基于GoogleEarth影像分析区域性大型_X_共轭节理系统对宏观岩溶作用的控

第55卷　第2期2009年3月 地　质　论　评 GEOL O GICAL R EV IEW Vol.55　No.2Mar .　2009注:本文为国家重点基础研究发展规划项目(2006CB403202),贵州大学学科建设基金资助项目的成果。

收稿日期:2008206227;改回日期:2008210222;责任编辑:章雨旭。

作者简介:杨瑞东,男,1963年生。

博士,教授,博士生导师。

从事喀斯特环境地球化学和地层古生物研究。

通讯地址:550025,贵州贵阳贵州大学研究生院;Email :rdyang @ 。

基于G oogle E arth 影像分析区域性大型“X ”共轭节理系统对宏观岩溶作用的控制杨瑞东1),盛学庸2),魏晓1),文雪峰1)1)贵州大学资源与环境学院,贵阳,550025;2)贵州地质科学研究所,贵阳,550004内容提要:从黔南、桂北的航天遥感图像上可以清楚地看出,地表的宏观岩溶地貌明显地受控于区域性大型“X ”共轭节理系统,此类节理构成一幅巨型的渗滤网,成为大气降水下渗的主要通道,从而导致被其穿透的岩石遭受溶蚀,形成以线性岩溶谷地为主体的岩溶景观。

即水平地层分布区,呈片状“X ”形网络结构;直立地层分布区,呈羽状条带结构。

水体下渗至潜水面后,将主要沿“X ”节理走向向当地最低侵蚀基准面排泄,从而形成复杂的地下管道网络系统。

首次利用网上G oogle Earth 影像研究喀斯特环境,解决了只能依赖航片和卫星照片才能研究地球地貌的瓶颈,这对地貌研究和喀斯特石漠化的研究和治理提供了廉价便利的影像材料。

关键词:岩溶作用;G oogle Earth 图像;大型“X ”共轭节理 西南地区喀斯特石漠化问题是中国重大的环境问题之一(袁道先,1996;王士杰等,2003)。

很多学者从不同角度研究造成喀斯特环境石漠化的主要原因(杨明德,1985;高道德等,1986;熊康宁,1996;王青等,1999;周忠发等,2003;蒋树芳等,2004;鞠建华等,2006;王新平等,2007;徐则民等,2007;杨瑞东等,2007,2008;杨瑞东,2008;阎长虹等,2008)。

为了全面了解喀斯特石漠化的发生和演化过程,需要从空间、时间上了解石漠化分布与地质背景的关系,认识喀斯特石漠化控制因素,从而为喀斯特石漠化治理提供科学依据。

由于航片、卫片资料缺少,限制了很多研究者的研究工作,而国际互联网上的G oogle Eart h 图像为大范围研究喀斯特石漠化提供了条件。

近年来国际互联网上的G oogle Eart h 图像,更加扩大了人们的视野,不仅可以观察到全球的任一角落,而且可以对其加以放大(最大比例尺可达1∶1000),观察其细节。

通过利用互联网上G oogle Eart h 图像对黔南、桂西北地区的观察,发现喀斯特地貌明显受到构造的控制,特别是大型X 节理。

作者通过G oogle Eart h 图像,分析大型X 节理对岩溶地控制,同时,提出利用互联网上廉价便利的G oogle Eart h 图像资源,为地貌研究、喀斯特石漠化研究和治理提供新途径,由此可解决依赖价格昂贵的航片和卫星照片研究地貌的瓶颈。

1　地质背景“横看成岭侧成峰,远近高低各不同。

不识庐山真面目,只缘身在此山中”。

宋代杰出大诗人苏轼这一首脍炙人口的绝句,不仅蕴涵了深刻的哲理,同时也为广大科技工作者指出了一条全面地观察和获取自然信息,从而达到对客观世界正确认识的科学途径。

地质工作者立足地面,囿于视野,常常难于直接、快速地对各种区域性地质地貌现象获得整体而客观的认识。

当今航天技术的高度发展,使人们得以摆脱地面的局限,实现居高临下大视野地俯瞰大地,全面观察地面地质地貌,从而快速地获得丰富完整的综合客观信息,达到一目了然地对“庐山”真面目的正确认识。

贵州西部地区碳酸盐岩地层从寒武系到三叠系均有分布,特别是泥盆系、石炭系、二叠系和三叠系出露最广,而石漠化最为发育的地层是二叠系和三叠系。

喀斯特分布面积占全省面积的85%,其中出露的碳酸盐岩面积达15万平方千米,占全省土地总面积的73.6%。

笔者之一在90年代从事《黔南岩溶研究》时,曾对该区40000km2范围的1∶50万假彩色合成卫片和1∶5万航空照片进行了系统的观察和解译(高道德等,1986)。

从中惊异地发现,在地面看来似若变幻莫测、杂乱无章的岩溶现象,从“高空”俯瞰,居然显得井井有条,无论是峰体的排列,还是溶谷的展布,皆具一定的方向性,明显受控于普遍存在的区域性大型“X”共轭节理系统,显示出强烈的规律性(图1a)。

这一规律在后来的大量野外实地验证中也得到了证实。

从图1a可以看到,有北东—南西大型“X”共轭节理发育,同时有一组北西向断裂,图中明显可见北东—南西大型“X”共轭节理切割北西向断裂。

大型“X”共轭节理形成岩溶地貌为棋盘格状和或菱形网格状分布的峰林或峰丛。

这种以一定角度相交,具有一定几何形态的规则网格,正是岩溶作用沿区域大型节理进行的地貌表现。

大型节理岩溶地貌表现为线状溶沟、溶谷,或等轴状或长条状的溶洼呈串珠状排列。

在两组大型节理交汇处,溶外发育,溶洼中溶斗、落水洞屡见不鲜。

岩溶作用受可溶岩中破裂面控制本是一种地质常识,但以航卫片所提供的大量直观信息为基础,大视野地观察地面岩溶现象,并结合大量的野外实地观察,肯定岩溶作用及其塑造的宏观形态主要受区域性大型“X”共轭节理系统控制。

新近纪以来,受青藏高原持续隆起的影响,造成了贵州特有的岩溶地貌,形成了高低悬殊、坡度较大的峰林盆地、峰林谷地、峰林洼地、峰从峡谷交错镶嵌的独特的地貌形态。

这种较大的切割深度和坡度,决定了生态环境脆弱性。

贵州在新近纪至早更新世时期经历了大面积的隆升作用,其中早更新世末的隆升运动是地史上具有转折意义的构造运动,这次运动使云贵高原倾斜隆起,奠定了西南地区现代的地貌格局。

中更新世以来,地壳运动仍以大面积的间歇性倾斜隆升为主,伴随局部的差异隆升。

新构造运动的间歇性造成了不同时代的夷平面,使各流域范围内从分水岭到河谷区地貌呈梯级状下降,河谷中普遍出现4～5级阶地(贵州地质矿产局,1987)。

新构造的强烈活动加速了岩溶地貌的演化,地表的切割深度较大,加快了水土流失,为岩溶石漠化的形成提供了动力条件。

贵州石漠化受构造系统的影响,在地势切割强烈地区,断裂系统发育使地表水向深部渗漏,石漠化比较发育;在地势比较平缓的岩溶平原或岩溶盆地地区,断裂系统发育有利于地下水与地表水之间的循环,成土作用强烈,土层较厚,石漠化不发育。

褶皱形态与石漠化的发育关系密切,紧密褶皱地区,石漠化较少,宽缓式褶皱地区,石漠化较发育。

贵州发育石漠化地层主要为泥盆系、石炭系、二叠系和三叠系,由于贵州后期构造受控制于早期构造,因此,构造线后期于早期保持一致(贵州地质矿产局,1987)。

贵州从晚古生代以来,经受了广西运动而使泥盆系、石炭系形成北西向构造线,都匀运动形成南北向构造线,燕山运动又在广西运动形成北西向构造线和都匀运动形成南北向构造线上叠加,近东西向的构造线是广西运动、都匀运动和燕山运动形成的构造线(贵州地质矿产局,1987)。

2　大型节理大型节理指一种规模宏大(长度以千米计,最长可达数十千米)而普遍存在,在地面因视野的局限而难于感受其存在的节理系统,只有在高空中俯瞰,方能窥测其“庐山真面目”,表现为定向性的大型线性影像,其形成的力学机理与一般意义上的构造节理无本质区别,唯独其规模巨大而已。

按其形成机制,可分为以下三类:2.1　区域性一序次“X”共轭剪节理这是一种最为普遍存在的节理系统,也是本文所强调的一种类型。

它们是能干性强的地层岩石在一定的构造应力场中于褶皱变形前所产生的一序次共轭剪切应变,即材料力学上的所谓“吕德尔线”破裂面,但以碳酸盐岩地层中表现最为明显,这是因为沿此节理面岩石容易遭受碳酸水的溶蚀,从而显示强烈的岩溶造貌作用之故。

它们常常在大范围内成群成组出现,在一定程度上具等间距性,呈“X”型共轭结构菱形网络格局,其锐角平分线代表压应力作用方向,故总是与当地的区域构造线垂直。

地面观察,其两盘地层无明显错移,沿线常见长距离延伸的线性沟谷和同向的刀削状直立绝壁或节理密集带。

此种节理在贵州南部分布十分普遍(图2),尤以桂西北地区最为典型(图1a)。

“X”型共轭节理发育在舒缓型褶皱区,规模大,长度一般由数千米到十千米,最长30km,近直线形的外貌,常常是在大范围内不受地面起伏影响呈近直线状延伸,状如刀切。

节理一般具两组或两组以上,各族彼此以一定角度相交,并与一定的构造体系相关。

节理之间有一定的等距性,同一级节理间距大致相近,不同级节理间距个异。

长度大于20km471地　质　论　评2009年图1区域性大型“X ”共轭节理系统及其控制的岩溶地貌Fig.1The landscape controlled by regional large “X ”conjugate joint in karst area(a )—区域性大型“X ”共轭节理系统;(b )—贵州独山上司舒缓地层区岩溶遥感图像;(c )—贵州紫云格凸河流域峰丛—洼地发育阶段的岩溶图像;(d )—广西马山舒缓地层区岩溶遥感图像;(e )—广西南丹舒缓地层区岩溶遥感图像;(f )、(g )—X 节理在褶皱变形前后的空间状态及其地表展布:(f )—褶皱变形前;(g )—褶皱变形后(a )—regional large “X ”conjugate joint in karst area ;(b )—image of karst in horizontal stratum area (Shangsi ,Dushan county ,Guizhou );(c )—image of karst in peak cluster —depression area (Getu valley ,Ziyuan county ,Guizhou );(d )—image of karst in horizontal stratum area (Mashan ,Guangxi );(e )—image of karst in horizontal st ratum area (Nandan ,Guanxi );(f ),(g )—landscape and space status of large X conjugate joint s in folding :(f )—before folding ;(g )—after folding571第2期杨瑞东等:基于G oogle Earth 影像分析区域性大型“X ”共轭节理系统对宏观岩溶作用的控制图2黔南南北向箱状褶皱区大型“X”共轭节理分布状况(高道德等,1986)Fig.2The distribution of large“X”conjugate joints in southern Guizhou(f rom Gao et al.,1986)间距5～8km,5～20km者为2～3km,小于5km者,为1km。