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岩溶地质知识简介

2015-03-21 11:11 | 作者:贵州织金洞 | 来源:贵州织金洞 | 阅读:次 |
一、相关地质知识介绍
 
    岩溶与喀斯特
    岩溶:水对可溶性岩石所进行的地质作用称为岩溶作用;岩溶作用所形成的地表和地下形态称为岩溶地貌。
    喀斯特:是南斯拉夫西北部伊斯特拉半岛上的一个地名,当地称为Kras,意为岩石裸露的地方。因为近代岩溶现象的研究是首先在此地进行,故用该地名为岩溶作用和现象命名,如岩溶作用又叫喀斯特作用,岩溶地貌又叫喀斯特地貌
    1、  矿 物
    定义:自然产出的固态化合物或单质。
    结晶态
    形态 :                                      
    无定形态 
    注:现在已经能人工合成不少矿物了,但一般情况下谈到矿物,都是指的自然产出者。     
    结晶态矿物——分子或原子按照一定的规律排列成结晶体无定形态矿物。如煤炭、蛋白石、玉髓等。
    同一种化学成分的物质可以形成不同形态的矿物。如金刚石   石墨     煤炭三者的化学成分都是单质碳
    2、岩 石
    喷出岩
    又叫火山岩,岩浆喷出地表迅速冷却而成。织金产出的玄武岩就是一种喷出岩。黑龙江五大连池,让大家看的就是火山岩景观。
    侵入岩
    岩浆上升但未到达地表,在一定深度处缓慢冷却而成。人们比较熟悉的花岗岩、辉绿岩就属于侵入岩。
    沉积岩
    由流水、冰川、风、生物等,通过机械的、化学的形式将物质搬运到一定的场所沉积下来所形成的岩石。如:砂岩、粘土岩、石灰岩、白云岩等。织金洞内的各种洞石,应当属于化学沉积岩的范畴。
    可溶性岩石
    原则上讲,所有的岩石都是可溶的。但有的溶解速度极慢,我们将其视为不可溶岩石;有的溶解速度要快一些,我们将其称为可溶性岩石。分布较广的可溶性岩石主要有石灰岩和白云岩。
    石灰岩的化学成分主要为碳酸钙。
    白云岩的化学成分主要为碳酸钙和碳酸镁。
    地 层
    沉积岩一般都是一层一层堆积而成的;织金洞内的石笋、石钟乳、石幔等洞石,也是一层层堆积而成的。
    常见的沉积岩,大多都是在海洋里面沉积的,大体上水平地一层一层铺开往上堆积,后来经过成岩作用变成岩石,也是呈水平状态。
因此,沉积岩的原始产出状态大体都是水平层状的。下面的岩层沉积时间较早,称为较老岩层;上面的沉积时间较晚,称为较新岩层。这种按新老顺序排列的岩层称为地层。
    由于沉积时物质成分和粒度大小总会随时间有所变化,因此沉积岩显示层状构造,看起来一层一层的。我们把分层的地方叫做层面。单层岩石较厚(数十厘米)的叫做厚层状岩石,较薄(数厘米)的叫薄层状岩石,极薄(毫米级)的叫做纹层状岩石。
    受构造作用力的影响,岩层会发生褶皱和断裂。
    褶皱以后岩层就不再都呈水平状态。我们把凹下去的部分叫做向斜,凸起来的部分叫背斜。
    断 裂
    断裂有断层和节理礼两大类
    断层——把层面错开的断裂
    节理——层面基本未被错开的断裂,织金地方俗称“水缝”。
    侵蚀作用——流水、冰川、风等通过机械、化学的作用将岩石中的物质剥离出来搬离原地的地质作用。
    沉积作用——流水、冰川、风、生物等将物质搬到一定的地方堆积起来的作用。
 
    二、石灰岩溶蚀的基本原理
 
    岩溶作用是缘于在二氧化碳参与下碳酸钙溶解的化学反应。雨水中都溶解有一定的二氧化碳,二氧化碳与水反应生成碳酸,所以雨水实际上是一种碳酸溶液。石灰岩的主要成分是碳酸钙,当雨水接触石灰岩时,碳酸钙与碳酸起反应生成碳酸氢钙,碳酸氢钙的溶解性比碳酸钙大得多,生成后就溶解于水中。化学反应方程式如下:
    H2O+CO2=H2CO3 
    CaCO3+H2CO3
    Ca(HCO3)2
    后一反应是一个化学平衡反应,当水中溶解的二氧化碳增多时平衡向右移动,碳酸钙溶解增加;当水中二氧化碳减少时,平衡向左移动,碳酸钙溶解减少。
 
    三、岩溶侵蚀现象及景观
 
    当雨水流过石灰岩表面时,溶蚀和冲蚀两种作用同时发生而使石灰岩表面形成凹槽——溶沟。溶沟深度可从数毫米至数米、十多米,较大较深的溶沟之间的石灰岩形成石芽。织金洞附近的石芽与溶沟如果雨水先流过土层再与石灰岩接触,则由于土壤中因微生物作用含有较多的二氧化碳,雨水中溶解的碳酸更多,对碳酸钙的溶解能力更强。因此渗入石灰岩节理、层理等孔隙、缝隙中的雨水会溶解这些孔隙、缝隙周围的石灰岩而使空隙逐渐扩大发展为溶洞乃至地下河。在东风湖峭壁上可以看到这种溶蚀现象。
    雨水对石灰岩节理、层理的溶蚀作用
    雨水对石灰岩节理、层理的溶蚀作用——已溶蚀成较大孔洞。溶蚀进一步发展形成溶洞。溶蚀再进一步发展,形成洞腔更大的溶洞。
    溶洞的洞腔继续扩大,当上方顶板岩层支持不住时会发生坍塌。如果坍塌穿透地面时,就会形成溶斗、天坑。
    溶斗——织金话称为“麻窝”
    此时,溶洞内的环境发生了根本改变,地面流水直接进入洞腔,溶洞变成了地下河,水流除了继续对洞壁进行溶蚀外,还裹挟着泥沙对洞壁进行机械“打磨”,大大加快了洞腔扩大的速度。
    溶洞顶板大段坍塌可形成岩溶箱状谷。溶洞顶板大部坍塌而仅残留少数,则残留部分称为天生桥。
    当溶洞顶板完全崩塌干净时,该溶洞就走完了其一生“寿终正寝”了,其所在位置被一条地面河流所代替。
    如果在地面河的河床底下还有石灰岩层、下游不太远的地方还有更深的河谷,此种情况下在地面河流的下方往往会有新一层的溶洞形成。    这种现象在现今黄果树瀑布下游就明显存在;绮结河区域地质历史上曾经存在过,现在也可能存在。
    在地面、地下岩溶作用和崩塌等地质作用的联合塑造下,除了溶沟、石芽、溶斗、天坑、岩溶箱状谷、天生桥之外,形成的地面岩溶地质景观还有孤峰、峰林、峰丛、石林等。
    孤  峰—— 一峰独起,周围较平坦。桂林独秀峰,织金鱼山也是一个孤峰
    峰林——若干孤峰聚集在一起组成峰林。兴义万峰林
    峰丛——山挤山,山重山。织金洞周围皆是。
    石林——与石芽仅是高矮的差别,织金洞附近也有。
    流水在溶洞中的机械侵蚀作用,可形成倒石芽、天锅等地质遗迹景观。
 
    四、岩溶沉积现象及景观
 
    溶洞从开始形成到转化为地面河而终结其“生命”,需要很长的时间。因此,只能在地壳上升运动间歇期足够长的情况下才有可能。
    大多数情况是,溶洞不能正常地“寿终正寝”,而是在发展过程中就碰到地壳抬升,溶洞中的大规模侵蚀作用被迫中止而转入洞石沉积阶段。在其下方,新一代的溶洞发展起来,为流水提供新的通道。
    织金洞的四层迷宫状构造,记录了该地区地壳经历的三次明显的地壳抬升运动,每次抬升都打断了溶洞发展的正常进程,使其中途转入了洞石沉积阶段。
    应当感谢大自然的这种安排!否则,让织金洞地区的所有溶洞都走完其“生命”历程,消失在地质历史的长河中,我们就看不到织金洞内的奇妙洞景,也看不到洞外的壮丽景观了。
    织金洞内琳琅满目的美丽洞石、壮丽辉煌的洞景,就是在洞石沉积阶段形成的。
    银雨树
    ——花瓣状石笋。高17m,根部直径0.42m,托盘直径2.4m,下部叶片长1.1m,中部叶片长0.7m
    霸王盔
    ——水母状石笋与杆状石笋的组合。形态,通高17m。
    还有石幔、石盾、石钟乳、石柱、边石坝、壮丽的广寒宫洞厅、金碧辉煌的灵霄殿,这些洞石是怎么形成的呢?
    沿石灰岩缝隙缓慢流动的渗流水中溶解了大量的酸式碳酸钙,一般情况下往往是酸式碳酸钙的饱和溶液,当其进入空旷洞腔内时,其中的二氧化碳逃逸出来而使溶解的二氧化碳减少。于是上述第二个化学反应平衡向左移动,渗流水中的碳酸氢钙转化为碳酸钙从水中沉淀出来,在渗流水渗出处沉积下来。
    CaCO3      +H2CO3    Ca(HCO3)2
    渗流水如果是从洞顶较快渗出,则碳酸钙沉积物不断向下一层层堆积增长,形成石钟乳。
    如果是从洞顶缓慢渗出,则会形成细长中空的石钟乳——鹅管石。
    石钟乳下方渗流水滴落处,碳酸钙会逐渐向上堆积形成石笋石笋与石钟乳相向生长,相接之后称为石柱。“针锋相对”景观显示了两者相向生长至将接不接时的情况,是一个很好的例证。
    “定海神针”则显示石柱已经形成。
    渗流水如果是从洞壁较快渗出则形成石幔
    渗流水如果是从洞壁较慢渗出则形成石盾。
    较多渗流水沿着缓坡流动则形成边石坝——石梯田。
    卷曲石很是让人们费解
    通体透明如玉的卷曲石,看起来好像不受重力的影响,可在三维空间各个方向自由生长,形成各种组合形态,如树枝状、鹿角状、放射状、吊灯状、藻丛状、羽毛状、梅花状及瓣状等。其成因让专家们长期争论不休,难以统一认识。
    贵州省科学院山地资源研究所的李坡等专家结合国内外的研究,认为导致这种现象的主要原因有毛细水作用、结晶轴偏转、静电作用、石管堵塞、气流作用、生物作用等。
    例如石幔卷板之间的这些细丝般的卷曲石的形成,就被认为与静电作用有关。
    这是织金洞水晶宫洞厅中有一种洞石沉积物,酷似庄稼地里的秧苗成片密集生长,高度一般为几厘米。以前有人称之为“谷针田”,我认为称为“石葱”还要形象些。
    密集生长的石葱上方并无滴水,显然是自下而上“生长”的。
    石葱的成因,看来只能用毛细作用解释:
    当渗流水极缓慢地渗出洞底板时,先在其表面形成一个水珠,沉淀出来的碳酸钙在水珠边部沉积,逐步堆高形成一个环状突起。受表面张力作用,渗流水珠随着环状突起的增高而上升,碳酸钙继续向上堆积而使环状突起逐步“长高”形成管状突起,渗流水在管状突起中形成一个水柱。表面张力所能支持的水柱高度是有限的,因此管状突起顶部的水珠越来越小,管状突起的直径也越来越小,最后尖缩封闭停止“生长”。
    造成雪香宫中北国风光景色的是一层薄“霜”,我把它成为“石霜”。
    “石霜”的成因也与毛细作用有关。当极少量的渗流水沿极细微的毛细孔渗出洞景表面时,水分挥发留下碳酸钙微粒沉积在洞景表面而形成“石霜”。“石霜”仅见于位置较高高、空气干燥的洞厅。
    织金洞内的洞石沉积千姿百态,不胜枚举。对不同形态的洞石进行全面系统的成因研究,目前尚未有人做过,还有大量的谜团有待来者——其中也包括织金洞的游客及在座的诸位——来解开,还有大量的疑问需要得出答案。
 
    五、织金洞内地质遗迹景观保护问题探讨
 
    我相信,无论是游客还是织金洞国家地质公园的员工,谁也不会希望织金洞的美丽景观遭到破坏。但是,不管我们愿不愿意承认,客观地讲,现今织金洞内的景观比起当年被发现时已有所逊色。
    造成这种变化的原因是明确的:我们的建设活动、服务活动,游客的游览活动。
    具体来说,大量游客的游览活动带来的二氧化碳浓度增加、粉尘的增加,照明带来的光污染,恐怕应是重要原因。
    前面已经介绍过,水中的二氧化碳增加,会增加对碳酸钙的溶蚀性。洞中二氧化碳浓度的增加,必然增加洞中渗流水二氧化碳的溶解量,从而增强其对洞石中碳酸钙的溶蚀作用,使洞石表层的碳酸钙流失,杂质相对增加,颜色变晦暗。
    光污染的影响也是明显的,较强光源附近已经长出苔藓甚至杂草。
离光源较远的地方似乎还没有变化,但时间长了会不会有明显变化呢?
    如:强光处长出的苔藓,强光处长出的杂草。
    我愿意同大家一起来探讨防治洞景遭受破坏的方法,以及恢复已遭受破坏洞景的方法。必要时可联合起来向科技部门、国土资源部门申请项目,在他们的支持下开展研究。
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