喀斯特地貌类型

书籍:现代科技综述大辞典上 更新时间:2018-09-11 02:28:05

出处:按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第709页(2928字)

指可溶性岩石(主要是分布最广的碳酸盐岩)经以溶蚀为先导的喀期特作用,形成地面坎坷嶙峋、地下洞穴发育的各种特殊地貌类型。

喀斯特地区蕴藏有丰富的矿产资源,又是很好的旅游资源,同时所埋藏的古生物和古人类化石具有重大的科学价值。但是喀斯特地区经常发生地基破裂、水库漏水和地表缺水等现象,对工农业生产和生活带来诸多不便,因此对喀斯特地貌的研究有着十分重要的意义。

中国喀斯特现象的记载,可追溯到2400年前。明代徐霞客的《徐霞客游记》中,详细地叙述了中国西南地区的喀斯特现象,创立了许多专有名词如“坞”(岩溶洼地或坡立谷)、“环洼”(圆洼地)、“盘洼”(漏斗)、“石山”(峰林地形)等等。1893年斯威奇(J.Cvijic)发表《喀斯特现象》一文,阐明喀斯特形态主要由侵蚀-溶蚀作用形成,提出石灰岩地区的夷平面可位于不同高度,喀斯特地区的地下水可分为3带:上部的干燥带(即充气带)、中间的季节饱和带和最下面的全饱和带,他用喀斯特(karst)一词来称呼这些特殊的地貌和水文现象,现已成为国际通用术语。1930年戴维斯(W.M.Davis)发表《石灰岩洞穴的成因》长篇专文,这是有关洞穴研究较早的理论着作。

喀斯特地貌的发育特别受岩性为主的地质背景及气候为主导的地理环境所控制。其基本类型,按岩性分为碳酸盐岩喀斯特、石膏喀斯特和盐喀斯特;按存在形式分裸露型、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带、浅潜水带和深部喀斯特。

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丛、峰林、孤峰、残丘、喀斯特丘陵和石芽。负地形主要类型有漏斗、落水洞、竖井、盲谷、干谷、溶蚀洼地、坡立谷、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地貌类型间常有成因上的联系,构成一定的地貌组合。

喀斯特地貌的演化模式在侵蚀循环学说的影响下,从早期格朗德(A.Grund),至近期雅库斯(L.Jakucs)和威廉姆斯(P.W.Williams)的模式,基本为定性3~4阶段模式。在喀斯特地貌发育的幼年期,喀斯特现象主要在地表发育,地面上出现许多石芽和溶沟以及少数漏斗。青年期,喀斯特主要向地下发展,漏斗、落水洞、干谷、盲谷、溶蚀洼地等广泛发育,并发育复杂的地下水系和地下洞穴系统。中年期,喀斯特发育主要由地下形态向地表形态转化,由于洞穴顶板坍陷,许多地下河又转为地上河,有大量深陷洼地、大型溶蚀谷地、峰丛和峰林等形成。

而到老年期,则发育广阔的喀斯特平原以及喀斯特平原上的孤峰与残丘。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。

1988年怀特(W.B.White)又提出喀斯特地形发育速率过程模型。

喀斯特作用营力、过程和形态产物受地球表面的太阳能分配所引起自然地带变化的制约,而具有水平的和垂直的地带分异。

气候为其主导因素。其中温度、降水及受其影响的水文和生物等自然因素,构成溶蚀作用的环境营力和外动力条件。喀斯特地带分为热带、亚热带、温带、寒带或冰缘及干旱区(沙漠)等类型。垂直喀斯特分带随所处基带而异。

总体而言,森林线以上为高山喀斯特。据雅库斯1977年计算的全球溶蚀强度比例,热带占72%,亚热带(地中海型)12%,温带9%,冰缘区6%,干旱区(沙漠)1%。热带喀斯特以峰林和石林为代表,地表和地下喀斯特均发育。按降水量和生物地球化学,又分热带雨林-季雨林喀斯特和热带干草原喀斯特。

亚热带喀斯特以洼地、漏斗、矮锥状喀斯特丘陵为代表,地下喀斯特亦发育。温带喀斯特以干谷和岩溶泉为代表,地下喀斯特较发育,冻裂作用已较明显。寒带喀斯特因冻土会阻滞地表水下渗,喀斯特水中CO2含量较大,使地面发育有小溶沟和浅洼地,永冻层以下可出现洞穴。中国喀斯特地带,大体以南岭北麓、秦岭-淮河二线为界,分热带、亚热带和温带喀斯特。

此外,还有高山及冰缘喀斯特与西北干旱喀斯特等。

通过对喀斯特地貌正、负地形的量计和数理统计研究,得出了两种截然相反的喀斯特地貌演化系列和模式:一种认为峰丛洼地和峰林平原是在不同的初始条件和环境中产生并以各自的方向发展;另一种则认为喀斯特地貌必须遵循其演化规律,即从与非碳酸盐岩地层相似的常态石灰岩地貌向喀斯特峰丛地貌、丘陵峪峰地貌和孤峰残丘平原地貌演化,亦即峰丛向峰林洼地、峰林台地发育。

通过对中国峰林地区的数量研究,发现峰林锥丘有较稳定的对称两坡,锥峰的长短轴之比值因受岩层产状、岩性、地形和构造的控制,其变化较大;锥峰直径与相对高度之比值与地貌演化阶段相吻合;在峰丛洼地向峰林洼地和峰林台地演化的系列中,锥峰个数是一个增大的过程,锥峰的分布由均匀到成簇,洼地面积由小到大,以及边数由少到多的发育过程。

对西藏高原的喀斯特地貌,过去一直认为是从热带喀斯特演化而来的。

1982年杨逸畴在柳州召开的“喀斯特地貌与洞穴学术讨论会”上对此提出质疑,他根据多年在青藏考察研究结果认为西藏喀斯特是在半干旱的亚热带条件下发展起来的,现在的喀斯特形态主要是冻融作用的结果。

中国喀斯特地貌的系统化、理论化研究起步较晚,迄今许多有关喀斯特地貌的形态命名法还缺少规范化和数量化,给喀斯特地貌的深入研究带来一定的困难。

因此,在区域综合性喀斯特研究进一步发展的基础上,应加强研究适用于全球性的、统一的喀斯特学术语和喀斯特类型划分,以取得对喀斯特发育基本特征的统一认识。

在此过程中,还应加强喀斯特地貌规范化和系统化的数量研究,为准确命名喀斯特形态提供科学依据。

同时,要结合国民经济建设,进行大量的环境喀斯特地貌的研究工作,这将是一个很有发展前途并具有现实意义的研究领域。洞穴研究在中国还很薄弱,有些方面几乎是空白,近期是要有效地解决生产实际问题,尽快建立区域洞穴年谱,加强洞穴物理和水流特性的观测研究,形成和发展中国的洞穴理论体系。

。【参考文献】:

1 Williams P W,Morphometric analysis of polygonal karst in New Guinea,Geol Soc Am Bull,1972,83∶761~796

2 袁道先.中国岩溶,1982,1(1)∶4~9

3 陈治平.喀斯特地貌与洞穴.1985.1~8

(安徽师范大学程久苗撰)

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