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巖溶知識

2015-04-24 17:39 | 作者:未知 | 來源:未知 | 閱讀:次 |
  目  錄
l  相關地質知識介紹
l  石灰巖溶蝕的基本原理
l  巖溶侵蝕現象及景觀
l  巖溶沉積現象及景觀
l  織金洞內地質遺跡景觀保護問題探討
 
一、相關地質知識介紹
前  言
l 作為一個學術組織,貴州省地質學會旅游地質分會有義務幫助全省的地質公園掌握和提高職工的地質科學素養。
l 作為地質公園的員工,有必要不斷地積累地質科學知識,以便更好地管理、建設地質公園,更好地為游客服務。
l 這兩者促成了這次講座。
 
巖溶與喀斯特
l  巖溶:水對可溶性巖石所進行的地質作用稱為巖溶作用;巖溶作用所形成的地表和地下形態稱為巖溶地貌。
l 喀斯特:是南斯拉夫西北部伊斯特拉半島上的一個地名,當地稱為Kras,意為巖石裸露的地方。因為近代巖溶現象的研究是首先在此地進行,故用該地名為巖溶作用和現象命名,如巖溶作用又叫喀斯特作用,巖溶地貌又叫喀斯特地貌。
 
1、礦 物
定義:自然產出的固態化合物或單質。
 
                         結晶態
形態 :                                       
                         無定形態  
 
注:現在已經能人工合成不少礦物了,但
    一般情況下談到礦物,都是指的自然
    產出者。                                                       
黃鐵礦
 
 
 
 
 
 
輝銻礦
 
l 無定形態礦物
            煤炭、蛋白石、玉髓等。
l 同一種化學成分的物質可以形成不同形態的礦物
l               
l           金剛石   石墨   煤炭
 
   三者的化學成分都是單質碳
2、巖 石
巖漿巖
沉積巖
可溶性巖石
 
巖漿巖
l 噴出巖,又叫火山巖,巖漿噴出地表迅速冷卻而成。織金產出的玄武巖就是一種噴出巖。黑龍江五大連池,讓大家看的就是火山巖景觀。
l 侵入巖,巖漿上升但未到達地表,在一定深度處緩慢冷卻而成。人們比較熟悉的花崗巖、輝綠巖就屬于侵入巖。
 
巖漿巖成因示意圖
 
噴出巖
 

 



下紅巖碼頭旁的小褶皺
   褶皺以后巖層就不再都呈水平狀態。我們把凹下去的部分叫做向斜,凸起來的部分叫背斜。
 
 
點葫蘆碼頭對面的褶皺地層
    斷 裂
斷裂有斷層和節理兩大類
 
斷層——把層面錯開的斷裂
 
節理——層面基本未被錯開的斷裂,織金
         地方俗稱“水縫”。
 
侵蝕作用——流水、冰川、風等通過機械、化學的作用將巖石中的物質剝離出來搬離原地的地質作用。
沉積作用——流水、冰川、風、生物等將物質搬到一定的地方堆積起來的作用。
 



織金洞附近的石芽與溶溝
 
 
l      如果雨水先流過土層再與石灰巖接觸,則由于土壤中因微生物作用含有較多的二氧化碳,雨水中溶解的碳酸更多,對碳酸鈣的溶解能力更強。因此滲入石灰巖節理、層理等孔隙、縫隙中的雨水會溶解這些孔隙、縫隙周圍的石灰巖而使空隙逐漸擴大發展為溶洞乃至地下河。在東風湖峭壁上可以看到這種溶蝕現象。
 
 
 
雨水對石灰巖節理、層理的溶蝕作用
(攝于東風湖峭壁)
 
 
雨水對石灰巖節理、層理的溶蝕作用——已溶蝕成較大孔洞
(攝于東風湖峭壁)
溶蝕進一步發展形成溶洞(攝于東風湖岸邊)
溶蝕再進一步發展,形成洞腔更大的溶洞。
(東風湖岸邊的鱷魚嘴)
幻燈片38
l 溶洞的洞腔繼續擴大,當上方頂板巖層支持不住時會發生坍塌。如果坍塌穿透地面時,就會形成溶斗、天坑。

 
溶斗——織金話稱為“麻窩”
 
天  坑
 
l 此時,溶洞內的環境發生了根本改變,地面流水直接進入洞腔,溶洞變成了地下河,水流除了繼續對洞壁進行溶蝕外,還裹挾著泥沙對洞壁進行機械“打磨”,大大加快了洞腔擴大的速度。
 
燕子洞地下河入口
 
燕子洞暗河入口處
 
l 溶洞頂板大段坍塌可形成巖溶箱狀谷。溶洞頂板大部坍塌而僅殘留少數,則殘留部分稱為天生橋。
 
 
 
天谷天生橋
l 當溶洞頂板完全崩塌干凈時,該溶洞就走完了其一生“壽終正寢”了,其所在位置被一條地面河流所代替。
l 如果在地面河的河床底下還有石灰巖層、下游不太遠的地方還有更深的河谷,此種情況下在地面河流的下方往往會有新一層的溶洞形成。這種現象在現今黃果樹瀑布下游就明顯存在;綺結河區域地質歷史上曾經存在過,現在也可能存在。
 
l 在地面、地下巖溶作用和崩塌等地質作用的聯合塑造下,除了溶溝、石芽、溶斗、天坑、巖溶箱狀谷、天生橋之外,形成的地面巖溶地質景觀還有孤峰、峰林、峰叢、石林等。
 
孤  峰—— 一峰獨起,周圍較平坦。
 
桂林
獨秀峰
l 織金魚山也是一個孤峰
 
 
峰林——若干孤峰聚集在一起組成峰林
 
興義
萬峰林
峰叢——山擠山,山重山。織金洞周圍皆是。
 
石林——與石芽僅是高矮的差別,
        織金洞附近也有。
 
l 流水在溶洞中的機械侵蝕作用,可形成倒石芽、天鍋等地質遺跡景觀。
 
 
 
天鍋
攝于紫云中洞
四、巖溶沉積現象及景觀
l 溶洞從開始形成到轉化為地面河而終結其“生命”,需要很長的時間。因此,只能在地殼上升運動間歇期足夠長的情況下才有可能。
l 大多數情況是,溶洞不能正常地“壽終正寢”,而是在發展過程中就碰到地殼抬升,溶洞中的大規模侵蝕作用被迫中止而轉入洞石沉積階段。在其下方,新一代的溶洞發展起來,為流水提供新的通道。
 
l 織金洞的四層迷宮狀構造,記錄了該地區地殼經歷的三次明顯的地殼抬升運動,每次抬升都打斷了溶洞發展的正常進程,使其中途轉入了洞石沉積階段。
l 應當感謝大自然的這種安排!否則,讓織金洞地區的所有溶洞都走完其“生命”歷程,消失在地質歷史的長河中,我們就看不到織金洞內的奇妙洞景,也看不到洞外的壯麗景觀了。
 
l 織金洞內琳瑯滿目的美麗洞石、壯麗輝煌的洞景,就是在洞石沉積階段形成的。
 
 
    銀雨樹

——花瓣狀石筍

高17m,
根部直徑0.42m,
托盤直徑2.4m,
下部葉片長1.1m,中部葉片長0.7m 
幻燈片60
 
 霸王盔

  ——水母狀石筍
與桿狀石筍的組合
形態,通高17m。 
幻燈片61
卷曲石
  


 
壯麗的廣寒宮洞廳
 
金碧輝煌的靈霄殿
這些洞石是怎么形成的呢?
l 沿石灰巖縫隙緩慢流動的滲流水中溶解了大量的碳酸氫鈣,一般情況下往往是碳酸氫鈣的飽和溶液,當其進入空曠洞腔內時,其中的二氧化碳逃逸出來而使溶解的二氧化碳減少。于是上述第二個化學反應平衡向左移動,滲流水中的碳酸氫鈣轉化為碳酸鈣從水中沉淀出來,在滲流水滲出處沉積下來。
l   CaCO3      +H2CO3               Ca(HCO3)2

 


l 滲流水如果是從洞頂較快滲出,則碳酸鈣沉積物不斷向下一層層堆積增長,形成石鐘乳。

 
l 如果是從洞頂緩慢滲出,則會形成細長中空的石鐘乳
  ——鵝管石。
 
l 石鐘乳下方滲流水滴落處,碳酸鈣會逐漸向上堆積形成石筍
 
 
l 石筍與石鐘乳相向生長,相接之后稱為石柱。“針鋒相對”景觀顯示了兩者相向生長至將接不接時的情況,是一個很好的例證。
 
 
“定海神針”則顯示石柱已經形成。
l 滲流水如果是從洞壁較快滲出則形成石幔 
 
l 滲流水如果是從洞壁較慢滲出則形成石盾。 
 
 
l 較多滲流水沿著緩坡流動則形成邊石壩——石梯田。
 
l 卷曲石很是讓人們費解
 
l 通體透明如玉的卷曲石,看起來好像不受重力的影響,可在三維空間各個方向自由生長,形成各種組合形態,如樹枝狀、鹿角狀、放射狀、吊燈狀、藻叢狀、羽毛狀、梅花狀及瓣狀等。其成因讓專家們長期爭論不休,難以統一認識。
 
l 貴州省科學院山地資源研究所的李坡等專家結合國內外的研究,認為導致這種現象的主要原因有毛細水作用、結晶軸偏轉、靜電作用、石管堵塞、氣流作用、生物作用等。
 
例如石幔卷板之間的這些細絲般的卷曲石的形成,就被認為與靜電作用有關。
 
l 這是什么?可能在座的各位不是人人都見過。
 
 
l 這是織金洞水晶宮洞廳中有一種洞石沉積物,酷似莊稼地里的秧苗成片密集生長,高度一般為幾厘米。以前有人稱之為“谷針田”,我認為稱為“石蔥”還要形象些。
l 密集生長的石蔥上方并無滴水,顯然是自下而上“生長”的。
 
l 石蔥的成因,看來只能用毛細作用解釋:
l 當滲流水極緩慢地滲出洞底板時,先在其表面形成一個水珠,沉淀出來的碳酸鈣在水珠邊部沉積,逐步堆高形成一個環狀突起。受表面張力作用,滲流水珠隨著環狀突起的增高而上升,碳酸鈣繼續向上堆積而使環狀突起逐步“長高”形成管狀突起,滲流水在管狀突起中形成一個水柱。表面張力所能支持的水柱高度是有限的,因此管狀突起頂部的水珠越來越小,管狀突起的直徑也越來越小,最后尖縮封閉停止“生長”。
 
石蔥成因示意圖
 
 
 
  A        B       C
造成雪香宮中北國風光景色的是一層薄“霜”,我把它成為“石霜”。
 
幻燈片87
石霜近照
 
 
l “石霜”的成因也與毛細作用有關。當極少量的滲流水沿極細微的毛細孔滲出洞景表面時,水分揮發留下碳酸鈣微粒沉積在洞景表面而形成“石霜”。“石霜”僅見于位置較高高、空氣干燥的洞廳。
 
l 織金洞內的洞石沉積千姿百態,不勝枚舉。對不同形態的洞石進行全面系統的成因研究,目前尚未有人做過,還有大量的謎團有待來者——其中也包括織金洞的游客及在座的諸位——來解開,還有大量的疑問需要得出答案。下面再列舉一些洞石形態的照片,大家都來思索它是怎么形成的?
 
石葡萄 
l 石靈芝 
l 石蘑菇 
l 石水母 
塔松狀石筍 
l 塔狀石筍 
l 還有,這個石筍的花瓣為什么成螺旋狀排列?
 
 
五、織金洞內地質遺跡景觀
    保護問題探討
l 我相信,無論是游客還是織金洞國家地質公園的員工,誰也不會希望織金洞的美麗景觀遭到破壞。
l 但是,不管我們愿不愿意承認,客觀地講,現今織金洞內的景觀比起當年被發現時已有所遜色。
 
l 造成這種變化的原因是明確的:我們的建設活動、服務活動,游客的游覽活動。
l 具體來說,大量游客的游覽活動帶來的二氧化碳濃度增加、粉塵的增加,照明帶來的光污染,恐怕應是重要原因。
 
l 前面已經介紹過,水中的二氧化碳增加,會增加對碳酸鈣的溶蝕性。洞中二氧化碳濃度的增加,必然增加洞中滲流水二氧化碳的溶解量,從而增強其對洞石中碳酸鈣的溶蝕作用,使洞石表層的碳酸鈣流失,雜質相對增加,顏色變晦暗。
 
l 光污染的影響也是明顯的,較強光源附近已經長出苔蘚甚至雜草。
l 離光源較遠的地方似乎還沒有變化,但時間長了會不會有明顯變化呢?
 
強光處長出的苔蘚
 
強光處長出的雜草
 
l 我愿意同大家一起來探討防治洞景遭受破壞的方法,以及恢復已遭受破壞洞景的方法。
l 必要時可聯合起來向科技部門、國土資源部門申請項目,在他們的支持下開展研究。 


 

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