广西科学  2018, Vol. 25 Issue (5): 465-504   PDF    
广西岩溶景观特征及其形成演化分析
韦跃龙, 李成展, 陈伟海, 罗劬侃, 朱德浩, 潘天望     
中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部、广西岩溶动力学重点实验室,广西桂林 541004
摘要: 广西岩溶景观主要分布于桂东北、桂中、桂西北和桂西南地区, 有峰丛、峰林、孤峰、丘陵、天生桥、石林、象形山、崖壁、洞穴及各类洞穴次生化学沉积物、地下河、穿洞、洼(谷)地、漏斗、坡立谷、盆地、地表河、峡谷、天坑、天窗、竖井、瀑布、泉、湖泊、湿地等类型齐全、形态典型的岩溶景观,囊括所有岩溶景观的类型。它们主要以中上寒武统至中三叠统的碳酸盐岩为物质基础,首先以地表河流域(如红水河、柳江、漓江等)为主线,其次以岩溶地貌区划特征为区域划分标准,然后以所处行政区和所处流域位置(如上、中、下游)为辅线,呈线状有序、集中分布于各典型岩溶景观区及岩溶景区/公园/景点内。它们或以峰丛-峰林,或以岩溶风景河段,或以天坑群,或以地下河天窗群,或以峰丛平原,或以洞穴,或以天生桥,或以跨国瀑布等为核心,组合成多个特色突出,形态优美、珍稀、雄伟、典型,且类型齐全的流域岩溶景观带,并形成独具广西特色的“岛链式”岩溶景观分布格局。它们是全球亚热带岩溶地貌及景观典型集中发育区和杰出范例, 是目前世界上展现塔状峰丛-峰林、锥状峰丛、高峰丛深洼地、峰林/孤峰平原、洞穴、天坑、天窗、地下河、天生桥、岩溶风景河段、瀑布、崖壁等岩溶景观美景最杰出的代表地,堪称全球“洞穴天坑之窗,地下河天窗之王,天生桥瀑布之奇,风景河段之美,峰丛峰林之魂”。同时,自晚三叠世以来,广西各区域(即各岩溶孤岛)的碳酸盐岩地层相继出露地表,分别进入各自的岩溶地貌/景观形成演化时代,历经自上而下或自下而上等不同方向、不同时期、不同区域的岩溶过程,分别形成峰丛-峰林、地下河洞穴、天坑-天窗-天生桥等各类典型的岩溶景观;并按时间序列和区域分异特征,以广西各岩溶区以及它们内部各岩溶地带相互之间水力联系的演变及区域地壳的间歇性隆升为时间界限和主线,将广西岩溶的形成演化过程划分为初始阶段(晚三叠世以来,碳酸盐岩地层出露,不同岩溶区始于不同地质时期)→雏形阶段(分轴型离散岛屿式成景过程,不同岩溶区始于不同地质时期)→重要发育阶段(主轴型离散岛屿式,不同岩溶区始于不同地质时期;集合型岛屿式成景过程,中更新世中晚期至全新世)→现代岩溶阶段(全新世以来至今)等4大成景阶段,分别表现出不同的成景过程、特征和机制,总体可概括为分轴型、主轴型、离散型、集合型等4种岛屿式成景机制,并将其成景模式归纳为“岛链式成景模式”。
关键词: 岩溶景观     形成演化分析     流域岩溶景观带     岛链式     广西    
Characteristics and Formation and Evolution Analysis of the Karst Landscape of Guangxi
WEI Yuelong , LI Chengzhan , CHEN Weihai , LUO Qukan , ZHU Dehao , PAN Tianwang     
Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences/Key Laboratory of Karst Dynamics, Ministry of Natural Resources & Guangxi Zhuang Autonomous Region, Guilin, Guangxi, 541004, China
Abstract: The karst landscape mainly distributed in northeast, central, northwest and southwest parts of Guangxi.There is a complete range of karst landscapes in a typical shape, such as peak forests, peak clusters, isolated peaks, hills, natural bridges, stone forests, pictographic mountains, cliffs, caves and various types of cave secondary chemical deposits, underground rivers, light-through caves, depressions (valley), dolines, poljes, basins, surface rivers, gorges, tiankengs, natural sylights, shafts, waterfalls, springs, lakes, and wetland, which cover all types of karst landscapes.They mainly use the carbonate rocks of the Middle and Upper Cambrian to the Middle Triassic as the material basis. Firstly the drainage basins of surface rivers (Red River, Liu River, and Li River etc) are taken as principal lines, and karst landscape regional features as standards for zoning secondly, then administrative divisions and the locations to drainage basins (upper reach, middle reach and lower reach) as subordinate line.The karst landscapes are distributed orderly and concentrated in various typical karst scenic spots/parks. All of them are characterized by different core features, like peak forest-peak cluster, karst-landscape river section, tiankeng group, natural sylight group of underground rivers, peak-cluster plains, caves, natural bridges, cross-border waterfalls and so on.It combines a variety of karst landscapes with distinctive features, rare, majestic, typical, and complete types, and forms a "island-chain" karst landscape distribution pattern with unique characteristics in Guangxi.Guangxi karst landscape is the global subtropical karst landforms and typical concentrated development areas of the landscape and outstanding examples. It is the most typical representative for presenting tower-like peak cluster-peak forest, cone peak cluster, high peak cluster-deep depression, peak forest/isolated peak-plain, cave, tiankeng, natural sylight, underground river, natural bridge, karst-landscape river section, waterfall, cliff wall and so on. It could be admired as window for cave and tiankeng, king for underground natural sylight, marvel for natural bridge and waterfall, beauty for karst-landscape river section and soul for peak cluster and peak forest.At the same time, since the Late Triassic, the carbonate strata in various regions of Guangxi (that is, each karst island) have successively exposed the surface, respectively entering their respective karst landform/landscape formation and evolution times, from top to bottom or bottom down.The karst processes in different directions, different periods and different regions and forms peak plexus-peak forest, underground river cave, tiankeng-skylight-Tianshengqiao and other typical karst landscapes.According to time series and regional features, taking Guangxi karst areas and their internal hydraulic relationships evolution as well as regional crust intermittent uplift as time line to classify the formation and evolution of Guangxi karst into 4 periods:Preliminary period (the exposure of carbonate rocks since late Triassic, different karst areas started at different geologic time) → rudiment period (split-axle discrete-island landscape formation, different karst areas started at different geologic time)→important developing period (main-axle discrete-island landscape formation, different karst areas started at different geologic time; concentrated-island landscape formation, middle-late mid Pleistocene to Holocene)→modern karst period (since Holocene), the different landscape formation process, features and mechanism are reflected. The overall can be summarized as four types of island-type framing mechanisms, such as split-axis type, main-axis type, discrete type and collective type, and the scene-forming mode is summarized as "island chain style mode".
Key words: karst landscape     analysis of formation and evolution     drainage basins landscape zone     island chain     Guangxi    
0 引言

岩溶作用所形成的地下形态和地表形态统称岩溶地貌[1-3]。其中一些造型各异的山(如峰林、峰丛、石林等)、水(如河流、瀑布、泉、湖等)、洞(如洞穴群、地下河等)、井(如天坑、峡谷、坚井等)、桥(如天生桥等),或它们的组合地貌(如岩溶风景河段等),具有较高的观赏、美学、科考和科研价值,即岩溶景观(表 1图 1),是岩溶地貌的重要组成部分之一(两者之间是包含与被包含的关系[4-6]),日益成为一种重要的地质遗迹资源和旅游资源,直接进入生产、消费和科研过程[4-15]

图 1 岩溶景观形态示意图(据韦跃龙,2009,有增删) Fig.1 Schematic diagrams of shapes of karst landscapes(According to Wei Yuelong, 2009, revised)

表 1 岩溶地貌/景观形态组合方式 Table 1 The shape-compound modes of karst landforms/landscapes

广西岩溶景观分布面积广,形态优美、典型,类型齐全,包括山、水、洞、桥、井等类型及各种不同的组合方式(表 1),既是广西各级地质公园和绝大多数风景名胜区的物质基础,又是广西“绿水青山”和“山水林田湖生命共同体”的重要组成部分,还是广西“绿水青山”和“山水林田湖生命共同体”存在、延续、保持或改善的物质基础和前提之一,更为“守护绿水青山,建设美丽广西”提供强有力资源支撑。

长期以来,国内外众多研究者从各种不同的角度对广西岩溶景观和岩溶地貌进行了广泛的研究。(1)运用地层学、沉积学、构造地质学、水文地质学等传统地质理论,较系统全面地调查研究广西众多典型岩溶区,如都安、桂林、来宾等的岩溶地质,基本探明广西岩溶地下水赋存条件与资源状况、岩溶地貌分布特征、洞穴分布概况、石漠化分布特征等,并探讨了广西岩溶形成演化的机理及其与碳酸岩、地质构造、冰川等之间的关系[16-18]。(2)运用景观学、旅游学、规划学等多种学科交叉的研究方法,从资源类型特征、资源特色价值、资源开发保护、开发模式[4-15, 18-19]等方面进行众多研究,为广西岩溶景观的科学、合理开发和保护,以及向世人推广等方面作出贡献,涌现出近百个以岩溶景观为主体的省级/国家/世界地质公园、世界自然遗产地及风景名胜区等,它们基本涵盖了广西不同地质地理背景下形成的各类典型岩溶景观:目前,广西以岩溶景观为主或为辅组建了6处国家地质公园(乐业大石围天坑群、凤山、鹿寨香桥、大化七百弄、都安地下河、桂平)、1处世界地质公园(乐业-凤山)、2处世界自然遗产地(即桂林、环江于2014年申报的“中国南方喀斯特世界自然遗产地(第2期)”)、多处国家级和省级风景区,它们各自具有独特的景观组合特征,辅以各区各具特色的历史人文风情,构筑成有别于其他地区的岩溶景观特色[4-6, 13, 18]。通过它们,既展示了岩溶景观的奇、险、雄、秀、幽,又使各类典型、珍稀、罕见的岩溶奇观得到了科学、有效、合理的开发和保护,并且是探讨各种不同典型岩溶景观形成演化的天然实验室。

1 广西区域地质地理概况 1.1 区域自然地理特征

广西壮族自治区,简称“桂”,地处中国南疆,位于104°29′~112°04′E,20°54′~26°20′N,面积23.67万km2,地势西北高,东南低,其东、北、西三面分别与广东、湖南、贵州和云南等省毗连,西南与越南接壤,南濒北部湾;全境属高温多雨的亚热带气候区,多年平均气温为16.5~23.1℃,各地年降水量均在1 070 mm以上,大部分地区为1 500~2 000 mm。

1.2 区域地质背景 1.2.1 区域构造特征

广西处于滨太平洋构造带与古地中海-喜马拉雅构造带的复合部位,南岭构造带的中西段,以及南华准地台西南部,地质构造较复杂,具有多期多次构造运动的特征[16-17]:(1)晚三叠世末的印支运动结束了广西海相沉积历史,大部分区域抬升为陆地,同时形成一系列褶皱和断裂,奠定了广西全境地质构造的基本格架[16-17];(2)白垩纪末的燕山运动时期,褶皱、断裂紧密伴生,广西地质构造最终成型[16-17];(3)古近纪至新近纪期间的喜山运动时期,区域内各褶皱、断裂继承性活动与活化的强度极大[16-17];(4)第四纪以来,构造运动总体表现为区域间歇性隆升,区域内各褶皱、断裂继续间歇性活化和活动[16-17]。广西各岩溶区内的多级洞穴、多级阶地、岩溶剥夷面、天坑、天窗群、干谷、盲谷、悬谷和穿洞等是区域构造运动多期抬升的结果和直接证据。

1.2.2 区域地层及岩溶地质特征

广西各时代地层发育齐全,自中元古界的至第四系均有出露,岩性以碳酸盐岩、碎屑岩和花岗岩等三大类岩石为主。其中含有碳酸盐岩的地层层位有8个系和1个相当于系的岩群,自距今10亿年的晚元古界丹洲群白竹组开始,向上依次有下古生界的中上寒武统、中奥陶统,上古生界泥盆系、石炭系、二叠系,中生界的下中三叠统、下侏罗统,新生界古近系始新统,累计厚度为10 677~24 790 m[16-17]。它们主要分布于桂中、桂西、桂西北和桂西南的80多个县、市,面积达9.87万km2,占总面积的41.57%,其中裸露型碳酸盐岩7.47万km2,占碳酸盐岩总面积的75.7%;覆盖型碳酸盐岩2.41万km2,占碳酸盐岩总面积的24. 3%[16-17]

广西碳酸盐岩地层主要由灰岩、白云岩及其过渡岩石(如白云质灰岩、灰质白云岩等)组成,总体以灰岩为主[16-17]。其中:自中寒武统至中泥盆统下部,总体以白云岩为主,灰岩次之;中泥盆统上部至石炭系,除石炭系的大埔组为白云岩外,其余各层位以灰岩为主,燧石灰岩普遍出现,灰岩、白云岩过渡类型较常见;二叠系以灰岩、燧石灰岩为主,灰岩、白云岩过渡类型相对减少;三叠系以灰岩、白云岩为主,不纯灰岩较多。

1.2.3 区域水文地质简要特征

丰沛的降水是广西地表水和地下水的主要补给来源。广西平均年径流深795.7 mm[17],多年平均天然产水量1 880亿m3[17],居全国第5位;广西地下水天然补给资源792.51亿m3/a,最枯年排泄量为281.76 m3[17]

1.2.3.1 地表水

广西境内主要河流分属珠江的西江水系、长江洞庭湖水系(湘江、资江)、桂南沿海诸河水系和百都河水系[17],水域面积约8 026 km2,占陆地总面积的3.4%,集水面积在50 km2以上的河流有987条,集水面积1 000 km2以上的地表河有69条,河流总长约3.4万km,河网密度为0.144 km/km2。其中流经广西各岩溶区的红水河、柳江、郁江、桂江等, 及其各支流均属西江水系;它们流域面积达202 427 km2,约占广西总面积85.7%,多年平均径流量2 240亿m3

1.2.3.2 地下水

广西已发现地下河604条,总长1万多千米,总排泄量191 m3/s[17],其中枯季流量500 L/s以上的有94条,排泄量为139 m3/s;长度超过10 km的有248条,如地苏地下河系、百郎地下河系等。

2 广西岩溶景观类型及发育、分布特征和特色分析 2.1 岩溶景观类型和分布特征

广西岩溶景观丰富,至今已发现的、比较重要和典型的岩溶景观资源实体达600余处,主要分布于桂东北、桂中、桂西北和桂西南地区,有峰丛、峰林、孤峰、丘陵、天生桥、石林、石柱峰、象形山、崖壁、洞穴及各类洞穴次生化学沉积物、地下河、穿洞、洼(谷)地、漏斗、坡立谷、盆地、地表河、峡谷(含地缝)、天坑、天窗、竖井、瀑布、泉、湖泊、湿地等岩溶景观,囊括所有岩溶景观的类型。它们主要以中上寒武统至中三叠统的碳酸盐岩为物质基础,首先以地表河流域(如红水河、柳江、漓江等)为主线,其次以岩溶地貌区划特征[17](如桂东北山间盆地谷地岩溶地貌区、桂中盆地地貌区、桂西南低中山地岩溶地貌区、桂西北高原斜坡岩溶地貌区等)为区域划分标准,然后以所处行政区(如桂林、柳州、都安、乐业等)和所处流域位置(如上、中、下游)为辅线,呈线状有序、集中分布于各典型岩溶景观区及岩溶景区/公园/景点内(表 2),并以山、水、洞、桥、井等为工具(表 1),在大自然的精巧安排之下,勾勒出一幅幅浑然天成、意境幽雅的组合画卷(图 1), 而各岩溶区各具特色的民族风情、历史人文特色,则给这些组合注入一丝丝灵气和人文气息。它们或以目前中国乃至世界上最优美、最壮观、最典型的峰丛-峰林,或以目前全球分布密度最高的天坑群,或以目前国内外分布密度最大、观赏性极好的地下河天窗群,或以目前国内形态最典型、观赏性极好的峰林平原,或以目前国内外类型齐全、形态典型且数量众多的旅游洞穴,或以形态典型的天生桥,或以目前亚洲第一的跨国瀑布,或以峰峦高耸、水阔清幽的岩溶风景河段等为核心,组合成多个特色突出,形态优美、珍稀、雄伟、典型,且类型齐全的岩溶景观带,以及独具广西特色的“岛链式”岩溶景观分布格局。它们是全球最重要的亚热带岩溶景观分布区之一。其中,广西的峰丛-峰林、锥状峰丛、高峰丛深洼地、峰林/孤峰平原、洞穴、天坑、天窗、地下河、天生桥、岩溶风景河段、瀑布、崖壁等是全球同类地质遗迹的典型代表和佼佼者[4-15, 18-19]

表 2 广西岩溶景观分布特征 Table 2 Distribution characteristics of karst landscapes in Guangxi
2.2 典型岩溶景观发育特征 2.2.1 峰丛洼地与峰林平原

峰丛洼地与峰林平原连续、广泛分布于广西各岩溶区,是所处流域景观带的主体和骨架,也是广西最具特色的岩溶景观之一,并共同构筑所处岩溶景观区优美环境的自然大背景。

2.2.1.1 峰丛洼地

中国的峰丛洼地,广泛分布于南岭-苗岭-云贵高原斜坡以南地区,以广西西北部、西南部,广东西北部,湖南南部,贵州南部与云南东南部的高原边缘及斜坡地带最为集中,98%以上峰丛洼地见于这些地区;它们海拔高程为260~2 445 m,相对高差为210~1 160 m,年均气温在16℃以上,年降水量大于1 200 mm。

广西的峰丛洼地,分布面积达49 642 km2,海拔200~1 830 m,相对高差80~1 260 m,坡度15°~45°[17],广泛分布于各岩溶区域,尤其集中分布于广西西北部、西南部等,如都安、大化、靖西、大新、南丹、德保、天等、环江、宜州、马山、河池、柳州、龙州、平果、忻城、罗城、田阳、来宾、东兰、隆安、巴马等地;山体多呈锥形、塔形、筒形,呈簇状分布,有连座,山脊为锯齿状;洼(谷)地为向内凹下的多边形,以长条形及浑圆状为主;而洼(谷)地、峡谷、天坑、坡立谷等负地貌纵横交错分布于各峰体之间,相互组合成峰丛洼地的典型形态。

同时,某一岩溶区的峰丛洼地,从其所处小流域的上游至下游(指早期地表水流经的区域,以下相同),大体上由高峰丛深洼地(峰顶海拔≥1 100 m,相对高度430~950 m)→中峰丛洼地(峰顶海拔650~1 100 m,相对高度200~500 m)→低峰丛洼地(峰顶海拔多在650 m以下,相对高度50~350 m)→高峰林平原/谷地(峰顶海拔多350~650 m,相对高度150~250 m)→低峰林/孤峰平原(峰顶海拔多在350 m以下,相对高度50~150 m)依次过渡,多层、多期协同共生,有序分布于同一流域的岩溶系统内(表 3图 2)。其中,高峰丛主要分布于所处小流域的分水岭上,即上游流经的区域;中、低峰丛主要分布于中游流经的区域;峰林分布于下游流经的区域。纵向上,随着海拔的降低,既反映在不同地质历史时期,由幼年期→青年期→中年期→老年期等多期完整的地表岩溶演变系列(峰丛→峰林→孤峰),也反映同一流域不同水文地质条件对岩溶过程的具体控制和影响。横向上,不同类型且处于不同发育阶段的多种地表岩溶地貌同生共存、依次过渡,则反映现代多期岩溶作用同时、平行演化的关系,典型的有乐业、大化、都安、大新、柳州、桂林等峰丛洼地[4-6, 13]

图 2 流域岩溶景观带分布示意图 Fig.2 Schematic diagrams of distribution of karst landscape band of drainage basin

表 3 广西不同岩溶区域典型峰丛洼地简要形态特征 Table 3 The genenal shape characteristics of typical fengcong and depression in different karst area in Guangxi
2.2.1.2 峰林平原

中国的峰林平原主要出现于地势相对比较低平而又有利于汇水的纯碳酸盐岩地区,98%集中在广西,其余部分零星见于湖南的零陵、宁远、江永及黔南的都匀与独山等地[17]。它们海拔高程为40~1 160 m,相对高度一般为50~250 m。

广西的峰林平原[17],分布面积达13 118.73 km2,海拔60~870 m,一般仅比所处岩溶区域地下水位高出几米(< 10 m),广泛分布于各岩溶区内;山体多呈塔状、锥状、柱状,或密集成林状,或孤峰林立于谷地中,山体表面山石嶙峋,植被稀疏。典型的有桂林-阳朔、平乐-钟山-贺州、宜州-柳城、柳江-柳州-来宾、隆安-扶绥、大新-崇左、武宣-贵港、龙州等峰林平原,连片分布,面积均达几百至千余平方千米;永福三皇、宜山德胜、罗城东门、东兰武篆-江平、都安地苏、忻城大塘-思练、柳江三都、马山永州、田阳波洪、靖西魁圩、德保足荣、龙州武德、天等都康等峰林平原,面积相对较小,多为几平方千米至十几平方千米,个别可达60~70 km2

如上面所述, 广西的峰丛洼地、峰林平原,是全球陆地上分布面积最大、景观美学价值最高,具有典型性、珍稀性和不可替代性的岩溶地貌/景观类型,系统完整地记录峰丛洼地和峰林平原在不同地质时代和地质地理环境下的形成演化过程,是全球亚热带气候区峰丛洼地、峰林平原岩溶地貌深演化的杰出范例及最为独特的自然美景和重要的美学价值区之一,堪称峰丛峰林之魂。

2.2.2 天坑 2.2.2.1 国内外岩溶天坑分布特征

截止2016年,中国已发现的、经过科学认定的天坑,主要分布于西南部的岩溶峰丛区,尤其是具有深切特征的长江和红水河流域,总数达66个(约占全球已发现天坑总数92个的72%)[5, 18-19];全球发育有7个(含7个)以上天坑的岩溶区域共有6处,其中中国4处(表 4)。

表 4 全球发育有7个(含7个)以上天坑的岩溶区域[5, 18-19] Table 4 The karst area which has more than 7(including 7) tiankengs in the world[5, 18-19]

而目前除中国外,世界上的天坑(26个)多出现于低纬度地区,如巴布亚新几内亚新不列颠岛、马来西亚沙捞越州及墨西哥等地,但形态不典型,四壁较缓,深度较小,底部堆积物较厚[5, 18-19]

2.2.2.2 广西天坑的分布和发育特征

目前广西已发现的、经过科学认定的天坑约有32个,分别约占中国和全球已发现天坑总数的一半和三分之一。它们呈点群状密集分布于广西红水河流域内的岩溶区,均为塌陷型天坑,形态从小型到超巨型,发育状态从已停止发育至正在发育之中,分别代表着天坑不同的形成环境和过程;它们各自之间既有很好的空间分布规律,又有时间上先后生成、发展的序列可追寻,是地球上罕见的、极好的天坑天然博物馆和科学研究的天然实验基地。

同时,广西拥有多处堪称世界珍品的天坑:(1)乐业天坑群,发育在110 km2的区域内,是目前世界天坑分布密度最高的地区(表 4);(2)乐业大石围天坑和巴马交乐天坑,其容积分别位列全球第三和第二位(表 5),深度也分别位列全球第二和第六位(表 6),是国内外规模最大的天坑之一。

表 5 全球容积大于40 Mm3的天坑 Table 5 The tiankengs which volume is greater than 40 Mm3 in the world

表 6 全球深度大于500 m的天坑 Table 6 The tiankengs which depth is greater than 500 m in the world

广西天坑四周陡崖圈闭,形态典型,具备雄、奇、险、幽、奥等形象美,同时它与地下河、瀑布、洞穴、峰丛、复合式峡谷等各类典型的岩溶地貌相伴发育,交相辉映,共同构成广西最具特色的岩溶景观之一:游人行走于坑壁、坑底、天坑森林之间,展现出深邃天坑极高的可亲近性和较好的观赏性[18]

2.2.3 天窗

目前,国外地下河天窗数量少,尚未发现有开发成旅游景区的天窗景观;而国内发现的天窗则较多,并开发成多处典型的天窗景区,广西有3处(表 7)。其中:(1)都安天窗群,500多个规模、形态各异的天窗呈线状串珠式分布于241 km的地苏地下河系河道上,是目前国内外分布密度最大、观赏性极好的地下河天窗群,名副其实的世界地下河天窗最典型的天然博物馆,堪称世界第一的地下河天窗群[13];(2)凤山三门海天窗群,7个天窗呈线状串珠式分布于700 m地下段内,天窗直径、深度多在百米以上,形态优美,可乘船或步行于其间,“坐井观天”的感觉真实而震撼,堪称世界最美的天窗群。

表 7 中国典型天窗景区间的对比 Table 7 Contrast of typical natural sylights in China

同时,东兰燕子洞天窗(508 m)、乐业风岩天窗(369 m)和冒气洞天窗(365 m)分别位列中国最深天窗的第3, 7, 9位(表 8)。但它们单独发育于所处区域地下河河道上,需专业人员指导和借助专业工具方可进入,基本上不具备可进入性。

表 8 中国深度大于330 m的天窗 Table 8 The natural sylights which depth is greater than 330 m in China
2.2.4 地下河

目前,中国至少有地下河2 836条,地下河总长度约13 919 km,流量达1 482 m3/s。其中已探测的总长超过80 km地下河系有10条,它们均地处红水河及其支流的流域内,发育于泥盆系至三叠系的碳酸盐岩地层内,具有流程长、汇水面积大、埋深大、结构形态复杂、管道规模壮观、集中排泄量大的特点[20-22];而它们各自的长度、流域面积、流量、海拔等间有着较大的差异。

在总长超过80 km的10条地下河系中,广西占7条[20-22],是目前国内巨型地下河系分布最密集的区域,是地球上一处极好、罕见的地下河天然博物馆和科学研究的天然实验基地(表 9)。其中,都安地苏地下河系是目前广西、红水河流域、西南八省区,乃至中国已探测的最长地下河(表 9),堪称中国地下河之王,也是海拔较低的地下河,还是世界上首条在学术上被命名的地下河系,是全球岩溶地下河的典型代表和佼佼者。

表 9 中国总长度>80 km巨型地下河系(截止2015年12月) Table 9 Underground rivers which length is longer than 80 km in China (By December 2015)
2.2.5 洞穴

广西岩溶洞穴众多,广泛分布于各岩溶区,若按洞穴发育密度0.8~1个/km2,至少有6万多个。截止目前,全国已开发的403处旅游洞穴中,广西有56处,是目前国内外旅游洞穴分布数量最多的区域[4, 7, 9, 11-12];同时也是旅游洞穴类型最齐全(有旱洞、水洞,或灰岩、白云岩洞穴之分;有分别以钟乳石景观、古人类遗址、红色文化等为主的洞穴)、钟乳石景观最丰富(囊括各种类型、形态的钟乳石)、游览方式最多的区域(有陆路、水路游览,可步行、乘船及乘坐洞穴小火车、电梯等方式游览)[7, 11-12](表 10),是全球洞穴旅游的最佳目的地之一。

表 10 广西典型旅游洞穴景观资源特征和开发特色 Table 10 Distribution pattern and characteristics of landscape resources and development topics of typical show caves in Guangxi

其中桂林芦笛岩、七星岩的旅游始于唐代,是目前有记载的最早用于旅游的洞穴之一,也是目前国内外领导人参观次数最多的洞穴。另外,广西拥有多种堪称世界珍品的钟乳石:①巴马水晶宫分布面积近千平方米,且有正在生长之中的石毛发、卷曲石等;②巴马百么洞,拥有体量巨大的石笋(群)及形状独特、世所罕见的扁平状石笋;③南丹珍珠洞,分布面积约600 m2,约有1 000万颗的穴珠;④风山鸳鸯洞,拥有高达20 m和36.4 m的两根石笋;⑤乐业罗妹洞,拥有在数量、规模、形态多样性上堪称世界之最的莲花盆,以及直径达9.2 m的“世界莲花盆之王”;⑥隆林雪莲洞,拥有国内首次发现、数量众多、较为罕见的洞底溅水环;⑦巴马万福洞,拥有国内首次发现、形态典型、极为罕见的毛笔状石笋。其次,据初步统计全球面积大于25 000 m2的洞穴大厅有20个,其中广西占有7个(表 11)。再者,柳州白莲洞和桂林甑皮岩,分别是旧石器时代和新石器时代的文化遗址,系统反映了中国南方古人类的进化历程。综上所述,广西洞穴是反映洞穴及洞穴钟乳石演化历程的杰出范例之一,是全球洞穴中最为独特的自然美景和重要的美学价值区,还是反映古人类进化历程的典型范例之一。

表 11 全球面积大于25 000 m2的洞穴大厅 Table 11 The cave chambers which acreage is greater than 25 000 m2 in the world
2.2.6 天生桥

近年来我国发现的天生桥数量较多,其中岩溶天生桥占绝大多数,且集中分布于中国西南岩溶区,尤其是广西、重庆、贵州、云南等,而其他岩溶区域仅有零星分布,具有集中性、差异性和地区性等空间分布特征[8](表 12图 3)。

图 3 中国典型天生桥分布格局示意图(据韦跃龙等,2012,有增删) Fig.3 Schematic diagrams of distribution of typical natural bridges in China(According to Wei Yuelong, et al., 2012; revised)

表 12 国内外典型岩溶天生桥规模参数及对比表(据韦跃龙等,2012,有增删) Table 12 Scale parameter and contrast of typical karst naturalbridges in the world(According to Wei Yuelong, et al., 2012;revised)

目前广西典型的岩溶天生桥有9座(表 12),其中:(1)乐业仙人桥,是地表河成因天生桥的最杰出的代表,其余8座则是地下河成因天生桥的典型代表;(2)凤山的江洲天生桥、社更天桥、蚂拐洞天生桥,是名副其实的桥,或公路直接从桥下(江洲和社更天生桥)穿过,或公路直接修建于天生桥桥面之上(蚂拐洞天生桥);(3)香桥岩天生桥,被誉称为中国形态最典型的天生桥,被岩溶学家作为典范收录进《岩溶学词典》(1988年地质出版社出版)中;(4)广西岩溶天生桥,人们既可乘船穿行于其下,如乐业仙人桥、罗城天生桥等;亦可开车穿行于其间,如江洲天生桥、社更天桥、洞湖天生桥,或开车行于其上,如蚂拐洞天生桥;还可漫步于其下,如香桥岩天生桥等。这些天生桥尽显了岩溶天生桥之奇,是全球同类地质遗迹的典型代表和佼佼者。

2.2.7 岩溶风景河段

近年来,中国开发成景区的岩溶风景河段较多,且集中分布于中国西南岩溶区,尤其是广西、重庆、贵州、云南等。目前,广西典型的岩溶风景河段有近20多处,组成一幅幅风格迥异的岩溶山水画,有“峰岳起伏、变化无穷”“深寂清幽、群峰耸立”“山势峻峭,烟雾蒙蒙”“群峰耸立、景物寥寥”等不同之意境,或集雄、险、奇、秀于一身,或集美、秀、幽于一身等(表 13);它们是全球岩溶风景河段的典型代表及最为独特的自然美景和重要的美学价值区,是岩溶山水旅游的最佳目的地之一。

表 13 广西典型岩溶风景河段景观资源特征 Table 13 Resource characteristics of typical karst-landscape river section in Guangxi
2.2.8 岩溶瀑布

瀑布是广西各岩溶区常见的景观之一,有落差不到1 m的微型瀑布,也有高达165 m的巨型瀑布,水量从几立方毫米每秒至几十立方米每秒。它们既有季节性和常年性瀑布之分,又有悬空型、垂直型和倾斜型瀑布之别,还有单级和多级瀑布之分,是岩溶瀑布的集中发育区。其中:(1)大新德天瀑布,是垂直型和倾斜型瀑布的混合体,由上至下分为4级,总高度为49 m,总的瀑水水面宽度超过250 m,多年平均流量达55.2 m3/s(远大于贵州黄果树瀑布的18.2 m3/s),是目前亚洲第一、世界第四大跨国瀑布;(2)靖西通灵大峡谷瀑布,既是悬空型瀑布,又是垂直型瀑布,高达165 m,瀑水水面宽度约30 m,是目前中国岩溶区落差最高的瀑布(远大于贵州黄果树瀑布的77.8 m)。此二处瀑布,充分展示了岩溶瀑布之奇,是全球岩溶瀑布的典型代表和佼佼者,有着最为独特的自然美景和重要的美学价值区,是瀑布旅游的最佳目的地之一。

2.2.9 岩溶湿地

广西各岩溶区内,湿地分布广,主要集中分布于各岩溶区内部河流、湖泊或水库两侧,典型的有柳州红花谷水库、都安澄江、平果芦仙湖、大新黑水河、凌云浩坤湖、合山洛灵湖、桂林会仙等多处国家湿地公园(表 14)。它们既构成所在岩溶区域秀丽的天然屏障和自然环境大背景,也是所在水系的重要组成部分,具有保持水源、净化水质、蓄洪抗旱、维护生物多样性等重要的环境调节功能和生态效益,对构建和保存完整、系统的岩溶生态系统具有重要的意义,是广西各岩溶区“绿水青山”和“山水林田湖生命共同体”存在、延续、保持或改善的物质基础和前提之一,是世界亚热带岩溶湿地中的典型代表和佼佼者,是湿地生态旅游的最佳目的地之一。

表 14 广西典型喀斯特湿地主要特征 Table 14 Main characteristics among typicalkarst wetlands in Guangxi
2.2.10 穿洞、象形山及岩溶泉和岩溶湖

穿洞、象形山及岩溶泉和岩溶湖,是广西各岩溶区常见的景观之一。在这些景观中:(1)典型的穿洞有凤山社更穿洞(长、宽、高分别为239 m、220 m、60 m)、桂林月亮山穿洞(长、宽、高均约为50 m)、桂林象鼻山穿洞(长、宽、高分别约为17 m、9.5 m、12 m)等;(2)典型的象形山有桂林独秀峰、桂林象鼻山、桂林骆驼山、阳朔画山、柳州鱼峰山、柳州马鞍山、凤山阴阳山、宾阳铜钱山等;(3)典型的岩溶泉有凤山鸳鸯泉(两泉一蓝一绿,流量为0.2 m3/s)、靖西鹅泉(泉水碧绿、洁净,流量为1.2 m3/s)、合山龙王清泉(水量季节性变化明显)等;(4)典型的岩溶湖有柳江洛满龙潭(长、宽分别约65 m、45 m,水深3~25 m)、柳州大龙潭(长、宽分别约50 m、55 m,水深15~5 m)、上林大龙湖(长17 km,总库容为1.51亿m3,水面面积560万m2,正常水位时最深达182.14 m,是中国十大岩溶水库之一)、上林木棉水库(长约5 km,水面面积33万m2,正常水位时最深约100 m)、武鸣灵水湖(水面总面积2.93万m2,水深2~3 m,周长约1 km,水温常年保持23℃左右,是中国三大恒温泉水湖之一)、阳朔西塘(长、宽分别约1 300 m、500 m,水面面积约50万m2)等。它们均分别是穿洞、象形山、岩溶泉和岩溶湖在广西乃至全国的典型代表和佼佼者,是闻名中外的典型岩溶景观。

2.2.11 石林、石柱峰与崖壁

石林(岩体相对高度介于5~20 m)、石柱峰(高达数十米乃至百余米,呈上下截面大致一致的柱状峰)与崖壁,是广西各岩溶区常见的景观之一。其中:(1)典型的石林有贺州玉石林(总面积约25万m2,形态以柱状、锥状、尖峰状、剑状、刀脊状等为主,高5~12 m,石林中常见直径0.8~1.5 m、深超过10 m竖井,是目前中国唯一的由大理岩构成的石林)、崇左石林(面积约1 km2,形态以屏风状为主,塔状、柱状、剑状、不规则状等形态为辅,高多数介于5~15 m,部分达15~20 m,是目前广西面积最大的连片石林)、宜州水上石林(分布于长约8 km龙江河道内,面积约1.2 km2;形态以柱状、锥状、屏风状等为主,尖峰状、剑状、刀脊状不规则状等形态为辅,高多数为5~10 m,是目前国内面积最大的水上石林)、鹿寨响水石林(面积约0.3 km2,形态以锥状为主,柱状、剑状、不规则状等形态为辅,高6~20 m);(2)石柱峰,以方柱形为主,少数呈尖锥状,高50~120 m,柱身宽20~30 m,多呈单体分布于峰丛边缘或峡谷两岸,在广西与贵州的交界处, 如金城江、南丹等, 以及桂西南沿边地区, 如大新、靖西等, 尤为典型;(3)崖壁,往往呈陡立状分布于峰丛、峰林边缘或峡谷两岸,高多介于20~150 m,最高可达几百米;其中尤以崇左花山崖壁最为典型,他延绵左江两岸200多千米,既有崖壁之险峻,更蕴含着具有重大考古意义的壁画,目前已被列为世界文化遗产地。除上述外,还有桂林西山摩崖(现存98龛242尊浅龛浮雕佛像),以及桂林龙隐岩和龙隐洞(保留了自唐以来摩崖石刻几百件),桂林鹦鹉山崖壁(当今中国仅存宋代两件石刻城图之一),桂林宝积山、叠彩山、伏波山、独秀峰、南溪山、普陀山等崖壁(保留有唐、宋以来的众多记游题名与题诗), 柳州大龙潭崖壁(留下历代文人的墨宝)等。

2.2.12 岩溶丘陵

典型的岩溶丘陵由丘陵与溶蚀洼地组合而成,其形态呈现为顶部浑圆,斜坡缓和,丘陵底部宽度大于高度,相对高度100~150 m。广西岩溶丘陵,地形和缓,岭坡小于25°,海拔140~480 m,相对高度40~195 m,主要发育于不纯的碳酸盐岩(主要为含泥质、硅质、炭质的灰岩及白云岩、泥灰岩)及间互夹层型碳酸盐岩地层之中,分布面积10 238.2 km2,主要集中分布于桂东北、桂中和桂西南,如扶绥、鹿寨、来宾、象州、崇左、宜州、环江、全州、灵川、马山、临桂、荔浦等地[16-17]。它们多与峰丛一起相伴相生,交错发育,互有彼此,并一起构成广西岩溶地貌/景观的骨架。

2.2.13 岩溶坡立谷

广西各岩溶区内坡立谷分布广泛,规模巨大,四周山峰陡立,谷底平坦,发育有季节性、常年性地表河。它们与峰丛、地表河等地貌相伴相生,一起构成一幅幅优美的岩溶奇景,如乐业武称、牛坪、夏福等坡立谷,都安澄江坡立谷,凤山中亭坡立谷;或构成优美的农耕图,如乐业甘田坡立谷,都安地苏、拉棠-南江坡立谷等;或成为人类耕作、居住、生活与工程建设的场所。目前绝大多数坡立谷已被开辟成农田,少数成为城镇所在地,如广西都安县城、乐业县城、凤山县城等。它们是广西及国内外典型、较为罕见的大型/巨型坡立谷,并和峰丛、峰林等一起共同构筑所处岩溶景观区优美环境的自然大背景。

2.2.14 其他岩溶景观

广西各岩溶区发育有单面山、石芽、漏斗、盲谷、悬谷、干谷、竖井、塌陷坑、落水洞、溶蚀裂隙、溶痕、溶沟、溶坑与溶槽等其他各类岩溶景观。它们是各岩溶区在不同地质地理环境下(如差异性风化侵蚀、区域地壳间歇上升、崩塌作用、生物作用等)形成演化过程中的产物,是不可多得的岩溶地质科普点和科研对象。

2.2.15 岩溶文化景观

广西各岩溶区内还可见多处岩溶文化景观,典型的有:(1)岩壁类,如崇左花山崖壁, 桂林西山摩崖,桂林龙隐岩和龙隐洞,桂林鹦鹉山崖壁,桂林宝积山、叠彩山、伏波山、独秀峰、南溪山、普陀山等,以及柳州大龙潭崖壁等(详见2.2.11所述);(2)古人类遗迹,如柳州白莲洞(旧石器时代的文化遗址)、柳州大龙潭鲤鱼嘴(新石器时代遗址)、柳江通天岩(发现柳江人化石)、柳城巨猿洞(世界上迄今发现巨猿化石最多的遗址)、桂林甑皮岩(目前中国发现人类居住时间跨度最长的新石器时代洞穴遗址)等。它们对研究东亚早期人类的起源、现代人类的起源以及中国南方史前文化和古人类进化等,具有重要的价值。

2.3 广西岩溶景观组合特征

广西各岩溶区之间被各类非可溶岩(如页岩、泥岩及砂岩、砾岩等碎屑岩)分隔成多个相对独立的“岩溶孤岛”,它们以所处流域为主线,组合成各具特色的流域景观带;同时各岩溶区(即各岩溶孤岛)之间以红水河/柳江/黔江/桂江/西江等为连接通道和纽带,相互连为一个整体,即岛链,组合成独具广西特色的“岛链式”岩溶景观分布格局(表 2)。

2.3.1 红水河流域岩溶景观带

该流域岩溶景观带自天峨、乐业开始,经凌云、凤山、巴马、大化、都安、马山、兴宾一带。此景观带以峰丛洼地、峡谷作为区域雄、险、奇、秀的自然环境大背景,以天坑群、洞穴群、地下河系、天窗群、天生桥等为特色。自上游至下游,该景观带总体上逐渐由桂西北高原斜坡岩溶地貌区(Ⅰ)→桂西中低山岩溶地貌区(Ⅳ)→桂中盆地岩溶地貌区(Ⅱ),由高峰丛深洼地→中峰丛洼地→低峰丛洼地→峰林-峰丛盆地,峡谷由深、窄逐渐演变为深、宽,形态总体由V型、嶂谷→U型,各类特色景观数量也趋少(表 2图 2)。

2.3.1.1 红水河流域上中游岩溶景观带

此景观带自天峨、乐业开始,经凌云、凤山、巴马、大化、都安,至马山一带,总体处于桂西北高原斜坡岩溶地貌区(Ⅰ)、桂西中低山岩溶地貌区(Ⅳ)和桂中盆地岩溶地貌区(Ⅱ)岩溶地貌区,以高峰丛深洼地和深切峡谷作为区域的自然环境大背景,以天坑群、洞穴群、地下河系、天窗群、天生桥等为特色;且纵向上自天峨到马山,横向上从流域内各岩溶区(如乐业、都安等)所处小流域的上游至下游(指早期地表水流经的区域,以下相同),总体上逐渐由高峰丛深洼地→中峰丛洼地→低峰丛洼地,局部区域可见峰林谷地,峡谷总体仍以V型和嶂谷为主, 但逐渐变宽(表 2, 图 2);其中天坑群(如大石围天坑群,表 4, 5, 6)、洞穴群(罗妹洞、水晶宫、百么洞、鸳鸯洞等,表 10, 11)、地下河系(地苏、百郎等地下河系,表 9)、天窗群(都安天窗群、三门海天窗群等,表 7, 8)、天生桥(仙人桥、江洲天生桥、社更天桥等,表 12)等是全球同类地质遗迹的典型代表和佼佼者。

2.3.1.2 红水河流域下游岩溶景观带

此景观带自合山开始,经兴宾区至象州石龙镇一带,总体处于桂中盆地岩溶地貌区(Ⅱ),以低峰丛洼地、峰林-峰丛盆地和峡谷作为区域的自然环境大背景,以峰林-峰丛盆地和孤峰为特色;且纵向上自合山至石龙镇,横向上从流域内各岩溶区(如合山、兴宾等)所处小流域的上游至下游,由中/低峰丛洼地→峰林-峰丛盆地,峡谷总体以U型为主;其广阔、典型的峰林-峰丛盆地是此类岩溶地貌/景观的典型代表(表 2图 2)。

2.3.2 柳江流域岩溶景观带

该流域岩溶景观带,总体处于桂中盆地岩溶地貌区(Ⅱ)和桂西北高原斜坡岩溶地貌区(Ⅰ),以低峰丛洼地、峰林平原和峡谷为区域自然环境大背景,以峰林/孤峰平原、锥状峰丛、风景河段、洞穴、象形山等为特色;且自上游至下游,总体上逐渐由低峰丛洼地→峰林/孤峰平原,峡谷由深、窄逐渐演变为深、宽,形态总体由V型→U型(表 2图 2)。

2.3.2.1 柳江上中游流域岩溶景观带

(1) 龙江小流域岩溶景观带

此景观带自环江/南丹至宜山一带,总体处于桂中盆地岩溶地貌区(Ⅱ)和桂西北高原斜坡岩溶地貌区(Ⅰ),以低峰丛洼地和峡谷作为区域自然环境大背景,以锥状峰丛、风景河段、水上石林、洞穴等为特色;且纵向上自金城江至宜山,横向上从流域内各岩溶区(如环江、南丹、金城江、宜山等)所处小流域的上游至下游,大体上由高峰丛洼地→中/低峰丛洼地→峰林谷地,峡谷总体仍以V型和嶂谷为主, 但逐渐变宽(表 2图 2)。其中环江的锥状峰丛是全球同类地质遗迹的典型范例,而天生桥(如洞湖天生桥、罗城天生桥等,表 2)、风景河段(如下枧河、龙江等,表 13)、水上石林、洞穴(如南丹珍珠洞、宜州荔枝洞等,表 10)等是国内同类岩溶景观的典型代表。

(2) 洛清江流域岩溶景观带

此景观带主要包括永福至鹿寨一带,总体处于桂中盆地岩溶地貌区(Ⅱ),以低峰丛洼地、峰丛-峰林平原和峡谷作为区域的自然环境大背景,以峰丛-峰林平原、天窗群、天生桥和洞穴等为特色;且纵向上自永福至鹿寨,横向上从流域内各岩溶区(如永福、鹿寨等)所处小流域的上游至下游,大体上由中/低峰丛洼地→峰丛-峰林平原,峡谷总体以U型为主(表 2图 2);其中鹿寨一带的峰丛-峰林平原、天窗群(如香桥岩天窗群,表 78)、天生桥(如香桥岩天生桥,表 12)和洞穴(如永福岩、九龙洞等,表 1011)等是国内同类岩溶景观的典型代表。

(3) 融江流域岩溶景观带

此景观带自融水至柳城一带,总体处于桂中盆地岩溶地貌区(Ⅱ),以峰丛洼地和峡谷作为区域的自然环境大背景,以峰丛峡谷、象形山、洞穴等为特色;且纵向上自融水至柳城,横向上从流域内各岩溶区(如融水、柳城等)所处小流域的上游至下游,大体上由中峰丛洼地→低峰丛洼地,峡谷由深、窄逐渐演变为深、宽,形态总体由V型→U型(表 2图 2);其中峰丛峡谷、象形山、洞穴等是广西同类岩溶景观的典型代表。

2.3.2.2 柳江流域岩溶景观带(下游)

此景观带主要包括柳州市一带,总体处于桂中盆地岩溶地貌区(Ⅱ),以峰林平原和峡谷作为区域的自然环境大背景,以峰林/孤峰平原、风景河段、洞穴、象形山等为特色;且纵向上自柳州至象州石龙镇,总体上以峰林/孤峰平原为主,局部区域可见低峰丛洼地,峡谷宽广,总体以U型为主;而横向上自柳江两侧的分水岭至柳江,大体上由中/低峰丛洼地→高峰林平原→低峰林/孤峰平原(表 2图 2);其中柳州市及其周边的峰林/孤峰平原是全球同类地质遗迹的杰出代表地,而风景河段(如百里柳江等,表 13)、洞穴(如都乐岩、白莲洞等,表 10, 11)、象形山(如鱼峰山等)等则是广西乃至全国同类地质遗迹的典型代表。

2.3.3 黔江流域岩溶景观带

此景观带自武宣至桂平一带,总体处于桂中盆地岩溶地貌区(Ⅱ),以峰林/孤峰盆地、峰丛洼地和峡谷作为区域的自然环境大背景,以峰林/孤峰盆地、岩溶风景河段、峡谷等为特色;且纵向上自武宣至桂平,横向上从流域内各岩溶区(如武宣、桂平等)所处小流域的上游至下游,大体上由中峰丛洼地→低峰丛洼地→峰林/孤峰盆地,峡谷由深、窄逐渐演变为深、宽,形态总体由V型→U型(表 2图 2);其中武宣一带的峰林/孤峰盆地、大藤峡及其风景河段(表 213)等是国内同类岩溶景观的典型代表。

2.3.4 郁江流域岩溶景观带

该流域岩溶景观带,包括左江、右江、邕江及郁江4条河流,总体处于桂西北高原斜坡岩溶地貌区(Ⅰ)、桂西南低中山地岩溶地貌区(Ⅴ)、西江谷地岩溶地貌区(Ⅵ)和桂西中低山地岩溶地貌区(Ⅳ),以峰丛洼地、峰林洼地和峡谷作为区域的自然环境大背景,以峰丛峡谷、瀑布、泉、风景河段、崖壁、湖泊为特色;且自上游至下游,总体上逐渐由中/低峰丛洼地→峰丛-峰林洼地,峡谷由深、窄逐渐演变为深、宽,形态总体由V型→U型(表 2图 2)。

2.3.4.1 右江流域岩溶景观带

此景观带自平果至隆安一带及右江西南侧的天等、德保一带,总体处于西江谷地岩溶地貌区(Ⅵ)和桂西南低中山地岩溶地貌区(Ⅴ),以峰丛洼地、峰林洼地和峡谷作为区域的自然环境大背景,以湿地、峰丛峡谷等为特色;且纵向上自平果至隆安,横向上从流域内各岩溶区(如天等、德保等)所处小流域的上游至下游,大体上由中/低峰丛洼地→峰丛-峰林洼地,峡谷总体以V型为主(但逐渐变宽);其中湿地(如芦仙湖等湿地)等是国内同类景观的典型代表,而右江一带(平果段落和隆安段)以及右江西南侧天等、德保一带的峰丛峡谷则是广西岩溶峰丛峡谷的典型代表(表 2图 2)。

2.3.4.2 左江流域岩溶景观带

(1) 黑水河流域岩溶景观带

此景观带自靖西至大新一带,总体处于桂西北高原斜坡岩溶地貌区(Ⅰ)和桂西南低中山地岩溶地貌区(Ⅴ),以峰丛洼地、峰林洼地和峡谷作为区域的自然环境大背景,以瀑布、泉、峰丛-峰林洼地、峰丛峡谷、风景河段等为特色;且纵向上自靖西至大新,横向上从流域内各岩溶区(如靖西、大新等)所处小流域的上游至下游,大体上由中/低峰丛洼地→峰丛-峰林洼地,峡谷总体以嶂谷和V型为主(但逐渐变宽);其中德天瀑布、通灵大峡谷瀑布等是国内及至全球岩溶瀑布的典型代表和佼佼者,而黑水河峡谷及其风景河段(表 13),通灵大峡谷,明仕、恩城一带的峰林洼地等则是国内同类岩溶景观的典型代表(表 2图 2)。

(2) 左江流域岩溶景观带

此景观带自龙州起,经崇左至扶绥一带,总体处于桂西南低中山地岩溶地貌区(Ⅴ)和西江谷地岩溶地貌区(Ⅵ),以峰丛洼地、峰林洼地和峡谷作为区域的自然环境大背景,以崖壁、峰丛峡谷、岩溶风景河段、石林等为特色;且纵向上自龙州至扶绥,横向上从流域内各岩溶区(如龙州、崇左、扶绥等)所处小流域的上游至下游,大体上由中/低峰丛洼地→峰丛-峰林洼地,峡谷总体以由深、窄逐渐演变为深、宽,形态总体由V型→U型;其中崇左花山崖壁及其岩画是全球同类地质遗迹的典型代表和佼佼者,而左江一带的峰丛峡谷、岩溶风景河段及崇左石林等是广西乃至全国同类岩溶景观的典型代表(表 2图 2)。

2.3.4.3 邕江流域岩溶景观带

此景观带主要位于邕江北岸的武鸣一带及邕宁至六景的邕江段,总体处于桂西中低山地岩溶地貌区(Ⅳ)和西江谷地岩溶地貌区(Ⅵ),以峰丛洼地、峰林洼地作为区域的自然环境大背景,以湖泊、洞穴、石林、峰丛等为特色;其中灵水湖、伊岭岩等是广西同类岩溶景观的典型代表(表 2图 2)。

2.3.4.4 郁江流域岩溶景观带

此景观带自横县起,经贵港至桂平一带,总体处于西江谷地岩溶地貌区(Ⅵ),以峰丛洼地、峰林洼地和峡谷作为区域的自然环境大背景,以峰丛峡谷等为特色;且纵向上自横县至桂平,横向上从流域内各岩溶区(如横县、贵港等)所处小流域的上游至下游,大体上由中/低峰丛洼地→峰丛-峰林洼地,峡谷总体以U型为主;其中郁江一带的峰丛峡谷等是广西同类岩溶景观的典型代表(表 2图 2)。

2.3.5 漓江流域岩溶景观带

此景观带自桂林至昭平一带,总体处于桂东北山间盆地谷地岩溶地貌区(Ⅲ),以峰丛洼地、峰林平原和峡谷作为区域的自然环境大背景,以塔状峰丛-峰林、岩溶风景河段,洞穴、象形山、穿洞等为特色;且纵向上自桂林至昭平,横向上从流域内各岩溶区(如桂林等)所处小流域的上游至下游,大体上由中/低峰丛洼地→峰丛-峰林平原,峡谷总体以U型为主;其中塔状峰丛-峰林、漓江岩溶风景河段是全球同类地质遗迹的典型代表和佼佼者,而洞穴(如芦笛岩、七星岩、丰鱼岩等,表 10)、象形山(如象鼻山、独秀峰、骆驼山等)、穿洞(如月亮山等)等是全国同类岩溶景观的典型代表(表 2图 2)。

2.4 广西岩溶景观特色分析

综上,广西岩溶景观是全球亚热带岩溶地貌及景观典型集中发育区和杰出范例,是全球岩溶景观中最为独特的自然美景和重要的美学价值区之一,是目前世界上展现塔状峰丛-峰林、锥状峰丛、高峰丛深洼地、峰林/孤峰平原、洞穴、天坑、天窗、地下河、天生桥、岩溶风景河段、瀑布、崖壁等岩溶景观美景最杰出的代表地,堪称全球“洞穴天坑之窗,地下河天窗之王,天生桥瀑布之奇,风景河段之美,峰丛峰林之魂”(图 1图 4表 1表 14)。

图 4 广西自晚三叠世以来构造运动演变示意图(据韦跃龙,2009,有增删) Fig.4 Schematic diagrams of tectonic evolution since Late Triassic epoch in Guangxi(According to Wei Yuelong, 2009, revised)
3 广西岩溶景观形成演化分析

岩溶景观发育过程是沉积过程、岩溶过程、构造运动和气候变化的统一复合体,是一个富反馈的系统。在影响和控制岩溶景观发育的各因素间,即沉积过程(可溶性岩的形成、分布、发育、岩性等)、构造(地势、高度、比降、基准面等)、岩溶过程和气候(降水、流量、地下水、植被、CO2等)各因素之间存在着复杂的反馈关系,它们的共同作用对象为可溶性成景地层,它们四者之间的相互作用构成一个动态的、复杂的成景耦合过程[4-6]。因此岩溶景观的形成与演化不是静止孤立的,是随着时间和空间的运动而变化,它演化的直接动力是富含CO2和其他酸性物质的运动水,演化的方向和空间分布受所处区域可溶岩石结构和分布、地质构造和构造运动性质、气候变化及岩溶过程所支配,因而目前的岩溶景观形态,是岩溶景观发育、演化过程中某一阶段地表形态的呈现,是动态演化过程中某一瞬间形态,并表现出明显的区域/流域分异特征。

3.1 广西各岩溶区岩溶景观形成演化背景分析 3.1.1 碳酸盐岩地层岩溶特征

广西各岩溶区,主要出露中上寒武统至中三叠统的碳酸盐岩地层,总体以灰岩、白云质灰岩和白云岩等为主,连续沉积,岩性变化不大,总厚度达10 677~24 790 m[16-17],刚性和抗应变能力较强,具有极高的孔隙率、渗透率和富水性,大多呈连续片状(如桂林、柳州等岩溶区域),少数呈孤岛状(如乐业等)分布于碎屑岩中,属强可溶性地区。

3.1.2 区域构造及演化

晚三叠世开始的印支运动,基本奠定广西各岩溶区构造形迹的基本框架;随后,历经印支、燕山、喜山等强弱程度不一、由多期极强至稳定的周期性构造运动,以继承性改造和发育为主,具体表现为广西各岩溶区及其周边断裂和褶皱的周期性活化和活动[16-17](图 4),且褶皱、断裂、节理、裂隙等十分发育,大大提高可溶性岩石的次生渗透性,为大气降雨的入渗、地下水运动创造了良好的内力条件,利于纵向、横向岩溶过程的进行。

3.1.3 区域气候及水文条件分析 3.1.3.1 区域气候特征及演变

晚三叠世以来,广西各岩溶区总体属湿润-潮湿亚热带、热带气候,炎热潮湿、水量充沛、生物繁盛[16]。现代,广西各岩溶区均属高温多雨的亚热带气候区,多年平均气温为16.5~23.1℃,各岩溶区年降水量多介于1 250~2 000 mm,5—9月为主要雨季(占全年总降水量的51%~59%),11月下旬至第二年4月上旬为旱季(仅占全年总降水量的10%),其余月份为平水期,为地表和地下岩溶水提供了良好的补给来源。

3.1.3.2 地表水演变及发育特征

晚三叠世以来,广西各岩溶区暂时性、季节性和常年性等各种形式的地表水均十分发育,并分别在不同的地质时代相互袭夺,首先在各岩溶区形成各自相对独立的地表河,形成局部统一的地表水系;然后各地表河间及地表河与地下河之间又相互袭夺、相连成整体统一,却仍保持各区域相对独立的西江水系及其支流,包括红水河、柳江、郁江、桂江等及其支流;它们多年平均径流量达2 240亿m3[17],流量大,水动力十分强劲,水循环条件极好,为各类地表岩溶景观,如峰丛洼(谷)地、峰林平原/谷地等的发育提供了极强的水动力条件。

3.1.3.3 地下水演变及发育特征

晚三叠世以来,广西各岩溶区的地下水历经浅层地下水→各向流动和局部统一的地下河→区域统一的地下河系,如地苏地下河系、百郎地下河系等;它们总排泄量达191 m3/s,流量大,水动力十分强劲,水循环条件极好,为各类地下岩溶景观,如洞穴、地下河系等的发育提供极强的水动力条件。

3.2 广西岩溶景观形成演化过程分析 3.2.1 区域地质演化简史

自距今10亿年的晚元古代至距今约2.5亿的中三叠世期间,广西部分区域分别于不同的地质时代处于浅海沉积环境,分别沉积形成时代不同、厚度巨大、连片分布、岩性略有差异的碳酸盐岩地层[16]。晚三叠世,受强烈印支运动的影响,部分区域的碳酸盐岩地层露出地表,开始进入持续至今2亿多年岩溶地貌/景观形成演化时代[16-17],如桂林、柳州等岩溶区;随后相继发生燕山运动和喜山运动,区域地壳隆起,更多区域的碳酸盐岩地层相继出露地表,分别进入各自的岩溶地貌/景观形成演化时代,如乐业、都安岩溶区(大致于古近纪期间开始进入岩溶发育时代)[5-6, 13];至古新世末,广西各岩溶区基本都出露于地表,并全部进入岩溶发育时代;古新世末至晚更新世期间,广西各岩溶区进入岩溶地貌/景观重要发育阶段,进行着多期规模、强度较大的岩溶过程,逐渐形成广西各类岩溶地貌/景观的分布格局和发育特征,并保持至今;全新世以来极短地质时期内(历时约一万年),总体以继承性改造和发育为主。

3.2.2 峰丛-峰林形成演化分析

广西各岩溶区峰丛洼地、峰林平原及与它们共生、伴生的其他各类地表岩溶地貌(峡谷、坡立谷、漏斗、竖井、落水洞等),规模形态各异,但它们具有一个共同的成景特征,即它们都是由地表流水向地下侵蚀、溶蚀、冲蚀、潜蚀、搬运而成,因此将它们统称为自上而下式岩溶地貌/景观,其形成演化过程可总体概括为如下几个阶段(图 5)。

图 5 广西峰丛峰林形成演化过程示意图(据韦跃龙,2009,有增删) Fig.5 Schematic diagrams of formation of fengcong and fenglin in Guangxi(According to Wei Yuelong, 2009, revised)
3.2.2.1 地块分割阶段

受构造运动控制和影响,平坦的岩溶地块被分割成众多大小不一、软硬不一、破碎不一的“豆腐块”(岩溶小地块),各小地块之间的岩石、地层变形程度相对较大,产状较陡,是各种形式地表流水主要的侵蚀通道,是洼(谷)地、峡谷等负地貌的重要发育区;而各小地块内的岩石、地层变形程度相对较小,产状平缓,厚度巨大,为众多岩溶石峰的发育和保存提供极有利的条件(图 5)。此阶段主要发生于如下地质时期[16-17](图 4):①白垩纪末强构造活动的较短时期内(如一级剥夷面的形成);②分别始于古新末、始新世中期、渐新世末和上新世末的喜山运动一幕、二幕、三幕、四幕后的较短地质时期内,断裂、褶皱继承性活动与活化的强度极大,产生极强的势差和高差,前期形成的剥夷面抬升,并被切割、支解,基本被破坏改观;③第四纪以来间歇构造抬升产生后的较短地质时间内,发生的多期间歇性抬升,形成多级不同高程的剥夷面和多层溶洞,如早更新世期间都安的区域间歇隆升,于该岩溶区形成海拔360~380 m的剥夷面和多层溶洞。

3.2.2.2 沟渠阶段

大气降水沿各构造低地、构造破碎带、裂隙带、岩石脆弱带不断侵蚀、冲蚀、溶蚀、潜蚀、搬运,先形成地表细沟(如溶痕、石牙等),再演变为宽度、深度更大的沟渠(如溶沟等),各岩溶区域内各向分散独立流动暂时性、季节性或常年性地表流水逐渐演变、汇聚于各构造盆地(图 5),如目前广西各岩溶区境内规模较大的坡立谷、盆地、平原等。此阶段主要发生于上述构造运动由极强→较强的地质时期。

3.2.2.3 峰丛洼地阶段

大量的地表水和地下水由各岩溶区所处小流域的古分水岭一带分别统一汇聚、排泄于中、下游区域(或周边古汇流盆地)的过程中,原沟渠被改造成各种大小、规模、深度不一的洼(谷)地、峡谷、坡立谷等横向负地貌及漏斗、竖井、落水洞等竖向负地貌,同时还形成与各地表水流向基本相似的各向浅层地下水(河),在它各自横向分散独立流动,局部统一汇聚、排泄的过程中,往往形成大小、规模、走向及形态各异的早期洞穴,即后面所述的地下河道形成发育阶段;而各构造相对高地、构造稳定带、岩石坚硬带等也不断被改造成错落有致的岩溶峰丛、峰丛群,从而形成本区域峰丛洼地和洞穴等地表和地下岩溶地貌雏形(图 5)。此阶段主要发生于上述构造运动由较强→减弱→平稳期间。

3.2.2.4 地表河阶段

受地表水位势差控制和影响,各岩溶区内流动于各洼(谷)地间的季节性、常年性地表流水不断相互袭夺,连接成各向分散独立流动的小型岩溶地表河,但仍汇聚、排泄于所处岩溶区域的下游或古汇流盆地。期间不断改造各类地表岩溶地貌,各岩溶区域的岩溶地貌以继承性改造、发育为主,各区域地貌之间的差异初具雏形(图 5)。此阶段主要发生于构造运动趋于平稳的地质时期。

期间,受水力条件、地形、构造位置、水文网位置等不同因素的制约和影响,各岩溶区所处小流域的不同区域间表现出不同的成景特征和发育特征:总体而言,上游区域,各类暂时性、季节性及常年性地表流水的势差大,流速快,以深切作用为主,峰体最高大,海拔高程最高,洼(谷)地深窄,绝大多数属高峰丛深洼地地貌区;中游区域,势差相对较小,流量大,水量、水力较大,横向、纵向侵蚀、溶蚀及搬运的规模、强度较大,山体较小,海拔高程较低,洼(谷)地宽广、较浅,漏斗、波立谷、地表河等其他负地貌比较发育,绝大多数属中、低峰丛洼地地貌区;下游区域,地势平缓,流量巨大,水量、水力最大,横向侵蚀、溶蚀及搬运的规模、强度较大,山体较小,海拔高程较低,洼(谷)地宽广、较浅,漏斗、波立谷、地表河等其他负地貌十分发育,绝大多数属高、低峰林平原地貌区。

同时,各岩溶区所处的大流域,如红水河、柳江等,从上游区域至下游区域也发生着大致相似的岩溶过程,形成高度相似的岩溶地貌/景观分布格局。

3.2.2.5 地下河阶段

受区域间歇性构造运动控制和影响,区域性侵蚀基准面大幅下降,导致各岩溶区域内部部分小型岩溶地表河直接下潜或被地下河袭夺形成新地下河。各岩溶区域的岩溶地貌以继承性改造、发育为主,各区域地貌之间的差异日趋明显。此阶段主要发生于随后的地下河和洞穴期早期构造运动强烈活动期间,将在后面详述。

3.2.2.6 继承性发育和改造阶段

各岩溶区内以暂时性地表流水作用为主,各正地貌朝更高、更尖,或更矮、更小方向发育、演变,各负地貌或朝更宽、更平,或更深、更大方向发育、演变,一直延续至今,逐渐形成广西各岩溶区内峰丛洼地、峰林平原、巨型岩溶坡立谷、盆地等典型岩溶地貌/景观,并在同一岩溶系统内相互影响、相互依存平行发展,逐步演化。由各岩溶区所处小流域的上游至下游,大体上由高峰丛深洼地→中峰丛洼地→低峰丛洼地→高峰林平原/谷地→低峰林/孤峰平原等多种地貌协同共生,有序分布于同一小流域或大流岩溶系统内;其中,高峰丛主要分布于所处小流域或大流域的上游区域;中、低峰丛主要分布于所处小流域或大流域的中游区域;峰林分布于所处小流域或大流域的下游区域(图 5)。此阶段主要发生于第四纪至现代的一段地质时期内。

上述6个阶段的形成演化过程(图 5), 系统完整地揭示晚三叠世以来,广西各岩溶区在不同地质地理环境下各类地表岩溶地貌/景观的形成演化过程,并拥有多个在地质、地貌、水文地质上独立、完整的地表岩溶形成演化系统,典型而稀有,是全球亚热带地表岩溶地貌/景观形成演化的全球参照地,也是反映在不同河流区域(上游至下游区域)岩溶演化历程的典型示范地之一。

3.2.3 地下河和洞穴形成演化分析

广西各岩溶区地下河和洞穴的形成演化过程,开始是地下流水不断侵蚀、溶蚀、冲蚀、潜蚀、搬运其围岩形成地下河,后因地壳抬升形成旱洞和新的地下河;而此过程形成的地貌统称为自下而上式岩溶地貌(即由地下向地表发育而形成的地貌),明显区别于自上而下式岩溶地貌/景观。它们的形成演化过程可总体可概括为如下5个阶段(图 6)。

图 6 广西地下河和洞穴形成演化过程示意图(据韦跃龙,2009,有增删) Fig.6 Schematic diagrams of formation of underground river and cave in Guangxi(According to Wei Yuelong, 2009, revised)
3.2.3.1 横向裂隙式岩溶水形成发育阶段

大气降水沿可溶岩纵张性构造裂隙下渗,形成垂向裂隙式岩溶水,贮存、汇聚于深部循环带内并形成横向裂隙式岩溶水。虽并不是所有横向裂隙式岩溶水均可发育成后期的地下河,但它是地下河发育的必要前提条件之一,可发生于任何成景时期。而对地下河和洞穴成景过程有重要意义的岩溶水可能主要形成于构造运动趋于平稳的地质时期[16-17],即古近纪(E)、新近纪(N)、第四纪(Q)等地质时期(图 4, 6)。

3.2.3.2 地下河道形成发育阶段

横向裂隙式岩溶水沿可溶岩内部层序界面,如层理面、古风化面、古岩溶面、平行和角度不整合面、古侵蚀面、地层间断面,以及断层、节理、裂隙等进行横向溶蚀、侵蚀和流动,形成地下横向通道,具有一定的方向性和连续性,也具有非均一性和各向异性。后岩溶水越聚越多,水量、水动力及溶蚀力越大,通道逐渐扩大,形成规模不等且各向独立分散流动的地下河道。受地下水位势差、构造位置、古构造面等制约和影响,部分地下河开始袭夺地表各岩溶负地貌间各种形式的地表流水和其他地下河,逐渐形成局部统一的地表地下水文地质单元,开始接受大量大气降水的直接补给。同时也不排除因受强烈构造运动宏观控制和影响,侵蚀基准面大幅下降,前期大量发育于各横向岩溶负地貌间的季节性、常年性地表流水沿构造带或地层岩石脆弱带直接下潜形成地下河,并形成局部统一的地表地下水文地质单元和含水岩体。此阶段主要发生于如下地质时期[16-17](图 4):①白垩纪末强构造活动的较短时期内;②分别始于古新末、始新世中期、渐新世末和上新世末的喜山运动一幕、二幕、三幕、四幕后较短地质时期内;③第四纪以来间歇构造抬升产生后的较短地质时间内,发生的多期间歇性抬升,此时期对广西各岩溶区域如今各地下河系和洞穴系统的形成、发育、演化影响最深[6, 13]

3.2.3.3 地下河大规模发育阶段

地下河继续接受大气降水的大量直接补给和少量间接补给——补给量充足、流量大、流速快、水循环条件好、水动力强劲,对流经区域的可溶性围岩进行大规模、高强度的流水动力作用和搬运作用,进入地下河道大规模发育阶段,朝更深、更宽、更长的方向发育、演变,进一步深化改造已形成的局部(新近纪)或整体(第四纪至现代)统一的地表地下水文地质单元和含水岩体。此改造期主要发生于地下河和洞穴期中期,即构造运动相对平稳的第四纪和现代岩溶作用期间(图 4图 6)。

3.2.3.4 洞穴形成阶段

受区域强构造运动控制和影响,地壳整体隆升,侵蚀基准面大幅下降,原地下河继续下潜或改道形成新的地下河,继续新地下河的发育和演变(图 6)。而原来的地下河道则可能发生如下变化:①继续发育,在新地下河的侵蚀、溶蚀下形成峡谷状,或上窄下宽,或上宽下窄等形状的地下河道;②局部或全部被抬升形成旱洞,即洞穴;③部分地下河道被抬升,且顶板发生崩塌,形成穿洞、天坑、天生桥、天窗等岩溶景观(图 7, 8, 9);④极端情况,原来宽广的地下河道发生大面积崩塌,最后演变、发育形成峡谷、谷地、洼地等负地貌。这一过程主要发生于地下河和洞穴期后期强构造活动的较短时期内,即上新世末至早更新世,喜山运动第四幕产生后的较短地质时期内[16-17]

图 7 天坑形成演化过程示意图(据韦跃龙,2009,有增删) Fig.7 Schematic diagrams of formation of Tiankeng(According to Wei Yuelong, 2009, revised)

图 8 天窗形成演化过程示意图(据韦跃龙等,2018,有增删) Fig.8 Schematic diagrams of formation ofnatural skylight (According to Wei Yuelong, et al., 2018; revised)

图 9 天生桥形成演化过程示意图(据韦跃龙等,2012;有增删) Fig.9 Schematic diagrams of formation ofnatural bridge(According to Wei Yuelong, et al., 2012; revised)

上新世末,受喜山运动第四幕的控制和影响[16-17],广西各岩溶区域进入洞穴大规模形成阶段,在形成大量规模形态各异的洞穴系统的同时,也新形成整体统一的地下河系,如都安地苏地下河系[13]、乐业百郎地下河系等[5-6]。而此时,各岩溶区域所处小流域内的地表河和地下河逐渐相互袭夺、连接成一个统一、复杂的水文地质单元,进入地下河重新大规模发育阶段,并一直保持至今。

3.2.3.5 洞穴景观发育阶段

新的地下河继续按“地下河道形成发育阶段→地下河大规模发育阶段→洞穴形成阶段”循环发育,进一步深化改造新形成的各地下河系。而被抬升脱离地下水面的洞穴则进入洞穴沉积物(景观)发育阶段,形成各式各样、千姿百态、规模不一的洞穴次生化学沉积物。

洞穴次生化学沉积物具体成景过程:洞穴上升脱离地下水位后,洞穴上部部分地表水沿土壤层渗入裂隙,并在下渗过程中吸收土壤层中的CO2后(大气土壤层CO2$ \rightleftharpoons $溶解CO2,CO2+H2O$ \rightleftharpoons $H2CO3),变成CO2含量更高的岩溶水,其中部分岩溶水沿洞壁或其他地下空腔围岩渗出,压力突降,可能形成洞穴毛细水、滴水、流水、池水和渗水等;而大量含有过饱和碳酸钙的溶液进入洞穴空间,为与洞穴CO2浓度取得平衡,释放出水溶液中的CO2(Ca(HCO3)2$ \rightleftharpoons $CaCO3↓+H2O+CO2↑),并沉积形成大量的洞穴次生化学沉积物;对应不同的裂隙、水量及渗出方式,分别形成类型丰富、千姿百态的洞穴化学沉积物,如石笋、石钟乳、石柱、石幕、流石坝、卷曲石、鹅管、莲花盆等钟乳石等(表 15图 10)。此阶段主要发生于随后构造运动相对平稳的第四纪和现代岩溶作用期间。

图 10 主要钟乳石类型及形态与裂隙及裂隙式岩溶水关系示意图 Fig.10 Schematic diagramsof relationship among the main stalactite type, structural fractures and fissure karst water

表 15 主要钟乳石类型形成的基本条件 Table 15 The basic conditions for main stalactite types

上述5个阶段的形成演化过程(图 6),系统完整地揭示了晚三叠世以来,广西各岩溶区在不同地质地理环境下地下河和洞穴的形成演化过程,并拥有多个在地质、地貌、水文地质上独立、完整的地下岩溶形成演化系统,典型而稀有,是全球亚热带地下岩溶地貌/景观形成演化的全球参照地。

3.2.4 天坑-天窗-天生桥形成演化分析

塌陷型天坑、天窗和天生桥形成的基本机制如下:地下河长期、持续的地下侵蚀、溶蚀作用及崩塌、搬运作用,使各地下河的洞腔越来越大,洞腔上覆地层越来越薄,稳定性越来越差,枯(洪)季节水位变化、气爆作用、地壳振动等诱发因素导致地下河洞腔发生局部崩塌并形成塌陷型天坑、天窗和天生桥。期间受区域间歇性隆升的控制和影响,可能会发生多期局部崩塌作用,形成众多位置各异、时代不同、规模形态不一的天坑、天生桥和天窗,如乐业天坑群、都安天窗群、鹿寨香桥岩天生桥等。随后,各个天坑、天窗和天生桥进入缓慢持续的成熟、退化阶段,并表现出不同的演变特征[5-6, 8, 10, 13-14]。因此,它们的形成演化过程可分为地下河阶段→天塌陷型天坑、天窗和天生桥形成阶段→改造和退化阶段,此过程是渐变性和实变性地表过程的统一过程,是地下和地表岩溶作用相互不断耦合的综合过程,总体概括为发育渐变(巨大地下洞腔的形成)、形成突变(洞腔崩陷形成天坑、天窗和天生桥)、改造缓慢(后期改造过程)过程(图 7, 8, 9)。

广西天坑-天窗-天生桥的形成和发育,是在不同地质时期、地质地理背景下产生多期作用对象不同,方向、规模、强度不一,但演变过程基本相似,形成多期类型相似、但规模形态各异的天坑-天窗-天生桥,它们是反映区域水文地质系统不同发育阶段的天然记录者,系统完整,且典型、稀有。

3.2.5 峡谷形成演化分析

岩溶峡谷有两种成因,即地表河成因和地下河成因。

3.2.5.1 地表河成因

此类峡谷,如上述各类岩溶风景河段(表 13),是地表河向地下侵蚀、溶蚀、冲蚀、潜蚀、搬运等作用,以及两岸基岩的崩塌作用在特定空间尺度上耦合作用的产物,其中地表河的侵蚀作用是主因。地表流水在流动的过程中,寻求最佳的途径,以最大限度降低自己的势能,以获得更大的水力比降,向更低的侵蚀基准面排泄,这导致地表河不断向下侵蚀、切割,直至与侵蚀基准面基本持平。而在其补给、径流和排泄的过程中,逐渐产生了高度大于宽度的岩溶峡谷(图 11)。

图 11 峡谷形成演化示意图(地表河成因)(据韦跃龙等,2016;有增删) Fig.11 Schematic diagrams of gorge(surface river genesis)(According to Wei Yuelong, et al., 2016; revised)
3.2.5.2 地下河成因

此类峡谷,如乐业百郎大峡谷、鹿寨香桥岩峡谷等,是地下河上覆地层发生崩塌作用而形成,其形成机理和前面天坑、天窗、天生桥的形成演化过程相似,可分为地下河阶段→暴露地表阶段→地表改造和退化阶段(图 12)。

图 12 峡谷形成演化示意图(地下河成因)(据韦跃龙等,2012;有增删) Fig.12 Schematic diagrams of gorge(underground genesis)(According to Wei Yuelong, et al., 2016; revised)

广西岩溶峡谷的形成演化,是不同地质时期产生多期作用对象不同,方向、规模、强度不一,且演变过程差异较大的峡谷发育过程,形成多期形态、类型、规模各异的峡谷,科学、系统、完整地展现了不同岩性、气候、地貌部位、水文地质和构造条件下及不同发育时期的峡谷形态及其形成的全过程,也是反映区域水文地质系统不同发育阶段的天然记录者。

3.2.6 现代岩溶发育特征及今后演化的主要趋势

全新世以来极短地质时期内(历时约1万年),广西各岩溶区分别进行各种不同的岩溶过程,总体以继承性改造和发育为主:地表以各向流动、或定向流动的暂时性地表水及季节性、常年性地表河为主要动力;地下则以各地下河,或地下河系为主要动力,以强劲的岩溶动力过程为主,缓慢的风化过程为辅,对应各类岩溶景观将产生不同方向、强度和规模的退化、演变趋势(表 16)。同时广西各岩溶区各类岩溶景观退化、演变的规模和强度明显受控于降水量:降水量越大,规模和强度也越大;且自上游区域至下游区域,规模和强度也越大。

表 16 广西各类典型岩溶地貌/景观的主要退化、演变趋势 Table 16 The main trend of degradation and evolution of various typical karst landforms/landscapes of Guangxi
4 广西岩溶景观成景模式的探讨 4.1 广西岩溶成景过程

按时间序列和区域分异特征,以广西各岩溶区(即各岩溶孤岛)以及它们内部各岩溶地带相互之间水力联系的演变及区域地壳的间歇性隆升为时间界限和主线,将广西岩溶的形成演化过程划分为初始阶段(晚三叠世以来,碳酸盐岩地层出露,不同岩溶区始于不同地质时期)→雏形阶段(分轴型离散岛屿式成景过程,不同岩溶区始于不同地质时期)→重要发育阶段(主轴型离散岛屿式,不同岩溶区始于不同地质时期;集合型岛屿式成景过程,中更新世中晚期至全新世)→现代岩溶阶段(全新世以来至今)等4大成景阶段;期间,广西各岩溶区(即各岩溶孤岛)以及它们内部各岩溶地带分别产生不同的岩溶响应过程和特征(表 17)。

表 17 广西各岩溶区及它们内部各岩溶地带不同的岩溶响应特征 Table 17 different karst response characteristics of different karst areas of Guangxi
4.2 成景总特征

(1) 区域构造运动宏观控制着各岩溶区岩溶过程的强度和规模

晚三叠世以来,广西依次经历印支运动(晚三叠世至中侏罗世)、燕山运动(晚侏罗世至白垩纪末)、喜山运动(古近纪至新近纪)以及第四纪以来多期区域性间歇性隆升等多期构造运动的控制和影响[16-17](图 4),从宏观上决定广西各岩溶区可溶岩的出露及其他各类成景要素(如地表水与地下水之间的联系、水动力条件、地形地势、地层结构等),总体控制着各岩溶区各自不同的成景方向、规模、强度和地貌特征[4-6, 13-15](表 17, 18)。

表 18 广西各岩溶区域岩溶过程简要特征 Table 18 The brief characteristics of the karst process in different karst areas of Guangxi

(2) 不同的沉积特征(如岩性、地层结构、分布、成分等特征)具体控制着各岩溶区风格迥异的成景格局、过程和极限

横向上,各类非可溶岩(如页岩、泥岩及砂岩、砾岩等碎屑岩)将广西各岩溶区分隔成多个相对独立的“岩溶孤岛”,而各岩溶孤岛又分别具有不同的沉积特征(或分别为寒武系、石炭系(柳州)、泥盆系(桂林)、二叠系(乐业、凤山)的碳酸盐岩地层; 或分别为质纯厚层的灰岩(大多数岩溶区)、白云岩(如柳州都乐岩一带); 或呈片状连续分布(大多数岩溶区)、孤岛状(如乐业等), 表 11),既为各岩溶区岩溶过程的差异奠定了物质基础,也使得它们在相同或高度相似的气候、水文及区域构造格局下,分别进行着方向、规模和强度明显差异的地表、地下岩溶过程(表 17, 18),形成形态特征差异明显的地表、地下地貌,如桂西北与桂中岩溶地貌/景观的差异(表 1),乐业罗妹洞(灰岩)与柳州都乐岩(白云岩)洞穴景观的差异(表 10)等。

纵向上,各岩溶区可溶层岩性、厚度等的差异,从物质基础上限定发育的强度和规模(表 11):总体上,可溶岩厚度越大,如红水河上中游流域的各岩溶区,岩溶纵向发育规模、强度相对越强,如众多大型洞穴、地下河系统、高峰丛深洼地、天坑、天窗等多分布于该区域;反之,可溶岩厚度较小,岩溶纵向发育规模、强度相对越弱,如柳州、桂林等岩区洞穴、地下河等的规模远小于前者(表 1表 18)。

(3) 水文地质条件的演变和发育特征是广西各岩溶区成景的直接动力和演变主轴,直接控制着各自岩溶作用的方式、强度,以及相互间的差异和关联程度晚三叠世以来的不同地质时期,广西各岩溶区处于相同或高度相似的气候变化框架内:总体属湿润-潮湿亚热带、热带气候,炎热潮湿、水量充沛、生物繁盛[16]。广西各岩溶区的地表水和地下水经历了相似的演变过程:由整个区域普遍发育的暂时性、季节性地表水→各向杂乱无章、流量极小的的暂时性、季节性地表小水沟和浅层地下水→各众多短流程、小流量、各向分散独立流动的小河和地下河→长流程、大流量,贯穿各区域的地表河及局部统一的地下河系[4-6, 13]

受区域构造特征宏观控制,对应侵蚀基准面和水系流向也经历了多次演变:各岩溶区沿各分水岭四面具有不同的地方性侵蚀基准面,地表水和地下水各向分散独立流动→各岩溶区分别具有各自统一的地方性侵蚀基准面,局部统一流动的地表和地下水系→统一的区域侵蚀基准面——红水河/柳江/黔江/桂江等,并最终统一汇入西江。各岩溶区(即各岩溶孤岛)内部各自逐渐局部统一的地表和地下水系是它们内部进行物质、能量和信息交流,也是它们与各自周边区域相互制约和影响的通道和纽带,它们犹如由众多不同走向的低等级公路构成的众多一级公路,而红水河/柳江/黔江/桂江/西江等则是多条汇聚更多物质、能量和信息的高速通道和纽带,犹如多条大流量的高速公路,将上述众多一级公路连结成一个紧密联系,却又相对疏散、相互独立的公路网络(整体),具体控制着不同区域同一地质时期、同一区域不同和同一地质时期喀斯特过程的阶段、方式,以及方向、规模和强度,并成为广西各岩溶区(即各岩溶孤岛)形成、发育和演化的主轴。如乐业、凤山、都安等岩溶区分别以百郎地下河系、坡心与坡月地下河系、地苏地下河系为演变主轴,桂林、柳州等岩溶区分别以柳州、漓江等为演变主轴,前面所述的各个流域岩溶景观带则以流域内地表水与地下水之间的相互转换为主轴,而广西岩溶区之间则以各岩溶区相互之间水力联系的演变为主轴。

(4) 不同的地面水文网位置直接控制着广西各岩溶区及它们内部各岩溶地带间差异明显,却又相互制约和影响的岩溶过程

相对于各自所处的大流域或小流域而言,广西各岩溶区(即各岩溶孤岛)以及它们内部各岩溶地带分别处于不同的水文网位置,基本沿上游(补给区)→中游(径流区)→下游(排泄区)进行流动,较高地带总是较低地带的主要补给区域,而较低地带则是较高地带的侵蚀基准面和排泄区域,它们分别进行着差异明显,却又相互制约和影响的岩溶过程,表现出明显的横向分异特征和纵向分带性:随海拔高程的降低,水动力条件差异明显,分别产生不同方向、强度和规模的岩溶过程(详见前面3.2.2所述),形成不同的岩溶景观(带)(表 1图 2)。

4.3 成景模式

综上所述,广西各岩溶区(即各岩溶孤岛)以及它们内部各岩溶地带的成景机制和模式,可概括为分轴型、主轴型、离散型、集合型等4种岛屿式成景机制,而广西岩溶的成景机制则可归纳为“岛链式成景模式”。

(1) 分轴型离散岛屿式成景机制→主轴型离散岛屿式成景机制

在不同和同一地质时期,广西各岩溶区(即各岩溶孤岛)以及它们内部各岩溶地带分别进行了明显不同的岩溶过程,但具有高度相似的演变趋势:均由分轴型岛屿(分轴特指各岩溶区内各向分散独立流动的小河和地下河,不同岩溶区始于不同地质时期)→主轴型岛屿式(主轴特指贯穿各岩溶区内部,基本汇聚其内部其他各种形式地表水和地下水,区域内局部统一的单一地表河或地下河,不同岩溶区始于不同地质时期),并产生多期周期性岩溶过程,形成多期岩溶地貌,如同一岩溶区域内的多层洞穴、多级剥夷面、多级阶地等,以及形成于不同时期的天坑、天窗、钟乳石、干谷、悬谷等,就是多期岩溶过程的结果和直接证据。

(2) 离散型离散岛屿式成景机制→集合型离散岛屿式成景机制

广西岩溶以各岩溶区之间水力联系的演变为主轴,总体由彼此关系疏松,相对独立、内部水系分散的众多分轴型岛屿→彼此紧密,相对独立、内部水系局部统一的众多主轴型岛屿→以红水河/柳江/黔江/桂江/西江等为连接通道和纽带,各岩溶区(即各岩溶孤岛)相互连为一个整体(即岛链),而各自之间却又相对疏散、独立;即由离散型岛屿(不同岩溶区始于不同地质时期)→集合型岛屿(中更新世中晚期至现代)。

在红水河/柳江/黔江/桂江/西江等尚末成为广西各岩溶区(即各岩溶孤岛)的连接通道和纽带之前,各岩溶区之间是相对独立,彼此分离、分散的众多岛屿,称为“离散型岛屿”,对应着“离散型离散岛屿式成景过程”。

而当众多岩溶区(即各岩溶孤岛)通红水河/柳江/黔江/桂江/西江等连成一个整体(即岛链),各自却又保持相对疏散、独立时(中更新世中晚期至现代),彼此之间关系明确,可视为一个集合,称为“集合型岛屿”,对应着“集合型离散岛屿式成景过程”。各岩溶区则为这一集合的众多元素,同时具有集合元素的一些基本性质:①确定性,均是具有相似演变趋势和特征的岩溶岛屿;②独立性,彼此间相对疏散、相互独立;③互异性,彼此间差异明显。

(3) 岛链式岩溶成景模式

综上所述,在漫长的地质历史期间,随着岩溶过程的不断演变,广西各岩溶区之间的关联程度由简单到复杂,疏松到紧密,即由简单的各向分散、独立交流,彼此关系疏松→较为复杂的局部区域统一交流,彼此相连→复杂、统一的整个区域整体交流,连成一个整体。该过程与岛链中各孤岛之间相互制约和影响的演变过程相似,因此将广西岩溶的成景模式概括为“岛链式岩溶成景模式”。

5 结论

通过对广西岩溶景观类型和特征、区域地质地理背景及各类典型岩溶景观形成演化的详细野外调查和综合研究,本文得出如下主要结论:

(1) 广西岩溶景观主要分布于桂东北、桂中、桂西北和桂西南地区,有峰丛、峰林、孤峰、丘陵、天生桥、石林、象形山、崖壁、洞穴及各类洞穴次生化学沉积物、地下河、穿洞、洼(谷)地、漏斗、坡立谷、盆地、地表河、峡谷、天坑、天窗、竖井、瀑布、泉、湖泊、湿地等类型齐全、形态典型的岩溶景观,囊括了所有岩溶景观的类型。

(2) 广西岩溶景观以中上寒武统至中三叠统的碳酸盐岩为物质基础,首先以地表河流域(如红水河、柳江、漓江等)为主线,其次以岩溶地貌区划特征为区域划分标准,然后以所处行政区和所处流域位置(如上、中、下游)为辅线,呈线状有序、集中分布于各典型岩溶景观区及岩溶景区/公园/景点内;它们或以峰丛-峰林,或以岩溶风景河段,或以天坑群,或以地下河天窗群,或以峰丛平原,或以洞穴,或以天生桥,或以跨国瀑布等为核心,组合成多个特色突出,形态优美、珍稀、雄伟、典型,且类型齐全的流域岩溶景观群(带),以及独具广西特色的“岛链式”岩溶景观分布格局。

(3) 广西岩溶景观是全球亚热带岩溶地貌及景观典型集中发育区和杰出范例,是目前世界上展现塔状峰丛-峰林、锥状峰丛、高峰丛深洼地、峰林/孤峰平原、洞穴、天坑、天窗、地下河、天生桥、岩溶风景河段、瀑布、崖壁等岩溶景观美景最杰出的代表地,堪称全球“洞穴天坑之窗,地下河天窗之王,天生桥瀑布之奇,风景河段之美,峰丛峰林之魂”。

(4) 晚三叠世以来,依次经历印运动(晚三叠世至中侏罗世)、燕山运动(晚侏罗世至白垩纪末)、喜山运动(古近纪至新近纪)以及第四纪以来多期区域性间歇性隆升等多期构造运动的控制和影响,广西各区域的碳酸盐岩地层相继出露地表,分别进入各自的岩溶地貌/景观形成演化时代,历经自上而下,或历经自下而上等多种不同方向、不同时期、不同区域的岩溶过程,分别形成峰丛-峰林、地下河洞穴、天坑-天窗-天生桥等各类典型的岩溶景观。

(5) 晚三叠世以来,广西各岩溶区的岩溶过程大体可划分为初始→雏形→重要发育→现代等4个阶段;而漫长的地质历史期间,各岩溶区之间的关联程度由简单到复杂,疏松到紧密,即由简单的各向分散、独立交流,彼此关系疏松→较为复杂的局部区域统一交流,彼此相连→复杂、统一的整个区域整体交流,连成一个整体,并分别表现出不同的成景过程、特征和机制,总体可概括为分轴型、主轴型、离散型、集合型等4种岛屿式成景机制,并将广西岩溶的成景机制归纳为“岛链式成景模式”。

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