碳酸盐岩红色风化壳系统、结构、功能和作用 王世杰的科研项目
现代碳酸盐岩风化壳是处于地壳最表层的由碳酸盐岩风化层———土层组成的一个开放系统，由此推测古风化壳亦是如此，所以其在地质历史时期也曾长期暴露在地表接受各种风化营力的影响和作用，在太阳的光、热作用下，与地壳表层的大气圈、水圈、生物圈之间存在着广泛的物质、能量和信息的交换。这一开放系统又由具有特定功能和作用的各单元（或部分）组成，它们以一定的顺序排列组合起来，共同完成风化成土以及成土后期红土化作用，我们把这种组合关系称为风化壳的“结构”。这一系统是在开放体系的环境下，在长期的地质历史时期中，在各种风化营力影响和作用下，形成的具有自组织功能的“耗散结构”系统，所以此处的“结构”一词具有广义的涵义，而并非指地学专业上常用的岩石、土体的“结构”的概念。野外地质调查研究发现，发育良好的且保存完整的现代碳酸盐岩风化壳，自上而下具有如图6-3所示的“层状结构”。
图6-3 碳酸盐岩风化壳层状结构示意图
1.土壤层和表土层
土壤层指由受成壤作用而形成的表土层，一般0.5～1m厚；而表土层指受各种植物根系影响的表层（包括土壤层），厚度更深一些。根据对人烟稀少的岩溶区调查研究表明，在人类大量繁衍生息人口数量剧烈增加以前，广大的岩溶区（尤其是热带和亚热带地区）都曾繁茂地生长着许多森林和植被，仅据现今的统计，它们的凋落物数量都相当可观（表6-2）。这些植物的凋落物对富集某些成土元素（如Si、Al、Fe等）有相当大作用（表6-3），植物的根系也对岩层产生根劈等机械破坏作用。植物的残余物、腐殖质分解也能产生大量的有机酸和CO2（任美锷等，1983）。在大气层中，一般只含0.03%的CO2，而在植物覆盖层中有近1%的CO2。这样，就使渗入水中含有大量的有机酸和碳酸，有利于溶蚀作用。研究表明，表土层和土壤层中由于大量微生物的繁衍、植被覆盖层生物化学作用等原因，能制造出大量的CO2，它是地下水中碳酸的主要来源，土壤层中所含CO2的数量可以达到空气中的十几倍甚至百倍。此外，表土层也能滞留和截留水分，对风化壳的形成和保护也起到很重要的作用。
表6-2 中国各自然带森林凋落物数量
表6-3 茂兰喀斯特森林自然保护区红粘土上植物灰分化学组分（wB/%）
野外调查表明，碳酸盐岩红色风化壳主要形成于岩溶谷地、槽谷、缓坡等平坦地形之上。这是由于这种地形条件，有利于地表径流的汇聚和入渗，水中携带着Si、Al、Fe等元素及凝胶物质，由植物凋落物中聚积的成土组分，以及散落于地表的粉尘以及微细粒粘土等胶状物质，渗入到岩土界面上，极有利于土的形成。同时，这种地形条件也是地下水富集地带，地下水循环-交替条件良好，促进了碳酸盐岩岩体的溶蚀-交代作用和成土作用。
2.红色粘土层
这是紧接着土壤层和表土层的上部粘土层，其厚度随风化壳土层总厚度而变化。一般3～5m。此层以土的棕红色、棕黄色或红色而得名。土体中发育较大裂隙，裂隙面上有红色铁锰质被膜，且常常有近水平分布的砖红色铁质条带。土的含水量较低，处于硬塑—可塑状态。显然，红色粘土层处于强氧化带，致使铁矿物以Fe3+价铁的形式出现，使土层带有明显的红色。
3.黄色粘土层
土体呈黄色、姜黄色，厚3～6m不等，有时含有红棕色小斑块，具碎屑及蠕虫状构造，微裂隙极发育，有时土体中也会含有较多的黑色铁锰斑点、结核及夹层，这些都是岩土过渡带的特点。此带土体天然含水量大，一般70%～80%，土体呈可塑或软塑状态，此带处于弱氧化带。
4.杂色层纹状粘土层
纹层由紫色、暗棕色、红色、纯白色、褐黄色等粘土层组成，具色带及晕圈构造，此层厚度0.2～0.3m，纹层随下部基岩而起伏。土体天然含水量最大，一般均可达90%～100%，呈软塑状态。此层厚度变化较大，在凹下的溶沟、溶槽底部厚度大，在凸起的岩面上厚度变薄。杂色粘土层暴露于空气中时，褪色较快，说明此带处于还原带。杂色粘土层是碳酸盐岩转换为土层的转换带。
随着岩土界面上新的土层生成，伴随着表层土被剥蚀搬运，下部土层则向上层土转化。在转化过程中，土层将发生一系列变化，除了上述的氧化—还原环境、土层的含水量及状态发生变化之外，土层的pH值还会产生由下部偏碱性变成至上部的酸性环境，土的物理性质和化学、矿物成分也发生了变化。其中变化最明显的是土的粒度成分的变化，如安顺和遵义两个红色风化壳剖面，其粉土粒组的含量由下部土层的51.3%～66.8%，减小到上部土层的29.6%～32.7%，粘粒粒组含量由下部的25.0%～35.0%，增大到上部土层的59.0%～59.4%。也就是说土粒的粒径由粗的粉粒向细的粘粒粒径转化。土层的矿物成分也相应发生了变化，界面上杂色粘土层中存在的埃洛石、水铝英石、蒙脱石、绿泥石、蛭石、蛭石/绿泥石等粘土矿物及间层粘土矿物，将向以高岭石为主的粘土矿物变化；同时，土层中的石英、蛋白石、铝矿物等含量也相应增多，也发生有些粘土矿物被铁锰氧化物和氢氧化物交代的现象。碳酸盐岩风化壳粘土层的人工淋滤试验表明，上部红色粘土层、黄色粘土层中的Si，可部分被水淋滤而搬运到岩—土界面上，从而成为部分成土元素的来源。
5.溶滤层
石灰岩和白云岩的溶滤层截然不同，前者为褪色的、灰白色多孔状疏松风化层，一般几厘米至十余厘米厚，向上突变为土层，向下渐变为石灰岩层；后者为松散的白色白云岩砂，完全丧失强度和结构连结，厚度较大，一般都大于0.5m，最厚可达数米至十余米，向下渐变为白云岩层，向上突变为粘土层。溶滤层一般均不水平产出，而是围绕着基岩的岩面起伏，所以厚度变化亦大。
6.基岩（白云岩或石灰岩等）
调查研究基岩的岩面起伏，也能提供红色风化壳剖面形成的许多重要信息。图6-4是贵阳市西郊水厂施工时人工开挖剖面素描图。从图中可见岩面起伏十分巨大，可达16m以上，这是由于水顺垂直层面裂隙差异溶蚀的结果。垂直溶蚀再加上侧向溶蚀，亦可形成被土包裹的岩核、岩块，它们进一步溶蚀则变成白云岩砂及不同颜色的土团块、斑块和斑点。在贵阳地区工程勘察的钻孔剖面中，经常遇到由于差异溶蚀造成上下均为土层的悬臂岩。
图6-4 贵阳市西郊水厂碳酸盐岩红色风化壳剖面素描图
石灰岩的溶蚀剖面也是如此，遵义市忠庄铺砖瓦厂曾开采十多米厚的红色风化壳当作烧砖的原料，把石灰岩上的风化壳土层全部挖除后，显露出顺倾斜岩层层面溶蚀的极不平坦的岩面起伏情况，岩面起伏高差亦可达十余米。所有这些起伏的溶蚀沟槽和突起的石芽是风化壳土层下溶蚀的结果。在溶蚀沟槽的底部常常有渗入地下水的潴留，土体往往呈现软塑甚至流塑的状态，这是水—岩反应的峰面。这种极不平坦的基岩表面起伏地形，也提供了碳酸盐岩风化壳存在的不可辩驳的证据。以上所述与图6-1所示俄罗斯南乌拉尔的古风化壳剖面以及贵州修文小山坝基岩底板的古岩溶地形也相似。
碳酸盐岩红色风化壳是在地壳表层开放体系条件下，在地质历史时期中形成的具有自组织功能的耗散结构系统，其功能和作用表现在组织与协调系统和几种风化营力之间的相互关系，提供风化成土的必需条件，使系统发挥其最大效应。溶蚀是首要的，它提供了水—岩、岩—土作用和反应的必要空间。溶蚀最直接的结果是使风化壳岩体孔隙度的增加，并由此造成岩体渗透性的增大。碳酸盐岩微观溶蚀的本质特征是水—岩界面上表面反应控制的选择性溶蚀，对物质成分的选择和对岩矿微结构、微构造的选择（韩宝平，1993）。石灰岩的溶蚀首先是顺泥晶基质或亮晶胶结物的溶蚀，其结果是形成粒屑状的溶滤层。白云岩砂的进一步溶滤是顺白云石菱形晶体、解理面的溶蚀，其结果是形成窗棂状孔洞。在自然条件下，微渗流状态对溶蚀特征有重大影响，孔喉和障壁前可形成长条状渗孔、在微裂顶端常形成囊状溶孔（韩宝平等，1994）。韩宝平等（1994）提供了用压汞试验方法直接测定碳酸盐岩风化壳孔隙的资料（表6-4）。由表6-4可见，新鲜岩石孔隙度数值很低，Y1和Ba1两样品的有效孔隙度仅为0.82%～0.96%，而到成土作用的溶滤层上，Y5和Ba5的有效孔隙度已达到25.58%～28.90%。由此我们可以认为，正是溶滤层及其高孔隙物性为水—岩、岩—土反应提供了有效空间和水—岩交代作用的场所，没有溶滤层就不会有土的形成。另据作者的测定，紧邻溶滤层的杂色粘土层的孔隙度已分别达到55.90%（遵义石灰岩粘土层）和62.50%（安顺白云岩砂粘土层）。溶滤层和杂色粘土层孔隙度的差别是容易理解的：一方面随着成土作用的进行，孔隙度要进一步增加；另一方面，Y5和Ba5孔隙度是汞液所能达到的有效孔隙度。而作者所测定的杂色粘土层的孔隙度是由土的直接测定的基本指标（土的含水量、密度）经理论换算而求得的间接指标，包括了封闭孔隙在内的所有孔隙。通过以上论述可知，碳酸盐岩红色风化壳土体（工程上又称为红粘土）的高孔隙度和高孔隙比特性，与红色风化壳的形成作用息息相关，这就从成因上解开了红粘土高孔隙物性之谜。
表6-4 石灰岩和大理岩风化壳压汞试验孔隙度测定的结果表
碳酸盐岩的可渗透性是水进入岩体的必需条件，实际上风化岩体孔隙度的形成就是渗透溶蚀的直接反映。渗透性可分为顺原生孔隙产生的原生渗透性和顺经溶蚀扩大的溶孔、溶隙和洞穴产生的次生渗透性。岩溶含水层水文地质试验所测得的参数大都属于次生渗透性的。在次生孔隙、溶蚀、洞穴中流动的水流，由于流速快、冲蚀力强，显然不能交代成土，所以与成土作用有关的主要是岩体的原生渗透性，有关这方面的资料不多。据D.I.史密斯关于碳酸盐岩岩石孔隙大小、孔隙度和渗透系数k三者之间关系的图解，变质大理岩和块状灰岩的孔隙度约为0.1%～1.0%之间，孔隙大小为0.001～0.01mm，渗透系数k为0.0001～0.01m/d之间。另外一些研究资料表明，室内测定块状灰岩的渗透系数k=7×10-7～1.0×10-4m/d（张倬元，1994），红粘土孔隙渗透系数约为n×10-5m/d，而红土裂隙的渗透系数为n×10-2～n×10m/d。实地观察表明，红色风化壳主要是顺裂隙渗水，因此可以认为，风化壳上部土层的透水性远远大于下部岩石的透水性，二者存在着数量级的差别，因此才会在岩土界面上滞留着大量的入渗水，土层的含水量才具有由上至下逐渐增大的特征。据作者的计算，土层中的入渗水及其中所含各种成土物质，足以保证基岩溶蚀—交代成土所需。
岩溶动力系统的结构、功能和特点是什么？~
(它由可溶性的碳酸盐岩体及其中非均匀分布、且具有不同等级 或层次的导水通道网络 裂隙
) —岩溶网络组成介质骨架结构; 通过导水通道传输的流体的补给与排泄, 进行碳—水—钙循 环, 和外部环境保持着物质、能量和信息交流; 同时实现着自身的发展与演化—— 岩溶化过程。
可溶性碳酸盐岩体中的初始裂隙水流系统从外部环境获得补给, 经系统内部导水通道运 移至排泄出系统的过程中, 由于系统内部裂隙介质在导水能力和网络连通程度等方面的空间 差异, 其水流经过了多次不均匀的分配, 形成局部较为集中的水流分布带。 这说明初始裂隙介 质和裂隙水渗流场就是具有一定层次结构的系统。它在通道、水流和围岩三者相互制约和协同 作用下自发产生介质岩溶化—— 裂隙网络通道的逐步溶蚀扩展。 从初始裂隙介质的导水能力 差异, 导致水流的分配不均匀, 进而产生通道溶蚀扩展速度上的差异, 便形成了一个介质岩溶 化的正反馈过程, 即不均匀介质?不均匀水流?差异性溶蚀?更不均匀介质?更不均匀水流 ?更大差异性溶蚀? 所以岩溶过程实质上是一个自组织过程, 即通过自身的演化, 把小的 不均匀和差异逐级放大为高层次的不均匀系统, 即不断把有限的水流逐步有组织地汇集于少
数通道, 使其优先发展为大型岩溶管道, 最后裂隙水流演变为岩溶管道流。也就是说, 岩溶演化
( ) α 作者简介: 沈继方 1935- , 女, 教授, 主要从事水文地质工程地质教学和研究。
收稿日期: 2000- 04- 30
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过程即将低层次的有序结构通过自组织机制发展为高层次的有序结构。 岩溶发育程度反映了 有序程度的高低。均匀结构的裂隙网络和均匀分布的裂隙水流是无序结构, 则难以演化成岩溶 发育程度很高的有序结构, 初始差异越明显, 即初始有序程度高, 自组织演化过程就越迅速, 岩 1, 2 溶化程度就越高。
岩溶动力系统在一定的自然环境下形成与演化, 又反作用于周围环境, 从而对该类地区的 自然风貌、生态、人类的生活与生存、当地的工农业发展都会带来重大影响。岩溶动力系统独特 的自组织演化过程和结果, 表现出独特的资源环境效应, 不同的演化过程和结果, 产生不同的 资源环境效应。 系统历史演化过程的重建、现今演化阶段的确定和未来发展趋势的预估, 是该 类地区经济与社会可持续发展, 进行宏观调控的基础和前提。
现今人类活动的强度和规模愈来愈大, 严重地改变着自然环境, 如在岩溶地区修建大型引 蓄水工程、大流量抽排岩溶水, 极大地改变了岩溶动力系统的补给和排泄, 也间接影响到内部 的相互作用和协调, 使系统演化过程加速或逆转, 产生新的环境效应, 因此视人为作用的干扰 程度可将岩溶动力系统划分为自然型和人工—自然复合型两大类。 本文以鄂西清江流域龙洞 岩溶动力系统为例, 剖析自然型的演化过程, 探讨建立人工—自然复合型良性发展的调控思 路。
[ 3 ]1 龙洞岩溶动力系统的形成条件及发育特
龙洞岩溶动力系统发育于恩施盆地东侧、北北东向褶皱带的柏杨坪—磨刀石向斜西翼的
() 三叠系嘉陵江组 地层中, 内部导水介质现今已发展成熟为岩溶管道流暗河系统, 其背景 T 2 j
条件及平面展布如图 1 所示。
该系统分布区地形受构造线和地层控制, 山脉走向呈 —东西两侧分别有龙洞 , N N E SSW
河和周家河流经, 为近南北向延伸的长条形河间地块, 一般海拔高程 500, 600, 总体东高西m 低, 相对高程约 110。龙洞河沿白垩—第三系“红层”与嘉陵江组接触带, 自流向 恩施 m N E SW 城东汇入清江, 水面高程 420, 是河间地块地下水的排泄基准; 周家河源于区外巴东组 () m T 2 b碎屑岩分布区, 流向与龙洞河近于平行, 构成区内地下水系统的补给边界; 北部的二太坪、枯树 林一线及南部猫儿槽, 为地表分水岭, 分别构成地下水系统的南北可变动流量边界。
嘉陵江组属单一均匀型的纯碳酸盐岩岩组, 总厚度近 800, 是清江流域岩溶最发育的地 m
层层位, 完全裸露展布在河间地块内。由于其东西两侧被相对隔水的巴东组碎屑岩和白垩—第 三系“红层”所限, 西侧切割“红层”与嘉陵江组接触带的龙洞河河谷处又是区内导水介质嘉陵
4 江组岩层出露的最低点, 从而规定了系统中地下水的运动, 只能遵循最小阻力原则, 顺优势
() 导水通道方向 或顺层和沿水力梯度最大方向往此处汇集, 进行集中排泄, 所以最终在嘉陵江 组内发育了成熟的龙洞洞穴系统。
龙洞洞穴系统是一呈树枝状展布, 由南、北、东三支主通道联系众多小型分支交汇于龙洞 的厅廊组合型。 南支延伸至七里坪通天洞, 并直达周家河西岸, 其东侧分支较多; 北支至核桃 坝; 东 支 受 边 界 限 制, 长 度 较 短。 整 个 洞 穴 系 统 几 乎 近 水 平 发 育, 平 面 上 主 要 沿 和? 10N E
方向延?伸, 受这两个方向的巨型裂隙控制。 洞穴横断面一般近似三角形, 由围岩中的垂 100SE
层和顺层两组裂隙控制, 沿近直立巨型裂隙发育的廊道断面有时表现为峡谷形。洞顶和洞壁发 育有各种水蚀形态, 洞口段和各天窗水平段洞壁见大量波痕和贝窝, 指示古水流方向与现洞内 水流方向一致。 旱洞洞顶常有密集的深大窝穴, 洞壁上还见到多层状水平边槽龙洞洞穴系统。
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第 19 卷 第 2 期 沈继方等: 岩溶动力系统的演化及其资源环境效应 111
图 1 龙洞岩溶洞穴系统的地质背景与平面展布特征
F ig. 1 Geo lo g ica l co nd it io n and p lane d ist r ibu t io n o f L o ngdo ng k a r st cave rn sy stem 洞底均可见到水流沉积物, 主要是粘土、亚粘土层及沿水流线呈带状分布的河床相砂砾石, 砾 石成分以碳酸盐岩为主, 部分为磨圆度较好的巴东组泥岩和砂岩, 最大粒径可达 30; 洞底崩 cm 塌堆积物也较普遍。 洞穴系统南支东侧支洞上、马家湾洼地暗河天窗段的上部旱洞中, 化学沉 积物较发育, 见有石钟乳、石笋、石柱、石幔、石瀑等各种形态。
该洞穴系统内赋存和运移的岩溶水, 已发展为稳定的管道流—— 完整的地下暗河水系, 其 2汇水面积约 30。高程 420的龙洞河水面虽是排泄基准, 但排泄口—— 龙洞受底部大冶组 km m
泥质灰岩的相对隔水作用所顶托, 高悬于河水面之上 35, 暗河水以瀑布形式下落。 洞穴系统 m
展布区之上的地表广布岩溶洼地、落水洞, 成为汇集表流或大气降水直接注入补给的通道; 周 家河水在上游流经嘉陵江组岩层的地段进行入渗补给, 下游于南支尾端接近暗河, 从而使地表 地下水有密切水力联系; 通天洞天窗水位在洪水期几乎与周家河水位同步涨落, 滞后时间很 短。
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2 龙洞岩溶动力系统的演化
(上述形成条件和发育特征说明该系统是具有良好补给条件 面上降水的直接入渗、外源水
) 补给和集中进行排泄的系统, 外界的输入强度足以激发系统的自组织机制, 使系统的层次结 构不断升级、放大。
根据对龙洞出口段及各塌陷天窗暴露洞段围岩裂隙的观测和统计, 本区岩层中除主要发
()育两组中型裂隙 顺层与垂层、组成初始非连续连通裂隙网络导水介质外, 同时还在其背景上
() 较普遍地叠加了两组陡倾角的巨型裂隙 走向近南北的纵张和走向近东西的横张; 后者分布
() 密度虽低于前者, 但规模 隙宽和延伸长度和导水能力却远胜于前者, 控制了主要的水流。 说 明该系统的初始裂隙介质具有较明显的二级层次结构, 这一层次结构是系统内岩溶分异演化 的基础。
龙洞岩溶动力系统是在现代排泄基准—— 清江支流龙洞河谷和内外补给水源的控制下, 两级裂隙介质传导的非均匀水流对围岩快速差异性溶蚀、不断升级演化的结果。根据洞穴空间 展布、洞体的三维组合结构和洞壁的水蚀与沉积形态进行分析, 认为它经历了两个发育期的三
个发育阶段。
2. 1 裂隙差异溶蚀扩展阶段 (即第一发育期的初阶段)
龙洞河谷在现龙洞和出口附近将覆于 之上的“红层”侵蚀, 使河间地块内的 岩层 T 2 j T 2 j 在此以最低标高出露, 成为较为集中的排泄段, 地表水面—— 排泄基准稳定在龙洞右上方的旱
洞洞口顶板高程之上。此时地表水系、地下水补排格局基本与现代相似, 只是地面相对高差、排
泄的集中程度、地表汇水面积及补给强度均较小。 地下迳流在向龙洞方向汇集排泄的过程中,通过不同层次裂隙组自身的竞争与协调, 进行分异溶蚀逐步加大介质扩容的差异, 提高水流分 布的不均匀程度, 形成明显优势的溶隙通道网。
()2. 2 集中管道流形成阶段 第一发育期的后阶段
差异溶蚀不断强化水流的集中程度, 优势溶隙部分扩容为管道, 充满管道的有压水流机械 侵蚀作用加强, 介质差异与水流集中程度进一步迅速提高, 直至发展成熟为完全的管道流——
地下暗河水系。
2. 3 垂向继承发育阶段 (即第二期)
地壳抬升, 河谷下切, 补排条件变化。 在现龙洞口处, 河流向东岸侧蚀, 将 下伏的相对 T 2 j
() 隔水底板大冶组 泥质条带灰岩揭露, 系统内岩溶水集中从此处隔水底板之上排泄, 形成T 1 d 高悬暗河出口与瀑布。 排泄基准下降, 岩溶作用向深部发展, 管道断面增高, 形成峡谷, 上部早 期管道退水, 成为旱洞, 部分围岩顶板塌陷, 洞口后退, 洞内形成高大洞厅, 地表沿主流管道出 现多处天窗, 并在地表水流汇集作用下, 扩展发育了迭置的多级洼地、槽谷, 从而使雨后的地表
片流汇集于管道分布线上, 通过天窗直接灌入补给, 增大了降水在区内补给的强度和排泄量的动态变化。 地面相对高差的增加, 扩大了汇水面积, 同时增强了外源水的补给强度。 垂向继承 发育的第二期, 由于补排条件的优势, 加速了岩溶化的进程, 也加大了岩溶化的强度。下层管道
的规模总是大于上层, 这是清江流域多层管道系统的基本特点。
3 龙洞岩溶动力系统演化结果的资源环境效应
龙洞岩溶动力系统已演化为高度有序的层次结构, 发展成熟为完全管道流, 地下暗河水系
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代替了地表水系, 从而决定了系统所在河间地块内的非常态自然面貌, 产生了特定的岩溶资源
环境效应, 主要表现为:
3. 1 不均匀分布的水资源
河间地块内地下岩溶水是水资源的主体, 仅在马家湾天窗塌陷带见到 100长的明流段, m 所以也可说, 地下暗河水流是区内唯一的水资源。 水量分布的不均匀性, 是岩溶地区的普遍现 象, 尤其是完全受暗河管道控制、集中排泄型的岩溶水系统分布区, 水资源的分布更不均匀, 水 量集中于少数暗河管道上, 其它广大地区则无水, 彼此间形成极大反差, 本区就属此类。同时由 于挽近期地壳抬升, 排泄基准下切, 暗河向深部发展, 地下水埋深普遍达数十至一百多米, 上部
形成石山缺水区, 严重影响当地居民的生活和农业生产。该区合理开发利用地下水的主要途径
() 是: 在暗河通道上地形低洼地方 槽谷、洼地中, 水位埋深不足 50处, 打井取水; 或直接从揭 m
露暗河的天窗和落水洞取水。 后一方式已为当地个别应用或正准备采用。 3. 2 易于开发的水能资源
本系统的岩溶水集中于龙洞口排泄, 其流量较大, 但受降雨控制, 动态不稳定, 一般为3 3 3 ( 3左右, 枯季最小仅 0. 4雨季可达 5, 6以上 由于无长观资料, 未捕捉到最大 ƒƒ, ƒm s m sm s
)值。此外由于相对隔水底板的控制, 泄水点位置高出当地排泄基准—— 龙洞河水面 35, 形成 m 了易于开发利用的水能资源。当地已在洞口附近以管渠分流引水, 修建了小型水电站。但由于 缺乏全面调查分析和长系列的动态资料, 电站装机容量和实际可利用的水能蕴藏量不协调。为 使资源得到充分合理的开发利用, 应在龙洞口进行流量动态观测; 也可通过对该岩溶动力系统 的深入调查研究, 掌握其控制面积、水流补给条件、介质结构特征及调蓄功能等, 以弥补动态资 料的不足。
3. 3 特殊的岩溶旅游资源
岩溶化结果产生的洞穴及其内的化学沉积物和各种水蚀形态, 地表造型各异的溶痕, 均是 可以开发的特殊岩溶旅游资源。 本区具有开发价值的首推两处: 一是龙洞出口地段, 该处距恩 施市市区仅 5. 5, 从其旱洞洞口外壁上的石刻文字可知, 古时就已成为观光游览地, 现应进 km
一步开发, 成为恩施市一个集游玩、休闲避暑为一体的风景区; 二是马家湾天窗岩溶塌陷及溶 蚀洼地地段, 既有地表明流和洼地边缘奇特的溶痕景观, 又有发育各种化学沉积物的大型洞 穴。此外位于七里坪镇以北的七里坪天窗处, 也发育有大型岩溶大厅, 连接着不同方向的水、旱
支洞。 上述三点可以组成一条完整的旅游线路, 即恩施?龙洞?马家湾洼地?七里坪?恩施。只要科学地开发和管理, 不仅保护、美化了环境, 而且还能创造可观的经济效益, 并有助于提高 恩施对外界的吸引力。
结语4
典型岩溶动力系统的特点是: 通过自组织机制的演化过程, 逐步增大介质结构和水流分布 的差异, 达到强烈的非均质性, 即介质的高度岩溶化或系统的高层次有序性。 岩溶化程度的高 低, 反映了系统有序程度的大小。 已高度岩溶化的岩溶动力系统与环境的交流迅速, 对输入变
化的反映特别灵敏。 因此这类地区环境脆弱, 人类活动不当, 极易破坏原来岩溶动力系统的结构、功能, 以致影响区内整体条件、生态平衡。 为此, 必须对区内整个岩溶动力系统及其资源环 境效应进行综合调查研究, 以保护资源和环境为目标, 对资源开发进行统一规划, 建立人工—
5 自然复合型岩溶动力系统良性发展的综合调控模式。
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从
1、基金委西部环境与生态研究计划项目：洞穴化学沉积物环境替代指标形成的地球化学动力学，2003.1-2005.122、基金委面上项目：碳酸盐岩－土壤界面REE超常富集与分异的机理研究，2003.1-2005.123、基金委面上项目：黔中夷平面碳酸盐岩红色风化壳次生石英裂变径迹年代学及意义，2004.1-2006.124、中国探月计划预研究项目：月球微波辐射数据地质解译方法,2004.1-2006.125、基金委面上项目：系列化模拟月壤的研制，2005.1-2007.126、中国科学院地球化学研究所前沿领域项目：碳酸盐岩风化成土作用及其生态环境效应的研究，2004.7-2007.77、贵州最高科学成就奖（欧阳自远院士）匹配科研项目：喀斯特石漠化的形成过程与机制，2004.8-2007.88、中科院科技支黔工程项目：喀斯特石漠化综合治理技术与生态示范区建设，2005.2-2008.2
红色风化壳结构和构造的宏观表现
答：这里所指的宏观现象，是指在肉眼及放大镜下所见的现象，其中既有红色风化壳土体中保留的原生母岩的结构、构造现象，也包括有在红色风化壳形成过程中风化成土作用形成的次生结构、构造现象，它们反映了红色风化壳的形成和演化过程，也是土体的微观结构现象的表象和反映，这些现象主要有：致密状结构、残留碎屑...
红色风化壳结构、构造的概念
答：同理，笔者只有用结构构造成因的观点和理论重新和仔细研究碳酸盐岩红色风化壳时，才能揭示碳酸盐岩红色风化壳的成因。碳酸盐岩红色风化壳是在地壳表层开放系统中形成的具有自组织功能的耗散结构系统，从表层土到基岩具有6大“层状结构”系统：即土壤（表土）层、红色粘土层、黄色粘土层、杂色粘土层、溶...
红色风化壳剖面特征
答：在发育较完整的红色风化壳剖面，黄色粘土层一般位于全风化层中下部，其所处风化程度和阶段低于红色粘土层，部分剖面常有红棕色小斑块或黑色铁锰质斑点分布，呈碎屑及蠕虫状土体构造，微裂隙发育，黄色粘土层天然含水量较大，一般可达70%～80%，土体呈可塑—软塑状态。Ⅲ半风化层 也可称为岩土过渡带，是...
红色风化壳结构和构造的剖面特征
答：表2-1 碳酸盐岩红色风化壳结构和构造的剖面特征 续表 从遵义、安顺并参照贵阳、毕节等地红色风化壳剖面所见，它们有如下的共同特征：①土体上部以红色粘土层为主，向下逐渐过渡到以黄色粘土层为主；②土和溶滤层交界面有一层杂色粘土层，具有晕圈及色带构造，这是岩土界面反应的“前峰面”，此层附近...
红色风化壳微结构特征
答：2.结构连接 红色风化壳的结构连接以粘土基质胶结(简称粘基胶结,图版Ⅲ-6)以及接触胶结为主,少数样为粘基及铁质共同胶结,接触不紧密,靠吸附水膜黏聚力连接起来。用比重计法进行颗粒分析,未加入分散剂的样品,虽经浸泡、研磨和煮沸,但80%～90%的粒径均大于0.01mm,主要属粗粉粒土,说明这些粗粉粒土是水稳性的,...
碳酸盐岩红色风化壳中粘土矿物成因及演化
答：根据碳酸盐岩红色风化壳的粘土矿物组合和微结构特征，其粘土矿物的形成和演化具有多途径和多阶段性，至少存在3个演化序列，即水铝英石→埃洛石→高岭石→三水铝石、伊利石→蛭石→绿泥石/蛭石间层矿物→绿泥石→三水铝石和伊利石→高岭石→三水铝石。高岭石和三水铝石的富集反映了碳酸盐岩红色风化壳已...
碳酸盐岩红色风化壳的磁学性质及其发生机理
答：首次对贵州碳酸盐岩红色风化壳剖面样品进行了8个磁学参数的系统测定，根据本文建立的磁性氧化铁矿物分离程序，成功地从红色风化壳中提取了较纯的磁赤铁矿微结核（电子探针、X射线衍射和电镜分析表明，磁赤铁矿含量为94%，并有少量共生矿物赤铁矿和石英），这是国际上已有文献报道的第二例红色风化壳及地表...
碳酸盐岩红色风化壳磁学性质发生机理及其环境意义
答：由于海相碳酸盐岩中一般不含磁性矿物，因此由碳酸盐岩就地风化成土形成的红色风化壳及土壤中的磁性矿物，都是风化成土过程中的新生矿物，特别是成功地从红色风化壳中提取到磁赤铁矿微结核，为红色风化壳中磁性矿物成因机理的研究提供了最直接的证据。研究表明，碳酸盐岩红色风化壳中广泛存在的表层土壤磁性...
红色风化壳磁学性质特征
答：1）红色风化壳磁学性质及其变化特征主要受风化成土地球化学环境和过程控制，它们随碳酸盐岩风化成土环境、成土作用特点和发育程度不同沿剖面呈现出有规律的变化。这种规律性变化特征与红色风化壳剖面氧化铁矿物组合类型、含量和结晶程度等氧化铁矿物学特征在红色风化壳的变化规律十分吻合（参见第三章及图1-...
碳酸盐岩现代风化壳
答：这主要是由于基岩被差异溶蚀风化壳土层下发育有溶沟溶槽和悬臂岩及埋藏石牙的缘故，对山坡上的埋藏石牙生态条件观察表明，大多数埋藏石牙与山坡上繁茂生长的植被有关，它是风化壳土层下差异溶蚀的产物；②红色风化壳土体的结构、构造受基岩的控制，红色风化壳中经常保留着其下母岩的残留结构和构造。
