石林是地球表面坚硬或半坚硬岩石在地球构造应力和风化剥蚀、水的溶蚀或冲刷侵蚀等外营力共同作用下形成一种陡峭柱状、锥状、墙状或其它各种象形状并成群分布的特殊地貌形态。
这种柱状、锥状地质体直径一般数米~十余米、高度数米~二、三十米,但一般不会超过五十米。规模再大的则可称为石峰、峰林。常见的石林景观多是由浅灰~灰色碳酸盐岩(石灰岩、白云岩)构成,但经过长期的自然风化、雨水侵蚀和台藓、藻类等生物作用,会使其表面呈现深灰、灰黑色。
石灰岩、白云岩的化学成份分别为碳酸钙(CaC03)和碳酸镁、钙【CaMg(C03)2】,这类岩石形成的石林,水的作用除了机械冲刷、侵蚀外,还有化学溶蚀作用,并多会有溶蚀洼地、地下溶洞等岩溶地貌相伴随。云南昆明路南石林、桂林漓江两岸的峰林,都是我国最为著名的岩溶地貌景观,我市鹿寨县的中渡响水也分布有成片颇为壮观的岩溶石林。
路南岩溶石林
摄于1998年11月19日
位于云南省昆明市路南彝族自治县(1998年10月8日改为石林彝族自治县)。由距今2.7亿年二叠纪※浅海相化学沉积的灰色石灰岩、白云岩构成,是著名的旅游胜地。
※ 二叠纪为距今2.3~2.8亿年的地质年代。
云南昆明路南岩溶石林
摄于1998年11月19日
云南昆明路南岩溶石林
摄于1998年11月19日
响水岩溶石林
位于柳州市鹿寨县中渡镇,面积0.3平方公里,石柱密集,高6~20米,根部粗6~10米。表面溶蚀强烈,形态多样,如林、如柱、如塔,多以锥状为主,大小不一。最小高度和底部粗均不到3米,少数高达15~20米。石柱间多见红色粘土充填,属浅覆盖型石林。
原为国营响水铁矿,上世纪八十年代铁矿停产后,人工开挖和用高压水枪将覆盖其上的第四纪松散残土冲走后而裸露出来形成的地质景观。由泥盆纪上世~石碳纪下世浅海相化学沉积的灰色坚硬石灰岩构成。
柳州鹿寨响水岩溶石林
柳州鹿寨响水岩溶石林
摄于2024年12月10日
桂林漓江岩溶峰林
摄于2021年12月3日
位于桂林漓江两岸,由石炭纪※ 浅海相沉积的坚硬灰色石灰岩构成,是甲天下的山水风光。
※ 石炭纪为距今2.8~3.5亿年的地质年代。
河池凤山岩溶峰林
摄于2013年10月7日
位于广西河池市巴马县至凤山县243国道凤山县境内,由三叠纪※浅海相化学沉积的坚硬灰色石灰岩构成。
※ 三叠纪为距今1.95~2.3亿年的地质年代。
大化七百弄岩溶峰丛
摄于2017年10月24日
位于广西河池市大化瑶族自治县,由石炭纪~二叠纪海相化学沉积石灰岩构成。
当地瑶语的"弄"又称"弄场",是指四周被石灰岩山体包围可以供人居住的谷底小块平地。岩溶地质学里称之为高山岩溶峰丛洼地,洼地里往往发育有落水洞。由于洼地四周地形坡陡,正常季节降雨时会很快沿陡坡往下流并从落水洞注入地下,而瀑雨时因地下岩溶管道排水能力有限,洼地内又常会形成内涝。七百弄岩溶大石山区由于地少、缺水和内涝,故多是贫困地区。
光绪三十年(1904年),清政府废除少数民族土司世袭制度,推行"改土归流" 政策后,官府在此设团总局,局以下设七个村团、每个村团下辖100多个弄,"七百弄" 因此得名。
太阳村岩溶峰林
摄于2018年4月4日
位于柳州市柳南区太阳村镇,由泥盆纪上世※ 浅海相化学沉积的厚层状坚硬灰色石灰岩构成。
※ 泥盆纪为距今3.5~4.1亿年的地质年代、泥盆纪上世约为距今3.5~3.7亿年的地质年代。
那么″岩溶"一词又是怎么一回事呢?按地质学的定义,它是指地下水和地表水对可溶岩石 (碳酸盐岩、石膏、岩盐等) 所进行的以化学溶解、沉积作用为主和以流水冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为次的地质作用过程,以及由这些作用所产生的现象的总称。
岩溶作用可以形成各种形态奇异的地貌形态。在地表面可呈现石峰、石林、残山溶蚀平原、溶蚀洼地、溶蚀沟槽、地下河漏斗、落水洞等。地下则可表现为溶洞、暗河、溶蚀裂隙、钟乳石等。
岩溶地貌形态剖面示意图
而喀斯特(karst)一词是前南斯拉夫西北部伊斯特拉(istria)半岛(现被克罗地亚、斯洛文尼亚和意大利三国划分所有)石灰岩高原的地名。早在十九世纪末,南斯拉夫学者司威杰首先对该地区的地质、地貌形态进行研究,并借用喀斯特一词作为石灰岩地区一系列地质作用过程和现象的总称。
1966年,中国地质学会第一届全国喀斯特学术研讨会上建议将喀斯特一词改为岩溶。后因岩溶在译成外文时仍为喀斯特,于1981年,在北方岩溶学习研讨会上议定岩溶和喀斯特二者可同时使用。但在国内学术文献多用岩溶一词、用于国际交流则用喀斯特。
我国碳酸盐岩分布面积约200万平方公里,约占陆地国土面积960万平方公里的20.8%,其中裸露地表的约130万平方公里,约占陆地国土面积13.5%。其分布的地理位置包括西南、华南、华东、华北等地以及西藏、新疆等省区。在川、黔、滇、桂、湘、鄂诸省呈连续分布,面积达50余万平方公里,是我国主要的岩溶分布区。
广西出露的碳酸盐岩面积约14.26万平方公里,占全区陆地国土面积23.76万平方公里的60%, 属典型的岩溶发育区域。
由于全国自然条件差异, 岩溶发育的程度也不同。而西南地区亚热带湿润气候则非常有利于岩溶的发育,闻名于世的桂林山水和云南路南石林、贵州黄果树、织金洞、鄂西恩施大峡谷、地心谷、利川腾龙洞、桂西乐业天坑、大化七百弄、凤山县三门海以及柳州的鱼峰山、马鞍山公园、龙潭公园、都乐公园、鹿寨响水地质公园等都是发育在碳酸盐岩中典型的岩溶景观。
柳州市发育的岩溶地貌类型齐全,形态多样。除了前述的石峰、石林外,还有岩溶平原、溶蚀谷地、溶蚀沟槽、岩溶漏斗、落水洞、溶洞、地下暗河、干谷等,甚至在覆盖型岩溶上覆土中也常见岩溶作用形成的土洞发育,它的存在,对建筑的安全危害显而易见。
岩溶残山平原
于1994年马鹿山上拍摄
位于柳州市河东城区,远处白色条带为柳江河、中间道路为东环路,平原中突兀的蜡烛山和其它残山由距今3.03~3.26亿年石炭纪中世浅海相化学沉积的坚硬灰色灰质白云岩构成。蜡烛山周围现已是清华坊小区。
岩溶平原是岩溶发育发展到后期阶段形成的地貌形态,是原来出露地表的碳酸盐岩山体经过漫长的岩溶地质作用过程被剥蚀夷平的结果,照片上的蜡烛山等残山也终会有一天被夷平。而被剥蚀的物质又被转换为松散土质,并原地残留堆积下来成为平原物质。
构成河东城区岩溶平原的土层呈褐、褐红色,被称为红粘土,厚度可达十余~二十余米,是我市城市建设主要的建筑场地,而土层以下依然是碳酸盐岩。
鱼峰区溶蚀谷地
岩溶土洞
摄于1997年11月
位于鱼峰区溶蚀谷地某拟建六层住宅楼正在开挖的地基基槽中,当按设计要求基槽开挖到2.5米深时,在坑底发现一小洞。随后继续深挖,洞口亦加大,人也可以钻入洞里,经测量洞直径3米ⅹ4米,整个土洞形同一座倒置的古钟,但洞壁为原状硬塑老土,而洞底却是凸起状的松散土(见下图)。
柳州市某住宅楼基坑岩溶土洞剖面图
岩溶土洞的形成,是由于下伏石灰岩岩溶发育強烈,埋藏于地下岩溶中的地下水随季节的变换或人为大量抽取地下水而使其水位在土层和岩石间产生频繁的升降变化所致。
当地下水位上升到高于石灰岩面时,上覆土体被浸泡而逐渐湿化、崩解,形成松软土带。
当地下水位下降到低于石灰岩岩面过程,则会对松软土产生潜蚀、掏蚀并将之携带搬运到地下溶洞中。于是,在岩土交界处便形成了土洞。
当土洞进一步发展后,在重力作用下,土洞顶部土体又会往下垮塌堆填于土洞底部形成凸型松散土堆,本工程案例就是这种情形。
当土洞往上更进一步发展后,就会造成土洞顶板垮塌而形成地面塌陷。
岩溶地面塌陷
摄于2012年5月12日
位于柳南区岩溶平原,岩溶地面塌陷,造成住宅毁损。
岩溶地面塌陷
摄于2012年6月12
位于柳南区岩溶平原,岩溶地面塌陷,使祖坟也受损。
溶蚀沟槽
1995年柳江桥上拍摄
位于柳州城区中心柳江大桥南岸柳江上游右岸江边,上游不远处为原来的河南车渡码头。发育在距今3.26~3.5亿年石炭纪下世浅海相浅灰色石灰岩层中,沿东西向和北北东向两组构造裂隙溶蚀作用形成的两组溶沟、溶槽。
2005年红花电站蓄水后现已被淹没。
柳州的岩溶地下河规模不大,地下水流动的管道主要为张开的溶蚀裂隙和规模不大的溶洞。是根据地下水流向和地下河天窗露头地貌和地下水连通试验判定。在市区范围己经探明的四条地下河有鸡喇地下河、洛维地下河、红庙地下河和小要地下河。
现以鸡喇地下河为例介绍如下:
龙潭岩溶大泉
摄于2012年5月12日
位于柳州鱼峰区龙潭公园雷山脚下,为石炭纪下世石灰岩岩溶管道中地下水以下降泉形式涌出地表,由于人工修筑八龙坝栏水后形成了现在的龙潭、雷潭两潭景观。泉水枯季流量45.3升/秒 、雨季流量432.2升/秒 ,并以明流形式沿公园内的山间谷地往东流。
大龙潭-鸡喇地下河伏流段入口
摄于1994年1月5日
来自大龙潭约1.5公里的明流沿着龙潭山谷过风雨桥、经龙潭医院门前,再往下在广西商校南侧的落水洞流入地下形成暗河,地表流水瞬间消失得无影无踪。但地表处自消水洞再往东过柳石路、宝莲新都、莲花村、龙泉山南麓柳机青年桥宿舍一带在上世纪八十年以前还保留有宽数米~十余米、深数米自然行洪的干谷(俗称冲沟)。即正常季节来自大龙潭的明流在落水洞流入地下成为暗河伏流,但当雨季来水量很大时,因地下通道的排水能力有限,地面的干谷就起到行洪的作用,并在龙虾泉山东麓地面直接排入柳江。所谓干谷其实也是龙潭河的自然河道,它平时看似无用,但瀑雨季节时它的作用是显而易见的。
上世纪九十年代初由于城市建设快速发展,这些干谷被填平建房后由于无法行洪,也造成了那些年每年的雨季都会在商校、美校一带发生严重的内涝现象。目前仅柳机原青年桥宿舍一带还可见残存的一段干谷。
广西商校、美校一带内涝图
摄于1994年6月19日
位于柳州魚峰区柳石路广西商业学校、美术学校。在建的商校住宅楼一带原为天然排洪干谷,现被填平建房后,再加之柳石路的抬高,使雨季、特别是瀑雨季来自大龙潭的大量流水无法完全汇入地下通道而在此形成内涝,好似一座人工水库。后来修建了商校通往柳江河方向的莲花排洪干渠,内涝现象方得以解除。
柳机原青桥宿舍区残存的一段干谷
摄于2024年12月6日
跨越干谷的柳机青年桥
摄于2024年12月6日
地下河溶蚀漏斗
摄于1994年12月30日
位于柳州机械厂原职工食堂后、龙泉山南麓, 为大龙潭-鸡喇地下河的天窗。直径约40米、深度约10米。
地下河落水洞
摄于1994年12月30日
位于柳州市柳南岩溶谷地原罐头厂一带大龙潭-鸡喇地下河南支流的天窗。现已被填平开发作工业用地。
大龙潭-鸡喇地下河出口明流段
摄于1994年12月30日
地下河在龙泉山东麓出口后经一段约200m的明流后汇入柳江,后因出口被填埋堵塞和因红花电站畜水使外江河水位抬高、鸡喇防洪堤的修建, 该明流段现已不复存在。
随着柳州城市建设的发展和2005年下游红花电站蓄水使柳江河原来的年均常水位70.43米水抬高到库区设计蓄水位77.50米后,上述地下河的迳流、排泄条件发生了很大的改变、甚至出现了地下水倒流现象,很多地下河天窗的微地貌也不复存在。
自然界的水(H2O)本身无色、无味、透明,是万物生长不可或缺的物质。很显然,纯净的水对岩石无溶蚀性,但它后来又是如何对坚硬的碳酸盐岩石产生化学溶蚀作用的呢? 这主要取决于水中二氧化碳(CO2) 的含量。由于二氧化碳的参与,水和二氧化碳混合后会产生具有侵蚀性的碳酸(H2CO3),化学反应式为:
CO2 + H2O = H2CO3
只有这种碳酸(H2C03)才会对碳酸盐岩石产生溶蚀而形成易溶于水的重碳酸盐【Cα(HC03)2】,此时的重碳酸钙中的钙和重碳酸就以离子状态溶解于水中,并随水而流失。于是,在岩石中就留下了空洞,这就是水对碳酸盐岩石溶蚀作用形成空洞的本质原因。所形成的空洞可以是细小的溶蚀裂隙或孔洞,也可是巨大的溶洞。但其中一部分又可以重新沉淀形成CaCO3 (如石钟乳、钙华等),形成的化学反应式为:
这是一个可逆的化学反应式, 在这一反应式中,正反应可以对碳酸盐岩母岩溶蚀形成空洞,其反应速度取决于水中二氧化碳(CO2) 的浓度;逆反应则可使水中钙离子再沉积而形成洞中碳酸钙钟乳石、钙华等岩溶沉积物,反应速度则取决于水中钙离子(Ca++) 的浓度。即当水中CO2 的含量越高,水的溶蚀力就越强;反之,水中Ca++ 的含量越高,水的溶蚀力就越微弱。也就是说水在对碳酸盐岩溶蚀过程中会不断地消耗CO2 而削减其溶解能力。当水中钙离子( Ca++)饱和,即水中的 CO2含量与钙离子(Ca++) 含量达平衡时,水就不能进行溶蚀反应了。
如果水体处在较为封闭的岩石裂隙中而得不到二氧化碳(CO2)补充,水中钙离子(Ca++) 浓度就会继续增大,此时的化学反应就开启了逆反应模式,结果是水中的碳酸钙就会重新沉积下来。
我们在天然溶洞里所见的钟乳石、石帘、石柱、钙华其实就是大气降水渗入溶洞顶部岩石裂隙并发生溶蚀作用后己经钙质饱合的洞顶滴水经过漫长地质年代沉积作用所形成的洞穴沉积物。其化学成分与母岩石灰岩完全一样都是碳酸钙(CaCO3),但钟乳石形成的时间晚于母岩石灰岩太多,其结构也比母岩疏松。
桂林荔浦银子岩中的钟乳石
摄于2010年12月3日
桂林荔浦银子岩中的石笋、石柱、石帘
摄于2010年12月3日
河池市凤山县三门海洞穴钟乳石
摄于2013年10月7日
如果水在岩体裂隙中流动并接受大气降水补给,就可从空气中和其它途径不断获得CO2 的补充,使溶蚀作用不断进行,就会在岩石中形成许多空洞。因此,岩溶的形成及发育必须满足如下两个条件:
一是具有可溶性的岩石 (特别是石灰岩),同时这类可溶性岩石必须具有裂隙或孔隙;
二是具有能溶解与破坏岩石足够流量的水(含CO2)和水能夠循环的条件。
如湖北鄂西恩施土家族苗族自治州利川市腾龙洞地质公园里的腾龙洞由两个发育在三叠纪石灰岩地层中走向大致平行、洞口朝向相同(均朝向南西)的溶洞组成,有意思的是一个是旱洞、一个是水洞,而两洞洞口处洞底标高相差约50多米、两洞水平间距亦是60多米。因为水总往低处流动,故旱洞自然是海拔较高、水洞海拔较低。现己初步探明洞穴总长59.8公里,其中水洞伏流16.8公里,洞穴总面积200多万平方米,旱洞前四公里的洞道面积23万平方米、洞容积量约1575万立方米。
目前,只有旱洞开发长度约5公里的洞穴旅游,可于洞口乘坐观光车直达。在游人可见范围,水对岩石的溶蚀现象己基本不存在,此时的岩溶作用只剩下重力作用的机械坍塌,故可以见到多处洞顶、洞壁岩石坍塌堆积物,一些地段的规模还很大。此外,部分地带还能见到具有水平层理和斜层理的第四纪地下河冲积砂层。表明腾龙洞的形成与河流作用密不可分,其实腾龙洞旱洞就也就是清江的故道。
清江,古称“夷水”,是长江中游右岸一级支流。发源于恩施州利川市之齐岳山,流经利川、恩施、宣恩、建始、巴东、长阳、宜都等七个县市,干流全长423公里,故有″八百里清江"之称。其总体流向自西往东,在宜都县陆城镇汇入长江,是湖北境内仅次于汉江的第二大支流。在腾龙洞上游,清江的汇水面积389平方公里、多年平均流量17.6立方米/秒、最小流量0.53立方米/秒、最大流量25.3立方米/秒、最大洪峰流量达100立方米/秒以上。
在距今2亿年前的三叠纪,恩施利川一带还是浩瀚的古地中海一部分,是后来的燕山期和喜马拉雅期地壳造山运动方使三叠纪浅海化学沉积的石灰岩隆起、抬升成为陆地,并才有了后来清江的形成。
有资料描述,形成腾龙洞的岩性虽然都是碳酸盐岩,但由于当时沉积环境和物质来源的变化,使洞身和洞底岩层碳酸盐岩的质地有所差异,即洞身处质地较纯、洞底处较次。正是清江河水沿着这一碳酸盐岩质地差异层面进行的溶蚀、侵蚀、冲刷、下切作用,首先造就了早期近水平状的腾龙洞。其实早期的腾龙洞也是水洞,但在后期地壳运动中,受地应力挤压形成局部抬升,而清江河水却随之下切并寻找更低位置的出路。这样,早期的腾龙洞水洞就随之成为了如今的旱洞。
而如今的腾龙洞水洞位置亦恰是处在碳酸盐岩质地差异的两层层面处,又可能当时那里的岩石破碎、裂隙发育,正是其出路所在。故清江河与旱洞分道扬镳转而改道现在的水洞成为伏流继续它的岩溶使命。由于清江的存在,如今的腾龙洞水洞河流下切、溶蚀、侵蚀冲刷、重力坍塌的岩溶作用还在继续、溶洞的规模还在不断扩展。
腾龙洞旱洞
摄于2011年4月11日
位于湖北恩施土家族自治州利川市,洞口高72米、宽64米,洞内最高处235米。现己初步探明洞穴总长59.8公里,洞穴总面积200多万平方米,洞穴容积约4000万立方米。其中旱洞前四公里的洞道面积23万平方米、容积约1575万立方米,是目前世界上最大的洞穴通道。
腾龙洞旱洞乃清江河水开凿而成。
腾龙洞水洞入口
摄于2024年10月7日
洞口朝南西方向,洞口高约53米、洞宽约42米。清江水在此流入陡跌30多米,以瀑布的形式注入地下。然后时隐时现的成为伏流,伏流埋深20~280米,伏流总长16.8公里,进水口到出水口落差约120米,平均纵坡降7%。洞内有地面天窗18处,还有多个地下岩溶湖(潭)接纳来自旱洞支流来水。
腾龙洞水洞
摄于2024年10月7日
目前尚未对游人开放,只能在洞口跨江桥上朝洞内眺望数十米深度。
腾龙洞水洞入口视频
摄于2024年10月7日
清江伏流乃世界最大的伏流之一。此处景观尤如一条巨大的卧龙张口将浩荡奔腾的清江水吞入,故被称为"卧龙吞江"。
我国著名岩溶专家、中科院院士袁道先先生在他主编的《岩溶学词典》中,对″伏流"一词的定义便是以利川清江伏流为范例,称其为世界上难得一见的洞穴系统典型代表。
腾龙洞旱洞、水洞、清江位置图
腾龙旱、水两洞洞口处洞底高差约50米、两洞洞边水平距离60~70米。清江流入水洞时,在洞口处河床猛跌30多米形成瀑布。
腾龙两洞和清江如此同框一体,关联密切,障显了岩溶地质作用的神奇,真可谓:
腾龙两洞一干一湿、
恰是胞亲兄妹一双,
清江母爱无私奉献、
儿大又育小女成长。
那么,岩溶地区地面石峰、石林又是如何形成的呢?当然是水对碳酸盐岩经历了亿万年漫长时期的岩溶地质作用洗礼而成,具体步聚如下:
岩溶石林地貌形成过程图
首先,原来海底沉积的石灰岩是受到构造应力的造山运动影响而地壳隆起抬升方能使之从海底变为陆地。而经历造山运动后的石灰岩层并不是完美金身,自身也是伤痕累累,并留下了很多构造裂隙、断裂、褶曲而使得岩层破碎。此时,大气降雨对地表岩石的溶蚀形成了早期的石芽,是为石林地貌的雏形、雨水从裂隙渗入地下后继续溶蚀而形成早期的溶洞,是为地下河的雏形。
然后,地壳继续缓慢抬升,地表流水对石灰岩溶蚀作用的同时还在缓慢下切冲刷,使原来的石芽出露地表,并慢慢长高成为岩柱。同时,地下伏流的溶蚀下切作什么用也在进行,使溶洞体积不断增大。
最后,还是地壳不断缓慢抬升,使得地表流水对石柱继续溶蚀、下切,再加之温差、风力、重力的作用而造就了如今的岩溶石林。地下水的作用使溶洞的体积也在不断加大,并可能在一些地带造成洞顶坍塌,形成地下河天窗、落水洞、溶蚀洼地等。
所以,岩溶石林地貌也常会有溶蚀洼地、天窗、地下洞穴、暗河相伴随。
而非碳酸盐类岩石,如坚硬石英砂岩形成稜角平直、成群的柱状石林主要是沿岩体的垂直构造裂隙风化剥蚀,重力崩塌而成。水的作用则主要表现为机械冲刷、侵蚀、潜蚀而非溶蚀作用,其典型代表有湘西张家界国家森林公园石林。广西金秀大瑶山区的圣堂山、五指山、莲花山、罗汉山高山石林也颇为状观。
这类石林、石峰有一个共同特点就是岩层的产状多是水平或近于水平状。因为倾斜产状的岩层山体在雨水的冲刷、风化剥蚀过程中很容易沿着岩层面滑落而不利于石林生成。
构成这类石林、石峰岩石的岩性因不具可溶性,只能称之为石英砂岩峰林地貌而不能归类岩溶地貌,在其山体或地下也不可能有溶洞、暗河存在。另江西庐山的仙人洞虽然名气很大,但也不属于溶洞。它是距今6亿年前震旦纪碎屑沉积的泥质砂岩中一个规模不大的潜蚀山洞。洞高7米、宽10米、深14米,体积仅980立方米。因地应力挤压而处于地质构造脆弱处,又由于泥质砂岩岩性软、抗风化能力弱,在风化作用和大气降雨冲刷侵蚀和渗透潜蚀作用下重力崩塌而形成。
因其岩性和成因类型不同,庐山仙人洞只能称为山洞,而不能称之为溶洞。
庐山仙人洞
位于江西九江市庐山牯牛岭镇西北天池山西麓、锦绣谷西端。是锦锈谷旅游路线上的一个重要景点。洞高7米、宽10米、深14米。这里是道教的洞天福地,相传唐代名道吕洞宾在此修练成仙,故因此得名。
按成因类型分类,该洞不属于溶洞。
张家界坚硬石英砂岩石林
位于湘西桑植县张家界国家森林公园,由泥盆纪中世~上世滨海相碎屑沉积的坚硬石英砂岩构成,可见石英砂岩岩层产状都是近水平状。
张家界坚硬石英砂岩石林
广西金秀五指山高山石林
照片显示为五指山脉东南麓金秀六巷乡上古陈瑶寨一则的风光,寨前公路为六巷乡到金秀县城的乡道公路。
五指山脈中、下部缓坡山体地层为古生界寒武纪※深海浊积作用形成的长石石英砂岩、岩屑杂砂岩夹泥岩,其形成年代久远,岩性相对较软,抗风化能力差,易被风化剥蚀形成坡地。上部陡峭山体由泥盆纪下世滨海相石英砂岩构成,地层划分为下泥盆统莲花山组。是组成大瑶山峰林、石林地貌的主要岩层。
五指山乃至整个大瑶山区域寒武纪和泥盆纪形成的两套地层均呈角度不整合接触。
※ 寒武纪为距今5.0~6.0亿年的地质年代。
金秀五指山高山石林
摄于2024年11月15日
寒武系泥质砂岩和泥盆系下统莲花山组石英砂岩两套地层呈角度不整合接触。
金秀莲花山高山石林
金秀莲花山高山石林
由泥盆纪下世滨海相紫褐色石英砂岩构成,也可见岩层产状是近于水平状。
莲花山景区现己改名为盘王界景区。
土林是第四纪※下更新世湖相、河流相松散的粘土、砂、砾石因含较多的铁质胶结物而成为半固结或半松散状,在干燥气候环境中,受季节性雨水的淋蚀、冲刷形成的成群柱状地貌。
这些物质是受喜马拉雅造山运动影响隆起地面后,在地表流水的侵蚀作用下,被切割得千沟万壑发展而成,故土林地貌属流水侵蚀地貌。
土林在我国云南、西藏、四川、甘肃和山西均有分布,但以云南元谋土林发育最为典型。据资料,有专家于1976年7月用古地磁方法对元谋土林的物质测龄,得其绝对地质年代为距今170万年左右。
※ 第四纪为当今往前推至距今约300万年的地质年代。第四纪下更新世为距今73万年~约300万年的地质年代。
云南元谋物茂土林
摄于2013年4月21日
位于云南楚雄彝族自治州元谋县物茂乡,地处金沙江支流 - 龙川江河谷。由第四纪下更新世湖相、河流相堆积的粘土、砂、砾石构成。因其中胶结物为铁质且富集较多,形成铁帽,故呈半固结、半松散状态。因为处于干燥炎热的环境,在季节性雨水淋蚀、冲刷作用下形成。
照片中可见岩土层理呈水平状。
云南元谋物茂土林
摄于2013年4月21日
云南元谋浪巴铺土林
摄于2013年4月22日
位于云南楚雄彝族自治州元谋县新华乡、距离物茂土林西南直线距离约35公里处。其岩性、成因类型与物茂土林一致。
云南元谋浪巴铺土林
摄于2013年4月22日
我国除了上述常见的灰色碳酸盐岩形成的岩溶石林、褐色石英砂岩形成的砂岩石林和松散粘土、砂、砾石被流水侵蚀形成的土林外,还有一种很是少见的红石林地貌。言下之意,它是由红色岩石构成的石林,主要集中分布华中的武陵山区※,目前己开发或正在不断被开发的红石林有九处。其中最具代表性是己开发为地质旅游景区的湘西古丈红石林。
※ 武陵山区指武陵山及其余脉所在的区域(包括山脉和其中的小型盆地和丘陵等),位于鄂西、湘西、渝东、黔东北相连成片的华中腹地,含湖北恩施州,湖南张家界市、湘西州、怀化市,贵州铜仁市和渝东地区,面积15万多平方公里。
武陵山区红石林分布图
共有九处己开发或待开发旅游的红石林,分别是:
湖南湘西雅酉红石林;
湖南湘西古丈红石林;
湖南湘西不二门红石林;
湖南湘西比溪红石林;
湖南张家界尹家溪红石林
湖南常德石门长梯隘红石林;
重庆酉阳红石林;
湖北恩施州宣恩水塘云红石林;
贵州铜仁松桃红石林。
古丈红石林国家地质公园
摄于2024年10月11日
位于湖南湘西土家族苗族自治州古丈县红石林镇酉水河右岸的谷坡地带,往东约20公里隔酉水河对岸即为国内闻名的芙蓉镇。红石林景区面积30.41平方公里,是目前全球规模最大的一片红石林景观。
古丈红石林形态丰富、类型多样,有柱状,但石柱的高度与宽度之比不大而呈短柱状、蘑菇状,有些甚至高度还小于宽度而呈厚墙状,还有成片分布、下部呈叠层、上部似林似柱似火焰的城堡状。
石林岩石的表面由于菌类、藻类生物的附着,其颜色可随着天气、湿度的变换而改变,在晴天阳光照射下可呈一片艳红、在雨天时又可呈一片灰暗、在阴天时,则又转为褐红。而且晨昏有别、季变色变。从而构成了一幅幅美轮美奂的风景画面。很多亲临其境的游客无不为这种神奇美妙的自然奇观所感叹,甚至有人怀疑这些红色的石坨坨是人工搬运过来堆放这里的。
2005年8月,古丈红石林被国土资源部授予国家地质公园称号、2012年4月正式对游人开放。
红石林的岩石呈褐、红褐色,表面粗糙,有明显的溶蚀现象。说它似碎屑砂岩类?但绝对不是、说它是碳酸盐岩?但与常见的灰色石灰岩类又格格不入。那么它到底属那类岩石?岩性如何?所构成的石林景观又是如何形成的泥?
通过对岩石进行滴盐酸试验,显示汽泡反应明显,据此可以确定是属碳酸盐岩,但碳酸盐的质地不纯,含有泥质。于是,可以将之定名为含泥质灰岩或泥质灰岩。虽其硬度明显不及质纯的灰色石灰岩,但也可以分类古丈红石林属岩溶地貌。
碳酸盐岩盐酸点滴鉴定视频
2024年10月13日
将盐酸滴入构成红石林的褐色岩石,可见有明显气泡反应,其化学反应试为:
CaCO3+2HCl = CaCl2+H2CO3
即碳酸钙岩石(CaCO3)加入盐酸(HCl)后生成氯化钙(CaCl2)和碳酸(H2CO3)。由于碳酸(H2CO3)很不稳定,很快便被分解为水(H2O)和二氧化碳气体(CO2):
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
于是,由于二氧化碳气体的释放,在水中就产生了气泡现象。鉴定结果为: 构成红石林的褐、红褐色岩石属碳酸盐岩,但质地不纯,可以定名为含泥质灰岩或泥质灰岩(前者泥质含量小于后者)。
红色碳酸盐岩在地质历史里并不多见,主要是在奥陶纪※低纬度古海域里沉积形成。原来,在奥陶纪时,湘西红石林地区还是一片"扬子古海"浅海区域一部分,在碳酸盐化学沉积的同时,附近大陆若干大小河流还带来较多含有铁锰质的泥砂与碳酸盐混合。但泥砂的含量也不是一成不变,可以因环境气候的变化而改变。
这些混合物质经过漫长地质时期的压实和胶结作用,形成了属于化学沉积+物理沉积的的含泥质灰岩或泥质灰岩。是由于其中的铁质氧化后形成了高价的三氧化二铁(Fe2O3),使得岩石颜色呈褐、红褐色。受后来地壳造山运动影响,这些沉积岩层被抬升露出海洋成为陆地的同时,也在岩石中形成了多组垂向的构造裂隙而将岩石切割为网格状。
这些暴露在地表的红色碳酸盐岩受到了温差、重力等自然的风化和大气降雨沿着这些裂隙不断地冲刷、溶蚀,便将原来完整的岩体不断地分割而分离开来形成了如今的石林形态。
照片显示,古丈红石林的岩层产状亦是近于水平,岩层倾斜角均小于10度。
※ 奥陶纪为距今4.4~5.0亿年的地质年代。
古丈红石林国家地质公园
摄于2024年10月11日
形态奇异的红石林,岩面有明显的溶蚀现象,这些石坨坨好似人工搬放这里的假山。
短柱状红石林
摄于2024年10月11日
很明显的可以看出,岩溶作用是沿两组相切的垂直构造裂隙进行,使岩体最后被剥离分割成短柱状石林。
塔状、墙状红石林
摄于2024年10月11日
墙状、塔状红石林
摄于2024年10月11日
蘑菇状石林
摄于2024年10月11日
共有五座独立的石柱,上粗下细,形似尚末开放成伞状的蘑菇,柱高3~6米,上部最宽的4.6米,下部最窄的仅0.7米。此景称 ″五朵金花"
叠层状石林
摄于2024年10月11日
红色碳酸盐岩在古扬子浅海的沉积过程,陆地河流带来泥砂的含量可以因环境、气候的变化而改变。如河流汛期泥砂量会较多、正常季节泥砂量就会减少。如此,在后来这些沉积物形成岩石后,就会呈现岩性软硬相间的层位。再经历后期的岩溶作用,就会出现岩石溶蚀的差异现象,结果是含泥较多的软层位较易被溶蚀冲刷呈凹状,反之呈凸状。又由于岩层产状呈近水平状,表明地壳构造运动是以水平抬升作用为主,故远看就象层层薄饼的叠层状。
照片中的台阶小路其实就是原来岩石在造山运动中留下的垂直向构造裂隙,雨水沿裂隙的岩溶作用,使之最后分离开来形成石林观光小道。
叠层状红石林
摄于2024年10月11日
城堡状红石林
摄于2024年10月11日
城堡下部呈叠层状、上部似林似柱似火焰状。此处岩石形如被海水冲刷侵蚀得千疮百孔、支离破碎的海底。又因是奥陶纪沉积的岩石,故此景被称为“奥陶海底”。
“奥陶海底”视频
摄于2024年10月11日
古丈红石林地质公园不仅呈现红色石林,还分布有三处呈一线串珠状的溶蚀洼地。按分布位置标高,自上而下分别被取名天池、人池、地池。
溶蚀洼地是由于碳酸盐岩溶洞或溶蚀裂隙小幅度的塌陷,在地表面形成封闭或半封闭状的陷地。常分布在溶丘或峰丛之间。也是地表水渗透补给岩溶地下水的一处重直通道。也可以表明这三个溶蚀洼地下的岩溶地下水是连通的。
这也印证了古丈红石林属岩溶地貌,也有地下岩溶发育的特征规律。
溶蚀洼地分布图
显示天池、人池、地池平面上呈一线串珠状分布。
岩溶洼地之一的 “天池”
摄于2024年10月11日
其位置最高、面积最大,洼地里的积水应该不是地下水的露头水位,而是地下管道被塌陷土体堵塞后的雨水积水。
岩溶洼地之二的 “人池”
摄于2024年10月11日
分布位置低于 “天池”,面积也小于“天池”,但洼地里长满杂草无积水,是雨水消入地下的天窗。
岩溶洼地之三的 “地池”分布位置低于 “人池”,面积也略小于“人池”。因时间关系,遗憾没能去到现场观看拍照,只待下次弥补吧。
我国红色碳酸盐岩主要是在寒武纪和奥陶纪浅海相化学+物理混合沉积的地层,其形成的岩溶地貌并不多见。据悉,古丈红石林还是目前唯一获得的红色碳酸盐岩石林国家地质公园。
笔者作为岩土工程师,在从业的四十多年中,虽与广西区内大量工程项目(包括建筑、桥梁、道路、隧道、地质灾害防治)建设场地的岩溶地质问题打了多年交道,各种与工程建设有关的岩溶地质现象也算有些见识。但当我2024年10月11日自驾旅游来到古丈红石林景区亲临其境首次目睹红色碳酸盐岩石林的芳容时,还是与其他游客一样,为它的神奇存在感到震憾,更是感叹大自然的鬼斧神工。但在欣赏自然美景的同时,探索了解红石林岩石的成因类型和红石林地貌的形成原因?更是我此行的目的。最终也是开了眼界、增长见识、收获满满,不虚此行。
因水平有限,以上论述难免谬误之处,敬请读者斧正。
谢谢各位阅读
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古风唯美悠扬浪满 - 花月调
2025年1月3日