重庆武隆喀斯特地貌及其演化

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1、第 31 卷 第 6 期 西 南 师 范 大 学 学 报 (自然科学版) Journal of Sout hwest China Normal University (Nat ural Science) 2006 年 12 月 Dec . 2006 Vol . 31 No . 6 文章编号 : 1000 5471 (2006) 06 0134 05 ① 重庆武隆喀斯特地貌及其演化 谢世友1 ,2 , 袁道先1 , 赵纯勇3 11 西南大学 地理科学学院 , 重庆 400715 ; 21 西南大学 三峡库区生态环境教育部重点实验室 , 重庆 4

2、00715 ; 31 重庆师范大学 地理系 , 重庆 400045 摘要 : 重庆武隆喀斯特是亚热带喀斯特中山峡谷喀斯特的典型代表 . 由分水岭到乌江河谷地势高差达 2 000 m , 在 新构造持续抬升和大河强烈下切的背景下 , 各地貌单元的响应存在着时间和空间上的巨大差异 , 形成各自不同的 喀斯特地貌类型和组合特点 , 因而出现了不同发育阶段地貌并存的局面 : 河谷地带对构造响应迅速 , 因溯源侵蚀作 用 , 普遍发育峡谷地貌 , 两岸常形成多级洞穴层 ; 高分水岭地区 , 地貌回春影响小 , 地面以常态的面状侵蚀作用为 主 ; 中间过度地带喀斯特化程度最高 , 总体上具有喀斯

3、特地貌发育青年期阶段的特点 . 武隆喀斯特不仅完美地展现 出多样性的中山峡谷喀斯特地貌发育特点 , 更是研究流域喀斯特系统演化规律的良好场所 . 关 键 词 : 武隆 ; 峡谷喀斯特 ; 地貌组合 ; 地貌演化 中图分类号 : P9311 5 文献标识码 : A 重庆市武隆县位于乌江下游 , 地处四川盆地东南边缘与大娄山过度地带. 因境内不同时代的石灰岩广 泛出露 , 在构造抬升背景下 , 流水和喀斯特作用形成了丰富多样的地表和地下喀斯特地貌 , 是研究长江三 峡地区地貌演化的重要场所. 近年来 , 对武隆喀斯特地貌的关注主要从洞穴研究开始 , 取得了一系列

4、相关成果[ 1 3 ] , 引起了中外学者 普遍兴趣 . 作为申报“中国南方喀斯特”世界自然遗产的系列提名地之一 , 该地区因乌江过境深切 , 地势高 差大 、起伏多变 , 喀斯特地貌类型丰富 、成因复杂 , 既保留了地质历史时期古喀斯特遗迹 , 又代表了重要的 和正在进行的地质地貌过程 , 具有喀斯特科学研究的独特价值 (图 1) . 地质基础 武隆境内出露地层主要为古生代 —中生代的寒武系 、奥陶系 、志留系 、二叠系 、三叠系 、侏罗系碳酸盐 岩和碎屑岩地层 , 其中寒武系 、奥陶系 、二叠系 、中下三叠系为可溶性岩石 , 总厚度约 2 000 m , 以坚硬 、致 密

5、和低孔隙度的碳酸盐岩为主 , 为喀斯特地貌发育提供了良好的物质基础 ; 同时 , 古老坚硬的碳酸盐在多 次构造运动作用下 , 产生大量裂隙 、节理 , 使岩石的渗透性大大增加 , 特别是第四纪新构造运动强烈的抬 升作用 , 促进了各种溶蚀 、侵蚀作用 , 喀斯特过程得于充分进行 , 表现出地表和地下喀斯特地貌的多样性 和完整性 . 1 2 喀斯特地貌特征 21 1 类 型 在特定的地质地理条件下 , 武隆一带完美地展现了多层次的亚热带深切峡谷喀斯特景观 , 各种喀斯特 地貌在不同海拔和地貌部位表现出明显的平面与垂直组合特征. 其中 , 以丘峰洼地 ( 谷地) 、大型漏斗 ( 天

6、 坑) 、喀斯特峡谷 、天生桥等为代表的地表喀斯特和以大型溶洞和丰富的洞穴次生化学沉积为代表的地下 喀斯特最为普遍 , 独具特色 . ① 收稿日期 : 2006 06 30 基金项目 : 重庆市院士基金资助项目 ( 2004 8258) . 作者简介 : 谢世友 ( 1960 ) , 男 , 江苏徐州人 , 教授 , 主要从事第四纪与自然地理研究. 高程单位 : m 图 1 重庆武隆地势图 Hyp so grap hic Map of Wulo ng A rea , Cho ngqi ng Fi g1 1 丘峰洼地系列 : 丘

7、峰顶部海拔高度一般比较接近 , 可与洼地 、谷地或峡谷组合 ; 在远离现代河谷的 水岭地区 , 表现为低缓的石丘与宽浅的洼地或平坝相组合 ; 在临近水系裂点的的地方 , 表现为峰丛与洼 或峰丛与谷地相组合 ; 在被现代水系切割蚕食的地面上 , 形成峰丛与峡谷组合的地貌景观 . 喀斯特峡谷系列 : 形态上有典型的单循环嶂谷 、峡谷 、箱形谷或由它们组合形成的双循环峡谷 ; 乌 干流和支流均可形成 , 数量多 、规模差异大 ; 与天坑组合构成了宏大的天生桥群 , 十分稀有 . 喀斯特洞穴系统 : 垂向洞穴与横向洞穴均发育 ; 垂向的竖井与落水洞多见于封闭洼地底部 , 与地下 道相连 ,

8、 可深达数百米 ; 横向的水平溶洞众多 , 洞中化学沉积和流水堆积物丰富 ; 河谷两侧层状溶洞发育 可与阶地对比 ; 高位台面底部的大型溶洞具水平流动带洞穴性质 , 可指示早期基面. 21 2 分 布 丘峰洼地系列主要分布在地势相对平缓的喀斯特台面上. 当分布于海拔 1 700～1 900 m 的高一级台 时 , 地貌表现为低矮的丘峰和平坝 、洼地相组合 , 丘峰与平坝 、洼地相对高差小于 200 m , 武隆一带主要 存在花椒岩 、仙女山 、歇马台 、白马山 、灯草坝等山顶坪台 , 其中的仙女山有川东第一草旬之称 ( 图 2) ; 分布于海拔 1 200～1 500 m 的低

9、一级台面时 , 表现为岩溶高丘地貌 , 丘峰与洼地 、谷地之间的相对高差 达 300 m 以上 , 主要保存在朱家顶 、凤凰 、核桃湾 、杨柳池 、车盘 、车厂梁子 、大坪 、东山 、秦家坝等坪 样典型 , 在猴子坨伏流入口一带 , 谷底高程 915～1 015 m , 两岸山峰高耸 , 海拔高程为 1 200～1 400 m , 谷 深达 230～400 m , 两岸陡崖峭壁绵延 , 峡谷十分壮观 ; 在羊水河与老盘沟汇合处 , 形成了龙水峡地缝式峡 谷 , 平均切割深度 200 m , 谷底宽度 11 3～15 m 不等 , 大多为 2～5 m , 深宽比接近

10、20 ∶1 , 构成“一线天”景 观[ 3 ] ; 羊水河段发育的喀斯特天生桥 , 桥高达 280 m , 更是世界罕见 . 高程单位 : m 图 2 仙女山地形图 Topo grap hic Map of Xia n nüMo unt ai n Fi g1 2 各种喀斯特溶洞主要集中呈层分布于现代河谷两岸 , 或散布于喀斯特台面上的洼地 ( 谷地) 底部及岗状 分水岭地带的风口两侧山坡. 如芙蓉江右岸江面至其上天星山原面 ( 图 3) , 水平距离不到 5 k m , 集中分布 有 9 个喀斯特洞穴 , 洞口标高由最低的 180 m 升至最高的 1 162 m , 不仅具

11、有很好的成层性 , 而且横向洞穴 与垂向洞穴成因关系密切 , 是该地区喀斯特地貌发育研究的重要佐证. 高程单位 : m 图 3 芙蓉江至其上天星山原面地形与溶洞分布 Fig1 3 The Escarp ment and Multi2L ayer Kar st Caves abo ve t he East Bank of t he Furo ng River at Tianxing Aera 21 3 发育特点 Da vi s[ 5 ] 和 Cvijic[ 6 ] 在建立喀斯特地貌循环理论时早已指出 : 喀斯特地貌发育与流水地貌相似 , 也有 定的顺序 ; 由上升的高地开始发育

12、, 经幼年期 、青年期 、中年期达到老年期 ; 完成一个发展序列 , 需要相 长的构造平静期 ; 否则演化中断 , 会出现不同发育阶段地貌并存的局面. 分析武隆喀斯特地貌发育垂向 异特点 , 对探讨喀斯特地貌发育阶段具有重要的指示意义. 在海拔 1 700～1 900 m 、远离现代排水基面的分水岭地区 , 因地貌回春未达及 , 以常态地貌作用为主 地面完整性较好 , 正地形为低缓的石丘 , 负地形为宽浅的洼地或平坝 , 洼地中有漏斗发育 , 大体保留上 地块微起伏的剥蚀面特征. 在海拔 1 200～1 500 m 的低一级地面上 , 因地貌回春影响较大 , 干谷 、盲谷 、落水洞

13、和深陷的溶蚀 地普遍发育 , 地下伏流众多 , 地表水几乎都被吸收而转为地下水 , 地面呈现锥状喀斯特景观 , 总体上具 喀斯特地貌发育青年期阶段的特点 . 但在少数地方 , 因河流溯源侵蚀强烈 , 地下洞道顶板塌陷 , 或形成 窗 (天坑) 、或形成天生桥 、或形成喀斯特峡谷 , 地下河开始向地表河转化 , 是喀斯特发育中年早期阶段 特点. 发育于主要干支流两岸的层状水平溶洞 , 多是在区域新构造阶段性抬升背景下 , 不同基面时期地下暗 的排泄通道 , 往往可与相近高程的阶地对比 , 是可溶性岩石地区最初响应构造事件的喀斯特地貌特有表现. 3 喀斯特地貌演化 武隆地区分水岭一带

14、海拔 1 700～1 900 m 的地貌面是三峡地区最古老地面的残留部分 , 该级地面 鄂 、渝 、贵跨流域广泛分布 , 其共同特点是构成区域性最高山顶夷平面. 该夷平面完成于喜马拉雅运动 II 幕发生之前的早第三纪末 , 时代晚于 25 Ma B1 P1 [ 7 ] . 因此 , 喜马拉雅运动第 II 幕发生之前的准平原应 武隆现代地貌开始发育的基础 , 此前的古老地貌基本上已为后期作用完成破坏 , 难觅踪迹 . 早第三纪准平原随着新第三纪初喜山运动的发生而解体 , 此次构造运动发生于中新世初期[ 8 ] , 在江 盆地[ 9 ] 和四川盆地[ 10 ] 中的上 、下第三系之间

15、都有一个明显的角度不整合 , 记录了这次构造事件. 武隆所 的三峡地区因此次运动而抬升 , 之后开始进入新第三纪的地貌演化历程 . 新第三纪时本区气候较为湿润 , 外营力作用以流水为主 . 早期河流从隆起带的边坡开始发育 , 当时 河流流路短小但比降较大 , 因此在江汉盆地西缘形成许多小型冲洪积扇堆积 . 其后河流渐长 、比降减小 推积物变成了一些磨圆很高 , 但粒径较小的冲积砾石 , 表明当时地面在不断蚀低 . 当隆起带与堆积盆地 时发育红色风化壳及铁盘时 , 反映当时地面高程接近 , 已是准平原发育到最后阶段的产物 . 目前区内众 波立谷 、大型水平溶洞系统和平顶山脊的海

16、拔高度都稳定在 1 200～1 500 m , 应是当时的古地面 . 该地 还发现了众多经远距离搬远的高磨圆早期河流砾石和砾石层 , 它们或是存在于溶洞之中 , 或是堆积于垭 地带 , 或是散布于台面上 , 说明当时存在着复杂的水文网 , 也反映了流水作用过程在地面塑造中的重要 用 . 与此同时 , 高大的溶丘 、深陷的漏斗 、众多的波立谷及普遍存在的溶洞等溶现象也充分体现了岩溶 用在地面形成过程中的突出地位 . 因古风化壳上覆砾岩层底部的古地磁年龄为 31 0～31 4 Ma B1 P1 , 新第 纪准平原的完成年代当是上新世晚期. 喜马拉雅运动第三幕造成三峡山地强烈隆升 ,

17、本地区河流迅速回春 , 流域喀斯特地貌系统产生复杂响应 乌江干流及芙蓉江等主要支流对构造响应迅速 , 水动力以垂直方向作用为主 , 普遍发育峡谷地貌. 因本区新构造运动具有抬升与相对稳定相间出现的特点 , 河谷两岸形成多级洞穴层与之对应. 主要支流的河间地块及斜坡地带受地貌回春影响比较大 , 地下水为寻求最有利的排泄途径 , 随着基 的不断下降 , 水对岩石的作用方向和作用是方式也不断地相应调整 , 因此 , 在巨大厚度的渗流带形成复 的垂向与横向喀斯特洞穴系统 . 在地下汇流结构强烈发育的同时 , 地表汇流结构逐渐解体 , 地面以小汇 流域为特点的峰丛洼地景观为主导 . 因水动力

18、条件优越 , 加之多旋回迭加现象的存在 , 此单元的喀斯特 程度最高 , 可保存大量的干谷 、盲谷 、竖井 、天坑 、落水洞 , 并形成多期发育的伏流系统 . 由于伏流强烈 保存 , 常态的面状侵蚀作用占主导地位 . 武隆地区从分水岭到河谷 , 在短距离范围内 , 集中分布多期发育的丰富地表与地下喀斯特地貌 , 它们 不仅在时间上具有发育 、演化的先后关系 , 更存在着空间上成生联系方面的关联性 . 武隆喀斯特形态及其 分布 , 是该地区特有的喀斯特形成演化模式的必然表现 , 很好地呈现了区域性地壳强烈抬升 、河流深切的 独特亚热带喀斯特中山峡谷特点 . 4 结 论 根

19、据以上分析 , 我们认为武隆在新构造持续抬升 、乌江强烈下切的背景下形成了时间和空间上差异较 大的多样性喀斯特地貌 , 是流域喀斯特对构造响应的必然结果 . 但目前对这种流域系统的复杂响应机理还 不清楚 , 因此 , 研究武隆喀斯特地貌与演化的意义远非仅在于了解地貌发育本身 . 参考文献 : 朱学稳 . 芙蓉洞的次生化学沉积物 [J ] . 中国岩溶 , 1994 , 13 (4) : 357 368 . [ 1 ] [ 2 ] kevin J SEN IO R. The Ya ngtze Go r ge s Exp editio n : China Cave s Pr

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23、a n1 , Z H A O Ch u n2yo ng3 11 S c hool of Ge ograp hic al Sci e nc e s , S out hw e s t Unive rsit y , Chong qing 400715 , China ; 21 Ke y L a bora t ory of Ec o2Environme nt in Thre e Gorge s Re s e rvoir Re gion ( MO E) , S out hw e s t Unive rsit y , Chong qing 400715 , China ; 3

24、1 Dep a rt me nt of Ge ograp hy , Chong qing Normal Unive rsit y , Chong qing 400045 , China Abstract : A s a rep re se nt ative of mi d2mo unt ai n go r ge ka r st la ndscap e i n so ut h Chi na , t he Wulo ng Ka r st sit e s a re cha ract e rize d by co mp le x surf ace a nd u nde r gro

25、 und wat er sy st e ms , t hic k ca r bo nat e st rat a a nd a deep va do se zo ne . In t he a rea , t ypical su bt ropical ka r st la ndfo r ms a re well develop ed a nd wi del y di st ri bu2 t ed . Beca u se of t he sp ecial co nditio n s of t ecto nic activit y a nd be droc k st rati gra

26、p hy , bo t h ol d a nd yo ung ka r st geo mo rp hic st r uct ure s e xi st t hro ugho ut t he 2000 m altit ude ra nge i n Wulo ng , a nd t he se st r uct ure s a re regula rl y di st ri but ed i n o r de r at diff e re nt zo ne s. In hi gh elevatio n mo unt ai n ra nge s , t he a ncie nt ka r s

27、t ca n be p re ser ved well due to le ss eff ect of e ro sio n cycle s. In co nt ra st , under t he i nf l ue nce of e ro sio n cycle s a2 ro und lo w elevatio n valley a rea s , st ro ngl y do w n cut ti ng of rive r s lea d to fo r matio n of t ypical ka r st ca n2 yo n s. The va riet y of

28、di st ri b utio n a nd co mbi natio n ka r st geo mo rp hic f eat ure s ca n ref lect t he evol utio n hi sto2 r y of ka r stificatio n p roce sse s. Therefo re , t he Wulo ng sit e i s a n e xcelle nt regio n fo r o b ser vi ng p he no me na a nd st udyi ng mec ha ni sm of geo mo rp hic evol utio n a nd ka r st hydrolo gy. Key words : Wulo ng co u nt y ; Go r ge ka r st ; ka r st a sse mbla ge s ; geo mo rp hic evol utio n 责任编辑 胡 杨