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岩溶地貌类地质遗迹及地质公园建设

时间:2022-11-11 百科知识 版权反馈
【摘要】:岩溶地貌是可溶岩经水流溶蚀、侵蚀以及岩体重力崩塌、坍塌等作用过程,形成于地表和地下的各种侵蚀及堆积物体形态。岩溶地貌分布在碳酸盐类岩石、硫酸盐类岩石和卤盐类岩石等可溶性岩石分布地区。中国是世界上岩溶地貌分布最广的国家之一,几乎遍及各省、自治区、直辖市,主要分布在西部地区的碳酸盐岩出露地区。此外,还有以天坑、峡谷等为主体景观的地质公园以及一些综合性地质公园。

岩溶地貌即喀斯特地貌,喀斯特是亚得里亚海伊斯特拉半岛碳酸盐岩高原的地名,当地称为“Krast”,意为“岩石裸露的地方”,在那发育着奇特的石灰岩地貌景观。19世纪末,地理学家斯威茨将这种奇形怪状的裸露石灰岩地貌命名为“喀斯特”,之后世界各地的同类地貌均称为喀斯特地貌。

岩溶地貌是可溶岩经水流溶蚀、侵蚀以及岩体重力崩塌、坍塌等作用过程,形成于地表和地下的各种侵蚀及堆积物体形态。岩溶地貌分布在碳酸盐类岩石、硫酸盐类岩石和卤盐类岩石等可溶性岩石分布地区。从热带到寒带、由大陆到海岛都有岩溶地貌的发育。

由于可溶岩在水中的溶度和水中的二氧化碳含量有关,而水中的二氧化碳含量又受温度、气压以及土壤中有机质的氧化和分解等因素控制,此外,可溶性岩在水中的溶解度还受岩石的成分、结构和构造的影响。因此,在整个岩溶作用的过程中会受到很多因素的影响。成因不同,形成的喀斯特类型特征也各异。岩溶地貌以岩石突露、奇峰林立为特征,各种地表、地下岩溶形态的存在,是区分岩溶环境与非岩溶环境的基本依据。岩溶地貌的分类方案有很多种,本书综合诸方案,对中国岩溶地貌进行以下分类(表4-9)。

表4-9 中国岩溶地貌分类方案

岩溶地貌也和其他成因的地貌一样,有其发生、发展和消亡的过程,即从幼(青)年期、壮年期、壮年晚期发展到老年期,从而完成一个岩溶旋回。

(1)幼年期。在原始的可溶性岩体面上,岩溶开始发育,地面上以石芽、溶沟和漏斗(图4-35A)发育为特征;该时期以垂直岩溶作用为主,地表水系变化不大。

(2)壮年期。垂直岩溶作用进一步加强,水平岩溶作用也迅速发展。漏斗、落水洞、溶蚀洼地、干谷、盲谷广泛发育(图4-35B)。地下溶洞廊道彼此贯通。这时,大部分的地表水都通过落水洞而流入地下。

(3)壮年晚期。地下岩溶洞穴进一步发展、扩大,洞穴顶板不断塌陷,许多地下河又转为地上河,大量的溶蚀洼地和溶蚀谷地出现(图4-35C)。

(4)老年期。地表水系又广泛发育,岩溶平原与孤峰、残丘组成地貌景观(图4-35D)。

图4-35 岩溶发育阶段示意图(据锐茨,1962)

一、我国岩溶地貌的分布

中国是世界上岩溶地貌分布最广的国家之一,几乎遍及各省、自治区、直辖市,主要分布在西部地区的碳酸盐岩出露地区。据统计,中国碳酸盐岩分布面积约136.6×104km2,出露地表约125×104km2(表4-10)。其中以广西、贵州和云南东部的岩溶地貌面积最大,是世界上最大的岩溶区之一;西藏和北方一些地区也有分布。广西境内主要是热带和亚热带岩溶,贵州、云南、西藏多为高原岩溶,高山岩溶多分布在四川、云南和西藏等高海拔地区。

中国岩溶分布地区包括:南方区(西南、华东地区)、华北地区、东北地区(岩溶作用类似于华北)、新蒙地区、青藏地区以及台、琼和南海诸岛。

南方碳酸盐岩连片总面积176.83×104km2,含云南、贵州、四川、重庆等峡谷、洞穴、天坑、石林,以及广东、广西的峰丛、峰林、洼地等典型岩溶地貌。江苏、浙江、江西、上海、福建和广东等地,碳酸盐岩分布零散。新安江上游、太湖周边低山丘陵、江西的石钟山、杭州西湖一带有众多溶洞,另有福建永安十八洞和将乐玉华洞,安徽乌霞洞和太平“神仙宫”,广东肇庆双源洞等。

华北地区包括太行山、山西高原、吕梁山、鲁中南和燕山辽西、辽南,都是碳酸盐岩分布和岩溶地区。晋中及淮海平原下1000~2000m深处,有大片古潜山,发育岩溶大泉,如济南趵突泉、太原晋祠泉和娘子关泉等,是本区典型的岩溶现象。较大的洞穴有北京的云水洞、石花洞,山西忻州洞,山东青龙洞、鹏山洞,河南雪花洞等;奇特山峰如北京西山、香山和太行山等地。

表4-10 中国碳酸盐岩面积一览表(据《中国自然地理图集》,2010)(单位:km2

东北地区中小兴安岭小西林一带,有早期溶蚀山峰及洞穴(仙人洞)发育。辽东半岛金州—大连是最典型的海蚀岩溶地带,形成岩柱和洞穴通道、海底泉、早期发育的石门子洞。

新疆至内蒙古一带的阿尔泰山、天山、昆仑山、祁连山和阴山分布有碳酸盐岩岩层,但溶蚀力不强。在天山和阿尔金山自然保护区内,高程5000m左右有岩溶奇峰,与溶蚀及后期冰雪作用有关。高山冰川地区因热溶作用则形成洞穴。

青藏高原地区既有碳酸盐岩,又有硫酸盐岩及卤化物岩分布,喜马拉雅山、唐古拉山、巴彦喀拉山等海拔高度4000~5000m独特山峰是在早期温热条件下发育的溶峰,经受后期冰川冻融改造形成。在昆仑山3500m高程处,有纳赤台岩溶泉。冰雪侵蚀作用和水溶蚀作用形成山峰,由于干旱形成许多盐湖、咸水湖,石膏、岩盐等类洞穴发育。

我国台湾岛、海南岛及南海诸岛和海域内也有碳酸盐岩分布。台湾岛中央山脉大理岩,太鲁阁一带尚有热液作用的洞穴及热矿水;垦丁一带发育有珊瑚礁灰岩洞穴等。海南岛的碳酸盐岩岩溶有尖棱的溶蚀痕迹,是热带岩溶的一种奇特现象。南海珊瑚岛小洞穴发育。第三纪以前碳酸盐岩沉降于海底数千米处,这些碳酸盐岩也有古老的岩溶景观与洞穴通道系统。

据统计,全国范围内审批的241个国家地质公园中,有51个地质公园以岩溶地貌景观闻名或与其相关,主要集中在四川盆地、云贵高原和两广地区(图4-36)。

其中,云南石林国家地质公园、四川兴文石海国家地质公园、湖南古丈红石林国家地质公园和贵州思南乌江喀斯特国家地质公园等都以石林为主体景观,姿态万千,各有特色;北京石花洞国家地质公园、山东枣庄熊耳山国家地质公园、贵州织金洞国家地质公园、湖北恩施腾龙洞大峡谷国家地质公园、安徽太极洞国家地质公园等以溶洞景观为主体景观,大小不一,形态各异;河北涞源白石山国家地质公园、贵州兴义国家地质公园等以峰林为主体景观,连绵起伏,优美壮观……此外,还有以天坑、峡谷等为主体景观的地质公园以及一些综合性地质公园。

(一)以石林闻名的国家地质公园对比

图4-36 中国主要岩溶地貌集中区以及岩溶地貌类国家地质公园分布图

石林喀斯特地貌在国内外都有分布。从纬度来看,在中国,石林喀斯特地貌主要分布在北纬25°—26°以南(部分达到北纬28°,甚至北纬31°)的热带、亚热带地区,如云南石林、罗平、弥勒、个旧,贵州兴义、修文、贞丰,四川兴文,湖南龙山,浙江淳安,福建永安,海南三亚等地呈现出大小不同、类型多样、分布不均、形态各异、各具特色的石林地貌景观,反映出典型的热带、亚热带剑状喀斯特特征。以石林为主体景观的国家地质公园主要有以下几种(表4-11)。

1.石林的形态对比

不同地区的石林在形态、石柱表面特征等方面有明显的差异。例如贵州思南乌江喀斯特国家地质公园的石林单体主要呈现出锥状、塔状、城堡状、针状、剑状及柱状,表面有各种溶痕、溶沟、溶鲕、溶窝,地形组合为石林洼地、石林坡地和石林盆地。而云南石林国家地质公园的石林单体出现了蕈状和枯柱林,表面发育有水平边槽、尖棱和浑圆形溶痕。其他地区的石林单体形态没有思南丰富,组合类型也较为单一,表面特征也不同(表4-12)。

表4-11 以石林闻名的国家地质公园

表4-12 石林形态对比

2.石林的规模对比

中国国家地质公园中以石林岩溶景观为主体的地质公园有很多,且石林景观有着相似的地质背景,都拥有厚层块状灰岩,发育的历史也比较长,如贵州思南乌江喀斯特国家地质公园。重庆万盛石林甚至还发育在奥陶系地层上,比思南石林发育地层古老得多,也受到新生代喜马拉雅运动抬升的影响,但二者石林地貌的规模明显不同。云南石林位于和缓起伏的高原面上,而中国其他几处石林都位于山区,不利于石林的发育与保存,所以云南路南石林发育面积最大。以石林岩溶地貌为主的国家地质公园内石林地貌的规模对比见表4-13。

表4-13 石林地貌规模对比

3.石林的地层岩性对比

云南石林地区发育石林的地层主要是下二叠统栖霞组和茅口组。栖霞组下段为中厚层状生物碎屑灰岩和白云岩,厚50~84m;上段为生物碎屑黑虎斑厚层灰岩,间夹白云岩,厚35~44m。茅口组下段为厚层生物碎屑灰岩,间夹白云质灰岩,顶部为科化石灰岩,厚60~97m;上段为中厚层生物碎屑灰岩、泥晶灰岩,厚度220m左右。栖霞组下段发育有不规则状枯柱林和蕈状石林。

贵州思南石林的岩石主要是二叠纪灰岩(表4-14)。二叠纪时期思南石林的沉积环境属于台盆相间的沉积格局。主要出露地层为梁山组、栖霞组、茅口组和吴家坪组,以深色泥晶灰岩为主,厚层块状层理,含有孔虫类生物,其结晶颗粒小、成分纯,层厚且隔水层较少,可溶性强,易发育大规模喀斯特地貌。思南长坝茅口组岩性为浅灰色厚层—块状生物屑灰岩,CaO含量为53.77%~53.91%,MgO含量为1.04%~51.70%,CaO/MgO比值为40.84~51.70。在中二叠统茅口组灰岩的不整合面上,古风化壳及原地角砾岩等极为常见。

贵州兴义泥凼石林及万峰湖石林形成于中三叠统垄头组及坡段组石灰岩中(表4-14),岩性为浅灰色厚层—块状、亮—泥晶藻砾砂屑灰岩,夹钙质微生物层纹灰岩及角砾灰岩。岩石化学成分:CaO含量为53.88%~54.10%,MgO含量为0.33%~0.44%,CaO/MgO比值为122.7~163.36。其形态以剑状和垛状为主。在中三叠统垄头组及坡段组石灰岩区剑状和垛状石林表面,因CaO/MgO比值甚大(>100),可溶性十分强烈,所以竖向溶痕强烈发育。

川渝地区喀斯特石林地貌发育的地层有二叠系阳新组(表4-14),厚度大(150~600m以上),且多为质纯的厚层块状灰岩,是构成喀斯特石林地貌的主要地层;寒武系至志留系中的石林地貌分布较零星,主要见于川南—渝东南区和川北—渝东北区,但由于其地层结构和岩石性质较为特殊,因此其石林地貌也呈现出独特的景观。由侏罗系莲花口组、白垩系剑门关组的灰岩质砾岩形成的喀斯特石林地貌,是仅见于四川盆地西缘的一种特殊石林类型。

海南英岛石林的基岩地层为志留系空烈村组的厚层状大理岩,产状为倾向西,倾角变化一般在25°~50°之间。总厚度约300m,呈岛状出露或隐伏在低洼地带的松散堆积层下。海南仙安石林的地层为志留系海相沉积的碳酸盐岩类(距今4亿年),主要是上志留统足赛岭组的灰色生物碎屑结晶石灰岩,其次是白云岩和大理岩。岩层倾角一般为75°~80°,北部岩层倾角最大81°~84°。

广西石林具体分布层位有质纯厚层(单层厚50~l00cm)至块状(单层厚大于1m),产状平缓(岩层倾斜小于10°),垂直节理发育的石炭系尧云岭英塘组的石灰岩;泥盆系融县组厚层灰岩以及石炭纪中晚期厚层白云岩、石灰岩夹薄—中层状的泥质灰岩。

福建永安石林的地层主要为上石炭统船山组上段及下二叠统栖霞组下段灰岩,岩层倾角17°~20°,其上覆侏罗系。

表4-14 典型石林地层岩性对比

(二)以溶洞为典型岩溶地貌的地质公园对比

中国目前实测长度大于5km的岩溶洞穴79个,深度大于250m的有62个,洞底投影面积大于20 000m2的有24个(张远海,2012)。

在漫长的地质时代中由于不同的自然环境,在碳酸盐岩的岩层中形成了不同类型、不同成因、不同形态、不同用途的洞穴。人类最早定居在洞穴,在中国许多洞穴中发现有大量的不同时期的古人类化石和文化遗存。岩溶洞穴景观是现代最有价值的旅游和美学自然景点。许多学科的专家都非常重视对洞穴的研究、开发和利用,他们不仅在洞穴中找到古人类化石及其文化遗存,还发现大量生物化石及新的生物种族。各种洞穴和堆积物及其美学、旅游价值是研究人类进化和生物环境、全球变化的重要介质。

目前为止,全世界范围内有1000多个对外开放的游览洞穴,在北半球东部,每年有1500万人次游览岩溶洞穴。估计我国的岩溶洞穴达10万个之多,其中已有探测数据的为400余个,正式开放的旅游洞穴达300多个,估计每年中外游客有2000~3000万人次。在经审批的241个国家地质公园中大部分都含有岩溶洞穴景观,其中以下十几处最为突出(表4-15)。

表4-15 以溶洞闻名的国家地质公园

续表4-15

1.溶洞的形成对比

溶洞的发育一般与较发达的流动水系、构造裂隙、新构造运动有关。比如北京石花洞的形成受大石河、拒马河的发育对奥陶系石灰岩产生强烈溶蚀作用的影响;构造裂缝的发育增加了马家沟组灰岩的渗透性,使得水在岩石中流动并溶蚀裂缝周围岩石,并将易溶物质不断带出,在长期的地质作用下,裂缝不断扩大形成溶洞;而在第三纪末,新构造运动使得地壳抬升,侵蚀基准面下降,从而形成定向的新洞穴,并出现地下河袭夺地表河的现象,此后的地壳多幕间歇性抬升,形成了具有多层结构的溶洞。

从岩性来看(表4-16),发育于碳酸盐岩中的洞穴系统最多,规模也最大;硫酸盐岩石膏和盐岩中有洞穴,由于强度不大,岩层不厚,在湿热条件下,石膏洞穴不易保存;卤化物岩的盐岩也有洞穴发育,由于盐岩更易被雨水及地下淡水所溶蚀,多不易保存。

表4-16 岩溶洞穴的岩性对比

2.溶洞规模的对比

碳酸盐岩岩溶洞穴的发生与发展要经历复杂而漫长的过程。已发育的洞穴受后期地壳构造运动及多种自然因素的影响,又不断地演变、消失和新生。

洞穴发育的规模(表4-17)及其特征与所处的地质-生态环境具有密切的关系。例如我国云贵高原的斜坡地带和湘西、鄂西山地斜坡地带所发育的洞穴,由于地下水比降大,所发育的洞穴系统坡度大,洞穴规模一般也大;干旱、半干旱地带的山岭、山脊也有地下水活动,但水量不大,发育的洞穴规模也不大;青藏高原地带为高寒、干旱地带,发育的洞穴受流水量控制,也受风化剥蚀以及冻融的影响,所以发育的洞穴规模一般较小,也没有很多的沉积物。

表4-17 溶洞规模的对比

(三)以峰林、峰丛为典型岩溶地貌的地质公园对比

岩溶峰林地貌主要分布在中国南方的亚热带湿润季风气候地区,大致在秦岭—淮河一线以南的长江、珠江流域,此区域年均温15℃以上,年降雨量1000mm以上,同时也是我国雨热同季的亚热带常绿林自然带最大面积分布区,是造成高强度溶蚀-沉积过程的生物二氧化碳份额最高、产生生物气候喀斯特效应最显著的地区。

在构造上,峰林地貌主要集中分布于我国扬子准地台和华南褶皱带的华南地块上。地块内古生代和中生代早期的浅海相碳酸盐岩沉积盖层特别发育,厚度大、出露广,是在多次构造抬升中造成岩溶峰林广泛分布、良好发育的地质基础。

岩溶峰林、峰丛形态的变化受气候分带的影响,由南向北,随着纬度的升高,由典型锥峰式的复合峰丛洼地逐渐转变为峰林地貌类型。锥丘的坡度大致由陡立的52°~58°渐变为金字塔式斜坡的42°~46°,其形态成因指数由1.5~2.0变为大于3.0,其转变的临界线大约西起云南、贵州中部,湖南的南部,东达江西的南部,约北纬26°—27°,与我国喀斯特峰林的分布北界相一致,反映了喀斯特峰林、峰丛的气候分带型规律一致。

在地质公园中,位于红水河中游大化县境内的广西大化七百弄国家地质公园,是世界上高峰丛最密集和洼地最多、最密、最深的岩溶高峰丛地区,公园面积323.4km2,公园内海拔800m以上的山峰有9000多座,平均18.51座/km2;900m以上石峰约90座,平均0.185座/km2;石峰造型奇特,底部基座大部分呈垄岗状,相互连接,峰顶海拔高程一致,故形成900~1000m高的岩溶剥夷面,分布面积大,浩瀚无边,十分壮观,是世界上发育最典型的峰丛地貌(图4-37);有深浅不同的洼地2566个,平均5.28个/km2,其中深300~399m的有84个,深400~499m的有25个,深度大于500m的有5个,是世界上洼地最多、最密的岩溶峰丛区(图4-37)。

(四)以天坑为典型岩溶地貌的地质公园对比

图4-37 广西大化七百弄国家地质公园内的高峰丛(左)、深洼地(右)景观(黄丽芬摄)

目前,世界上已发现的几个最大的塌陷天坑主要出现在低纬度地区,如大洋洲巴布亚新几内亚的新不列颠岛;唯独多在南纬、北纬20°以内。在世界其他地区所发现的规模较小一些的塌陷天坑,以地中海沿岸为多,但形态往往不是很典型,原因是受到许多次生作用的影响,使其四壁较缓,深度也较小,许多塌陷天坑现今受冰雪寒冻作用影响甚大,底部堆积物较厚。

我国已发现的天坑主要分布在具有深切特征的长江南岸(右岸)和红水河南岸(右岸),地理位置为北纬24°~31°,形态非常完美。如重庆奉节、云阳、武隆、四川兴文、广西乐业、广西巴马等地,总数在50个左右(图4-38)。此外,在云南蒙自、北京黑龙潭、云南沾益、湖北宜昌、湖南攸县等地也发现有中、小级别的天坑。

图4-38 中国南方天坑分布图(据朱学稳等,2006)
1.奉节小寨天坑;2.乐业大石围天坑群;3.重庆武隆天坑群;4.广西巴马天坑;5.重庆云阳龙缸天坑;6.四川兴文大严湾及小严湾天坑

在已经审批获得国家地质公园称号的241个地质公园中,有以下几个是以天坑闻名的(表4-18)。

1.小寨天坑

小寨天坑位于重庆市奉节县的南部荆竹乡小寨村,距奉节县城约70km,地理坐标为北纬30°45′00′′,东经109°28′10′′。地处长江一级支流大溪河(小寨天坑附近河段称九盘河)的右岸,长江三峡深切割区的边缘,为典型的深切割峰丛谷地地貌区。

小寨天坑四周均为高峻的近于直立的石灰岩陡壁所圈闭,天坑中最大的和最小的深度分别为662m和511m。天坑在垂向上为双层嵌套结构,上部坑口形状为椭圆形,直径为537~626m,面积27.4×104 m2,深320m;下部坑口略呈矩形,深342m,直径南北方向为357m,东西方向为268m。天坑容积为119.35×106 m3。无论是比较深度还是容积,小寨天坑都是目前世界上已发现的规模最大的岩溶天坑。

表4-18 以天坑闻名的国家地质公园

2.大石围天坑

广西乐业大石围天坑群发现于20世纪与21世纪之交,在峰丛洼地区同乐镇一带110km2范围内发现有20多个大、中型天坑,其中以大石围天坑(图4-39)规模最大、最具代表性,它发育于世界上天坑分布密度最大的喀斯特地区,也是世界上特大型和大型天坑数量最多的喀斯特地区。大石围口部边缘形如鸭梨,由3座山峰和3个垭口构成其边缘点。

天坑口部直径东西长600m,南北宽420m,顶部面积近16.6×104 m2。四壁陡立,呈围筒状。最大深度613m,最小深度378m,总容积67.15×106 m3。天坑的陡壁和底部有大量洞穴发育,坑底地下河宽6~10m,深0.5~2.0m,枯水期流量1.65m3/s,地下河非常复杂,自大石围往下游,人能探测到的长度约6km。

图4-39 大石围天坑鸟瞰图

图4-40 小岩湾天坑(丁镭摄)

3.小岩湾天坑

小岩湾天坑(图4-40)位于四川省兴文县石海洞乡(兴文石林)风景区内,地理坐标为北纬28°10′,东经105°05′。它是我国最早发现和开发的天坑。由于小严湾及其下部的天泉洞规模巨大、形态优美、宏伟壮观,很快就被开发为旅游景区,号称“石海洞乡”。小岩湾天坑口部近圆形,周壁陡峭,东西长625m,南北宽475m,口部面积20×104 m2。上部边缘最高点海拔870m,陡崖高度在60~130m之间,陡崖之下为宽敞的碟状坑底,最低处海拔621.7m。故天坑的最大深度为248.3m,最小深度为178m,总容积为40×106 m3

4.龙缸天坑

龙缸天坑位于重庆云阳县长江右岸龙角区清水乡东北3km的长江支流长滩河(在龙缸天坑地段称石笋河)左岸,北距云阳县城约70km,地理坐标为北纬30°41′,东经109°01′。东侧为深切割的石笋河,咫尺之间落差近1000m。

龙缸天坑口部为椭圆形,长轴与背斜轴方向一致(北东-南西向),长350m,短轴长为170m,口部面积5.3×104 m2。天坑在长轴方向上的百米陡崖之下,是向中部收缩的大斜坡,在其下则是周壁峭绝的圆筒状深坑,直径在150m以上,坑底甚是平坦,乔木成林。目前已调查深度为350m,总容积为9.2×106 m3。目前尚无人抵达坑底进行实际测量与调查,根据外围地质调查,初步估算龙缸天坑的深度在550m左右,总容积可能达到14×106 m3

5.号龙天坑和交乐天坑

号龙天坑位于广西巴马弄中村的北东侧,东西长约800m,南北宽约600m,口部面积32× 104 m2。天坑的最大深度为509.3m,最小深度为185.4m,总容积为110×106 m3

交乐天坑位于巴马交乐村的南西侧,南北长750m,东西宽400m,口部面积22×104 m2。天坑的最大深度为325m,最小深度为283.2m,总容积为67×106 m3

为了便于对比,将重庆奉节、武隆、云阳,四川兴文,广西巴马、乐业等地已经发现的主要天坑名称、位置、大小、成因类型及其特征列成表格(表4-19),一目了然。

表4-19 我国已发现的主要天坑

续表4-19

二、我国西北地区及甘肃省岩溶地貌的分布

我国西北地区以岩溶地貌景观为主体的国家地质公园较少,冶木峡东峡景区岩溶泉构成的喜泉飞瀑,是黄土高原上的绝景,科普价值显著。冶海景区岩溶作用形成的溶蚀洼地,在西北高原地区极为罕见,是极佳的科普景观。莲花山景区,因寒冻风化、流水冲刷与溶蚀作用共同形成的碳酸盐岩孤峰、峰丛、溶沟、溶洞,对于研究高海拔地区岩溶作用提供了绝佳的场所。

甘肃省岩溶、洞穴旅游资源大部分集中分布在陇南、甘南地区。地层区划上属西秦岭区,泥盆系至白垩系的碳酸盐岩分布较广,经受多次构造运动的影响,形成高山、峡谷和台地,如武都万象洞是至今在中国西北地区发现的一个规模最大、景致最佳的地下溶洞。洞中有洞,高低错落,钟乳石遍布,琳琅多姿,具有较高的旅游观赏价值。甘肃省以岩溶地貌为主的地质公园有碌曲县则岔石林省级地质公园、迭部扎尕那省级地质公园、景泰黄河石林地质公园、贵清山-遮阳山地质公园、兰州市连城吐鲁沟省级地质公园、武都万象洞省级地质公园等。

(一)则岔石林地质公园

则岔石林位于海拔3250m的甘南州碌曲县洮河南部,景区全长22km,面积达200km2,最高峰海拔4300m,最低处海拔2900m。它是一处由地壳变化上升造成的硅灰岩石景观,经过长年累月的风雨剥蚀和流水的侵蚀,形成各异的大面积硅灰岩石林,巍然屹立,远远望去,如一片岩石森林,主要景点有“青天一线”“灵猿望月”“唐僧师徒”“骆驼峰”“猴子窥月”“玉女老妪”“将军峰”“和尚石”等星罗棋布的奇峰怪石(图4-41)。在则岔石林的峰顶及岩洞中,有大量古海洋生物化石。

图4-41 石林(左)、一线天(右)(丁镭摄)

(二)迭部扎尕那石林

扎尕那藏语意“石箱子”,又称“石城”,位于迭部县西北方向的益哇乡境内,平均海拔3500m,北与卓尼县接壤,西南与四川若尔盖县相邻,南距迭部县城22km,江(果河)迭(部)公路横穿全区。扎尕那景区是近年新兴的以地质探险旅游为主的景区,以构造峰林地貌、冰川地貌、岩溶地貌为主要特色(图4-42),尤其是古冰川遗迹保留完整,具有重要的研究和科考价值,其地质地貌和冰川遗迹景观国内少有。

(三)贵清山-遮阳山地质公园

漳县贵清山-遮阳山地质公园位于南、北方大陆结合部,秦祁昆构造域西秦岭构造带的北部,主构造线大致呈西北-东南走向,是夹持于祁连加里东造山带与东昆仑海西期造山带之间的地块,在多期南北挤压强烈的成山作用和溶蚀等外营力作用下形成了独特的地质地貌景观,是集地学资源的典型性、独特性、科学性、科普性、观赏性于一身的大型岩溶地貌地质公园。

遮阳山大王洞是目前我国西北地区发现的最大溶洞。遮阳山一带的龙潭、四面崖峡谷被誉为中国北方的“天坑地缝”。该区岩溶地貌类型多样,其中以岩溶峡谷、岩溶石峰、溶洞及洞穴堆积最具典型性,是我国西北岩溶地貌分布最集中的代表性区域。

图4-42 扎尕那石林(刘超摄)

1.园内岩溶地貌景观特征及分布

“天沟地缝”:主要发育于贵清山景区的贵清峡和遮阳山景区的东溪、西溪,因“从地下看,天像一条沟,从高空看,地像一条缝”而命名,公园内断裂、褶皱发育,新构造运动强烈。新构造运动的强烈抬升,流水的强烈下切形成了该区令人震撼的景观,且三条“天沟地缝”形态各异(图4-43)。

图4-43 笔直开阔(左)、笔直狭窄(中)、葫芦型(右)(刘超摄)

岩溶夷平面:主要分布于贵清山山顶,海拔2600m;遮阳山山顶的花崖梁、牛鞍坪等,海拔2800~2900m。岩溶夷平面是与长时间稳定的海侵环境相对应的大尺度岩溶地貌景观(图4-44、图4-45)。

溶穴:广泛发育于公园,最具代表性的是“姜维上马石”(图4-46)。该石迎水面倾向西南,坡度45°左右,其上有数量较多的溶穴,底平口圆(图4-47),直径10~16cm,深8~15cm。

溶蚀漏斗:发育于贵清山和遮阳山山顶岩溶夷平面上。在公园内主要表现为碟状的封闭洼地。直径一般为数米到数十米,深数米到十几米,成因主要是由于地表水沿节理、裂隙溶蚀而形成。在公园内很多的岩溶漏斗内伴有落水洞(图4-48)。

图4-44 贵清山夷平面(程璜鑫摄)

图4-45 遮阳山官道梁夷平面(程璜鑫摄)

图4-46 “姜维上马石”全景

图4-47 溶穴近景(刘超摄)

溶蚀洼地:广泛发育于贵清山和遮阳山山顶岩溶夷平面上。在公园范围内,形态上主要表现为近圆形或椭圆形,其内部伴有岩溶漏斗的发育,并覆盖有溶蚀残余物,可以耕种,并且有村落在其内(图4-49)。

图4-48 溶蚀漏斗和落水洞

图4-49 溶蚀洼地(刘超摄)

岩溶泉:广泛发育于公园,如遮阳山西溪的萝卜泉(图4-50)、南谷瀑布旁的泉水。萝卜泉受季节水位变动带影响所形成;而公园内发育高于河谷的岩溶泉多数是由于垂直流动带,地下水垂直向下运动,沿节理、裂隙和破碎带流出所形成(图4-51)。

落水洞:发育于遮阳山岩溶夷平面和贵清山岩溶夷平面上。在公园范围内表现为近于垂直或倾斜的洞穴,洞口一般较小,为数十厘米到3m左右,在区内主要表现为洞口周边具有较好的植被覆盖,是消泻地表水的通道,为流水沿垂直裂隙进行溶蚀、侵蚀作用并伴有塌陷而形成(图4-52)。

图4-50 萝卜泉

图4-51 岩溶泉(曾克峰摄)

竖井:发育于贵清山和遮阳山山顶岩溶夷平面上(图4-53)。

溶洞:广泛发育于公园。公园内有5个主要溶洞,以水平洞穴为主,以夷门山大望洞(图4-54)最为典型。

岩溶石峰:贵清山有神笔峰等近300座山峰,遮阳山有玉笋峰等近200座山峰(图4-55、图4-56)。

图4-52 落水洞

图4-53 牛鞍坪边缘八音井冰洞(曾克峰摄)

图4-54 大望洞洞口(曾克峰摄)

图4-55 神笔峰

图4-56 玉笋峰(曾克峰摄)

石钟乳(图4-57)、石笋、石柱(图4-58)、石幔、石盾、石床、石花、暗河(图4-59)主要发育于公园5个主要溶洞中。

图4-57 石钟乳

图4-58 石柱

图4-59 暗河(刘超摄)

2.成景机制

公园所在区域主要由经历了加里东造山运动、印支造山运动和喜马拉雅运动等构造运动,区内断层、裂隙、节理十分发育。近南北向和东西向的节理系控制了区内岩溶峡谷、岩溶漏斗、岩溶洼地、落水洞、竖井和溶穴等的形成。

约从中生代时期起,公园内岩溶形态已开始发育。在新生代的古近纪,地球上的气候普遍比现在湿热,现在的中纬度温带地区,那时是热带或亚热带气候,为岩溶地貌的形成创造了气候条件。受巨大水流的溶蚀和侵蚀作用,地表遭受强烈溶蚀、侵蚀,形成了如今气势如虹的“天沟地缝”、岩溶夷平面等岩溶地貌景观。

(四)武都万象洞地质公园

公园位于陇南市武都区汉王镇,面积115km2,园内以溶洞、石钟乳为主要特色,以洞穴堆积物(包括各种类型的石笋、石钟乳和石柱)为主要地质遗迹类型(图4-60)。整个地质公园区域内分布大面积的厚层石灰岩,在漫长的地质时期发育形成了形态各异的地质地貌,是北方典型的岩溶发育代表,具有极高的观赏价值和科研价值。已开发的11个景区,有120多个较大景观,依形象划分为“月宫”“天宫”“龙宫”三大洞,洞内最高石笋高19.73m,直径11.13m,仅次于渐江灵山洞的“亚洲第一石笋”。

万象洞形成于距今2.5亿年至3亿年之间,属典型的岩溶地貌,洞口海拔约为1200m,主要发育在志留纪的石灰岩地层中。万象洞为巨型石钟乳岩洞,是我国北方规模最大、景致最佳的特大溶洞,是目前我国开发的最大地下天然艺术宫殿,有中国“北方第一洞”之称。洞内次生碳酸盐沉积发育较好,内含丰富的洞穴堆积物,包括各种类型的石笋、石钟乳、石柱、石幔、石花等。石钟乳形状各异,千姿百态,包罗万象,形成了诸如“天地交泰”“万象更新”“石帘垂布”“五谷丰登”“犀牛望月”“五柱堆天”“卧龙坝”“黄龙滩”“炼丹井”“仙人床”“上天梯”“风洞”“独木桥”等景观。洞穴整体呈西南走向,已知洞穴总长约1100m,首尾直线距离约640m,洞穴的底面基本处于同一水平面,内部温度、湿度全年恒定,温度基本保持在11.9℃,湿度为95%~100%(杨勋林,2007;张平中,2007;刘敬华,2008)。

图4-60 万象洞(曾克峰摄)

成景机制:亚洲季风作为地球系统的一个重要组成部分,对全球水汽和能量的输送起着至关重要的作用。中国地处亚洲季风的影响范围内,季风降水时间和强度的变化又会引发干旱、洪涝等各种自然灾害。万象洞地处青藏高原东缘和黄土高原西南边缘过渡带,是典型季风系统相互作用的地区,接近夏季风降水的北界,对于亚洲季风的变化十分敏感。在这样的环境下,整个地质公园区域内分布大面积的厚层石灰岩,在漫长的地质时期发育形成了形态各异的地质地貌,是北方典型溶岩发育的代表,具有极高的观赏价值和科研价值。

地质环境:溶洞景观是发育在3.5亿年前的古生界石炭系之石灰岩地层中。该地层为一套碳酸盐岩沉积,岩性以厚层灰岩、块状生物灰岩为主,组成白龙江复背斜之南翼地层。同时近东西向的窑坪(康县境)-大年(甘南州境)大断裂,经武都汉王、擂鼓山,切穿石炭系,折向北西大年一带。由于断裂带是由南向北的逆冲断层,断裂破碎带宽达20~100m,沿断裂带两侧有石英脉、超基性岩—基性岩的顺层侵入活动,因而在石炭系内部,尤其在下石炭统和中上石炭统之间逆冲断层、平移断层极为发育。厚层块状灰岩和十分发育的断裂构造,为万象溶洞的形成奠定了良好的地质基础。

(五)甘肃省兰州市连城吐鲁沟省级地质公园

吐鲁沟一带出露中震旦统花右山群碳酸盐岩、千枚岩、板岩等轻度变质岩系,与下震旦统的徨源群地层呈断层接触,形成数百米宽的破碎带,并有花岗闪长岩浆的侵入,发育碎裂岩和小型褶皱构造。由于岩层的产状陡立、节理和裂隙发育,沿裂隙或层理的机械崩落,以及地表水与地下水流的冲刷和潜蚀作用,形成奇特的山峰,以及岩洞孔穴等喀斯特地貌(图4-61)。

图4-61 石钟乳(曾克峰摄)

修真洞为吐鲁沟目前发现的唯一石灰岩溶洞,为一处沿产状197°∠75°的小型逆断层形成的溶洞。洞深约30m,最高处8m,最宽处约7m。洞内完全由石钟乳构成,呈纯白色,表面由于氧化作用呈现淡黄褐色。洞内石钟乳造型奇特,主要形态有石蘑菇、石葡萄等,溶洞最深处有几处石笋形如佛陀,特别是其中一处形似身披袈裟在打坐诵佛的高僧。

三、甘肃省岩溶地貌特征对比分析

1.临潭冶力关国家地质公园与西北地区其他岩溶地貌对比

冶木峡的岩溶地貌景观与中国西北地区的岩溶地貌具有较高的对比意义,西北地区以岩溶地貌为主的地质公园典型代表有陕西商南金丝峡国家地质公园等(表4-20)。

陕西柞水溶洞国家地质公园总面积140km2,由三个园区组成:柞水溶洞-泥盆系岩相剖面园区(面积70km2)、九天山园区(面积45km2)、凤凰古镇园区(面积25km2)。柞水溶洞国家地质公园是中国西北内陆罕见的最大、最集中的溶洞峰丛群。柞水岩溶地质遗迹体现的不仅是景观之美,更具有科学之美。典型的岩溶地貌结构、洞府桃园的地质遗迹和独特的自然景观以及西北唯一的徽派建筑民居群被地质学家称为“秦岭明珠,地质奇观”。

陕西商南金丝峡国家地质公园坐落于秦岭东南麓,公园总面积20km2,地质资源丰富,地质景观独特,山势巍峨雄伟,风光旖旎,形成于大约一亿年前的南秦岭构造带的造山运动。地质遗迹以岩溶峡谷地貌为主,兼有多级瀑布、多期溶洞、不同类型的岩溶泉及典型平移走滑断裂构造地质遗迹等。公园具有完整的石灰岩嶂谷地貌、十三级流泉瀑布和薄层灰岩、典型连续褶皱等地质现象。

综上所述,冶木峡东峡、莲花山及冶海由二叠系与石炭系岩层,在岩溶作用与新构造运动、流水作用共同作用下形成了深峡幽谷、巨石横卧的景象,由碳酸盐岩峰丛组成的“十里卧佛”,形状奇特,堪称“中国第一卧佛”。

表4-20 冶木峡与西北地区其他岩溶地貌对比表

2.贵清山-遮阳山国家地质公园

甘肃漳县贵清山-遮阳山国家地质公园位于我国西北干旱地区,岩溶作用相比我国南方地区较弱,其“天沟地缝”的成因与南方地区“天沟地缝”的成因不同。南方地区“天沟地缝”的形成主要是由于碳酸盐岩分布广、厚度大,水热丰富,岩溶发育,暗河分布广泛,后由于暗河坍塌所形成,如贵州兴义马岭河国家地质公园的“天沟地缝”峡谷。而漳县贵清山-遮阳山国家地质公园内的“天沟地缝”景观,是由于公园处在西北地区,岩溶发育相对较弱,公园所在的区域新构造运动强烈抬升与流水强烈下切,伴随的是峡谷两岸的岩溶微地貌发育,但是岩溶作用明显较弱所形成。贵清峡、遮阳山西溪、遮阳山东溪形成的3条“天沟地缝”,是西北高原地区的绝景。岩溶地貌类型及岩溶地貌组合在我国西北地区绝无仅有。

公园内岩溶地貌类型及岩溶地貌组合的丰富度在我国北方地区也极为罕见。目前北方岩溶国家地质公园主要以一种或几种岩溶地貌为主,如北京十渡国家地质公园主要以岩溶峡谷、峰丛、峰林、岩溶洞穴为主,山东枣庄熊耳山国家地质公园以小型岩溶峡谷、溶洞群、岩崩地质遗迹为主。甘肃漳县贵清山-遮阳山国家地质公园广泛发育地表岩溶(岩溶夷平面、溶蚀洞、溶蚀洼地、溶斗、溶穴、落水洞、竖井、断头河、岩溶泉、岩溶石峰地貌等)和地下岩溶(石钟乳、石笋、石柱、石幔、石盾、石床、石花等),岩溶地貌组合在我国北方地区极为少见,对于丰富和完善我国岩溶地貌的研究具有非常重要的作用(表4-21)。

表4-21 中国碳酸盐岩类地貌景观对比表

公园所处的地质环境系统为晋、陕、甘干旱大气沉积黄土系统(中国6个地质环境系统之一),公园丰富的岩溶地貌景观与周边黄土地貌反差极大,在世界黄土系统区内公园的岩溶地质遗迹极为典型、稀缺,为世界黄土系统区内不可多得的地质遗迹。

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