喀斯特地形
喀斯特地形也称喀斯特地貌,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。一般指碳酸盐类岩石分布地区或存在流经石灰岩的地下水所特有的地貌现象。当雨水或者地下水与地面碳酸盐类岩石接触时,就会有少量碳酸盐溶于水中。经过长时期的溶解侵蚀,形成了以地表岩层千沟万壑为标志的地表特征。在喀斯特地貌下往往存在地下河、溶洞等景象。
喀斯特地形(karst landform)
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。又称岩溶地形。水对可溶性岩石所进行的作用,统称为喀斯特作用。它以溶蚀作用为主,还包括流水的冲蚀、潜蚀,以及坍陷等机械侵蚀过程。这种作用及其产生的现象统称为喀斯特。喀斯特是南斯拉夫西北部伊斯特拉半岛碳酸盐岩高原的地名,当地称为Kras,意为岩石裸奔的地方。近代喀斯特研究发轫于该地而得名。
喀斯特地形分布在世界各地的可溶性岩石地区。可溶性岩石有3类:①碳酸盐类岩石(石灰岩、白云岩、泥灰岩等)。②硫酸盐类岩石(石膏、硬石膏和芒硝)。③卤盐类岩石(钾、钠、镁盐岩石等)。总面积达51×106平方千米,占地球总面积的10%。从热带到寒带、由大陆到海岛都有喀斯特地形发育。较著名的区域有中国广西、云南和贵州等省(区),越南北部,南斯拉夫狄那里克阿尔卑斯山区,意大利和奥地利交界的阿尔卑斯山区,法国中央高原,俄罗斯乌拉尔山,澳大利亚南部,美国肯塔基和印第安纳州,古巴及牙买加等地。中国喀斯特地形分布广、面积大。主要分布在碳酸盐岩出露地区,面积约91-130万平方千米。其中以广西、贵州、云南和四川青海(即云贵高原)东部所占的面积最大,是世界上最大的喀斯特区之一;西藏和北方一些地区也有分布。
喀斯特可划分许多不同的类型。按出露条件分为:裸奔型喀斯特、覆盖型喀斯特、埋藏型喀斯特。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。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。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。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。
喀斯特地形在碳酸盐岩地层分布区最为发育。该区岩石突露、奇峰林立,常见的地表喀斯特地形有石芽、石林、峰林、喀斯特丘陵等喀斯特正地形,溶沟、落水洞、盲谷、干谷、喀斯特洼地等喀斯特负地形;地下喀斯特地形有溶洞、地下河、地下湖等;以及与地表和地下密切相关联的竖井、芽洞、天生桥等喀斯特地形。
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。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。
19世纪末,南斯拉夫学者司威治,发现位于南斯拉夫和意大利交界处的狄纳尔里克山西北部的喀斯特高原上,发育着奇形怪状的地形,在此之前,人们对这样的地形,还没有统一的科学称谓。司威治便用高原的名字,把这种地形称为喀斯特(karst)地形。从此各国科学家纷纷仿效,一致将发育在可溶性岩石地区的这种奇特地形,称为喀斯特地形。
喀斯特一词在中国延用了很长时间。1966年在广西桂林召开的第2次全国喀斯特学术会议上,一些学者认为喀斯特一词无法反映这种地形的成因,建议将改为“岩溶”,意指这种地形是因地表水和地下水对可溶性岩石进行长期溶蚀和侵蚀后形成的。从此,中国的教科书和学术刊物上,喀斯特被岩溶所取代。岩溶一词虽被广泛运用,但有些学者为了和国际上统一起来,又不断使用喀斯特一词,致使岩溶和喀斯特在中国成为并用的同义词。
300多年前,中国明代地理学家徐霞客不畏艰辛,详细考察了广西、云南、贵州一带的石灰岩地形,探寻记述了100多个地下溶洞,为中国喀斯特地形的研究,作出了不可磨灭的卓越贡献。
喀斯特地形在世界上分布很广,凡有可溶性岩石(主要是石灰岩,其次为白云岩、石膏等)分布的地区,都会发育喀斯特地形。喀斯特地形在中国分布面积约125万平方公里,其中西南几省区就达55万平方公里。广西的桂林山水、云南的路南石林,均为闻名于世的喀斯特地形。喀斯特地形包括地表和地下两部分。
喀斯特地形的形成通常是温带气候地区pH值较低的酸性雨和石灰岩层所造成的。随着地表下的岩石不断与水反应,将不溶的碳酸盐在与二氧化碳的共同作用下不断生成可溶但不稳定的碳酸氢盐,在排水较好的地下岩层就能形成一个大的溶洞。溶洞中的水在流动时,其溶解的碳酸氢盐就可能分解,再度形成不溶的碳酸盐沉降在地面。溶洞中从高处落下这样的水滴就可能在很短的时间内将碳酸盐沉降在溶洞顶部,而另一部分则会在地面沉降。上部的碳酸盐沉降往往形成一个倒锥形的钟乳石,而地面上会形成形如其名的石笋。
该种地形地理学家最早在克罗地亚喀斯特高原做有系统的研究,因此又称喀斯特地形。“喀斯特”是位于“斯洛维尼亚”西南部河谷以南,并延伸到“意大利”东北角大城邻近狭长地带的一片高地。因为该地区绝大部份位于斯洛维尼亚境内,所以简述为位于斯洛维尼亚是可以接受的。
喀斯特地形的地表崎岖、土壤十分贫瘠,不利农业发展,因此在云贵高原有“地无三里平,天无三日晴,人无三两银”的俗谚。但其千沟万壑的特色却十分受到观光客青睐。巴尔干半岛及中国广西、贵州、云南一带均有喀斯特地形的存在。
按其发育演化,喀斯特地形可分出以下6种。
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100m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”。
喀斯特地形不仅风景优美奇丽,是发展旅游事业的一种可贵的天然资源,而且喀斯特地区对于人们的生活和生产建设也有着十分密切的关系。
石灰岩是烧制石灰、水泥的重要原料。在喀斯特溶洞中,由于流水的作用,往往富集了各种砂矿,中国著名的个旧锡矿就是这样形成的。至于在广大的喀斯特地区发展工农业生产,就需要对这些地区的地质、地貌、水文等情况进行深入的调查研究。因为只有了解了那里的水文情况,才能调查出地下水的储量,解决供水问题。只有当充分研究和掌握了喀斯特地形的发育规律以后,才能在建设矿山和修建交通线路过程中避免发生溶洞崩坍等事故,才能很好地选择水库坝址,解决漏水问题。而喀斯特溶洞还是冷藏物资和进行某些科学实验的好场所;洞穴中的古生物化石更是历史学家和考古学家的宝贵资料。
中国劳动人民对于喀斯特地形的认识、利用和改造有着悠久的历史。早在公元前214年(秦朝),劳动人民就在喀斯特分布的广西兴安地区凿通了长达30公里的灵渠,连接湘、漓两江,沟通了长江与珠江两大水系,成功地建成了中国喀斯特地区第一个大型水利工程,充分显示出中国古代劳动人民改造自然的智慧和能力。1800年前的东汉时期,山西人民就利用晋祠附近的喀斯特泉水灌溉大片田地。900年前的北宋时期,沈括在他的《梦溪笔谈》一书中就论述过石钟乳的成因。300年前的明朝,徐霞客在考察了华南、西南等地区后,在他的名著《徐霞客游记》中更对喀斯特现象作了较详细的记载和初步的分类。
中国西南喀斯特地区位于湿热多雨的亚热带气候区,这本来是有利于农作物生长的,但由于喀斯特发育的石灰岩地区多裂缝空洞,雨水、地面水极易漏失,造成农田受旱;另一方面,因缺乏地表排水系统的封闭洼地地形,雨季又极易受涝,故西南许多地区自古以来就有“旬日无雨地干裂,一场大雨遭水淹”和“地面水贵如油,地下水滚滚流”的说法。
新中国成立后,中国水文、地质、地理等有关科研工作者对喀斯特地区进行了深入的调查,尤其是对地下河的利用进行了较深入的研究,并已取得了许多可喜的成绩。
广西各族人民仿照兴修地表水利工程的经验,因地制宜地分别兴建了引、蓄、提、排等利用喀斯特地下河的水利工程。所谓“引”就是引水出洞,当地下河从海拔较高的地区向较低的地区流时常有较大的水位落差,这样就可以在洞内高水位处筑坝拦水,并开凿渠道、隧洞,把本来未出露地表或出露地表较低的地下河水引出洞外,灌溉谷地或平原上的农田。当水位落差较大时,还可以用来兴建水电站,再利用尾水灌溉农田,做到一水多用。“蓄”就是堵洞蓄水,在工程地质条件有利的地下河段修建地下坝,截断地下河,壅高上游地下水位,造成地下水库。有的在上游有利的地形条件下溢出地表,自流灌溉;有的因水位抬高,可以减少抽水扬程,便于提水;有的利用地下水库造成的水头差,兴建地下水电站。“提”就是安泵提水,根据喀斯特水出露和动态变化的特点,采用不同的提水设备和方法,如把水泵安装在船上,或把水泵安装在可沿轨道滑动的车架上,根据水位涨落升降水泵位置,这叫做滑道式泵站。其他如电梯式泵站、深井泵、潜水泵等也能适用于水位多变的地下河的抽水。广西人民还在地下河中选择有利的水力、洞体条件,兴建了许多座地下水轮泵站,利用地下河水力把水送上数十米至百多米以上的地面或山上灌溉农田。也有利用地下河天然落差兴建地下河水力发电站或兼有提水、发电之利的地下泵电站。“排”就是凿洞排水,当邻近有更低一级的洼地或谷地时,可直接开凿排洪隧洞以防涝;没有这种有利地形条件时,则主要是开扩和疏通洼地中的落水洞和天然地下河道,扩大泄洪能力,以解除或减轻洪涝危害。
在生产建设实践中,对喀斯特的改造和利用已取得了多方面的成就和经验,如石灰岩山区造田造地;利用天然溶洞建设有利于战备防空的地下工厂和车间;利用天然溶洞四季温差小的特点,建设低温、恒温仓库、车间等。广西人民在喀斯特强烈发育的地区进行城市、工矿、道路建设的实践中,对于与溶洞、地下河有关的稳定性、沉陷、漏水等问题的勘测和处理方面也积累了丰富的经验。喀斯特地区已不只是一种具有游览观赏价值的令人神往的优美风景区,而且在社会主义建设中将发挥出越来越大的作用。
[1] 平远县科学技术局 http://jk.pingyuan.gov.cn/modules/news/article.php?storyid=132
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