青藏高原不同高程喀斯特地貌類型和發育特征

高 康，林小兵，2，韋桂梅，鄭宇超，閆怡帆

1. 成都理工大學沉積地質研究院，四川 成都 610059；2. 成都理工大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610059

0 引言

喀斯特地貌也稱巖溶地貌，主要是指可溶巖在水的作用下發生以化學溶蝕為主，在流水、生物等侵蝕下巖體發生塌陷、堆積等地質作用，以及在這些作用全過程中所產生的各種地質現象［1-3］. 喀斯特地貌的特征及發育主控因素一直是喀斯特研究的關鍵，喀斯特地貌的主控因素決定了主要發育的形態特征，而地貌形態特征作為喀斯特地區最直觀的體現可以為分析主控因素提供直接的證據.

喀斯特地區是地球上最多樣化的水文地質環境之一，它們與大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈以及人類歷史和發展的過程密切相關，提供各種有價值的自然資源以及動植物生存的基本生存條件等［4］. 喀斯特還是全球碳循環的一部分，并參與多種生物地球化學過程.盧耀如先生［5］將喀斯特發育機理與發展工程建設效應進行綜合研究，詳細分析了地質環境工程、地下空間開拓工程、生態城鎮群建設工程效應，為喀斯特地貌與現代工程相聯系提供了重要的參考和借鑒.

近年來，隨著青藏高原地區經濟社會的發展，對生態環境的保護提出了更高的要求，對水利、交通等大型項目建設和重大環境地質問題和水資源整體開發、利用提出了更高的標準［6］. 因此，分析青藏高原不同地區喀斯特地貌發育特征和主控因素，更有利于生態環境的保護、開發. 國內外學者已經從巖性、地質構造、氣候、水文等諸多方面，分析了影響青藏高原喀斯特地貌形態、發育特征以及演化模式［7-12］. 比如，基于地層、構造以及氣候差異等分析，認為青藏高原地區喀斯特地貌可劃分為強烈上升演化模式、狹窄沉降演化模式、剝蝕裸露演化模式［13-14］. 在青藏高原東緣梯度帶，基于野外實測大氣CO2和喀斯特發育情況調查，發現CO2濃度和高程對區域喀斯特發育類型和規模有著重要影響［15］. 通過風化殼紅土和洞穴次生化學沉淀的研究，明確了古喀斯特發育時期青藏高原地表處于濕熱環境；并通過石英表面顆粒化學溶蝕形態，揭示了古喀斯特發育的溶蝕過程，對青藏高原的隆升和古氣候的研究具有重要意義［16］.

可以看出，目前在多地區、多層位開展了青藏高原喀斯特的研究工作. 由于青藏高原地區整體上從西北部到東南部呈現出海拔逐漸降低的趨勢，境內發育有眾多海拔較高的山脈，地形以山地丘陵、深切河谷為主，地勢變化差異明顯［17］. 但對于青藏高原不同地勢差異下喀斯特發育的類型和特征研究，尚需要進行系統性總結，以更好指導生產實踐. 因此，在結合前人的研究基礎上，本研究聚焦青藏高原喀斯特在不同高程地貌類型及發育特征的差異性進行分析，以期為高原喀斯特地區開展地表水資源合理利用、重大工程建設、地質災害治理、地貌景觀學的研究提供參考.

1 區域地質概況

青藏高原位于中國西南部，介于北緯26.16—39.78°、東經73.32—104.78°之間，面積達250×104km2，平均海拔超過4 000 m［18］. 該地區年均溫度較低，降雨量較少，在夏季降雨較多，冬季較少，溫差較大，溫度隨著海拔的降低而整體升高，降雨也由西北向東南逐漸增加［19］.

青藏高原地區在地質歷史時期構造運動活躍，具有多期性和不等幅性的特點［20-21］. 特別是新生代以來，強烈的構造運動使青藏高原長期處于隆升夷平階段，對地塊改造強烈，各類地質體之間均存在錯動、碰撞擠壓、分離的多期次交錯疊加作用，地質構造帶斷裂發育密集，構造縫合帶分布廣泛，構造十分復雜［21］. 構造運動下產生的斷裂具有不均一性，斷裂、連通以及兩者并存的方式均普遍存在，形成多樣化的喀斯特組合形式. 喀斯特層組內部的空間結構以及邊界的接觸情況變化復雜，水體和巖體接觸更加廣泛，水巖反應更加充分，為巖溶水的溶蝕和侵蝕創造了十分有利的條件.

青藏高原經歷了一系列沉積旋回、構造抬升、風化剝蝕，在震旦紀—第四紀均有碳酸鹽巖地層分布，其中灰巖、結晶灰巖、細晶灰巖、鮞粒灰巖、泥灰巖、白云巖等地層分布良好，碳酸鹽巖地層間夾雜有砂巖、千枚巖、大理巖等，地層發育齊全、結構分布復雜［3，22-23］. 這些可溶巖有的出露于地表，有的埋藏于地下. 在垂向上可溶巖和非可溶巖地層相間互存的類型比較廣泛；在水平方向上由于構造活動強烈，巖層斷裂比較明顯，風化剝蝕下巖層厚度不均勻［17，22-23］. 廣泛分布的碳酸鹽巖等可溶巖地層透水性強，含水量豐富，儲水空間大，水流速度較快，地下水的連續補充使之處于不飽和狀態，較易溶蝕，為巖溶地貌提供了良好的物質基礎并為地下水徑流提供了良好的通道［8，24-25］. 碳酸鹽巖等可溶巖地層受到構造運動的影響較易變形產生褶皺，巖層斷裂明顯，經歷強烈剝蝕產生斷陷盆地；盆地與山地的高差逐漸變大，導致深切河谷和盆地發育良好［8，26-27］. 根據地形可以將青藏高原劃分為低海拔（高程小于1 000 m）、中海拔（1 000～3 500 m）、高海拔（3 500～5 000 m）、極高海拔（高程大于5 000 m）4 個類型［27］（圖1）. 不同海拔高程在空間分布上存在明顯差異，極高海拔主要分布在西昆侖地區、唐古拉山附近以及岡底斯山地區，高海拔主要集中在青南地區、羌塘地區以及喜馬拉雅山以北區域，中海拔則集中于柴達木盆地、共和盆地以及河湟谷地，而低海拔僅分布在藏東南墨脫一帶［27-28］.

圖1 青藏高原高程分級及分帶圖（據文獻［28］修改）Fig. 1 Elevation classification and zonation of the Qinghai-Tibet Plateau（Modified Reference［28］）

2 不同海拔高程下喀斯特地貌類型

2.1 喀斯特地貌類型劃分

隨著喀斯特地貌研究的深入，學者們對喀斯特地貌的劃分依據和基本類型的分類也是多種多樣，但大部分學者主要根據埋藏條件、形成時代、區域氣候、分布深度、成因類型等進行劃分［1，29-30］（表1）.

表1 喀斯特地貌基本類型表Table 1 Basic types of karst geomorphology

2.2 青藏高原不同高程喀斯特地貌類型劃分

雖然青藏高原喀斯特地貌的形成時間還存在一些爭議，但大部分學者認為青藏高原喀斯特地貌主要形成于古近紀、新近紀以及第四紀，古喀斯特發育良好［16，22，31-33］. 在構造運動的控制下，高原長期處于隆升夷平階段，各級夷平面分布復雜，海拔高程變化顯著，并且隨著海拔高度的變化喀斯特地貌類型表現出明顯的不同［9，34-35］. 此外，在風化剝蝕、流水侵蝕以及冰蝕作用的影響下，大部分喀斯特形態表現為覆蓋型喀斯特出露后，經改造的地表喀斯特和地下喀斯特［34-36］.

但是，單純按照某種因素對青藏高原地區喀斯特類型進行劃分，難以全面概括青藏高原地區喀斯特發育的規律性，而且也難以反映不同地區與不同喀斯特類型的特征. 盧耀如［30］綜合考慮巖性及層組類型、主要地質構造條件、發育時的氣候條件，將青藏高原地區喀斯特地貌按照成因類型劃分出復雜溶蝕-構造型、溶蝕-冰蝕型、溶蝕-剝蝕型、溶蝕-侵蝕型、內陸盆地復合型、溶蝕-海蝕型、內陸高地復合型、原巖復合型8種一級類型. 這8 種一級類型又包括隆起構造山原、隆起構造山地、高山冰川深谷、山原蝕余峰丘、山原峰丘湖泊、內陸山原、內陸崗丘、喀斯特高山深谷、喀斯特中高山湖泊、喀斯特海岸、內陸湖洼、內陸湖盆、內陸高地湖洼、內陸山原湖洼、內陸山原湖盆、內陸山原湖谷、山原基巖復合17 種二級類型（圖2）.

圖2 青藏高原喀斯特主要類型分布圖（據文獻［30］修改）Fig. 2 Distribution map of major karst types of Tibetan Plateau（Modified Reference［30］）

不同海拔區，主要發育的喀斯特地貌類型具有明顯不同. 其中，在中海拔區（1 000～3 500 m）喀斯特地貌可分為喀斯特高山深谷、喀斯特中高山湖泊、山原蝕余峰丘、山原峰丘湖泊、內陸湖洼、喀斯特海岸；在高海拔區（3 500～5 000 m）喀斯特地貌可分為喀斯特高山深谷、喀斯特中高山湖泊、高山冰川深谷、隆起構造山原、內陸湖盆地、內陸湖洼；在極高海拔區（≥5 000 m）可分為隆起構造山原、內陸湖盆地、內陸湖洼、內陸山原、高山冰川深谷、山原基巖.

3 不同海拔高程下喀斯特地貌發育特征

3.1 中海拔區

中海拔地區，海拔高差變化較明顯，一些灰巖山地海拔可達4 000 m 左右. 在海拔3 200 m 以下主要發育多邊形峰叢洼地、大-中型溶洞、巖溶泉、尺度較小石芽、殘余塔狀石柱以及紅色土堆積等，峰叢洼地中包含著紅色土堆積. 大-中型溶洞內發育石鐘乳、石筍等，裸露石芽表面發育溶痕，喀斯特地貌形態基本保存完好［14，37-38］. 在海拔3 200 m 以上喀斯特發育程度較高，主要是高差中等的石林式石芽，中等大小的水平穿洞和洞穴、石墻、殘留豎井、紅色風化殼等，明顯受到較強的風化作用改造，喀斯特地貌形態部分被破壞［14，37］.因此在中海拔區，處于不同高程處喀斯特地貌形態類型、發育特征以及風化剝蝕具有一定的差異；海拔較高的位置風化作用明顯高于海拔較低的位置（表2）.

表2 中海拔區典型喀斯特地貌形態特征Table 2 Characteristics of typical karst geomorphology in medium altitude areas

3.2 高海拔區

高海拔區由于構造運動強烈，劇烈抬升及河流迅速下切導致地形高差較大，深切河谷和盆地發育良好，喀斯特地貌類型多樣［30，32］（表3）. 這些地區在海拔3 500 m 以下的喀斯特地貌形態主要發育少量溶隙、溶穴、巖溶泉等，溶蝕作用較弱，水流侵蝕較強，喀斯特地貌發育較弱，屬于弱發育喀斯特帶；在海拔3 500～4 300 m 之間，主要發育溶洞、石林或石芽，小規模溶蝕崖、溶蝕槽、落水洞、溶穴、殘留紅色風化殼、殘留石墻、垂向溶蝕裂隙，明顯受到風化作用改造，巖溶作用一般，屬于中等發育喀斯特帶；在海拔4 300 m 以上主要發育大規模溶蝕崖、溶蝕峰叢、峰林、峰從洼地、落水洞、漏斗、洞穴等，巖溶作用較強，屬于強發育喀斯特帶［9，14，32，34，36，38-40］.

表3 高海拔區典型喀斯特地貌形態特征Table 3 Characteristics of typical karst geomorphology in high altitude areas

3.3 極高海拔區

極高海拔喀斯特發育區巖性以灰巖為主并且夾雜有泥灰巖，喀斯特地貌主要是古近紀、新近紀古喀斯特地下部分經后期剝蝕形成的，在更新世和全新世也有少部分發育（表4）. 在海拔高程4 600 m 以上主要發育表面粗糙、頂部尖銳的殘留塔狀灰巖石峰；根部的寬度和長度大于高度，呈錐狀，相對高差達50 m 的殘留灰巖殘丘；錐體外形渾圓，相對高度一般約為10 m 的殘留型石林式石芽；墻頂起伏不平，有的呈鋸齒狀，相對高差達10～20 m 的石墻；中等大小的溶洞，較小的溶痕、溶溝以及灰巖碎屑物質堆積等. 喀斯特受到風化剝蝕作用明顯［35，38］.

表4 極高海拔區典型喀斯特地貌特征Table 4 Characteristics of typical karst geomorphology in very high altitude areas

因此青藏高原地區在不同海拔高程下呈現出不同的喀斯特地貌形態（圖3）. 中海拔區溶蝕形態以峰叢、溶蝕洼地、溶溝、溶槽、溶洞、殘余塔狀石柱為主，沉積形態主要是紅色風化殼；高海拔區溶蝕形態以溶蝕崖、峰叢、溶洞、石柱、溶槽、落水洞、溶穴、峰林、天生橋、石林、石芽、溶溝、溶痕為主，沉積形態主要是鈣華堆積、瘤狀或葡萄狀鈣化堆積、灰巖碎屑物質堆積、殘留風化殼紅土；極高海拔區溶蝕形態以灰巖殘丘、石墻、冰蝕洼地、角峰、大型落水洞、雨痕和細小溶痕、溶溝為主，沉積形態主要是顆粒碎屑、石灰角礫.

圖3 青藏高原不同高程喀斯特地貌形態Fig. 3 Karst geomorphology at different elevations in Qinghai-Tibet Plateau

4 結語

喀斯特地貌作為地貌學研究的十分重要的一部分，關于其分類以及形態特征一直是地貌學研究的重點、熱點問題. 喀斯特地貌的形成不是受單一的某種因素控制，而是在多種因素控制下共同形成. 本文通過對青藏高原不同高程喀斯特地貌類型和形態特征進行研究綜述和實例分析，認為青藏高原地區喀斯特地貌在地層巖性、構造運動、氣候等因素的影響下形成復雜多樣的喀斯特地貌. 喀斯特地貌標志性高程清晰，在不同高程處地貌形態、發育特征差異性明顯. 喀斯特地貌的演化過程是復雜的，分布的環境也是多樣的，如何精細地揭示各個因素在喀斯特地貌形成、演化過程中發揮的作用還需要進一步深化.