喀斯特天坑,大天坑
图3-41石花洞组地质构造示意图(根据董德茂等,2004)
朱等人提出的“岩溶天坑”的科学含义或定义是:它是发育在具有巨大连续沉积厚度和含水层包气带厚度(地下深层水位)的碳酸盐岩层中的大型坑状负地形,从地下通向地面,周围是陡峭的岩壁,深度和平面宽度从百米到数百米,底部在其发育时期与地下河相连。此外,在旅游观赏中是否罕见、险峻、雄伟、壮观、生态环境独特,也应作为区分天坑与一般漏斗或竖井的重要依据之一。
天坑的发育与重要的岩溶水动力系统密切相关,是含水层中存在重要管道水流(地下河)和强烈岩溶作用强度的标志。除了少数年龄较大的,大部分都是其岩溶地区岩溶形态年代顺序中的最新成员。在我国南方,岩溶天坑主要分布在岩溶峰区(漏斗、洼地、干谷),特别是长江三峡及其两岸支流(特别是右岸)、红水河(包括北盘江、南盘江)、右江、左江流域受深排水基准面影响较大。可以预测,我国的超大型岩溶天坑应主要发育在该地区,这也是世界上最广泛、最典型、最壮观的岩溶峰丛地貌区,也是唯一发育超大型岩溶天坑的地区。中国发现的重要天坑分布如图3-42所示。
图3-42中国重要天坑分布图(根据朱,,2003)
中国的岩溶天坑,除四川兴文的大岩湾和小岩湾比较早为人所知,近十年来在中外联合洞穴勘探活动和旅游资源调查中不断发现。主要有奉节县小寨天坑群、武隆县青口天坑群、云阳县中石源和小石源天坑、云阳县龙岗、广西乐叶县大石围天坑群、巴马县龙浩和交乐天坑。珠江流域上游、乌江两岸、长江三峡两岸的深谷等喀斯特特殊地带,都是大型天坑的潜在分布区。
1.四川兴文小岩湾和大岩湾天坑
小岩湾和大岩湾天坑位于四川省兴文县石林(石海洞乡)世界地质公园内。根据朱等(2003)的研究,其与周边是一个完整的顺河-东河流域,流域面积40km2。盆地北部为下二叠统乐平组和志留系等砂泥岩岩溶区,南部为下三叠统飞仙关组,其间分布有下二叠统栖霞组和茅口组的灰岩和白云岩灰岩岩溶。通过1992年9月第六次中英联合洞穴探险的综合勘探,基本查明了该盆地的暗河、洞穴系统及其水文地质特征,岩溶分布区有89个洞穴,总长度超过30km。其中,天全洞和竹草井是最大的洞穴系统,长度分别为8100米和8800米。两个人都直接跑过了小岩湾天坑。岩溶区地下水流分为南北两个径流带。北线从地表河流——顺河流入岩溶含水层,来自西部非岩溶(外源水)区,向东流经大岩湾、小岩湾天坑的投影底和天全系统最低的地下通道。这条线是干净无污染的水。南线主要由一系列上二叠统煤系和来自朱草井洞穴系统西源的黄铁矿(黄铁矿)矿坑水补给。水质呈棕黄色,pH = 2.6 ~ 3.9。南北线合并后,从本盆地主要地下排水出口东河排出,混合水质pH=4.670。
顺河-东河流域岩溶区为浅峰丛地貌。由于受岩性和缓倾斜产状的影响,其形态和景观不典型,也不悦目,但其含水层包气带厚度大于150 ~ 300 m,目前地下水力梯度为30 ‰ ~ 53 ‰,岩溶区石灰岩和砂页岩分布面积比为1: 1.08,因此有最大的外部入水量。这些条件对岩溶矿坑的发育非常有利。
小岩湾天坑平面呈类圆形,东西长625米,南北宽475米。四周墙壁被陡峭的悬崖封闭,高度为60 ~ 130m,四周最高点标高为870.0m,天坑底部标高为621.7m,因此其最大深度为248.3m,总体积为40×106m3。天坑东西两侧分别与天全洞和猪草井(响水洞)相连,全长17km以上。它们早期应该是同一个地下水流系统,与小岩湾天坑有着密切的成因联系,而现代地下河的水位已经下降到天坑底部(海拔548.0m)以下73m的深度。
大雁湾天坑在小雁湾以西仅400m左右,东西长680m,南北宽280m,深度1100 m,体积15.0×106m3。由于后期的侵蚀破坏,天坑并不完整,西缘变成了缓坡,东缘的绝壁下形成了天坑,大部分崩塌的石头已经被后期的冲积土层覆盖。估计是较早形成了一个较小的岩湾天坑。
根据1992兴文石林景区岩溶平面图,可以清楚地看出,该区岩溶发育可明显分为早期和近期两个阶段。前者以天全洞和猪草井(响水洞)整体发育为标志,同时形成大岩湾(前)和小岩湾(后)天坑。后者形成了一个现代岩溶水系,自西向东有两个分支,即
中国典型地质景观的成因及全球对比
从形态特征上看,西部的和平洞、地表沿河口的下洞、猪槽井洞穴系统中西部上源新支、天泉洞穴系统中的中下细脉都是新近发育的独立或叠加的洞穴系统。两层高差约55 ~ 75m。
根据形态学观察,在天全洞发育的早期,天全洞的东入口应该是地表水系的入口(流入型入口),而不是地下水流的出口(主要基于以下原因:入口呈喇叭状,规模特别巨大;其次,标明上洞和支洞流痕的流向,都在洞内,即西或南)。它显然与猪草井(响水洞)是同一洞穴系统,是大岩湾和小岩湾天坑发育时期物质输出的地下水流通道。当时的地表地形、地表和地下水文系统与现在的格局和现状有很大不同,地表河流沿岸的深谷和天全洞东入口都没有形成。从国内发现的几个主要天坑来看,大岩湾和小岩湾属于年代比较早的天坑,其年代应该在中更新世早期或早更新世晚期。大岩湾天坑的形态已被严重破坏和重建,其形成序列应早于小岩湾天坑(图3-43、图3-44)。
2.广西乐业县大石围天坑群
大石围天坑群位于乐叶县白浪地下河流域,集中在地下河流域中游的乐瞳镇。到目前为止,已经发现了26个天坑,其中大石围天坑最大,最宏伟(图3-45,图3-46)。
大石围天坑呈梨形,东西长600米,南北宽420米,周长1580米,最大深度613米,四周为悬崖陷阱,底部为崩积碎石,堆积厚度估计大于100 ~ 150米,堆积地形由东向西倾斜,平均坡度为655西侧坑底最低点是现代地下河经过的地方。地下河的源头被最近一次滑坡封闭,水从堆石中流出。下游6公里处,它被河床“裂缝点”上的水淹没在一个深裂缝中。图3-45和图3-46是大石围天坑的平面图和示意图。
图3-43小岩湾天坑
图3-44小岩湾天坑及其附近洞穴系统(根据朱2003)
大石围天坑群属于各类塌陷成因。目前发现的26个天坑中,大石围为超大型,大型为大坨、邓家坨、川东、白东,其余为中小型。主要天坑的特征见表3-7。
大石围天坑群是在“S”型地质构造、碳酸盐岩分布和大型白浪地下河流域的地质-水文地质条件下发育起来的(图3-47)。天坑群集中分布区含水层包气带厚度为400 ~ 800 m,碳酸盐岩为石炭系和二叠系的厚层灰岩和白云质灰岩,地层产状平缓,地表有大面积的岩溶峰和深凹。这种地质、构造、地貌和水文地质的综合特征,为天坑群的发育和形成提供了优越的内部条件和外部环境。
图3-45大石围天坑平面图
图3-46大石围天坑示意图
表3-7大石围天坑群大中型天坑-概述
图3-47“S”型构造、可溶岩分布与白浪地下河流域三要素一致(据朱,,2003)。
大石围天坑群的以下特征对塌陷天坑的深入研究具有重要意义:
1)在国内同类天坑中数量最多,分布最集中,密度最大。
2)集中在白浪地下河中游,地下河迁移最频繁(洞穴测绘证实)。
3)天坑群底部分布在不同海拔高度。似乎有一个普遍的规律,分布高程越大,天坑的大小越小,年龄也相对较早。