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桂林山水之岩石与岩溶地貌

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:漓江阳朔水文站断面的控制流域面积为5039.7平方千米,而这个区域内岩溶分布区只占30%,其余70%的面积为侵蚀地貌。石峰的形态受岩石的性质和产状影响最大。山体的面积比例越小表示岩溶发育的程度越高,桂林至阳朔之间的峰林平原面积达到了381平方千米,其中石峰的投影面积占28.7%。石炭系灰岩与白云岩间隔型岩层组合的石峰投影面积比例最低,表明石炭系地层相比于泥盆系地层,风化的速度更快。

桂林山水之岩石与岩溶地貌

从地貌研究的角度来看,整个桂林作为研究区域,面积并不算大。漓江阳朔水文站断面的控制流域面积为5039.7平方千米,而这个区域内岩溶分布区只占30%,其余70%的面积为侵蚀地貌。可以近似认为研究区具有相同的气候条件,岩溶地貌的类型有类似于兴坪附近的挺拔峰丛洼地,有的则类似于临桂老机场周围的丛丘,或者是桂林城区漓江两岸的峰林。峰林平原上的石峰形态也各不相同,变化多端,其中的原因只能从具体的地质和水文条件着手分析。

石峰的形态可以分为塔状、锥状、螺旋状等,对应代表性的石峰有塔状的独秀峰、锥状的碧莲峰、螺旋状的螺丝山等。石峰的形态受岩石的性质和产状影响最大。塔状石峰地层多为上泥盆统融县组灰岩,属于连续型的纯碳酸盐岩组合,岩石主要为亮晶颗粒灰岩,少有白云岩夹层;岩石单层厚度大而岩层倾角小;垂直节理发育但稀疏,延伸长度大;岩石的基质孔隙度、吸水率和渗透率均较低,但岩石的物理强度大,溶蚀过程的物理破坏作用最小。锥状石峰地层主要是中泥盆统生物泥晶灰质白云岩和中薄层泥晶含云质灰岩,常有白云岩夹层;岩石产状平缓;岩石层理模糊,节理裂隙不发育,或单层厚度薄,裂隙的延展受到层面的限制;岩石的孔隙度、吸水率和渗透率高;岩石的物理强度小或者变化大会导致沿着坡面产生径流,并对坡面产生均匀的溶蚀作用。螺丝状石峰主要是中薄层泥晶颗粒灰岩、白云岩或泥质灰岩组成的互层,下部常有硅质页岩和泥灰岩夹层,顶部为中厚层泥晶颗粒灰岩,产状平缓,节理裂隙不发育或延展性差,岩石的原始孔隙度、吸水率和渗透率有变化,峰体坡度变陡的位置表示有厚层岩石分布,坡度变缓则表示岩石变为薄层或者岩石出现夹层。

桂林南溪山、栖霞禅寺后的普陀山等石峰普遍都有陡峭的一面,主要是大气降水形成的径流沿着节理裂隙流动,久而久之形成了垂向的溶蚀裂缝。岩石的基质孔隙度、吸水性和渗透均较低,水流不易向岩石内部渗漏,溶蚀作用沿着裂隙进行,导致裂隙不断扩大。当溶蚀作用达到一定程度后,在重力的作用下裂隙一侧的岩石发生崩塌,但同时岩石的单层厚度大和物理强度大,能够支撑陡峭的边坡。有时可以看到在陡峭立面的下部有残留的崩塌作用形成的巨石,而在峰林平原上巨石也很难保存,在石峰的脚部甚至形成洞穴——脚洞,说明石峰底部的水动力强,不利于崩塌堆积物的保存。随着崩塌作用的进行,石峰的高度会越来越低,直至消失。

在过去气候处于冰期的时候,岩溶发育的作用力可能与现在气候下完全不同。与世界上其他气候类型岩溶的对比后提出桂林有无末次冰期霜冻作用遗留下来的石灰岩质角砾(limestone scree)问题有待解决,石灰岩角砾是一种在坡脚大片分布的砾径较均匀(约10厘米)的角砾,在我国高海拔地区四川黄龙九寨沟岩溶区,处于温带的英格兰Yorkshire,以及同样处于温带的美国与加拿大边界岩溶区都可见到。20世纪80年代,袁道先先生和英国岩溶地貌学家M.M.Sweeting曾在桂林附近考察近一个星期想找寻此种角砾未果。而最近在丫吉试验场东侧发现的角砾为桂林冰期岩溶的研究提供了线索(图3-6)。

在节理裂隙延展性不好的条件下,降雨形成的径流运动到一定的深度后受到层面的阻隔作用而转为水平流动,因此溶蚀作用沿着坡面进行,这种情况在薄层岩石中多见。由于坡度不大,小型的崩塌作用形成的砾石大部分被保留在坡面的中部,逐渐形成了较厚的坡积物。而坡积物具有良好的保持水土的作用,可以将水流保留在坡面上,继续进行溶蚀作用,这是锥状石峰的形成过程。在塔状石峰上很难观察到坡面流,但石峰内部多有径流。伏波山下还珠洞内可以见到存在于石峰内部的径流。锥状石峰上常常可以见到一些小泉水,如叠彩山下于漓江边出露的泉水、南溪山脚下南溪河边的白龙泉、老人山下西清湖边的泉水就是垂向裂隙发育深度有限的证据。(www.xing528.com)

以上利用地质学和水文学的知识解释了石峰形态的形成原因。在峰林平原,还有一种现象也值得关注,即阳朔县的石峰数量多,且姿态挺拔,构成了最典型的峰林,而在象山区至雁山区即相思江两岸的峰林数量很少,只有在雁山区二塘乡的仁头村出露一个小石峰。石峰数量空间分布不均匀代表了一种差异风化现象,反过来考虑石峰的数量是否可以表示岩溶发育的强度,这依赖于岩溶发育的边界条件和过程。在宏观上如何衡量峰林平原地区岩溶发育程度的空间差异?有学者提出以峰林平原单位面积上山体投影面积的比例作为衡量岩溶发育程度的指标(翁金桃,1987)。山体的面积比例越小表示岩溶发育的程度越高,桂林至阳朔之间的峰林平原面积达到了381平方千米,其中石峰的投影面积占28.7%。石炭系灰岩与白云岩间隔型岩层组合的石峰投影面积比例最低,表明石炭系地层相比于泥盆系地层,风化的速度更快。这可以解释为石炭系地层是覆盖在泥盆系地层的上部,在风化的过程中先于泥盆系地层暴露在地表层,接受风化作用,所经历的风化期更长。只有在石炭系地层被风化剥蚀掉以后下伏地层才开始暴露在外,接受溶蚀。但这个解释需要满足地层没有发生倒转和岩石以垂向风化为主等条件。

图3-6 桂林丫吉试验场东侧山脚下的角砾

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