喀斯特地貌发育的时空演化控制问题初论

喀斯特地貌发育的时空演化控制问题初论

李红梅卢传亮

武汉大业地质环境保护有限公司湖北武汉430080

摘要：喀斯特地貌的研究取得了巨大进展，特别是喀斯特与物理、化学、生物学、数学等学科相结合，借助于计算机和先进的测试技术.开辟了许多新的研究领域，加速了喀斯特地貌理论与应用的发展。喀斯特地貌发育的各种内外因紊十分复杂，在地质结构等条件相同的情况下，新构造运动及河流排水墓准面，对喀斯特地貌的发育和演化起着重要的控制作用。

关键词：喀斯特；地貌发育；时空演化

喀斯特的形成因素很多首先是地质因素，它是喀斯特发育的基础。而碳酸盐岩是喀斯特赖以发育的物质基础，其岩性、岩相和变质程度的不同，使喀斯特形态发育具有很大的差异性。新构造运动的特点和地貌发育阶段不同，也使喀斯特的特点发生差异，但只是丰富了不同气候带中的喀斯特类型。通过该地区的考察，了解喀斯特地貌发育的主要岩性特征。

一、喀斯特地貌发育的岩性特征

喀斯特地貌由喀斯特作用所成，有物理的也有化学的作用，但以化学溶蚀作用为主。喀斯特作用的空间十分广阔，形成了丰富多彩的地表与地下地貌。而溶蚀作用是否能够进行，主要取决于岩石的可溶性和水的溶解力，但喀斯特作用的深入程度则受岩石的透水性和水的流动性的影响。因此，以下仅讨论岩石的可溶性和透水性。

1、岩石的可溶性岩石的可溶性是喀斯特地貌发育最基本的物质条件，可溶性主要取决于岩石的化学成分与岩石结构。可溶性岩石有三类：碳酸盐类、硫酸盐类和卤盐类岩石。由于后两者岩石分布不广，溶解速度快，地貌不易保存，故地貌意义不大。碳酸盐类岩石溶解度小，在永安喀斯特地貌区以石灰岩为主的碳酸盐类岩石分布较广，岩体较大，具有地貌意义和价值。在碳酸盐岩类中，又因CaCO3，含量不同而溶解度也有较大的差别。一般而言，CaCO3，的含量越高，其溶解度就越大。而在岩石结构方面，结晶岩石的颗粒愈小，相对溶解速度越大。岩石的结构类型对溶解速度有较明显的影响，鲕状结构与隐晶一细品质结构的石灰岩有较大的溶解速度。岩石的原生孔隙度对喀斯特的影响甚大．孔隙度越高，越有利于喀斯特的发育。

2、岩石的透水性只有当岩石具有透水性时，含CO2：的水才能在岩石中流动，进行溶蚀而不易饱和。透水性不良的岩石，溶蚀作用只限于岩石表面，很难深入岩石内部。透水性好的岩石，地表和地下溶蚀都很强，地貌发育也好。鳞隐石林厚度大的石灰岩出露地表，有垂直节理发育，流水顺节理流下侵蚀，容易发生流水溶蚀作用。且构造发育的地段喀斯特作用强，褶皱和断裂作用使岩石的破裂程度加大，从而使岩石透水性大大增强。

二、喀斯特地貌主要特征

喀斯特地貌的发育闲受到地表和地下的喀斯特作用的支配，其地貌形态十分复杂，按其出露与分布的情况可分为地表喀斯特地貌和地下喀斯特地貌。两者虽然各自发展，但义相互影响。

1、地表喀斯特地貌在地表喀斯特作用过程中，可形成一系列独特的地貌，考察过程中见到的主要地貌形态如下：

石芽与溶沟。石芽是相对突出于沟槽之间的尖形岩石。它有裸露的也有埋藏的，裸露于地面的石芽因形态不同可分为山脊式、石林式、车轨式和棋盘式。我们在永安鳞隐石林中所见到的石芽有车轨式石芽和石林式石芽。溶沟是地表流水沿岩石表面和裂隙流动时所溶蚀出来的石质小沟。溶沟的发育受到构造裂隙、层面等影响。在永安考察中也见过这种地貌。溶斗和落水洞。溶斗和落水洞是喀斯特地面上发育最广泛的漏陷地貌。溶斗是现代喀斯特作用下的产物，起着汇集地表水的作用。通过实地考察推测永安下头窠的地貌发展到中期阶段。它形成溶蚀漏斗的原因是因为石灰岩出露在地表，在湿热地区被风化剥蚀，外表形成一层红色含碳酸物质的残积层，其中的碳酸钙会逐渐流失，而后得到补充，形成新的岩层残积的风化壳。落水洞是排泄地表水的近于垂直的或倾斜的洞穴。由于落水洞是地表汇水地点，故流量大，流速快，溶蚀强，冲蚀作用也强，甚至造成洞壁崩塌，洞体扩大。

溶蚀谷地。溶蚀谷地宽阔而平坦，两侧多被峰林夹峙，谷坡急陡但谷底平坦。在永安下头窠附近农田与周围山体所构成的喀斯特地貌就是长条行的溶蚀谷地。其地处老虎洞组与船山组地层，从地质可观察到为断裂带，断裂带易受侵蚀，岩石孔隙裂隙处比较多，后期流水侵蚀，底部堆积了一层沉积物，水土肥美，形成谷地。从地形图上还可以看出农田附近有河流经过，因而判断农田所在地为溶蚀谷地。溶蚀谷地朝一向发育的规模大，从地貌组合看谷地两侧谷坡较陡，两侧地物为峰丛，且处于发育中期。

峰丛。峰丛是一种由碳酸盐岩石发育而成的连座峰林。该地峰丛看不到基部，其原因是断裂走向带出现断层线，断裂带活动活跃，两侧岩石以石灰岩为主，为可溶性岩石，容易遭受侵蚀。

三、喀斯特地貌演化模式

1、喀斯特地貌时间演化模式

对于一个区域的喀斯特地貌系统要完成一次地貌循环各阶段演化需要具备以下条件：（1）前一期循环要达到准平原阶段，确保新一期循环各阶段不会缺失，（2）构造运动使系统抬升至一定高度，能量的转化使系统远离平衡态；（3）在相当长的时间里构造运动相对稳定，保证地下通道的发育成熟和系统通过自组织机制完成各阶段喀斯特地貌的发育；（4）在系统能量和物质输入和输出不同的情况下，喀斯特地貌的发育表现出不同的特征。系统演化以峰林洼地为界，峰丛洼地代表了系统从无序向有序的转化，而峰林洼地_峰林盆地_峰林溶原则代表系统从有序向无序的转化，反映了潜流基面对喀斯特地貌演化的作用。实际上，具备这样条件的情况很少，特别是第四纪以来新构造运动就使乌江宽谷期的循环发育受到影响，而第四纪冰期气候也对喀斯特地貌的发育造成了一定的影响。因此，现在所观察到的喀斯特地貌往往是多期不完整发育的喀斯特地貌循环叠加的产物。

2、喀斯特地貌空间演化模式。该河西岸，由于河没有切穿侵蚀基准面，板寨地下河流域的喀斯特地貌，从上游向下游保持宽谷期形成的正向演化序列：峰丛洼地_峰丛谷地_峰林谷地。对于一期喀斯特地貌循环，下游地区喀斯特地貌的发育时间上比中游和上游早，因此，从喀斯特地貌时间演化的角度，其地貌类型更“老”，喀斯特发育更成熟。西岸受新构造运动的影响，黄后地下河流域的喀斯特地貌，从上游向下游逆向回春演化序列：峰林盆地_峰林谷地一峰丛谷地_峰丛洼地一峰丛峡谷。宽谷期形成的喀斯特地貌以峰林盆地和峰林谷地形态在上游和中游地区得以保存，而下游宽谷期形成的地貌则被峡谷期强烈改造，从喀斯特地貌时间演化的角度，下游地区喀斯特地貌类型反而显得更“年轻”。因此，对于喀斯特地貌系统，当其满足前述完成一次地貌循环演化各阶段的条件时，喀斯特地貌循环不仅其时间演化会出现：溶台漏斗_峰丛漏斗_峰丛洼地_峰林洼地一峰林盆地一峰林溶原的正向演化序列，而且空间其从上游向下游也会按：溶台漏斗_峰丛漏斗_峰丛洼地_峰林洼地一峰林盆地_峰林溶原的正向演化序列分布。但是，由于构造运动、气候变化等条件很难在较长时间保持稳定，完成一次地貌循环演化各阶段往往是不可能的，这种演化只是理想状态下的理论模式，

喀斯特地貌发育的“时空演化”问题，是综合前人对于喀斯特地貌研究成果的基础上提出的，能较全面地揭示喀斯特发育和演化规律，较好的解释自然界各种纷繁的喀斯特地貌现象。

参考文献：

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