中国喀斯特洞穴发育的区域分异.pdf

第5卷第4期1986年1 2月理研究G E O GR 人PHICA LRESE A R C HVol.5,西。,4Dee.,1986中国喀斯特洞穴发育的区城分异张耀光/中国科学 院_、国家计划委 员会地理研咒所2提本文从影响喀 斯特 洞穴发育区域分异 的因素,探讨我国喀斯特洞穴发育的一些区域分异特征,我 国碳酸盐岩分布约占全国面积的七分之一。由于 自然因素 的区域性变化和地质条件的差异,弓l起喀斯特地貌发育区域性分异。本文从喀 斯特洞穴的形 成 条件与分布状况,.探讨我国喀斯特洞穴(主耍是侵蚀基面 以上 的洞穴)发育的区域分异特点。一、影响喀斯特洞穴发育区域分异的因素依据我 国实 际情况,影响喀斯特洞穴发育区域分异 的 因素主耍有以下几个方 面。(一)碳酸盐岩性质及分布我国碳酸盐岩分布除内蒙古、宁夏、黑龙江、吉林、福建和台湾等省(区)的面积较小外,其余各省(区)均有较大面积的分布。其中以晚古生代碳酸盐岩系分 布面积最大,约10 0万平方 公里,新生代海 相碳酸盐岩面积最 小,仅 见于西藏、台湾及南海。由于各地区地质构造发育和古地理环境 的不同,碳酸 盐岩的分布规模、层 组结构和 理 化性 质也产生区域分异(表1)。夹1中国碳酸盐岩分布状况Distributionofea rbon.teroekinCh in a得组,_二一竺一一星一、丫一型面积、仰2,%夹层面积(kmZ)面积(kmZ)%(麟%一7 092。!6一.8 91 72 8 09.j总面积(k mZ)一间一一层一互一一据任美每等岩洛学概论,资料编制本 文1986年月l日收到,7月2 3日收到修改稿。4期张推光:中国喀斯特洞穴发育的区域分异华南地区主耍位于华南地台,碳酸盐岩层 厚质纯,分布面积大,成分此较简单,9 5%以上均为酸不溶物质含量低于5%的纯碳 酸盐岩,方解石含量 高于白云石含量,为均 匀状灰岩层组 结构 类型1。喀斯特发 育条件较好,洞 穴强 烈发育,洞 穴次 生L碳酸盐沉积丰富。华 中地区的大 部分处于杨子准地台和华 夏地台。碳酸盐岩分布 面积亦较大,但成分较复杂,除大部分为纯碳酸盐岩外,还有部分 以 泥灰岩为主的不 纯碳酸盐岩,多 为夹层状不均 匀层组结构。所以在产状平缓节理裂隙发育地 区,常形成坍 塌型洞 穴,化学 沉积物亦较丰富。华北 地区属中朝准地台。碳酸盐岩系分 布比较分散,面 积不大,厚度较小,以震旦、寒武、奥陶 系碳酸盐岩为主,白们的元 素组合 基本类似,但镁、硅含量越来越少,而Ca含 量和Ca/Mg此值则越来越高。其 中震旦、寒武系为间互 状碳酸盐岩层组结构,只奥陶 系为均匀状层组 类 型,所 以 喀斯特洞 穴主要 发育于 奥 陶系灰岩中。西 部地区分布 有 面积较大的 碳酸盐 岩 系,以 结晶灰 岩夹 碎居岩或变质灰 岩为主,多 为间互 状碳 酸盐岩 层组 结构。因此洞 穴很不 发育,化学沉积物也较少。(二)气候水文条 件喀斯特洞穴是含碳 酸的水 溶蚀 侵蚀形成的,因而水量、水理性质、水运动方式 和强度 对洞 穴发育 有直接 影响。由于我国降水 量分 配、湿润 程度和地表松散沉积物盖 度的区域差 异,导致区域降水 入渗强度和水动力状况的 不同(表2)。在降水量 大地表 裸露 和沉积 盖 度较小轰2喀斯特区降水人渗强度IZtensityof PreeiPitationinfiltrationinkarstarea地u华南:华中华北西北一”:都安桂林洛塔兴文石林务”,娘子关昌河流域龙子“泉域渭北韩铜区景县年黯异1 7381 9。1 6 9431 68 81 25 855。-6。7 066。15。-6。1 86臀梦。7。一。3-。6。81。一。270.27-。.33。一。.15-。.2 2。一据陈治平、朱学稳、姜德甫、袁崇桓、赵 建、唐炽昌、张治平、曹兴山及地矿部洛塔岩溶研究组、四川兴文岩溶风皿区综合考察报告资料整理的华南地 区,降水能 迅速 大量掺 入地下 补充地 下水,地 下水径流和 排 泄条件均较好,以 管道流 为主,所以溶蚀侵蚀作用能保持强盛的能 量,喀斯特洞穴 发育强烈,洞 穴沉 积物丰富。降水量较小,地表 沉积物盖度较大的 华北地区,由于气候较干燥,土层湿度 小和风 化碎屑物堵塞岩层裂隙,降水人 渗量较小,地 下 水运移 缓慢,没有较多的水量 渗入地下,只能 形成隙 流,侵蚀溶蚀 形成裂隙型 洞穴。极端干寒的青藏高原和高山地区,降水更为稀少(小于2。二二),寒冻凤化物深厚,加之温度常在OOC以 下,不但降水难以透过较厚的岩屑 层渗 入 地 下,而 且水体受低 温冻结无动力条件,因此喀斯特作用微弱,洞 穴极不 发育,降水对岩层主要起胀裂作用。(三)地质构造活动与古地理环境自燕山运动最后一幕到 早第三纪的古新世,地球构造力变弱,全国长期处于较稳定 的阶3 8地理研究5卷段,刻蚀作用 把前期构 造 运动 形成 的 山地逐渐夷平成为准 平原。由于地势较低平,大陆的大部分地区被浅海围绕,有的还有海湾伸入幻。所以早第三纪初期,我国处于 行星风系环流下,温暖而湿润的地带特别宽广,大部分区域处于热带和亚热带环境,是喀斯特发育的适宜时期,此时各地都应有洞穴发育。由于历史久远 和遭 受后期的破坏,现今只有一 些较大的 古洞残存在最高山顶。始新世初期,受 印度板块和太平洋板块 的挤压发 生造 陆运动,形成平行波状拱形隆起,原来被蚀低的山脉开始隆升,浅海退却,陆地面积扩大。从始新世 到渐新世时期,我 国气候的纬度地带性有所加强,形成暖温带、亚热带和热带三个地带。当时亚热带地区(尤其是中亚热带)处于信风高压带,高温少雨,气候干热,只有 暖温带和 热带此较温湿。所以南方和华北东北地区具有喀斯特洞穴发育的 条件,而长江 流域和西北 干早 地区的喀斯特发育受 抑制。渐新世后期的喜马拉雅运 动其影响几乎波及 蚕 国。伴随喜马拉雅运动,青藏高原抬升,西北高 山隆起,东部山岭和高地 断块位移,低陷 台块重新破裂,大大改 变 了我国 的地 势面貌。由于地面抬升和喜马拉雅山的 形成,古地中海渭失,中亚大规模海退,欧亚大 陆 连成一片,陆地面积扩大,西部内陆性气候增强,陆洋对比明显,季风环流形 成,使东部地区气候的水平地带性更 为 明显,西部高山区的垂直 地带性加 强。这为东部地区洞穴发育的纬度地带性创造了有利条件,也 使西部地区洞穴发育具有垂向分布的特色。第三纪末第四纪初开始的新构造运动,使喜马拉雅运动造成的 地面断块升降继续发展,地形的差异性更 为 明显。第四纪时期,由于全球性气候变冷和地 形 高度增大气温降低,洞穴发育的条件较差,只 在短暂暖湿 的间冰期才具有洞穴形成的 条件,所以洞穴的数量和规模均较湿热的第三纪为小。全新世时期气候转暖,按热量状况形 成纬度地 带性的自然带,从南向北谧度逐渐降低,而水分状况则从东向西逐渐变小,从半湿润、半干燥变为千 燥地带,具有经度 地带性的特征。低洼地区夏季干热,高山高原干寒。上述环境水 热状况 的不均衡分布,是引起喀斯特洞穴发育区域分异的重耍因素。(四)溶蚀作用强 度自然地理环境不同,喀斯特作用 强度也不一致(见表3)。我国南方属热带和南亚热带,高温多雨,植物茂盛,士壤微生物活 动强烈。据匈牙利学者 J aku c。(1977)资料,热带地区生物成 因的碳酸和有机酸占总酸量 的9 3%,它们在喀斯特作用中的溶蚀强度达7 2%左 右3。我国南方最大 的溶蚀率亦达0.12一0.3o m/a,属强溶蚀作用区。地处亚热 带的长江流 域(华 中)地区,虽降水量不小,但气温较热带稍低,生物活动强度亦稍逊。据J aku c“资料,亚热带生物成因的碳酸和有机酸约 占8 0%,溶蚀强度为1 2%左右。我国亚热 带地区的溶蚀率亦 为0.0 4一0.0 6二二/a,为 中度溶蚀 强度地区。华北地 区属暖温带和温带,降水量 和温度都此南方低,植物生长较差,土壤微生物活动微弱,生物成 因的碳酸和有机酸较少。据Jku c“资料,温带地区这些酸类的溶蚀强度只有9%左 右。我国 北方的溶蚀率亦只0.01,0.03m/a,溶蚀作用较弱,往往以侵蚀作用 为 主,属弱溶蚀作用地区。干 早的西北地区,降水稀少(20 0m。/a),蒸发强 烈,干燥度 大于4(最高达80),很少有水分供 给植物生长,缺乏生物碳酸和有机酸。据Jok“资料,于早地 带 的溶 蚀强度只有1%左右,是以千操剥蚀作用为主的极弱溶蚀区。青藏高原和一些高山区,因温度低(年均4期张报光:巾国喀斯特洞穴发育的区城分异安3碳玻盐岩区城洛蚀率Rateofsolutionine arbon.tero ekare.一一一西南一一华一一广一点地目.华_中_华北_黔中 云南黔北山东戈项从都安年平均温度(.C)桂 中2 0一2 2罗城桂林湘西洛塔黔西南贞丰四川兴文石林191914.316.617.2清镇罗平14.015.1务川!济南辽宁金县晋北朔县9【141 0。08。5年平均降水量(mm)173 81400一18 001505190011694.31 394168 81 21 516 9012 5865 0700一8004 0 0月匕n口O.,.一 一bO甘,曰溶蚀 率(mm/千年)120一3 0 012 2.887.967.7 6。059.833。一55。2)29。924。110。7On.内O门了一一一一一1.一.一.一一.尸一.rJ J J J J J J据陈治平、何宇彬、张之淦、龚自珍、陈建庚、卢堆如、张寿越、赵建、房金福和地矿部洛塔 岩溶研究组,贵州1 14地质队,四川兴文岩溶风景区综合考察报告资料整理。温2“C),降水量少(20 0m m),气 候干寒,不利于植物生长和微生物活 动。虽大气碳酸含量较多(可 达4 5%),亦有苔薄植物产生有机酸和碳酸(达4 5%),但大气碳酸作用不大,只有少量 的有 机酸 可供进行溶蚀,故溶蚀强度不大,只有6%(据Ja k u c,1977),为一 种在强烈寒冻风化作用 下的微弱溶蚀区。立、我国喀斯特洞穴发育的区域分异特征在上述诸因素的影响下,我 国 喀斯特洞穴 发育的 区域分异主 耍表现 在下面几个方面:(一)喀斯特洞 穴类 型根据 喀斯特洞穴成因、化学沉 积和 洞穴充填程度,分为八种区域 洞穴 类型(表4)。窦4中国主要区城喀斯特洞穴类型MointyPeofregion.lkarstca veinChina数洞穴成因洞穴化学 沉积丰度洞穴 化学沉积(化学沉积占洞穴容积%)一充旗 程度主耍分布区域参型类溶蚀、强沉积充棋 型溶蚀、较强 沉积充填型畏蚀一溶蚀、较强沉积充旗型溶蚀一俊蚀、肠沉积充琪型侵蚀一溶蚀肠沉积充撰型俊蚀、无沉积充澳型溶蚀一绷蚀、无沉积充坂型冻溶、弱或无沉积充城型溶蚀溶蚀侵蚀一溶蚀溶 蚀一侵蚀侵蚀一溶蚀俊蚀溶蚀一剥蚀冻溶极丰(30一50)较丰(10一3 0)较丰(10一3 0)较少(10)较少(1 00040 4010 0万型5 00一1 00 0型1 00一50 0小型1 0 02。一2。一2”一“”万”一2”“一2”一2“万”0 3 0m),2。小型溶洞(洞民肠m),3.钻孔 揭咚的 地 下溶洞,4.地表强烈溶蚀地段(溶沟、溶槽、溶坑),5.上 升和下降的喀斯特泉,6.总排泄水点北京 西 山地 区唐县 期 剥蚀 面以 下地区发育的洞穴,只占已查明的 洞穴总 数的15%左右i)。劝据毕维铭资料。2)赵建:山东淄河中上游地区岩溶地貌,19 8 5年卷一r e.匕一 a46地理研究参考文献1 中国科学院地质研 究所岩溶研究组:中国岩溶研究,科学出版社,1 9 7 9年。2 周廷儒:古地理学,北京师范大学出版社,1982年。3任美铮等:岩溶学概论,商务印书馆,19 83年。4朱学稳等:桂林地区灰岩洞穴的某些特征,科学出版社,1985年。5 中国地 质学会:中国北方岩溶和 岩溶水,地质出版社,1982年。的崔之久:青藏高原的岩溶,中国地理学会197 7年地貌学术讨论 会论文集,1981年。THERE GIONALD IFFERE N CEOFKARSTCAVEDEV E LOPME NTINCHINAZ五a ngYa ogu ang(Instituteof Ge ograPhy,Chines eAe ademyofSeiencesandStatePlan ningCom m issio nofthePeople5RePublicofC五ina)Ab.tr actT hee a rbonater o eksde v eloPedv e rywell.5ine eCenozoieEra,e xte卫sivelydistributeinC hinaandtheka:stiee ave st五eel iangeofthenatur alenvironmenta ndt五egentletoPograPhyinEa stC l iinaha vePr oducedthelatitudin alehangesoft五ehydr other-malconditionandkar sticdeveloPmentwithlatitudinalzonality.Theabr uPtlyisingandfallinglandformandtheoutstandingve rtie alehangeofhydr ot五e rmaleonditionteri3tiesofkarstfollows:玉”OIw“tChinahav esimu1atedthekar stdeveloPmentwiththeeharae-t五户ve rtie alehangesandregionality.Ther”fo re,thedeveloP斑entCaV e SInChina15ehara oterizedb ybothzonalityandr egionalityastie(l)The(2)Thety Pe 3ofkar3tiee avewithobviousr egionality:de veloPingintensity(dimensiongr aduallyweakeningfroms outhanda垃ountanddensity)ofkar sC a Ve s15t0(3)Theabu ndanc 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