文化創(chuàng)意 Service project
3 貴州洞穴的分布特征
在貴州 13萬平方公里碳酸鹽巖石分布面積的廣大區(qū)域內(nèi)，分布著無數(shù)的洞穴。這些洞穴在水平和垂直發(fā)育上與洞穴發(fā)育的自然條件有著密切的聯(lián)系，特別是巖性、地質(zhì)構(gòu)造、氣候、地貌和新構(gòu)造運動條件。這些條件通過對地下水運動決定性影響，從而制約了洞穴的發(fā)育，使貴州洞穴的水平和垂直分布出現(xiàn)某些十分明顯的規(guī)律性。
3.1 巖性和構(gòu)造
②洞穴的發(fā)育在較高程度上依賴于張開的裂密度。雖然一般來說時代愈老，構(gòu)造裂隙的密度愈大，但是老地層中的構(gòu)造裂隙和其他裂隙中由于次生方解石和其他物質(zhì)的充填，使其張開的裂隙密度大大減小。通常在貴州三迭系地層中觀察到張開構(gòu)造裂隙密度的最大值。這就是為什么有些三迭紀的白云質(zhì)灰?guī)r甚至白云巖的洞穴發(fā)育程度并不亞于有些老地層中石灰?guī)r的原因之一。影響洞穴發(fā)育的另一個原因是巖石的原生孔隙率。一般來說地層愈老，其壓密程度愈高，結(jié)合上述裂隙條件，老地層的滲透性是最低的、新地層中雖然有較高的孔隙率，但張開的裂隙率小于三迭紀地層，除了第四紀以來的灰華外，其滲透性低于三選紀地層。第四紀灰華有著最高的孔隙率和滲透性但由于它們分布面積很小，并且?guī)r層很薄，因而其洞穴發(fā)育程度不高。
③在石灰?guī)r作為互層和夾層出現(xiàn)的地層中洞穴發(fā)育程度不高是由于灰?guī)r體薄和外源碎屑物質(zhì)的影響。在溶蝕過程中，外源非可溶性物質(zhì)大量涌入溶蝕的地下空洞，造成了空洞的充填并減緩了洞穴的發(fā)育速度。例如威寧一帶上石炭統(tǒng)的馬平群純石灰?guī)r，其洞穴發(fā)育程度很差。地質(zhì)構(gòu)造直接對洞穴發(fā)育造成的重要影響是導(dǎo)致成洞過程中巖體溶蝕的滲透性差異，但在小區(qū)域范圍內(nèi)，這種影響是決定性的，即在巖體中構(gòu)造裂隙、斷層等是主要的透水空間，這些透水空間的成洞可能性是最大的。
3.2 地貌和新構(gòu)造運動
貴州在地貌上處于我國西部云南高原向東部低山丘陵的過渡地帶，由于新構(gòu)造運動使貴州大面積的掀斜上升，造成了地勢呈西北高，東南、東北低的格局，河流亦由西向北、東、南三面流動。這種新構(gòu)造運動強烈抬升和河流下切，造成了貴州地形的復(fù)雜化。它明顯地表現(xiàn)在地形西高東低、夷平面變形、河流深切，嶂谷峽谷普遍,，河流階地廣布。巖溶水垂直循環(huán)帶加厚,洞穴向深發(fā)育等特征上由于河流的作用在各地不一樣，貴州各地的地貌景觀也不相同。西北有保存較好的高原(1800~2200米)，中部廣大地區(qū)是高度變化較大的丘原(800~1300米)，黔東一帶又屬低山丘陵(300~500米)。由于長江和珠江水系由北、東、南不斷向中部及西部溯源侵蝕，使中部山盆期地面遭受不同程度的破壞，并造成了巖溶地貌的復(fù)雜化。
貴州新構(gòu)造運動表現(xiàn)為大面積的間歇性抬升，這種間歇性明顯地控制巖溶地貌的發(fā)育，從而產(chǎn)生不同類型。洞穴在這些不同類型的地貌中產(chǎn)生的條件也不相同。
從白堊紀到第三紀初，貴州不斷地遭受夷平化作用，高地剝蝕，而在低處和一些斷陷盆地中進行了大量的堆積,形成了貴州近代的第一次夷平化時期-大婁山期。時間為上新世時，從沉積物和古生物上判定這一時期構(gòu)造運動相對平靜，氣候?qū)俑蔁嵝?，處于一種熱帶稀樹氣候。從地形上看，現(xiàn)今殘留的大婁山期剝夷面表現(xiàn)為高于山盆地面的較高山峰(威寧一帶高達 2800 米左右的山峰，黔中的金頂山和云歸山等高度在1600米以上)，該剝夷面上殘留的洞穴很少。第三紀中期，發(fā)生了喜馬拉雅運動，該次運動使貴州抬升，產(chǎn)生了地勢的差異。第三紀晚期到第四紀初，地殼趨于穩(wěn)定，剝蝕作用長期進行，形成了貴州近代第二次準平原化時期--山盆期。時間為更新世初期在這一時期中，古季風(fēng)氣候加強，氣候轉(zhuǎn)為濕熱，巖溶作用強烈，形成了廣泛的紅土風(fēng)化殼。山盆期夷平面在貴州廣泛分布，但除黔中一帶保留較完整外，其他大部分地區(qū)都受到了較大的破壞和改變。在巖溶地貌的組合形態(tài)上，山盆期夷平面主要表現(xiàn)為殘留的峰林谷地、孤峰或殘丘平原等。在這一時期內(nèi)，由于極好的氣候條件和地殼的相對穩(wěn)定，發(fā)育了大量的單層狀的水平溶洞，多層狀的水平溶洞，階梯狀的多層溶洞如貴陽附近的烏當?shù)狞S煙洞，黃花沖洞，蓮花洞，永樂堡的和尚洞，水田壩的響水洞，永樂龍眼泉，甘蔭塘菊花洞，水口寺的仙人洞，東山的無底洞，南郊地下公園洞，貴州大學(xué)體育場下的溶洞等?，F(xiàn)今許多的貴州境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的洞穴都是在這一時期形成的。雖然這一時期地殼趨于穩(wěn)定，但也有小規(guī)模的間歇上升情況。因此山盆期可劃分出兩個亞期。在黔中，可分為扎佐亞期和平橋亞期，標高前者在1200~1400米左右，后者在 1070~1170米左右，在相應(yīng)的夷平面上，洞穴大量發(fā)育。第四紀初以來，貴州發(fā)生了重大的地質(zhì)事件，由于新構(gòu)造的強烈活動，使貴州地面再度隆起，河流迅速下切，許多河谷上形成明顯的裂點，裂點以下并形成顯著而普遍的深切峽谷。這一時期則為新的地文期--峽谷期。又稱烏江期，時間為更新世后期，地面的抬升，排洩基面的下降，使得巖溶向深發(fā)育。巖溶水主要表現(xiàn)為垂直循環(huán)。同時，主要排水基面附近的地貌開始逆向發(fā)育，即從上游到下游或從分水嶺到河谷，由峰林盆地、谷地等向峰叢谷地、峰叢洼地和峰叢峽谷演化。在山盆期地面被破壞的那些地方，巖溶水以垂直運動為主，并在局部排水基面附近出露。因此，烏江期的發(fā)育的洞穴主要是在排水基面附近出露。例如貓?zhí)拥难蚱ざ?、安順的龍宮洞和許多貴陽盆地邊緣的洞穴等，即這些洞穴多分布在河谷兩側(cè)和大型谷地邊緣。在這一時期內(nèi)的地殼抬升是間歇性的，這一時期的洞穴也在排水基面附近出現(xiàn)成層性的特征。并可與當?shù)睾恿麟A地及剝夷面對比。
總的來說，貴州洞穴的分布特征從全省范圍考慮，主要受到巖性與氣候條件的控制，夷平面的分布也有重要影響。從這種結(jié)論出發(fā)，結(jié)合一些巖溶資料，部分洞穴統(tǒng)計，將全省碳酸鹽分布區(qū)劃分了七個不同的片區(qū)。
黔南區(qū)具有最佳的氣候條件，優(yōu)良的巖性條件;黔中區(qū)有較好的氣候及巖性條件并廣泛分布山盆期剝夷面。黔東北雖有很好的氣候條件,但巖性條件較差黔西南區(qū)切割大、氣候稍干，但巖性條件好:西北區(qū)巖性、降水量條件好，但稍冷及地形切割大:黔北區(qū)氣候較好，但巖性較差，黔西區(qū)(寧附近)氣候差，巖性條件較好。
在貴州 13萬平方公里碳酸鹽巖石分布面積的廣大區(qū)域內(nèi)，分布著無數(shù)的洞穴。這些洞穴在水平和垂直發(fā)育上與洞穴發(fā)育的自然條件有著密切的聯(lián)系，特別是巖性、地質(zhì)構(gòu)造、氣候、地貌和新構(gòu)造運動條件。這些條件通過對地下水運動決定性影響，從而制約了洞穴的發(fā)育，使貴州洞穴的水平和垂直分布出現(xiàn)某些十分明顯的規(guī)律性。
3.1 巖性和構(gòu)造
巖性是巖溶洞穴發(fā)育的基本條件，它的分布受到地質(zhì)構(gòu)造條件的制約。在貴州，洞穴出露的巖石主要的碳酸鹽類巖石，除了黔東南大部的前震旦紀輕變質(zhì)巖地層(江南古陸西南緣)和黔北赤水一隅的侏羅、自堊及第三紀碎屑巖地層外其他地區(qū)均廣泛分布。碳酸鹽巖石的地層時代從前震旦紀到第四紀，占整個地層巖石總厚度的 60~80%。巖性分布石灰?guī)r、白云巖和石灰?guī)r與白云巖的過渡巖類以及它們與泥質(zhì)巖和硅質(zhì)巖的過渡巖類(碳酸鹽礦物占50%以上)。
洞穴發(fā)育的地層一般都集中在古生代晚期和中生代早期，而洞不發(fā)育的地層主要是元古代、古生代早期、中生代晚期和新生代的地層，并且質(zhì)純灰?guī)r在作為夾層出現(xiàn)時的地層洞穴發(fā)育程度不高。
①貴州地層中的鎂含量有從老到新呈逐漸減少的情況，并且元古代、古生代早期、中生代晚期和新生代的碎屑巖類、變質(zhì)巖類及難溶物質(zhì)大量增多。Cao與Mgo的相對含量，從下古生代至中生代有三個含量高峰和低峰，第一個高峰是0.灰?guī)r:第二個高峰是P、P及T石灰?guī)r，第三個高峰是T灰?guī)r。這種巖層化學(xué)組成的變化，是由地質(zhì)歷史過程中古地理環(huán)境的變化決定的。上述灰?guī)r的Cao含量達53.05-54.63，Mg0含量僅為0.3-0.53。泥質(zhì)含量僅為0.5-2.55。屬質(zhì)純石灰?guī)r。②洞穴的發(fā)育在較高程度上依賴于張開的裂密度。雖然一般來說時代愈老，構(gòu)造裂隙的密度愈大，但是老地層中的構(gòu)造裂隙和其他裂隙中由于次生方解石和其他物質(zhì)的充填，使其張開的裂隙密度大大減小。通常在貴州三迭系地層中觀察到張開構(gòu)造裂隙密度的最大值。這就是為什么有些三迭紀的白云質(zhì)灰?guī)r甚至白云巖的洞穴發(fā)育程度并不亞于有些老地層中石灰?guī)r的原因之一。影響洞穴發(fā)育的另一個原因是巖石的原生孔隙率。一般來說地層愈老，其壓密程度愈高，結(jié)合上述裂隙條件，老地層的滲透性是最低的、新地層中雖然有較高的孔隙率，但張開的裂隙率小于三迭紀地層，除了第四紀以來的灰華外，其滲透性低于三選紀地層。第四紀灰華有著最高的孔隙率和滲透性但由于它們分布面積很小，并且?guī)r層很薄，因而其洞穴發(fā)育程度不高。
③在石灰?guī)r作為互層和夾層出現(xiàn)的地層中洞穴發(fā)育程度不高是由于灰?guī)r體薄和外源碎屑物質(zhì)的影響。在溶蝕過程中，外源非可溶性物質(zhì)大量涌入溶蝕的地下空洞，造成了空洞的充填并減緩了洞穴的發(fā)育速度。例如威寧一帶上石炭統(tǒng)的馬平群純石灰?guī)r，其洞穴發(fā)育程度很差。地質(zhì)構(gòu)造直接對洞穴發(fā)育造成的重要影響是導(dǎo)致成洞過程中巖體溶蝕的滲透性差異，但在小區(qū)域范圍內(nèi)，這種影響是決定性的，即在巖體中構(gòu)造裂隙、斷層等是主要的透水空間，這些透水空間的成洞可能性是最大的。
3.2 地貌和新構(gòu)造運動
貴州在地貌上處于我國西部云南高原向東部低山丘陵的過渡地帶，由于新構(gòu)造運動使貴州大面積的掀斜上升，造成了地勢呈西北高，東南、東北低的格局，河流亦由西向北、東、南三面流動。這種新構(gòu)造運動強烈抬升和河流下切，造成了貴州地形的復(fù)雜化。它明顯地表現(xiàn)在地形西高東低、夷平面變形、河流深切，嶂谷峽谷普遍,，河流階地廣布。巖溶水垂直循環(huán)帶加厚,洞穴向深發(fā)育等特征上由于河流的作用在各地不一樣，貴州各地的地貌景觀也不相同。西北有保存較好的高原(1800~2200米)，中部廣大地區(qū)是高度變化較大的丘原(800~1300米)，黔東一帶又屬低山丘陵(300~500米)。由于長江和珠江水系由北、東、南不斷向中部及西部溯源侵蝕，使中部山盆期地面遭受不同程度的破壞，并造成了巖溶地貌的復(fù)雜化。
貴州新構(gòu)造運動表現(xiàn)為大面積的間歇性抬升，這種間歇性明顯地控制巖溶地貌的發(fā)育，從而產(chǎn)生不同類型。洞穴在這些不同類型的地貌中產(chǎn)生的條件也不相同。
從白堊紀到第三紀初，貴州不斷地遭受夷平化作用，高地剝蝕，而在低處和一些斷陷盆地中進行了大量的堆積,形成了貴州近代的第一次夷平化時期-大婁山期。時間為上新世時，從沉積物和古生物上判定這一時期構(gòu)造運動相對平靜，氣候?qū)俑蔁嵝?，處于一種熱帶稀樹氣候。從地形上看，現(xiàn)今殘留的大婁山期剝夷面表現(xiàn)為高于山盆地面的較高山峰(威寧一帶高達 2800 米左右的山峰，黔中的金頂山和云歸山等高度在1600米以上)，該剝夷面上殘留的洞穴很少。第三紀中期，發(fā)生了喜馬拉雅運動，該次運動使貴州抬升，產(chǎn)生了地勢的差異。第三紀晚期到第四紀初，地殼趨于穩(wěn)定，剝蝕作用長期進行，形成了貴州近代第二次準平原化時期--山盆期。時間為更新世初期在這一時期中，古季風(fēng)氣候加強，氣候轉(zhuǎn)為濕熱，巖溶作用強烈，形成了廣泛的紅土風(fēng)化殼。山盆期夷平面在貴州廣泛分布，但除黔中一帶保留較完整外，其他大部分地區(qū)都受到了較大的破壞和改變。在巖溶地貌的組合形態(tài)上，山盆期夷平面主要表現(xiàn)為殘留的峰林谷地、孤峰或殘丘平原等。在這一時期內(nèi)，由于極好的氣候條件和地殼的相對穩(wěn)定，發(fā)育了大量的單層狀的水平溶洞，多層狀的水平溶洞，階梯狀的多層溶洞如貴陽附近的烏當?shù)狞S煙洞，黃花沖洞，蓮花洞，永樂堡的和尚洞，水田壩的響水洞，永樂龍眼泉，甘蔭塘菊花洞，水口寺的仙人洞，東山的無底洞，南郊地下公園洞，貴州大學(xué)體育場下的溶洞等?，F(xiàn)今許多的貴州境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的洞穴都是在這一時期形成的。雖然這一時期地殼趨于穩(wěn)定，但也有小規(guī)模的間歇上升情況。因此山盆期可劃分出兩個亞期。在黔中，可分為扎佐亞期和平橋亞期，標高前者在1200~1400米左右，后者在 1070~1170米左右，在相應(yīng)的夷平面上，洞穴大量發(fā)育。第四紀初以來，貴州發(fā)生了重大的地質(zhì)事件，由于新構(gòu)造的強烈活動，使貴州地面再度隆起，河流迅速下切，許多河谷上形成明顯的裂點，裂點以下并形成顯著而普遍的深切峽谷。這一時期則為新的地文期--峽谷期。又稱烏江期，時間為更新世后期，地面的抬升，排洩基面的下降，使得巖溶向深發(fā)育。巖溶水主要表現(xiàn)為垂直循環(huán)。同時，主要排水基面附近的地貌開始逆向發(fā)育，即從上游到下游或從分水嶺到河谷，由峰林盆地、谷地等向峰叢谷地、峰叢洼地和峰叢峽谷演化。在山盆期地面被破壞的那些地方，巖溶水以垂直運動為主，并在局部排水基面附近出露。因此，烏江期的發(fā)育的洞穴主要是在排水基面附近出露。例如貓?zhí)拥难蚱ざ?、安順的龍宮洞和許多貴陽盆地邊緣的洞穴等，即這些洞穴多分布在河谷兩側(cè)和大型谷地邊緣。在這一時期內(nèi)的地殼抬升是間歇性的，這一時期的洞穴也在排水基面附近出現(xiàn)成層性的特征。并可與當?shù)睾恿麟A地及剝夷面對比。
總的來說，貴州洞穴的分布特征從全省范圍考慮，主要受到巖性與氣候條件的控制，夷平面的分布也有重要影響。從這種結(jié)論出發(fā)，結(jié)合一些巖溶資料，部分洞穴統(tǒng)計，將全省碳酸鹽分布區(qū)劃分了七個不同的片區(qū)。
黔南區(qū)具有最佳的氣候條件，優(yōu)良的巖性條件;黔中區(qū)有較好的氣候及巖性條件并廣泛分布山盆期剝夷面。黔東北雖有很好的氣候條件,但巖性條件較差黔西南區(qū)切割大、氣候稍干，但巖性條件好:西北區(qū)巖性、降水量條件好，但稍冷及地形切割大:黔北區(qū)氣候較好，但巖性較差，黔西區(qū)(寧附近)氣候差，巖性條件較好。
在具有幾種不同的巖溶組合地貌單元的區(qū)域內(nèi)，在巖性相差不太大的情況下,洞穴的發(fā)育程度受地貌控制,這已由我們對貴陽地區(qū)的地貌調(diào)查所反映出來在小區(qū)域的范圍內(nèi)，即在一塊巖體內(nèi)或一處地貌單位內(nèi)部，洞穴發(fā)育程度受巖性和構(gòu)造控制。洞穴的垂直分布特征主要是受到新構(gòu)造運動抬升所導(dǎo)致的排水基面變化和地貌改變所控制。
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