石膏喀斯特、盐喀斯特四种。 此外，还有按海拔高度、发育程度、水文特征、形成时期等不同的划分等。
编辑本段我国分布
地表喀斯特地貌
1.溶沟和石芽 溶沟是指地表水沿岩石表面和裂隙流动过程中不断对岩石溶蚀和侵蚀，从而形成的石质沟槽；石芽指突出于溶沟之间的石脊，其实它是溶沟形成过程中的残余物。云南地区的石林就是发育比较好的形态高大的石芽群，它的形成条件是厚层、质纯、产状平缓、垂直节理稀疏和湿热的气候环境。 2.天坑和竖井 主要是由于岩溶地面不断凹陷，形成漏斗状的圆形洼地或竖井状的洞，在我国的重庆和四川南部地区分布较为广泛，他形成于陡峭的坡地两侧和洼地、盆地底部，因为流水沿着岩石的裂隙侵蚀强烈，所以天坑或竖井深达几十米到几百米。 3.溶蚀洼地和溶蚀谷地 溶蚀洼地是一种范围广，近似圆形的封闭性岩溶洼地，四周多低山和峰林，底部平坦，雨季易涝，旱季易干。面积一半数平方千米至十几平方千米。溶蚀谷地是溶蚀洼地进一步扩大或融合而形成的，它受构造影响比较大，面积更为广，一般数十平方千米至数百平方千米，平面条状分布，长达数十公里，底部平坦，常有地表径流，例如广西都安有一溶蚀谷地宽一公里，长十公里。这种喀斯特地形在我国云贵高原分布广泛，当地人称之为“坝”。 4.干谷 干谷是地表径流消失后岩溶区遗留下来的谷地，它的形成原因是河流的某一段河道水流沿着谷底的竖井或水洞流入地下，形成地下径流。这种地表径流转为地下径流的现象叫做伏流。还有一种形成原因即类对河道进行裁弯取直的结果。这样的地貌类型在我国华北地区和东北地区比较常见。 ⒌峰林、峰丛、孤峰、天生桥 “桂林 石林
山水甲天下，阳朔山水甲桂林”，我国广西省风光独特，岩溶作用是形成这天然屏风的主要原因。 峰丛是可溶性岩受到强烈溶蚀而形成的山峰集合体。峰林是由峰丛进一步演化而形成的。当然，在新构造作用下，峰林会随着地壳的上升转化为峰丛。山峰表现为锥状、塔状、圆柱状等尖锐峰体，表面发育石芽、溶沟，山峰之间又常常有溶洞、竖井。峰丛地貌可以说是喀斯特地貌的博物馆。 孤峰是岩溶区孤立的石灰岩山峰，它需要地壳长期稳定而无太大的地质运动。奇特美丽的桂林山水会把大自然对它的宠爱告诉你。 天生桥是可溶性岩下部受流水溶蚀而形成的拱桥状地貌。 6.地表钙华堆积 这是一类典型的地表喀斯特地貌，主要有瀑布华，钙华堤坝和岩溶泉华。 瀑布华指地表瀑布水流速度陡然增大，内力作用减小，水中的二氧化碳外逸，形成瀑布华。我国贵州著名的黄果树瀑布就属于这一种。 钙华堤坝形成是溶解大量CaCO3的高山冰雪溶水和含大量CaCO3地下渗透的岩溶水在地下径流一段距离后，以泉的形式排出地表。随着水温增高和水流速度增大以及大量藻类植物的作用，形成了大量钙华沉积。钙华中含许多杂质和多种不同元素，并且有水生植物的影响，使得钙华呈现出多种色彩。这种地貌在我国四川黄龙寺一代分布较广，黄龙寺旅游业的发展可以说与这种独特的喀斯特地貌景观紧密相连。 岩溶泉华是溶有大量CaCO3的泉水涌出地表，由于温度升高和压力减小，使得CaCO3在泉口形成钙华沉积，长时间的积累使泉华形成不同的形状，这也是大自然赐予人类的一幅美景。这种喀斯特地貌在我国云南较为常见。
地下岩溶
1.溶洞的概况 溶洞是地下水沿可溶性岩的裂隙溶蚀扩张而形成的的地下洞穴，规模大小不一，大的可以容纳千人以上；形态千奇百 溶洞
怪，溶洞中有许多奇特景观，如石笋、石柱、石钟乳、石幔等。小的连一个人都难以通过。溶洞是水的溶蚀作用、流水侵蚀以及重力作用的长期结果。溶洞景观——浮戏山雪花洞(15张)溶洞景观在我国的湖南、四川、贵州、云南、广西等省区分布较为广泛。 2.溶蚀地貌——石锅和边槽 如果一个溶洞顶部的某一局部地点受到较为强烈的紊流作用，随着水压增大，溶蚀能力增强，这些地方的溶蚀量比周围大，从而形成向顶侧凹入的弧形面，这样的地貌称为石锅。边槽是指溶洞的边壁在水的溶蚀作用下形成向洞测凹陷的槽状地貌。这两种溶蚀地貌在溶洞中很常见。 3.堆积地貌 堆积地貌 地下溶岩
是溶洞景观中的精华部分，在我国西南地区的溶洞中你尽可以欣赏那神奇的洞天世界。重力水的堆积是溶洞堆积地貌的主要形成方式，溶解了大量可溶性岩的水滴断续的从溶洞顶部落下并不断积累，从而形成绚丽多彩的石钟乳、石笋、石柱、石幔、边石堤等。 石钟乳是一种呈倒锥状的岩溶堆积物，大的可达数米，小的只有几厘米，主要是岩溶水沿着溶洞顶部细小的裂隙渗出并在滴水处不断沉淀产生的。它紧紧与洞顶相连，不断向洞底延伸。 石笋是由洞底向上伸展的岩溶堆积物，主要是岩溶水滴滴落到洞底并不断沉积的产物，它与石钟乳相对生长，一般呈笋状、塔状和锥状。 石钟乳和石笋的横剖面都具有同心圆结构。 石钟乳和石笋相对生长，并逐渐结合成一体，随着岩溶水的不断沉积，慢慢形成粗壮的石柱。 石幔是岩溶水沿着洞壁呈薄膜状的漫流过程中CaCO3逐渐沉积的产物，一般呈片状、层状，并且有弯曲的流纹，高者达数十米，非常壮观。 边石堤是指溶洞底部两侧堤状堆积物，高度一般几厘米到几十厘米，呈弧形阶梯状。 另外，在溶洞中还有许多奇特的景观，有的似莲花开放，有的如树枝伸展，还有一些石葡萄、石珊瑚等。
著名景观
我国喀斯特地貌分布广泛，造物主为中华儿女精雕细刻了许多 喀斯特地貌
天然的屏风，喀斯特地貌为我国的旅游业带来无限生机，并且我国喀斯特地貌类型性多样，是进行科学研究的宝贵财富。 我国著名的喀斯特景观名胜区分布： 广东：肇庆七星岩有七座石灰岩山峰形如北斗七星，山前星湖潋滟，山多洞穴，洞中多有暗河、各种奇特的溶洞堆积地貌。 广西：桂林山水和阳朔风光主要是以石芽、石林、峰林、天生桥等地表喀斯特景观著称于世，并且是山中有洞，“无洞不奇”。以岩洞地貌为主的芦迪岩洞景观，景观内有各种奇态异状的溶洞堆积地貌，形成了“碧莲玉笋”的洞天奇观；七星岩石钟乳构成的地下画廊，真是玲琅满目；武鸣伊岭岩，北流沟漏洞，柳州都乐岩，兴平莲花岩，兴安乳洞，永福百寿岩，宜山白龙洞，凌云水源洞，龙州紫霞洞等也都是著名的溶洞景观区。 云南路南石林风景区：地表峰林奇布，主要为高大巨型石芽群景观，大部分灰岩山峰分布在河谷两侧，各种形态的石峰似人似物，形态逼真、栩栩如生，全国35片石林中本省有：路南大、小石林、乃古石林、和莫村石林、石板哨石林、天生桥等20片石林足见本省石林分布面积之广；溶洞景观有：玉溪溶洞，建水燕子洞，九乡溶洞等。石林景观(20张) 贵州：本省有兴义尼函石林、修文石林等石林区；中国最大瀑布黄果树瀑布岩壁为瀑布华地貌；本地溶洞地貌较多，主要有黄果树瀑布附近龙宫洞，贵阳地下公园，镇宁犀牛洞，镇远的青龙洞，龙山的仙人洞，贵州的织金洞，黔灵山麒麟洞。 四川：九寨沟钙华滩流属于水下地表堆积地貌，如珍珠滩瀑布；黄龙风景区钙化池、钙化坡、钙化穴等组成世界上最大而且最美的岩溶景观；石柱县新石拱桥为喀斯特天生桥地貌。 湖南：武陵源黄龙洞，冷水江波月洞，都是奇特洞溶洞景观，各种堆积地貌罗列其中，如神仙府洞，奥妙无穷。 江西：鄱阳湖口石钟山景区绝壁临江洞穴遍布；彭泽龙宫洞长2000米，洞内可泛舟观景，堪称“地下艺术宫殿”。 浙江：瑶琳仙境，位于桐庐县，是浙江省规模恢弘、景观壮丽的岩溶洞穴旅游胜地，也是浙江迤今发现的最大洞穴；洞长1000米，共有6个洞天，以“雄、奇、丽、深”闻名于世。 江苏：宜兴石灰岩溶洞有“洞天世界”的美称，善卷洞、张公洞、灵谷洞又称“三奇”，洞壑深邃，多奇石异柱，泛舟其中如入海底龙宫。 吉林：通化鸭园溶洞，有四个大厅，洞内满布石柱、石笋、石钟乳、石瀑、石帘、石莲花、石幔等堆积景观，并且深处有溶岩潭，深不可测，无法前往。 这些地方既可以进行旅游观光又可以进行科研考察，是旅游观光的明珠，是科学研究的宝库。
编辑本段世界分布
南斯拉夫的迪纳拉山区，法国中央高原，苏联的乌拉尔山区，澳大利亚大陆南部，美国肯塔基和印第安纳州，古巴、牙买加和越南北部地区等。
对冰缘地貌的研究是从古冰缘开始的。最早观察和描述古冰缘现象的是中国明代徐霞客，他在明崇祯六年八月初七（1633年9月9日）日记中记述：在五台山游中台时，“余先趋台之南，登龙翻石，其地乱石数万，涌起峰头……”。龙翻石，即为石海冰缘地貌，指出了石块上下左右翻动的特点（图1 龙翻石──石海（中国五台山中台顶处，海拔2980米））。西方在18世纪后期或19世纪前期才有类似的观察和描述。20世纪初，洛津斯基在第11届国际地质学会上发表论文《机械风化的冰缘相》，首次提出冰缘一词和冰缘相概念，指出冰缘过程和气候之间的密切联系。40年代末，出现了第一批利用古冰缘现象重建古气候环境的成果。50年代以来，各国经济建设的需要使冰缘地貌研究获得较快发展，在对冰缘地区化学风化和物理风化的速率及其理论模式研究，以及对冻胀过程的野外观察和室内模拟试验等方面，都取得明显进展。中国的冰缘地貌研究始于20世纪60年代。经20多年的调查研究，已知中国发育有世界上类型最为众多的冰缘现象，约50种冰缘类型。并在冰缘气候类型、冰缘地貌区划和冰缘地貌发育的地带性规律等方面取得成果。（图2青藏高原冰缘地貌分区图） 冰缘作用指地表由于气温的年度和日变化及水的相态变化所产生的一系列冻结和融化过程。典型的冰缘区一年中气温波动在0℃上下的天数可达150～200天,使地表物质发生冻胀、热融、冻融蠕流和雪蚀作用等该区特有的过程，形成形态众多的冰缘地貌。冻胀作用水冻结引起基岩或土体膨胀的过程。它会使基岩沿裂隙胀开，导致岩石崩解，产生巨石原地铺盖的现象──石海（图1 龙翻石──石海（中国五台山中台顶处，海拔2980米））。石海上常有因冻胀挤压而翘起的石块──冻胀石块（图3 冻胀石块（中国东昆仑山，海拔5173米高地顶部））。多年冻土区的某些桩基被冻胀拔起来也是这个道理。地下水冻结膨胀形成的透镜状冰体，会使地面抬高成穹隆状冰丘(即冻胀丘)。地下的冻胀作用使土中所含石块受力最大，它们被抬举向上而出露地表，或形成冻胀石块，或由一个冻结中心被推向外围，形成冰缘区最常见的石多边形、石条、石网等冰缘地貌（图4 巨型石条（中国天山乌鲁木齐河源处，海拔3600米））。冻胀作用是冰缘区最有代表性的地貌过程之一。热融作用冻土中的冰融化后土体发生收缩、沉陷的过程，可形成热融性的沟、塘、洼地以及大的沉陷盆地等热喀斯特地貌。冻融蠕流作用坡地上的冻胀和热融作用导致坡地碎屑物顺坡向下蠕动的过程。其蠕动速率基本上小于 1米/年,产生石河、石冰川、泥流或石流阶地和大片的泥流盖等地貌（图5 中国特有的昆仑山型石冰川（顶部海拔4973米，末端海拔4700米））。雪蚀作用积雪区的冻结、热融所产生的侵蚀、搬运等过程。积雪区的消融-冻结导致的膨胀过程要几倍于无积雪冰缘区。山坡上部在雪融作用下因侵蚀、搬运形成的碟形洼地，称为雪蚀洼地，山麓处会形成冲积锥。风力作用冰缘区强劲的风力可把冰水堆积和冲积的砾石，磨蚀成大量的风棱石，并在外围形成砂丘，再往外则吹扬并堆积成冰缘黄土（或冷黄土）。冰缘黄土在欧洲和北美都比较发育，在中国东北和西部高山、高原区也有。地貌形态主要的形态如下： 冰丘发育于冰缘地区的湖积或冲积层中，是冻胀作用引起土层局部隆起的丘状地貌。大小不等,一年生冰丘分布在融-冻交替的活动层内，高数十厘米至数米，秋、冬季形成，夏季消失；多年生冰丘深入到多年冻结层中，规模较大，如昆仑山垭口的多年生冰丘高20米、长75米、宽35米。冰锥为具层状构造的锥形冰体，成因类似冰丘，由冻结产生的承压重力水冒出地表或冰面后再冻结而成。每年冬末春初为冰锥的主要发展时期，春末以后冰锥停止发展，并转向消融，直至消失。冰锥一般发育于洼地、山麓洪积扇边缘或沿河，呈串珠状分布。 多呈碟形，为发育在山坡上的小型洼地(图6)。与冰斗不同,在洼地下部出口处无明显陡坎。若气候变冷，雪线附近的雪融洼地可发育成冰斗。分布和类型冰缘地貌是气候地貌的一部分。其分布受气候条件控制，主要分布在地球的高纬度和高海拔地区。在中国分布很广，占全国面积的四分之一，包括东北北部和青藏高原，以及北部某些高山（如山西五台山、秦岭太白山）。在第四纪更新世期间，特别是距今15000～25000年以前的晚更新世晚期，世界气候普遍较今冷而干，地球上冰缘区的面积要比现在大两倍。当时中国39°～40°N以北皆为冰缘范围,古冻土南界较今要南移10个纬度；欧洲、北美的冻土南界也都大大南移。随着气候的地带性变化，冰缘地貌的类型和分布有相应的变化。按气候条件划分，冰缘地貌划分为海洋性、过渡性和大陆性。中国海洋性冰缘地貌主要分布在四川西部和西藏东南部等季风海洋性气候区，此区温度高、降水量大,地表冻融过程不强烈,冰缘地貌发育微弱。中国大陆性冰缘地貌主要分布在青藏高原北部，此区地处大陆腹部，海拔高、气温低，地表冻融过程强烈，是世界上典型的冰缘地貌区之一。界于上两者之间是过渡性冰缘地貌，如祁连山、喜马拉雅山北坡、天山等。在世界上，海洋性冰缘地貌包括阿尔卑斯山、挪威及瑞典山地等，大陆性冰缘地貌包括南美安底斯山等，其他山地为过渡性的。冰缘地貌区按地带性，可划分为纬度（地带）冰缘带和高度(地带)冰缘带。前者包括世界高纬冰缘区，在中国为东北北部冰缘区；后者包括中国青藏高原和世界各地高山冰缘区。纬度和高度因素往往同时控制冰缘地貌的分布与发育。如中国东北现代冻土南界在西部阿尔山一带要比东部偏南2度(47°N)，海拔为1000米；东端嘉荫一带为49°N，海拔仅100米。中国青藏高原从北往南，随纬度降低冰缘地貌发育的高度界线逐渐升高，约每降低一纬度,高度线升高约120米。这称为“纬度坡降值”，能表示冰缘地貌的分布特征。参考书目《青藏高原冰缘地貌的基本特征》（崔之久）
罗伟东 李 刚
（广州海洋地质调查局 广州 510760）
作者简介：罗伟东，男，广东人，硕士，高级工程师，主要从事海洋地形地貌调查和研究工作。
E-mail：loky＿luo＠sina.com，电话：，。
摘要 本文介绍了地形地貌研究主要工具软件的基本功能，针对主要工具软件的特点和实际应用情况，从地形数据的浏览、编辑、提取和转换，数据的网格化，等深线和彩色阴影底图等的编辑，调色板的制作与获取，地形图和三维立体图的制作等方面探讨地形地貌研究工具软件应用的方法，为地形地貌研究工作的开展创造有利条件，大大提高了工作效率和质量。
关键词 地形地貌 工具软件 应用方法
1 前言
海洋地形地貌调查和研究是大多数海洋调查研究的基本内容和重要组成部分。我国自20世纪90年代初引进多波束测深系统后开展了我国近海和邻近海域多波束海底地形地貌调查和综合研究，积累了丰富的资料和研究成果。提高地形地貌研究水平和工作效率是研究人员不断探索的方向。地形地貌研究工作常用的工具软件发挥了重要作用，能进行原始数据处理、数据网格化、数据提取转换浏览、制图等，还能进行地形坡度、距离和面积计算，地形剖面的提取制作，方便对海底地形分区、分析分布特征和识别地貌单元等。熟练掌握地形地貌研究工作常用的工具软件是研究人员必须具备的基本技能，合理选择和恰当应用工具软件是提高工作效率的有效途径。目前，地形地貌研究可用的工具软件有许多，如MapGIS、ArcGIS、Golden Software Surfer、CorelDRAW、Global Mapper、Fledermaus、GMT、MB-System和Caris Hips and Sips等。我国的地形地貌研究人员在以往的使用过程中，对相关软件积累了一些经验，但是面对种类繁多的工具软件，要恰当合理综合应用以提高工作效率和质量却不是一件容易的事。在实践工作中，常常会因为没有掌握软件的使用方法或没有发挥各软件的特点，而遇到一些困难，降低工作效率和质量。作者通过充分应用软件已有的功能，开发其潜在功能，结合工作实际，扬长避短，综合应用，使相应软件更好地服务地形地貌调查和研究工作，发挥更大的作用。
2 地形地貌研究主要工具软件概述
2.1 MapGIS、ArcGIS和Golden Software Surfer功能概述
这三款软件，特别是MapGIS和Surfer在国内得到广泛应用，相关文章对用法和功能的介绍很多。地形地貌研究主要的应用是利用MapGIS、ArcGIS制作规范的地形图和地貌图等；Surfer主要的应用是制作坡度图和地形图、地貌图和三维立体图等。
2.2 GMT功能概述
GMT（Generic Mapping Tools）是一个通用地学制图工具软件，发展至今已在大气、海洋、地震等研究领域得到较为广泛的应用。GMT是全命令行软件，需要用户录入命令及其指定的输入输出数据和各种配置参数（如经度、纬度、颜色配置等）来进行操作。GMT虽然操作相对繁琐，但执行效率很高，而且图形文件输出的主要格式为PostScript文件，这种格式可提供高质量、跨平台的图形打印，这也是GMT得以广泛应用的原因。
实际应用中，主要是制作二维三维地形图。利用GMT强大的颜色渲染和标准图框输出功能，制作颜色逼真的彩色阴影图、报告和论文插图，大数据量的网格化功能也是其强项。
2.3 Global Mapper功能概述
Global Mapper（简称GM）是美国Global Mapper公司开发的一个简单、实用的图形管理与应用软件。它可以在指定投影和地理坐标的基础上，编辑、转换光栅和矢量地形图，绘制二维、三维地形图以及点、线自编图形，具有良好的绘图、编辑、显示以及数据输出界面。其主要功能特点和实际应用包括以下四个方面：
1）浏览、合成、输入、输出、显示大部分流行的栅格图形和高程及矢量数据
实际应用中，主要用来直接打开浏览各类型如Surfer和GMT网格文件；输入输出（特定范围）网格、XYZ文件及点、线文件；合成相同或不同格式、大小的数据（网格、XYZ）文件。
2）具有数据、图形的转换、编辑、拼接、打印功能和投影转换
主要进行数据、图形的格式转换，如将GMT网格文件转换成Surfer网格文件，重新网格化数据，将XYZ文件转换成网格文件，网格、XYZ文件转换（输出）成图片等。在网格文件中选取制作特定位置的地形剖面。进行坡度、距离和面积计算。结合不同地理位置的地图，设置和改变、转换图片的投影方式。
3）具有简单的地理信息功能和动态GPS接收功能
为没有位置信息的图片添加坐标信息，在同一个项目中打开的文件都会在相同投影下的大地坐标系中显示。
4）在实际应用中，GM也存在不足之处：等深线功能简单，不能调整标注间距和字体样式及大小；地形图图框、比例尺不规范，文字大小和标注不可调节。
2.4 Fledermaus功能概述
加拿大IVS 3D公司生产的Fledermaus是全球海测数据3D具体化的领先商业软件之一，是一套功能强大的交互式三维数值数据虚拟实境的系统。它可以帮助使用者完成包括海洋（海岸、海底）资源调查与制图、环境影响评估、采矿、地质调查以及各种研究等工作。Fledermaus可直接支持广泛的工业数据格式输入。可直接导入、显示数字地形图，点、线、多边形数据集合、卫星影像并进行分析。浏览器iView4D可以随时浏览处理过或分析后的数据结果。
实际应用中，主要是利用其三维可视化功能和复杂区域编辑模块，用于导入网格文件，对三维数据进行三维可视化显示和操作，可任意角度观察地形地貌特征，可方便进行海底地形分区、分析分布特征和识别地貌单元。
3 工具软件的综合应用
常用工具软件在地形地貌研究中发挥了重要作用，工具软件种类繁多，各有优点缺点，科研人员要全部掌握其功能和操作方法有一定难度也没有必要，应该根据实际工作需要，重点掌握几个主要软件，扬长避短，合理应用，其他软件的应用能满足工作需要即可。针对所从事的工作，主要的应用情况从以下几个方面进行阐述。
图1 GM软件主界面窗口
3.1 地形数据的浏览、编辑、提取和转换
海底地形分区、分析分布特征和识别地貌单元等是地形地貌的工作之一，这些工作都要对地形数据进行浏览、观察、描述，以往一般是通过打印的地形图和三维地形图等图件来进行识别和描述。随着计算机软硬件技术的发展，目前，更科学的方法是利用工具软件完成上述工作，也可结合图件打印的方法。利用工具软件观察更直观简便高效，可直接导入、显示数字地形图，调节着色、等值线间距和垂直比例，进行地形坡度、距离和面积计算，特定位置剖面显示提取和制作，多角度、随意缩放、显示任意位置水深和点线多边线标注等。GM软件在这方面具有强大的功能（图1），结合Fledermaus，Golden SoftwareVoxler软件能方便地实现上述常用功能，大大提高工作效率，非常适合地形地貌研究和海洋调查使用。
GM软件可方便地打开XYZ和多种格式的网格文件（包括大数据量文件），还能把数据转换成自己的网格格式Global mapper grid显示，文件小，占用内存少，可随意进行操作，如放大缩小编辑等，显示效果好，这是GM软件的主要特点之一，相比其他软件具有明显优势。显示二、三维地形图，具有标注等深线、测线、标注符号和简单的3D view功能，能从各个角度浏览地形；能实时显示当前或指定位置的水深和经纬度；具备生成地形剖面功能，可选取任意位置进行地形剖面提取和制作；能进行地形坡度、距离和面积计算，地形坡度的计算和显示是在应用地形剖面功能时，在地形剖面窗口中的Options/showpath detais查看。地形剖面可输出为CSV或XYZ数据和图片格式，CSV或XYZ数据可用Grapher等专业软件制作成剖面图；图片格式可直接在CorelDRAW中导入编辑，为保证输出后的图片质量和字体大小合适，字体编辑时要注意调节字体的大小，输出的图片长度应在2000像素左右，输出后在word中的字体大小约为小5号。剖面图如图2所示。
微地形地貌的浏览和描述方面，需要用到相关三维可视化系统，GM软件具有简单的3D view功能，并不能满足实际应用的要求，目前最好的三维可视化系统是Fledermaus，Golden Software Voxler也有不错的表现，实际应用时应结合使用。
图2 典型地形剖面
3.2 数据的网格化
随着多波束海底地形地貌调查和综合研究的技术发展，对研究人员的要求也越来越高，数据网格化和数据转换方法已经成为研究人员必须掌握的技能之一。过去认为数据的网格化是由专业处理人员完成的想法已经不符合实际。研究人员在进行研究时不是简单地利用网格文件，实际可能应用的情况：简单的数据编辑；数据（网格文件）的格式转换；重新网格化，生成不同网格间距的网格文件；提取特定区域网格数据等。
在进行XYZ数据的网格化时，不同的网格化（插值）方法的绘图效果是不一样的。一般地，各软件都会提供多种网格化方法供用户选择，如Surfer提供多达12种方法、GMT有4种方法和ArcGIS提供5种方法。合理选择网格化方法和工具软件能有效提高图件制作质量，地形地貌的制图具体使用的网格化方法，需要根据客观环境特征和数据本身的特点，进行相应的数据分析，才能绘制出准确、有意义的图件。一般地，中大数据量的数据用加权反距离法（Inverse distance to a power）或者最小曲率法效果好、效率高，小数据量数据可使用克里格法（Kriging）。单一的工具软件不能满足实际要求，Surfer软件只适应于网格数据量较小的数据（几百兆的数据文件），Surfer的工作效率很低；大数据量的数据一般要选用GMT或MB-System软件进行网格化；进行数据浏览转换时可使用GM软件。
GMT网格化采用gmtmbgrid和Surface命令；MB-System软件采用mbgrid命令；Sur-face是张性样条网格化法，是一种经过改良的标准最小曲率算法，允许用户把张量引入表面。执行surface程序前要对数据进行预处理，消除混淆现象。地形数据采用block-median对网格间隔框内的值返回中值。Gmtmbgrid算法跟mbgrid命令一样是采用加权反距离插值法。具体根据实际需要选择。MB-System和GMT软件一般配合使用。使用的具体命令如下：
blockmedian文件名.xyz -R113/120/11/13 -I200e -V ＞ ship＿ 5m.xyz
Surface文件名.xyz -R113/120/11/13 -I200e -G文件名.grd
mbgrid -I文件名 -0文件名.grd -R113/120/11/13 -A2 -C2 -E 200/200 -N -V
GM软件网格化采用三角剖分法（triangulation/liner interpolation），这种方法对大数据量的数据处理效率低，数据边缘效果稍差，具体操作流程：打开XYZ文件，出现Ge-neric ASCII Text File Import Options窗口，在Import type选项中，选择Elevation Grid from3D Point Data，其他选项可以采用默认。确定后，出现Elevation Grid Creation Options窗口，在Grid Spacing中可自定义网格大小；确认后即可完成网格化过程，然后在File/Ex-port Elevation grid format，选择合适的格式输出数据。图3是不同软件网格化及制图效果图。左图是用GM软件采用三角剖分法网格化绘制而成，中图是GMT软件用改良的标准最小曲率算法（surface命令）进行网格化，右图是Surfer采用加权平均算法；从图中可清楚地看出，三个软件绘制的地形图一致性很好；GMT软件在网格化效果和调色效果方面都是最出色的，能较好的反映微地形且色彩逼真。
3.3 等深线和彩色阴影底图等的编辑
多波束数据经过后处理后，数据质量一般都能达到要求，特殊情况时也会有局部小范围数据质量较差的数据，在制作成图件时，在彩色阴影图和等深线上都会有直接的反映。一般地，都要对其进行编辑，去伪存真。彩色阴影底图的制作一般用GMT或Surfer，彩色阴影底图的编辑一般选用Photoshop或者CorelDRAW，等深线的生成可用MapGIS、Surfer和GMT软件，MapGIS具有等深线编辑功能，也可以在CorelDRAW中进行编辑，效果都很不错。在CorelDRAW中进行编辑时，等深线一般是在Surfer生成*.emf格式文件，在Corel-DRAW中打开进行编辑，删除等深线时应选用虚拟段删除工具，CorelDRAW是把显示的整条线段定义为由多条虚拟段组成，用虚拟段删除工具选中整条线段或线段的一部分后，程序将会自动删除选中的部分，操作很方便。添加线段时选中手绘工具，调节合适粗细，进行曲线和直线绘制。图片输出时同样要注意像素的调节，确保图像质量和字体合适。图4为等深线和彩色阴影底图编辑前后对比图，底图是用Surfer制作的，编辑方法如上述。右图为编辑后的情况，效果非常明显。
图3 不同软件网格化及制图效果图
图4 等深线和彩色阴影底图编辑前后对比图
3.4 调色板的制作与获取
制图的美观程度主要取决于调色板的着色效果，制作美观实用的图件是科研工作者的不懈追求。根据实际需要选择合适的工具软件及制作或引用合适的调色板是制图工作的重中之重。不同的工具软件的调色效果是有区别的。实践应用中，GMT软件的调色效果最好，Surfer、MapGIS和ArcGIS调色效果稍差，GM的调色效果次之。这也是GMT软件被广泛应用的主要原因之一。因此，在实际应用中，正式图件及成果报告插图等可应用GMT软件制图或制作彩色阴影图。GMT软件自身提供了许多独有且全球流行的调色板，自身也提供相应的命令如makecpt和grd2cpt根据相应的调色板模板对特定数据进行调色板制作，但并不能满足实际应用的需求。因此，制作或者获取第三方调色板是可行的办法。
调色板模板制作与管理的有效可行办法：首先，根据工作实际，确定工作中常用的几种地形数据类型如海陆结合数据、浅水数据和深水数据等，每种数据类型制作几个常用的调色方案，所有的调色方案都做成各软件特定的格式，可直接或稍为更改即可引用。由于GMT是全命令行软件，调色板的制作并不像Surfer等友好界面软件那么直观方便。一般地，在利用GMT自带调色板模板稍加修改或者直接在Surfer软件中制作调色板后，导出后再转换为GMT格式的调色板。
获取调色板的方法有两种：一种为通过专业网站获取相关调色板，专业网站提供多个领域的世界上主流的调色板和大量用户自主设计的调色板。另一种方法是手头只有地形图图片而没有相应数据调色板的情况，这时最好的方法是利用相关软件如Photoshop或其他具有取色功能的软件进行调色板制作，着色效果跟原有图片基本一致。
3.5 地形图和三维立体图的制作
发挥各地学绘图软件的优势，结合应用才能做出规范且最佳效果的图件。地形图和三维立体图正式图件的制作，单一工具软件不能满足要求。Surfer软件功能较全面但特点不明显且没有投影功能，等深线制作和编辑功能较弱；GMT的网格化和调色功能强大，等深线制作也不错，但没有编辑功能；由于制作正式图件时，可采用由GMT软件制作地形图和三维立体图的彩色阴影底图，再导入MapGIS或ArcGIS制成图件的方法，制作时要注意投影方式的匹配问题，GMT制作彩色阴影图时应选择合适的投影，导入前应该把PS文件转换成BMP或JPG图片，且要根据打印图件的大小选择合适的输出像素。图5为西太平洋地形图，是由GMT软件制作彩色阴影图导入MapGIS进行中文标注等。正式图件的等深线可直接由MapGIS生成并编辑或由GMT生成导入等。
4 结 语
地形地貌研究常用的工具软件种类多、功能很强大。本文针对常用工具软件的特点和实际应用情况，总结了这套工具软件应用方法的主要特点：把各软件的优势应用到实际工作，扬长避短，最大限度服务地形地貌研究工作，提高工作效率和质量；根据实际应用制定相应操作流程，综合应用，简化操作，提高效率；挖掘新工具软件，把GM软件应用于地形地貌研究工作，起到非常好的应用效果。这套方法为地形地貌研究工作的开展创造有利条件，大大提高了工作效率和质量。
图5 西太平洋三维立体图
参考文献
［1］陈欢欢等.Surfer 8.0等值线绘制中的十二种插值方法.工程地球物理学报，2007，2.
［2］刘方兰等.Global Mapper系统在海洋调查中的应用.海洋技术，2011，01.
The application method study of the general-used software for studying the topographic and geomorphic features
Luo Weidong Li Gang
（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）
Abstract：The paper introduces the basic function of the general-used software for studying thetopographic and geomorphic features.Focuses on the characteristic features and the comprehen-sive application in practical experience，talking about the usages of the general-used software forstudying the topographic and geomorphic features on scanning，editing，collecting and conversionof the geographic data，data gridding，edit for the bathymetric contour and the color shader basemaps，palette make and abtain，topographic map and Creates the advantages for studying the top-ographic and geomorphic features，and also increases the efficiency and the quality of the study.
Key words：Topographic and geomorphic features Software Application method
