本文选自《洞穴的奥秘——神奇的金佛山喀斯特》
什么是喀斯特?
“Karst”是由喀尔斯(Kras)高地(图1-2)的名称演化而来的。喀尔斯位于亚得里亚海的里雅斯特湾达尔马提亚海岸地区,其中大部分属于斯洛文尼亚。
喀尔斯是一处海拔150~450m,面积550km2(长约40km,宽约13km)的碳酸盐岩高地。当地称为Kras,意大利语叫carso,德语叫Karst,为石头之意。18世纪初,欧洲人使用了德语Karst一词。19世纪末,南斯拉夫学者司威依奇(图1-3)首先对该地区进行研究,借用了“Karst”这一名词作为石灰岩地区的一系列溶蚀作用过程和产物的名称,现已成为世界各国通用的专门术语(《地球科学大辞典》)。因高地上发育有各种典型喀斯特地貌形态,如洼地、坡立谷、漏斗、溶沟、石芽、溶洞、竖井等随处可见(图1-1),国际上便开始以“Karst”命名这类地貌现象。
图1-1 综合岩溶系统示意图
(据文献,改绘)
图1-2 喀斯特的命名地Kras
图1-3 Jovan Cvijic
我国地质学家则将“喀斯特”称为“岩溶”,顾名思义就是水对可溶岩(碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩石等)的化学溶蚀作用为主,并包括水的机械侵蚀作用、沉积作用,以及岩体重力崩塌作用所形成的景观、现象及其作用过程的总称。
地表喀斯特
水对可溶性岩石进行化学溶蚀作用以及流水的侵蚀、崩塌等作用形成的地表喀斯特景观。中国西南地区的地表喀斯特景观有峰林、峰丛、峡谷、溶丘、洼地、峡谷、岩溶台地、石林、石芽等。而金佛山地表喀斯特(图1-4)由台地顶部的溶丘-洼地(图1-5)、漏斗、落水洞、干谷、盲谷、溶沟、石芽、石林等景观构成。
图1-4 金佛山台原喀斯特
图1-5 金佛山北坡药池坝洼地
地下喀斯特
水对可溶性岩石进行化学溶蚀作用以及流水的冲蚀、崩塌等作用形成的地下河、洞穴等喀斯特景观。金佛山地下喀斯特包含了规模宏大的洞穴系统、地下河等(图1-6)。
图1-6 金佛山地下喀斯特洞穴景观
世界喀斯特分布
从全球范围来看,碳酸盐岩分布十分广泛,喀斯特地区约占全球陆地面积的12%,即约2000×104km2。在热带和温带海洋中可以生成碳酸盐岩,最早形成的碳酸盐岩地层年龄可达3800Ma。从热带到寒带、由大陆到海岛都有喀斯特地貌发育,主要分布于亚洲东部与东南部、欧洲东部及地中海沿岸、美国东南部、加勒比海地区、澳大利亚和马达加斯加等地(图1-7)。中国裸露的碳酸盐岩面积91×104km2,加上覆盖与埋藏的碳酸盐岩,可溶岩分布面积达340×104km2,沉积总厚度在10000m以上,加上适宜的多种多样的气候条件,使我国岩溶景观十分丰富。
图1-7 具有重要喀斯特特征的世界遗产地分布图(据文献)
世界主要地表喀斯特类型
1.狄纳尔喀斯特(图1-8)
克罗地亚、波黑和斯洛文尼亚的喀斯特高原,是“喀斯特”学术名词的命名地,受地中海式气候影响,石灰岩地形发育典型,有地下水系、盲谷、溶蚀洼地、溶洞、石林、石芽、溶斗、落水洞等主要类型。
图1-8 斯洛文尼亚狄纳尔喀斯特(引自必应网)
2.钙华喀斯特(图1-9)
克罗地亚的普里特维采湖泊国家公园、中国的九寨沟风景区和黄龙沟风景区,它们皆以石灰华坝所形成的湖泊和众多的瀑布为风景主体。
图1-9 钙华喀斯特
3.峰林喀斯特(图1-10)
中国桂林阳朔、越南下龙湾和泰国攀牙湾国家公园以塔状峰林为主体景观。桂林是世界上最典型的亚热带塔状峰林分布区,下龙湾和攀牙湾峰林被海水淹没,是热带石灰岩峰林的杰出代表,下龙湾还是世界上面积最大的海上塔状峰林。
图1-10 峰林喀斯特
4.石林喀斯特(图1-11)
中国云南路南石林、马达加斯加的黥基·德·贝马拉哈自然保护区和马来西亚穆鲁山国家公园是世界上三大最典型石林分布区,路南石林是亚热带剑状、塔状石林的典型代表;马达加斯加是南半球热带剑状石林的突出例证;穆鲁是热带雨水型剑状石林和喀斯特生态景观的重要代表。
图1-11 石林喀斯特
5.冰川、冰缘喀斯特(图1-12)
加拿大落基山公园、纳汉尼国家公园和法国—西班牙边境比利牛斯山脉的佩迪山,包含大面积的石灰岩和白云岩,是冰川、冰缘喀斯特的杰出范例,分布有大量坡立谷、溶沟、深切峡谷、地下暗河、岩溶泉和洞穴等冰川与冰缘喀斯特景观。
图1-12 冰川、冰缘喀斯特
6.台地喀斯特(图1-13)
意大利多洛米蒂山,包含阿尔卑斯山脉的28座山峰,海拔超过3000m,覆盖面积141903hm2,分布有高大山地、深切峡谷、垂直陡崖,是保存完好的中生代碳酸盐岩台地系统中最好的例子之一,而且有丰富的化石的记录;法国大高斯高原,高原顶部石海与漏斗成片分布,面积广阔。周边由单面山、深谷或壮观的峡谷围限,险峻异常,十分壮观,是欧洲最壮观的喀斯特高原台地景观。
图1-13 台地喀斯特
7.天坑喀斯特(图1-14)
重庆奉节小寨、武隆天生三桥、后坪,广西乐业-凤山、斯洛文尼亚和意大利地中海沿岸是天坑喀斯特的典型分布区,常成群出现。其中,小寨天坑是世界上规模最大的天坑,2016年陕西汉中也发现了大量台原天坑群。
图1-14 天坑喀斯特
8.生物喀斯特
澳大利亚西部的鲨鱼湾,是世界上最古老生命形式———叠层石的最集中分布区(图1-15)。这些叠层石位于喀斯特海岸净沉积区,记录了的地球演化的地质历史信息,是生物喀斯特的杰出范例。
图1-15 澳大利亚鲨鱼湾叠层石(引自百度图片)
喀斯特的分类
1)喀斯特可划分许多不同的类型,按出露条件分为:裸露型喀斯特、覆盖型喀斯特、埋藏型喀斯特。
a.裸露型喀斯特(图1-16):基岩裸露地表的可溶岩层地区所发育的喀斯特景观。例如,峰林、峰丛、石林、岩柱等。
b.覆盖型喀斯特:松散堆积物覆盖下发育的喀斯特。例如,溶丘洼地。
c.埋藏型喀斯特:是指已成岩的非可溶性岩层之下的可溶性类岩层所发育的岩溶。例如,四川盆地底部被中生代红层覆盖的岩溶。
2)按气候带分为:热带喀斯特(图1-17、图1-18)、亚热带喀斯特(图1-19)、温带喀斯特(图1-20)、寒带喀斯特、干旱区喀斯特(图1-21)。这是从不同气候区喀斯特发育的情况进行划分,相对而言热带喀斯特发育在湿润多雨的气候环境,溶蚀强烈;植被茂密,生物作用显著,在常有流水岩溶及土下溶蚀的积极作用下,形成峰林、峰丛、大型漏斗、剑状石林等。其中峰林、峰丛、天坑主要发育于中低纬度地区,而洞穴分布较广,但热带地区洞穴体量、沉积物和地下河规模总体上大于北方地区。逐步向高纬度发展,降雨和温度降低,岩溶发育程度相对减弱,在最近地质历史时期经受过冰川作用影响地区的岩溶;或现代冰川分布区,由融冰水,融雪水,有时兼有霜冻作用影响产生的岩溶形态上与低纬度地区差别很大。冰川岩溶以英国、挪威、加拿大东南部湖区、阿尔卑斯山区、加拿大落基山区、比利牛斯山区所见者最典型。
3)按岩性分为:石灰岩喀斯特、白云岩喀斯特、石膏喀斯特、盐喀斯特。石灰岩与白云岩喀斯特的都属于碳酸盐岩,差别在于其主要矿物成分为方解石(CaCO3)和白云石[CaMg(CO3)2]。
图1-16 裸露型喀斯特的代表———桂林喀斯特(引自途牛网)
图1-17 热带喀斯特———越南下龙湾海上峰林(引自百度图片)
图1-18 热带喀斯特———菲律宾巧克力山(引自豆瓣网)
图1-19 亚热带喀斯特———河北临城白云洞沉积
图1-20 温带喀斯特———英国冰川刨蚀的喀斯特景观
图1-21 干旱区喀斯特
中国也像世界上其他国家一样,在描述或研究这种孕育着奇峰异洞的石灰岩地貌时,沿用喀斯特(Karst)这一专有名词,1966年我国第二次喀斯特学术会议决定将喀斯特一词改为岩溶。1981年在山西召开的“北方岩溶学术讨论会”上,议定“岩溶”和“喀斯特”二者可通用。其实,“岩溶”,更易为人们所接受。“岩溶”,顾名思义就是岩石为水所溶解所形成的景观、现象及其作用过程的总称。岩溶发育物质基础是可溶岩,可溶岩包括碳酸盐岩(主要为石灰岩、白云岩)、硫酸盐岩(石膏、硬石膏)和氯化物类岩石(主要为岩盐)。我国碳酸盐岩总出露面积为91×104km2,加上埋藏于地下的碳酸盐岩,可溶岩分布面积共达344×104km2。中国南方的碳酸盐岩总的沉积厚度在10000m以上。
可溶岩类型
岩溶发育的主要可溶岩矿物包括方解石、白云石、石膏、岩盐(表1-1)。方解石/文石、白云石都属于碳酸盐,主要岩石类型为石灰岩(方解石含量>50%)和白云岩(白云石含量>50%)。方解石为三方晶系(图1-22),遇稀盐酸剧烈起泡;而文石为斜方晶系CaCO3,为方解石的同质异象变体,不太稳定,遇酸起泡;高镁方解石为三方晶系,含MgCO3(11%~19%);低镁方解石为三方晶系,含MgCO3(2%~3%)。白云石主要成分为MgCO3,六方晶系(图1-23),高度有序排列,遇稀盐酸微弱反应,这是野外鉴定白云石和方解石的主要方法。非碳酸盐岩矿物有石膏(图1-25)、硬石膏、岩盐(图1-24)、钾镁盐矿物等。
表1-1 主要可溶岩岩石矿物的性质
图1-22 方解石(CaCO3)晶体结构与矿物(引自必应图片)
图1-23 白云石[CaMg(CO3)2]晶体结构与矿物(引自必应图片)
图1-24 岩盐NaCl晶体结构与矿物(引自维基百科)
图1-25 石膏CaSO4·2H2O晶体结构与矿物(引自明尼苏达大学矿物标本集)
中国碳酸盐岩分布特点
我国碳酸盐岩的分布(图1-26)地域空间上主要特点为:
1)基本分布于天山-阴山构造带以南,即大致在42°~43°N以南。
2)碳酸盐岩的主要沉积时期有自北向南再转至西南而呈现出地质时代上由老至新的趋势。
3)华北和西北大片碳酸盐岩埋藏于地下深处,而西南和华南大面积碳酸盐岩裸露于地表。
时间上的变化特征主要为:
1)从太古宙至近代均有碳酸盐岩沉积(距今3800Ma至今)。
2)晚古生代碳酸盐岩分布面积最大(400~250Ma),早古生代的次之(距今550~400Ma),新生代海相碳酸盐岩仅见于西藏及北回归线以南的海岸、陆架和海洋之中(距今65Ma)。
3)从碳酸盐岩的结构成因类型看,白云岩类随着地层时代的变新而渐次减少。
图1-26 中国碳酸盐岩分布图
岩溶发育的地带性特点,形成了各具特色的岩溶地貌景观和巧夺天工的洞穴奇观。碳酸盐岩具有两个重要特性:一是性脆,在受力的作用下,很容易破碎或产生裂隙,成为水流活动的良好通道;二是具有较好的可溶性。当然不会有食盐那样大的易溶性。纯水对碳酸盐岩的溶解作用非常微弱。一般情况下,方解石在纯水中的溶解仅为10~18mg/L。但是,随着水的物理化学特性的变化,如温度、压力、特别是受水中二氧化碳或其他酸类物质含量的影响,水对碳酸盐岩的溶解往往发生几到几十倍的变化。在自然界中,二氧化碳是大量存在的。植物的光合作用,动物和人类的呼吸,有机物质和煤的燃烧等,都释放出二氧化碳。土壤中植物根系呼吸和分解,也释放出大量二氧化碳。
水对碳酸盐岩(包括石灰岩和白云岩)的溶解作用,主要是借助于溶解其中的CO2而形成的侵蚀性重碳酸离子HCO3-进行的。相反,水中CO2的逸出,又会使溶解于水中的CaCO3沉淀下来。由此可见,由于天然水的溶解作用形成洞穴和天然水的沉淀作用形成灰华及婀娜多姿的钟乳石,主要是水中CO2的溶解-释放系统平衡作用的结果。
当雨水降到地面,又从岩石各种缝隙入渗到岩层深处并在运移的过程中,通过大气、土壤、腐殖质等各种介质,同时获得CO2,并对所接触的可溶性岩石表面进行溶解,一直到饱和至过饱和状态为止。当水中CO2逸出时,水溶液中的CaCO3又沉淀下来。碳酸盐岩(CaCO3)的溶解及沉积作用的化学反应过程如下:
图1-27 碳酸盐(CaCO3)基岩溶解过程
中国岩溶地貌分区
在自然地理方面,充分考虑气候因素作用,中国的岩溶地貌可划分为4个区域,即湿润热带亚热带岩溶地貌区(Ⅰ)、湿润半湿润亚热带-温带岩溶地貌区(Ⅱ)、干旱半干旱温带岩溶地貌区(Ⅲ)和高原-高山岩溶地貌区(Ⅳ)。其中湿润热带亚热带岩溶地貌区是世界上最重要的岩溶洞穴地质遗迹分布区,几乎包括了秦岭—淮河一线以南广大的陆地和海域。在本区扬子地台盖层中,自震旦纪至三叠纪沉积了厚度逾万米的可溶岩(主要是碳酸盐岩)类地层,在滇、黔、桂、湘、川、鄂、粤地区集中分布,连片裸露分布面积近50×104km2,碳酸盐岩总沉积厚度在1000m以上,受多期次构造活动的影响,岩溶洞穴发育,类型多样。而Ⅱ区温带岩溶类型最齐全,洞穴也较发育。Ⅲ区的绝大部分地区,自更新世以来,由于干燥、寒冷、风大及少雨气候环境所致,岩溶作用微弱,洞穴不发育。Ⅳ区包括青藏高原、四川和云南西部的高山地区,岩溶洞穴调查很少。
图1-28 碳酸盐岩的沉积过程———钟乳石形成过程
1.湿润热带亚热带岩溶地貌(Ⅰ)
北界为秦岭-淮河,东临东海,西濒青藏高原。以峰丛洼地、峰林平原为代表,以天坑、石林为特色。世界自然遗产名录《中国南方喀斯特》的7处世界自然遗产地全部位于此区之内;以岩溶类为主的世界地质公园:乐业-凤山世界地质公园、织金洞世界地质公园、云南石林世界地质公园和兴文世界地质公园4处,展示了独特的峰林、峰丛、石林、天坑、洞穴等岩溶景观(图1-29)。
图1-29 湿润热带亚热带地貌
2.湿润半湿润亚热带-温带岩溶地貌(Ⅱ)
位于Ⅰ区以北和大兴安岭—燕山—秦岭一线以东,大致包括黑、吉、辽、冀、鲁及安徽、江苏北部。以丘陵谷地和岩溶山地为主。南部如鲁中南、苏皖北部与豫西地区,以岩溶干谷、大泉为特色;北部如小兴安岭伊春喀斯特区,辽宁太子河流域以及北京房山世界地质公园,以地下河(本溪水洞)、洞穴、似峰丛为特色(图1-30)。
图1-30 湿润半湿润亚热带-温带岩溶地貌
3.干旱半干旱温带岩溶地貌(Ⅲ)
该地貌东界与Ⅱ区相邻,南界为秦岭、祁连山、阿尔金山和西昆仑山,大致包括山西、内蒙古、陕北和宁、甘、新等省区的大部或全部地域,表现为一般的岩溶山地、丘陵(图1-31)。
图1-31 干旱半干旱温带岩溶地貌
4.高原-高山岩溶地貌(Ⅳ)
该地貌也称为高寒岩溶地貌,表现为残峰、钙华堆积等,以黄龙、九寨沟地貌为特色(图1-32)。
图1-32 高原-高山岩溶地貌
什么是洞穴?
洞穴是指岩石中存在人可进出的天然地下空间,它可以部分或全部被沉积物、水或冰所充填(图1-33)。
图1-33 洞穴
洞穴系统是指由两个或两个以上通道组合起来的洞穴。洞穴系统的不同洞道可能是同时发育的,更多的情况反映了洞穴发育过程的早期阶段、中期阶段和晚期阶段,最后多通道连通在一起形成了一个庞大复杂的洞穴系统。如美国的猛犸洞洞穴系统长达640多千米,中国最长的绥阳双河洞洞穴系统长度达到了257.4km。
岩溶洞穴发育的基本条件(图1-34):
1)可溶性的岩石。
2)可溶岩能提供水渗透和运移的空间。
3)具有溶蚀能力的水。
4)水具有流动性。
图1-34 岩溶发育的四大条件
洞穴分类
1)按洞穴形成的围岩性质,可分为可溶岩洞穴和非可溶岩洞穴。
可溶岩洞穴,即岩溶洞穴,包括碳酸盐岩洞、石膏洞和盐岩洞;非可溶岩洞穴包括砾岩洞、熔岩洞、砂岩洞、花岗岩洞和冰川洞。
2)按洞穴与围岩形成的先后,可分为原生洞穴和次生洞穴。
原生洞穴,熔岩洞、岩堆洞、钙华洞、礁洞;次生洞穴,以溶蚀作用为主形成的岩溶洞穴、半岩溶洞穴;以机械侵蚀作用为主的构造洞、风化洞、风蚀洞、水蚀洞和潜蚀土洞;由地下热液的溶蚀和沉积作用形成的热液洞穴(石膏晶洞、冰洲石洞、金属矿洞)。
3)按水动力带,分为渗流带(包气带)洞穴、浅饱水带洞穴、深饱水带洞穴(深潜水带)和承压水带洞穴。
4)按水文特点,可分为化石洞穴和地下河洞穴。
5)按洞穴的几何结构形态特征,可分为竖向洞穴、横向洞穴和复合形态洞穴。
6)根据洞穴发育的地貌特征,可分为岩溶准平原区洞穴和岩溶山区洞穴。
7)根据被测量的洞穴长度,可以分为小洞<50m、中洞50~500m、大洞500~5000m、特大洞>5000m。
8)按洞穴形成地质作用的差异性,分为雨水型洞穴、热水型洞穴和混合溶蚀洞穴。
9)根据洞穴发育的水流输入-输出方式,分为流入含水层型洞穴、流出含水层型洞穴和穿越含水层型洞穴。
10)根据洞穴的发育阶段,分为有顶洞穴和削顶洞穴或者无顶洞穴。
世界代表性洞穴
1.猛犸洞(图1-35)
位于美国肯塔基州猛犸洞国家公园,为世界第一长洞,已测长度超过640km,在高差116m范围内发育了5层洞穴,发育在上下均有隔水层的质纯厚层灰岩中。
图1-35 猛犸洞
2.卡尔斯巴德洞(图1-36)
该洞位于美国新墨西哥州佩科斯河西岸的吉娃娃森林内部,主要发育在构造抬升的二叠纪礁灰岩地层,提供了世界上最好的硫酸溶解演化案例。
图1-36 卡尔斯巴德洞(引自卡尔斯巴德洞国家公园网)
加拿大落基山脉班夫国家公园内冰层下的石灰岩中发育有总长25km的洞穴群(图1-37),最典型的卡斯嗄德洞长8921m,形成于潜流带,为加拿大最长的洞穴。
3.什科茨扬洞
斯洛文尼亚什科茨扬洞(图1-38),由盲谷末端的地下河,地表伏流,深塌陷洼地及洞穴系统,高海拔峡谷组成,是外源水输入型喀斯特系统的典型代表案例。
图1-37 班夫国家公园内的洞穴
图1-38 世界自然遗产什科茨扬溶洞
4.丰芽洞(图1-39)
越南丰芽-格邦雨林国家公园发育300个洞穴,总长为104km,由化石洞和现代地下河组成,其中长度为44.5km的丰芽洞有系列化石洞,下层为现代地下河,各个层次的洞道规模变化不大,是东南亚最好和最显著的复杂喀斯特洞穴系统。
图1-39 丰芽洞
5.锡安卡恩竖井群(图1-40)
墨西哥尤卡坦半岛的锡安卡恩保护区,在滨海地区有许多竖井和落水洞,大多浸泡在海水中,形成幽长而又复杂的流动洞穴体系,通向大西洋。
图1-40 锡安卡恩竖井群(引自网易、搜狐网)
6.大蓝洞(图1-41)
该洞位于伯利兹大巴哈马浅滩,外观呈圆形,直径约304m,深约122m,形成于海平面较低的冰河时期,后来因为海水上升,石灰质穹顶随之塌陷,遂变成敞开的水下竖井洞穴,是世界上最大且最美的喀斯特水下洞穴之一。
图1-41 大蓝洞
7.绥阳双河洞(图1-42)
该洞位于中国贵州省遵义市绥阳县,全长257.4km,是截至2019年亚洲最长的洞穴,是发育于寒武系白云岩和奥陶系灰质白云岩地层中复杂的洞穴系统,由上百个洞口和数十个支洞组成,洞穴层次性特征显著,沉积物类型丰富多样。
图1-42 双河洞石膏沉积
世界洞穴之最
自然的力量在悄无声息中塑造了千姿百态的地下世界,当超乎想象的地下空间被揭开神秘的面纱,人们惊叹着世界的神奇和自然的伟大。世界洞穴之最仅仅只能是某个阶段的认知,当人们投入到洞穴调查事业中,这个名单一次次被刷新。
世界上最长的洞穴在哪里?最大的洞穴有多大?
(1)世界上最长的洞穴———美国肯塔基州·猛犸洞穴系统
猛犸洞是世界上最长的洞穴(图1-43),位于美国肯塔基州中部的猛犸洞国家公园,是世界自然遗产之一。猛犸洞以古时候长毛巨象猛犸命名,这个“巨无霸”洞穴截至2006年,已经探明的总长度643km,这个数字每年都会增加,部分洞穴仍未有过人类的足迹,究竟有多长,至今仍在探索。猛犸洞是“世界上最大的由石灰石构成的天然洞穴群和地下长廊”。地表和地下充沛的水源与地质上的早石炭世期间(3亿多年前)沉积的石灰岩,共同创造出这个被称作“万洞之地”的地下洞穴网。根据分布的高度不同,猛犸洞分为5层,洞穴、山洞、岩洞和廊道组成这个宽阔的地下综合体。
(2)世界上面积最大的洞穴大厅———马来西亚婆罗洲·沙捞越厅
马来西亚沙捞越州的世界自然遗产地姆鲁国家公园,是由无数洞窟和热带雨林动植物营造的浓密空间。1981年1月,来自英国的洞穴探险者发现了这个最大的地下世界,之后由采用当地地名命名为“沙捞越厅”(图1-44)。洞厅长700m、宽415m,高度至少70m,面积162700m2,容积964×104m3。
沙捞越厅大厅与其他洞穴组合成了复杂的洞穴网络,如此巨大的洞厅的形成是内因与外动力结合的基础。质纯巨厚的碳酸盐岩是洞穴发育的物质基础,刚性的基岩有利于形成地下水排泄的通道,高温多雨的气候为洞穴的发育创造了绝佳的条件。洞内大型的地下河是洞内崩积物搬运的动力,久而久之,世界上面积最大的洞穴大厅已然成形。
图1-43 猛犸洞(引自搜狐网)
图1-44 世界上面积最大的洞穴大厅———马来西亚婆罗洲·沙捞越厅
(3)世界上容积最大的洞穴大厅———中国贵州紫云县苗厅
贵州省紫云县的苗厅最长(图1-45)890m、最宽349m、最高238m,洞底投影面积14.09×104m2,容积1078×104m3。其容积超过了洞底投影面积第一的马来西亚沙捞越厅(面积16.27×104m2,容积为964×104m3)。另外,广西乐业县的红玫瑰大厅和贵州省安龙县的犀牛洞厅的洞底投影面积分别为5.49×104m2、5.48×104m2,容积分别为525×104m3、253×104m3,位列世界容积最大洞穴大厅排名的第六、第七位。
中国洞穴概况
中国碳酸盐岩分布广泛,总的出露面积91×104km2,加上埋藏于地下的可溶岩,可溶岩分布面积共达344×104km2。分布面积广大的碳酸盐岩,加上新近纪以来构造抬升运动以及雨热同期的气候条件,使中国成为世界上洞穴资源最为丰富的国家,估计洞穴数量有数十万个。在中国,除宁夏回族自治区、上海市、香港和澳门特别行政区以外,其余30个省(自治区、直辖市)均有岩溶洞穴分布,绝大部分分布在中国东部及西南部,而西部少见。这种情况的出现与西部研究程度低有关,但另一方面也可能反映了西部地质构造、地貌演化历史以及气候条件等不利于洞穴生成。而在中国东部,秦岭—淮河一线是半干旱暖温带与湿润亚热带分界的重要地理界限,岩溶洞穴在此界线以南最为发育,尤其集中分布在中国西南部,洞穴发现数量占到全国3/4。根据目前岩溶所张远海搜集的洞穴资料库中,收录了贵州洞穴657个,最长者为绥阳县双河溶洞,已测长度257.4km,居亚洲第一位;广西洞穴564个,仅在桂林150km2范围内,发现洞穴292个,洞穴化程度达到2个/km2。最长者为凤山县江长廊洞,已测长度37.9km,洞中大于10000m2的大厅有25个;其他省市洞穴数量,如云南201个,四川176个,重庆233个,湖南121个,湖北165个,广东46个。在中国东南、华东、华北乃至东北部分地区,虽然碳酸盐岩呈岛状或条带状分布,但气候或地形、水文条件有利,洞穴亦较发育,如福建有较详细资料的岩溶洞穴26个,将乐玉华洞长度达到7.5km;浙江已发现的岩溶洞穴有380多个;江苏有洞穴79个;安徽省调查发现有洞穴143个,山东省有洞穴340余个,河北和北京有洞穴30多个,房山石花洞长度近5km;东北地区的洞穴主要分布于吉林浑江流域和辽宁太子河流域,浑江流域有35个洞穴,太子河流域发育的本溪水洞总长度大于5km。由于这些地区碳酸盐岩分布面积远不如西南,因此,大部分洞穴的规模和发育密度远逊于西南地区,如山东省的洞穴长度一般200~300m,最长者朝阳洞长度870m。而中国西部地区,虽然碳酸盐岩石分布较广,但受地质构造、地形、水文、气候条件的影响,同时研究程度低,洞穴发现不多,如目前西藏仅发现11个,新疆7个,甘肃3个,陕西135个,内蒙古5个,青海2个,绝大部分洞道规模较小,长度一般不超过200m,超过500m者仅有4个,即甘肃武都黄爷洞和万象洞,长度分别约为2000m和1100m,其次是新疆特克斯的科桑溶洞,实测长度613m,陕西镇安的白马塘洞,长约590m。2016~2018年,陕西汉中地区发现洞穴超过了100个,已经测量的地洞河落水洞和大佛洞长度超过了3km。
总体上,中国岩溶洞穴的分布集中在西南的云贵高原,以及云贵高原与四川盆地、广西盆地和湘中盆地过渡的斜坡地带,长江三峡地区,广西西北连片峰丛地区。此外黄土高原与华北平原过渡的斜坡地带即太行山南端,以及太行山北端即河北中部拒马河流域,山东中南部岩溶丘陵地区,东部大别山南部与鄱阳湖盆地过渡岩溶丘陵地带,还有江苏、浙江、福建等东南岩溶丘陵地区也有较多洞穴分布。
中国的大型洞穴
中国大型洞穴主要是指实测长度超过5km的洞穴,共统计有78个,其中长度大于10km的有25个,深度大于250m的洞穴有60个,其中深度大于400m的洞穴有17个,面积超过2×104m2的洞穴大厅有22个。
大型洞穴发育的岩性,除四川芦山龙门洞发育于砾岩中以外,其余洞穴均发育于石灰岩、白云质灰岩和白云岩中。
大型洞穴发育的海拔在150~2200m均有分布,但深度大于400m的洞穴分布的平均海拔均在1000m以上,绝大部分分布于云贵高原向四川盆地过渡的乌江流域、云贵高原东南部及其向广西盆地过渡的南盘江流域、北盘江流域和红水河流域。
大型洞穴系统中,最长者为贵州绥县的双河洞,长257.4km;最深者是重庆武隆天星洞穴系统,深1020m。洞穴大厅最大者为贵州紫云格必河洞的苗厅,面积达140900m2。
本文选自《洞穴的奥秘——神奇的金佛山喀斯特》
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