喀斯特地貌与洞穴1.doc

塔状喀斯特的地貌演化与发育PAUL W. WILLIAMS（奥克兰大学，地理系，新西兰，奥克兰）摘要：塔状喀斯特地貌的四种演变类型已被确定，最典型的演变类型由对表层覆盖了冲积层的碳酸盐岩的刨蚀作用形成的残丘构成，目前已认识到，塔状喀斯特的演变有两个极端的可能：一个直接的演变是与先前任何一个形态都不相关，另一个连续的演变,则明确地取决于之前锥状喀斯特相的形态特征。尽管后一种演变形态更普遍，但都有记述这两种演变形的例子。中国南方的塔状喀斯特在这样的调查下成为关注的重点。在桂林塔状喀斯特附近的一个洞穴沉积物的古地磁分析显示了跨时代性的地貌形态特征。本文介绍了塔状喀斯特演变的四个决定性因素和一个演变的模型。关键词 喀斯特 古地磁学 石灰岩前言在地貌形态上演变的重要性是很难去估计的。珊瑚礁形态学的学生比专攻这一领域的地貌学家取得了更大的进展。但是理解当前的地貌形态是来源于过去这一问题是很重要的。在喀斯特地貌背景下，Jakucs（1977）提出了喀斯特作用下的“地貌形态变化”，是指在演变过程中，一个特定的地形的反馈影响会导致自身形态有很大的改变。在一系列的演变过程中，地貌不仅仅是被动作用下的产物，而且还作为减缓演变的一个高度活跃的因子。这种减缓不仅仅是一面反映过去过程的镜子,还是一个活力控制因子以它自身的能力,影响当前侵蚀的过程,而且强化了未来的形态。演化有两个及其相关的因素：侵蚀过程开始，在剧烈的气候改变条件下，冰平面的变化与气候的剧烈变化有复杂的关联。使用阶段在一个Davisian意义上,一个“老”地形,例如,发展从早期“成熟”的阶段。但如果气候变化也引入,那么地貌成因的形成过程与目前温暖的条件相关联这一说法也许能运用到已被塑造的地貌上。从最初的陆地表面直接到老年期类型的地貌演变在Davisian的模型中是不被认可的，Davisian模型没有提供捷径，仅仅有演变的中断，尽管“气候突然变化“可能会允许加速和减速。尽管不是固定的，这通常适用于喀斯特地貌演变的循环和顺序模型。例如，塔状喀斯特常常被解释为演化过程的老年期的代表，一旦锥状喀斯特被侵蚀低于水平面，则它的底部就会拓宽，演变成塔状喀斯特。在这一解释中，锥状喀斯特和塔状喀斯特不仅是是喀斯特地貌的两种不同地貌类型，而且是一个单一地貌类型的不同侵蚀阶段。塔状喀斯特还被解释成是锥状喀斯特的一个变体，未经任何侵蚀作用时期，而是同时演变的。根据Verstappen (1960)，塔状喀斯特应该被看作是在特殊水文环境下形成的锥状喀斯特。Balazs在1968年提出了一个相似的观点，以下再作讨论。在喀斯特地貌中，溶蚀作用的速率和分布也会影响地貌形态的演化。因此，在特定的气候环境内，Jakucs (1977)提出，侵蚀作用在一个喀斯特地块比在非喀斯特地块产生的作用要大得多，因为喀斯特地块中水与岩石有更多相接触的机会。侵蚀速率在一个特定的环境里也将会变得更高，这个环境里，溶蚀作用是在开放的系统里进行的，而不是封闭的系统。因此，如果石灰质的冰碛物风化成土壤的基础物，那么这个地方的溶蚀作用一定比另一个相似地方的溶蚀作用强，覆盖在另一地方石灰岩上的土壤不是石灰质的。鉴于这些点,再把候和其他因素考虑进去，然后比较侵蚀的速率和它的空间分布一定会发生地貌上的演替。本文的目的是调查一些喀斯特地貌演变过程中的一些演替因素，尤其关注塔状喀斯特地貌的发育。1.塔状喀斯特的特性1.1塔状喀斯特的类型塔状喀斯特地貌由残丘，一般是碳酸盐岩和分散在一个表面的洼地组成。塔状喀斯特是湿润的热带和亚热带很有名的一个特征，最好的具有世界性代表的例子在中国南方。中国地貌学家从fengcon或“峰丛“区分出在平原上独立的塔状是峰林还是峰丛，来源于统一岩床的残丘，而且在峰丛之间常常汇聚成一个封闭的洼地。可以认为，峰林是直接由峰丛发育来的，简单的表述是，峰林是切割的更古老的阶段。“塔”这个称呼零零散散的被使用，正在被运用到山。塔状可能是不对称的，这取决于倾角，切割也许还有气候因素的影响。Balazs (1973), Day (1978,1981 b), and Brook (1981)探讨过塔状的形态，以及阐明了现有的多样化。因此，塔状喀斯特包含了多种多样的形式，Ford and Williams 提出了塔状喀斯特地貌的四个主要演变类型：1. 残丘突出于受侵蚀后的碳酸盐岩，碳酸盐岩的表层覆盖了冲积层。2. 在一个侵蚀表面，从碳酸盐岩内层露出的残丘主要切割刀非碳酸盐岩。3. 碳酸盐岩的山峰突出于一个沉积了碎屑沉积物的地表，把喀斯特地貌隐藏在地下。4. 孤立的塔状碳酸盐岩剧烈的倾斜成各种岩石的基础。本文主要关注第一种类型，它是最典型的地貌集合。一般在冲击表层，但有时在岩床上，山与山之间的平原会呈阶梯状。这也可能会延伸到费碳酸盐岩区。1.2 塔状喀斯特的第一种类型的发育喀斯特发育受到周围水文地质背景的影响，尤其是受喀斯特岩石与非喀斯特环境的关系的影响。自生扩散或自生聚集能否补给是地貌侵蚀最决定性的因素。袁道先（1985）提出了塔状喀斯特演变的解释，这之间会有两个极端的可能：1. 塔状喀斯特是在一个有利的岩性、地貌和气候环境里，直接并且独立于任何先前的形态演变的。2. 塔状喀斯特的几何形状强烈的依靠前一阶段的直接演替的地形特征，例如峰丛地貌。但在侵蚀过程中，演替会越来越独立。目前的证据指出，以上两种演变都有发生，但，第二种演变正变得普遍。在澳大利亚西北部的季节性湿润的亚热带， 喀斯特演变的第一种类型的例子已经被描述(Jennings and Sweeting, 1963; Jennings, 1969)，在这些地区喀斯特的发育强烈的受到地质结构的影响。就澳大利亚西北部石灰岩山脉来说，尽管有小部分外源水流经喀斯特地区，补给主要是自发。雨水直接降落在抬升的侵蚀面上。Jennings and Sweeting根据用测量角度的方法得出的一个giant grikeland tage的令人信服的赞成一个演替序列过程，这个过程独立于山地，并且被分级成相邻的麓原，掩埋的的塔状从一个山麓侵蚀平原陡然上升，在原先的表面上有细微的削弱。尽管大部分溶沟的规模较小，巨大的溶沟有数百米长，深度达到33米，宽度达3米。Williams（1978）提出这样的形态模型同样的也可运用到澳大利亚北部半干旱的喀斯特地区。在Nahanni，尽管气候条件和地质背景明显不同，但演化的过程惊人的相似。演化的最初，补给完全是自生的，这来源于覆盖在上层的不可渗透的页岩层，分出径流向地下有缝的石灰岩层。但是石灰岩被风化成覆盖物时，补给完全来源于直接的降水。Brook and Ford (1978)解释说，节理被侵蚀扩大成185米深9公里长的“街道”。封闭的洼地 （称为 海温），角以计划的形式和与 alluviated 地板，开发在它们的交集，迷宫般的走廊隔离块点。扩大的街道和海温 （其中的一些发展成 poljes） 消耗的块，减少他们以达陡峭险峻双面残塔高 125 米。Freezethaw 进程，以及腐蚀有助于回浪费的斜坡。因而塔通常上升从陡峭的距骨围裙在他们的基地与那些在西北澳大利亚附近哪个项目与基岩楣饰从壮观角唐突。詹宁斯 (198 1） 强调在这两个风景的差异都相当标，特别是一面墙和相对较少的塔纳汉尼相比石灰石范围在缺乏。在纳汉尼塔之间的平面是碎片积累和冲积的可能更多产品比岩石夷 ；所以它明显区别于图 l(1) 所示的模型。进化的速率也是不同一个数量级。在纳汉尼的整个地貌发展被认为发生了因为受到了冰河该区域最后作用，约 200 ka 前，而在西北澳大利亚形态发生自晚第三纪以来已经开始。尽管这样，一些强大的地形相似之处断言自己。塔岩溶风格在潮湿南苏拉威西，Jndonesia，也有与这两个前面的示例相同的元素。麦当劳 (1976) 描述地形结构控制的主要、 相交的接头，其中的侵蚀扩大产量至多 8 公里长，穿过悬崖楼宇的石灰岩高原的 5 G 200 米深和-00 米宽的线性消沉的显著影响。这些维度记得纳汉尼 的街道。同种异体河从相邻上覆岩石 （在本例中为火山) 流通过这些联合走廊有时在地下课程。进一步解剖的高原，测量直径和上升到高于海平面 564 米 1-10 公里，收益率陡石灰石塔在冲积平原。主要焊接和同种异体河流强的联合的影响一直主导着生产的塔喀斯特地貌。有一种假定是平原的腐蚀的基础是冲积低地之间塔，但与不同的金塔谷在马来西亚 (詹宁斯 1972 年 ；克劳瑟，1978年），不但是提供了证据为它。有些作者主张的锥体和塔岩溶形成可以发生同时-并排，无论继承形态。例如，Verstappen （1960 年） 观察到在 Java 中是有序的进展的形态正常锥体喀斯特高原顶上从塔他们通过他们的侧面上陡峭的锥体岩溶的基地在山坡上。经调查后印度尼西亚的其他领域，Balazs (1968 年) 由声称的形成岩溶锥体与塔表示同一进程的热带剥蚀的瞬时状态加强了这个观点。他保持的形式不是年龄控制 ；厚坚硬致密石灰石有利于塔，除非他们是附近增员，当低圆锥形功能开发。然而，锥和塔岩溶靠近在一起发生时的空间关系更強制指向一个顺序解释-那塔岩溶从锥体喀斯特即开发对早些时候确定的第二次进化过程。在这种情况下它争论 (例如，威廉斯，1985年） 当多边形喀斯特已解散到地下水，垂直切口不再。残山 （锥、 半球等） 周围的驾驶舱盆地地形划分然后腐蚀下原位，逐渐变得孤立，将它们链接 cols 是溶解带走 (图 3)。这些“塔”有一个位置 直接从的多边形岩溶和形状、 大小和直接源自形态的山脉之间的空心多边形 蛋盒 救济的边坡划分派生的一个位置。当地的削弱和陡峭的塔发生特别是如果同种异体河流动对他们，但也如果沼泽排水护城河环绕着他们 (McDonald1 1976,1979)。然而，这一论点给不过权重比穿回来，穿，这得到支持的指示横向解决方案夷是宁可少塔比早些时候应该由莱曼 (1954 年) 和其他发展中具有影响力的最近工作的结果。虽然塔的斜坡无疑有时通过压低势头加剧，其角度最初欠更多的多边形岩溶的残余锥从继承的形状。汉耀 (1969 年) 承认的间距的飞机通过其影响力的坡面角上的一个控件中石灰石的弱点塔状喀斯特的减少是最有可能发生在岩溶地区边缘。根据水文地质和地形条件，流域是最有可能第一个减少，但它也可以发生在流入一边。伯利兹 (麦当劳，1976,1979 ； 该赛本地区发现了前者的例子米勒，1982年） 和后者在中国桂林 （Sweeting，1978 年。袁道先，1985年）。塔状喀斯特或残丘带在波多黎各也是外流域，但可能在其原始发育上抬升。硬化岩石下方 毯子金沙 mogotes (爱尔兰，1979年) 之间的发现表明碎屑盖被，大概介绍了由沿海平原冲积沉积后形成了塔和 mogote 发展下方和毯子金沙进驻后早期思想是错误的。袁道先讨论了桂林(图4)的峰林(塔状)和峰丛（锥状）的空间分布，并得出结论，认为那塔状喀斯特主要发现地表径流发生的位置。相比之下，锥状地形分布在地表径流缺乏或可以忽略不计的地区。地表流主要来源： (a) 来源于相邻的非喀斯特地区的强大的外源的径流；(b) 凡岩溶排水发展不良，不在碳酸盐岩序列插层与非碳酸盐岩；(c) 渗透在碳酸盐岩相对不透水碎屑岩矿床的盖子被拘留。越大的同种异体输入、 塔岩溶范围越广的匹配项。在这些实例中的每个，地貌发育已接近水表。袁道先总结出塔状导致 predominantlx 从地表河流过程，与不同的是有这种过程微弱地代表参加的考核中心或可以忽略不计的重要性。并进一步，他们根据地质发育。因此他主张这些地貌形式为平行演化而不是顺序的发育。这些地貌演化所受到的这地区的气候条件和地质背景，袁道先已经阐释清楚了。但不是它们发育的实际机制。与在头脑中的形成过程，顺序的方法 （图 3） 提供更全面和更合理的解释。峰丛发生水表下面的任何封闭盆地底部在哪里。垂直排水和驾驶舱切口为准。但当消沉到达潜水层，并且达到重要进程阈值。横向排水然后占主导地位。锥状地形然后减少了原位样熔块平原上冰成残修补中。桂林附近这是看到第一次接近外流域补给，因为表层地下水的深度。但其中，渗流区是厚，每一侧的李河峡谷 (图 4)锥状。桂林的西部的峰丛被侵蚀成碎屑。的以前更广泛的多边形喀斯特地貌，而到大圩至阳朔多边形喀斯特 (朱，1982，芳，1984） 复兴的枫林后切口的峡谷已制订到河平行。小片的塔喀斯特地形驾驶舱内开发水表在哪里在浅层的深度，在这一领域通常由不透水基础岩石。多边形喀斯特阶段持续下去，如果水位较深，但很快会让喀斯特塔很浅的时候。这就解释了为什么塔和驾驶舱可以发生在靠近喀斯特，在一个冲积谷地的座舱喀斯特山坡上忽视塔。在一个给定的喀斯特，塔成功的锥状和因此在老年期演化序列。但在邻近的岩溶剥蚀速率与类似但明显不同的包气带厚度，塔喀斯特阶段将出现在一个浅水表之前很久的多边形喀斯特阶段结束在喀斯特其他地方，水位仍低于表面。这些喀斯特地貌类型的互相演变是没有更好的比的双向性发展之间存在：从锥状到塔状作为基准面的侵蚀过程，如果逆向发育，从塔状回到锥状。在逆向发育期间，残丘成为多样喀斯特地形中锥状地形出现的分水岭（图5）。地貌的自然演替，在这个过程中可以在发育的边缘观察到在中国贵州高原的龙宫地区，以及沿李峡先前提到的（图4）。 塔状喀斯特演化的顺序演替意味着一个相对较长的形态为多边形喀斯特逐渐变得孤立残丘。在这个发展的过程中，通过地形向下已经占领的一系列水文区岩石。因此，研究和发展阶段的定时特性的证据将被遗留在塔发现的洞穴。来自桂林的一个实例说明了这一点。2.亚热带塔状喀斯特发育的看法五座山峰组成了桂林市郊区的隧道山，这五座山是从同一水平面上层状的古生代碳酸盐岩抬升的（图6）。它在漓江这个冲积平原上是一个孤立的塔群，很明显地没有收到大圩峡谷切口的影响，下游产生（图4）的河漫滩。西端的峰崛起为立即旁边的河溢流过程94米（图6）。在这个峰值七洞进行了研究（威廉姆斯，1986），最高的是60米以上的河。沉积物的古地磁中需要特别注意的是。以下讨论初步的相关的结论：2.1在23米以上的河漫滩沉积在磁正常时期到布容期之前的海拔在洞穴沉积物，也许在900前甚至更早贾拉米洛事件。这支持了以前的古生物证据（Kowalski（1965）和古脊椎动物学报）从脊椎动物化石的地区从各种塔洞穴沉积物。从高高耸立的洞穴化石被认为是更新世中期到上新世年龄。2.2通过河漫滩淤积和剥离/切口引起的部分墓葬和出现发作的影响至少塔的基地。证据来自（一）在洞穴河流的起源-地下河流阶地和淤积，部分已被重新发掘和现代相碎屑岩沉积，蚀刻溶液（B）的水平面降低水位站到洞穴最初形成水位以下的壁相关。2.3洞穴沉积物表明漫滩降低，因此不超过23毫米/1000由于塔的峰会同时减少腐蚀塔脚出现的平均速率，塔增长或减少净率是未知的。冲积平原的点缀着塔的降低可能如下所描述的类似麦当劳的过程（1979）在伯利兹喀斯特塔。2.4喀斯特塔为桂林附近发现的，通过这个例子表示时间海侵地形。一个人不能因此说理智的一个塔的年龄。存款在顶部一般都比下面大，但他们仍然含有空腔大。另一方面，该截断他们年轻和新兴的斜坡在基地被年轻的除非他们被挖掘出来。图7给出了一个模型，通过这个例子表明，塔状喀斯特的演化。结论塔状喀斯特的类型塔状喀斯特的不同演化类型已经被识别，第一种类型完全代表了碳酸盐岩地形，并且作为最纯粹的喀斯特地貌已被看作是理想的模型。虽然第二种类型可能更为常见。但它是由多样的侵蚀形成的，尽管层个体的碳酸盐岩内有足够大的演化可能遵循第一种类型。塔状喀斯特被侵蚀的表面是一个重要的特征，可以截断碳酸盐和非碳酸盐岩。3型的类型1或2塔喀斯特冲积平原上的腐蚀的幻觉，但事实上是部分埋的锥状喀斯特。4型是引起基岩残杂在很多情况下分离塔，虽然通常不与腐蚀相关的平原。早期在纳罕尼对塔状喀斯特的地形的描述的理解是否是一个有争议的问题。对埋藏的塔状被侵蚀的表面当前缺乏证据显示。在某些方面，似乎更接近比尤特和美国西南部的台地地形。另一方面，阿纳姆地的前寒武纪石英砂岩的景观，澳大利亚北部（詹宁斯，1983），具有在其岩性塔状喀斯特。塔状喀斯特发育的限制因素在第一种塔状喀斯特演变中有以下几点重要的因素渗流层的厚度 塔状喀斯特的垂直高度至少是渗流层的十分之一。因此，如果水位浅，塔状喀斯特立即形成。如果渗流层很厚，在其他因素适合的条件下，锥状喀斯特将永远留存。水文地质背景 内流过程通过对锥状的削弱促进塔状的演化。然而内流因素更倾向于通