青藏高原不同高程喀斯特地貌类型和发育特征

高 康，林小兵，2，韦桂梅，郑宇超，闫怡帆

1. 成都理工大学沉积地质研究院，四川 成都 610059；2. 成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610059

0 引言

喀斯特地貌也称岩溶地貌，主要是指可溶岩在水的作用下发生以化学溶蚀为主，在流水、生物等侵蚀下岩体发生塌陷、堆积等地质作用，以及在这些作用全过程中所产生的各种地质现象［1-3］. 喀斯特地貌的特征及发育主控因素一直是喀斯特研究的关键，喀斯特地貌的主控因素决定了主要发育的形态特征，而地貌形态特征作为喀斯特地区最直观的体现可以为分析主控因素提供直接的证据.

喀斯特地区是地球上最多样化的水文地质环境之一，它们与大气圈、水圈、岩石圈和生物圈以及人类历史和发展的过程密切相关，提供各种有价值的自然资源以及动植物生存的基本生存条件等［4］. 喀斯特还是全球碳循环的一部分，并参与多种生物地球化学过程.卢耀如先生［5］将喀斯特发育机理与发展工程建设效应进行综合研究，详细分析了地质环境工程、地下空间开拓工程、生态城镇群建设工程效应，为喀斯特地貌与现代工程相联系提供了重要的参考和借鉴.

近年来，随着青藏高原地区经济社会的发展，对生态环境的保护提出了更高的要求，对水利、交通等大型项目建设和重大环境地质问题和水资源整体开发、利用提出了更高的标准［6］. 因此，分析青藏高原不同地区喀斯特地貌发育特征和主控因素，更有利于生态环境的保护、开发. 国内外学者已经从岩性、地质构造、气候、水文等诸多方面，分析了影响青藏高原喀斯特地貌形态、发育特征以及演化模式［7-12］. 比如，基于地层、构造以及气候差异等分析，认为青藏高原地区喀斯特地貌可划分为强烈上升演化模式、狭窄沉降演化模式、剥蚀裸露演化模式［13-14］. 在青藏高原东缘梯度带，基于野外实测大气CO2和喀斯特发育情况调查，发现CO2浓度和高程对区域喀斯特发育类型和规模有着重要影响［15］. 通过风化壳红土和洞穴次生化学沉淀的研究，明确了古喀斯特发育时期青藏高原地表处于湿热环境；并通过石英表面颗粒化学溶蚀形态，揭示了古喀斯特发育的溶蚀过程，对青藏高原的隆升和古气候的研究具有重要意义［16］.

可以看出，目前在多地区、多层位开展了青藏高原喀斯特的研究工作. 由于青藏高原地区整体上从西北部到东南部呈现出海拔逐渐降低的趋势，境内发育有众多海拔较高的山脉，地形以山地丘陵、深切河谷为主，地势变化差异明显［17］. 但对于青藏高原不同地势差异下喀斯特发育的类型和特征研究，尚需要进行系统性总结，以更好指导生产实践. 因此，在结合前人的研究基础上，本研究聚焦青藏高原喀斯特在不同高程地貌类型及发育特征的差异性进行分析，以期为高原喀斯特地区开展地表水资源合理利用、重大工程建设、地质灾害治理、地貌景观学的研究提供参考.

1 区域地质概况

青藏高原位于中国西南部，介于北纬26.16—39.78°、东经73.32—104.78°之间，面积达250×104km2，平均海拔超过4 000 m［18］. 该地区年均温度较低，降雨量较少，在夏季降雨较多，冬季较少，温差较大，温度随着海拔的降低而整体升高，降雨也由西北向东南逐渐增加［19］.

青藏高原地区在地质历史时期构造运动活跃，具有多期性和不等幅性的特点［20-21］. 特别是新生代以来，强烈的构造运动使青藏高原长期处于隆升夷平阶段，对地块改造强烈，各类地质体之间均存在错动、碰撞挤压、分离的多期次交错叠加作用，地质构造带断裂发育密集，构造缝合带分布广泛，构造十分复杂［21］. 构造运动下产生的断裂具有不均一性，断裂、连通以及两者并存的方式均普遍存在，形成多样化的喀斯特组合形式. 喀斯特层组内部的空间结构以及边界的接触情况变化复杂，水体和岩体接触更加广泛，水岩反应更加充分，为岩溶水的溶蚀和侵蚀创造了十分有利的条件.

青藏高原经历了一系列沉积旋回、构造抬升、风化剥蚀，在震旦纪—第四纪均有碳酸盐岩地层分布，其中灰岩、结晶灰岩、细晶灰岩、鲕粒灰岩、泥灰岩、白云岩等地层分布良好，碳酸盐岩地层间夹杂有砂岩、千枚岩、大理岩等，地层发育齐全、结构分布复杂［3，22-23］. 这些可溶岩有的出露于地表，有的埋藏于地下. 在垂向上可溶岩和非可溶岩地层相间互存的类型比较广泛；在水平方向上由于构造活动强烈，岩层断裂比较明显，风化剥蚀下岩层厚度不均匀［17，22-23］. 广泛分布的碳酸盐岩等可溶岩地层透水性强，含水量丰富，储水空间大，水流速度较快，地下水的连续补充使之处于不饱和状态，较易溶蚀，为岩溶地貌提供了良好的物质基础并为地下水径流提供了良好的通道［8，24-25］. 碳酸盐岩等可溶岩地层受到构造运动的影响较易变形产生褶皱，岩层断裂明显，经历强烈剥蚀产生断陷盆地；盆地与山地的高差逐渐变大，导致深切河谷和盆地发育良好［8，26-27］. 根据地形可以将青藏高原划分为低海拔（高程小于1 000 m）、中海拔（1 000～3 500 m）、高海拔（3 500～5 000 m）、极高海拔（高程大于5 000 m）4 个类型［27］（图1）. 不同海拔高程在空间分布上存在明显差异，极高海拔主要分布在西昆仑地区、唐古拉山附近以及冈底斯山地区，高海拔主要集中在青南地区、羌塘地区以及喜马拉雅山以北区域，中海拔则集中于柴达木盆地、共和盆地以及河湟谷地，而低海拔仅分布在藏东南墨脱一带［27-28］.

图1 青藏高原高程分级及分带图（据文献［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类型

2.1 喀斯特地貌类型划分

随着喀斯特地貌研究的深入，学者们对喀斯特地貌的划分依据和基本类型的分类也是多种多样，但大部分学者主要根据埋藏条件、形成时代、区域气候、分布深度、成因类型等进行划分［1，29-30］（表1）.

表1 喀斯特地貌基本类型表Table 1 Basic types of karst geomorphology

2.2 青藏高原不同高程喀斯特地貌类型划分

虽然青藏高原喀斯特地貌的形成时间还存在一些争议，但大部分学者认为青藏高原喀斯特地貌主要形成于古近纪、新近纪以及第四纪，古喀斯特发育良好［16，22，31-33］. 在构造运动的控制下，高原长期处于隆升夷平阶段，各级夷平面分布复杂，海拔高程变化显著，并且随着海拔高度的变化喀斯特地貌类型表现出明显的不同［9，34-35］. 此外，在风化剥蚀、流水侵蚀以及冰蚀作用的影响下，大部分喀斯特形态表现为覆盖型喀斯特出露后，经改造的地表喀斯特和地下喀斯特［34-36］.

但是，单纯按照某种因素对青藏高原地区喀斯特类型进行划分，难以全面概括青藏高原地区喀斯特发育的规律性，而且也难以反映不同地区与不同喀斯特类型的特征. 卢耀如［30］综合考虑岩性及层组类型、主要地质构造条件、发育时的气候条件，将青藏高原地区喀斯特地貌按照成因类型划分出复杂溶蚀-构造型、溶蚀-冰蚀型、溶蚀-剥蚀型、溶蚀-侵蚀型、内陆盆地复合型、溶蚀-海蚀型、内陆高地复合型、原岩复合型8种一级类型. 这8 种一级类型又包括隆起构造山原、隆起构造山地、高山冰川深谷、山原蚀余峰丘、山原峰丘湖泊、内陆山原、内陆岗丘、喀斯特高山深谷、喀斯特中高山湖泊、喀斯特海岸、内陆湖洼、内陆湖盆、内陆高地湖洼、内陆山原湖洼、内陆山原湖盆、内陆山原湖谷、山原基岩复合17 种二级类型（图2）.

图2 青藏高原喀斯特主要类型分布图（据文献［30］修改）Fig. 2 Distribution map of major karst types of Tibetan Plateau（Modified Reference［30］）

不同海拔区，主要发育的喀斯特地貌类型具有明显不同. 其中，在中海拔区（1 000～3 500 m）喀斯特地貌可分为喀斯特高山深谷、喀斯特中高山湖泊、山原蚀余峰丘、山原峰丘湖泊、内陆湖洼、喀斯特海岸；在高海拔区（3 500～5 000 m）喀斯特地貌可分为喀斯特高山深谷、喀斯特中高山湖泊、高山冰川深谷、隆起构造山原、内陆湖盆地、内陆湖洼；在极高海拔区（≥5 000 m）可分为隆起构造山原、内陆湖盆地、内陆湖洼、内陆山原、高山冰川深谷、山原基岩.

3 不同海拔高程下喀斯特地貌发育特征

3.1 中海拔区

中海拔地区，海拔高差变化较明显，一些灰岩山地海拔可达4 000 m 左右. 在海拔3 200 m 以下主要发育多边形峰丛洼地、大-中型溶洞、岩溶泉、尺度较小石芽、残余塔状石柱以及红色土堆积等，峰丛洼地中包含着红色土堆积. 大-中型溶洞内发育石钟乳、石笋等，裸露石芽表面发育溶痕，喀斯特地貌形态基本保存完好［14，37-38］. 在海拔3 200 m 以上喀斯特发育程度较高，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、石墙、残留竖井、红色风化壳等，明显受到较强的风化作用改造，喀斯特地貌形态部分被破坏［14，37］.因此在中海拔区，处于不同高程处喀斯特地貌形态类型、发育特征以及风化剥蚀具有一定的差异；海拔较高的位置风化作用明显高于海拔较低的位置（表2）.

表2 中海拔区典型喀斯特地貌形态特征Table 2 Characteristics of typical karst geomorphology in medium altitude areas

3.2 高海拔区

高海拔区由于构造运动强烈，剧烈抬升及河流迅速下切导致地形高差较大，深切河谷和盆地发育良好，喀斯特地貌类型多样［30，32］（表3）. 这些地区在海拔3 500 m 以下的喀斯特地貌形态主要发育少量溶隙、溶穴、岩溶泉等，溶蚀作用较弱，水流侵蚀较强，喀斯特地貌发育较弱，属于弱发育喀斯特带；在海拔3 500～4 300 m 之间，主要发育溶洞、石林或石芽，小规模溶蚀崖、溶蚀槽、落水洞、溶穴、残留红色风化壳、残留石墙、垂向溶蚀裂隙，明显受到风化作用改造，岩溶作用一般，属于中等发育喀斯特带；在海拔4 300 m 以上主要发育大规模溶蚀崖、溶蚀峰丛、峰林、峰从洼地、落水洞、漏斗、洞穴等，岩溶作用较强，属于强发育喀斯特带［9，14，32，34，36，38-40］.

表3 高海拔区典型喀斯特地貌形态特征Table 3 Characteristics of typical karst geomorphology in high altitude areas

3.3 极高海拔区

极高海拔喀斯特发育区岩性以灰岩为主并且夹杂有泥灰岩，喀斯特地貌主要是古近纪、新近纪古喀斯特地下部分经后期剥蚀形成的，在更新世和全新世也有少部分发育（表4）. 在海拔高程4 600 m 以上主要发育表面粗糙、顶部尖锐的残留塔状灰岩石峰；根部的宽度和长度大于高度，呈锥状，相对高差达50 m 的残留灰岩残丘；锥体外形浑圆，相对高度一般约为10 m 的残留型石林式石芽；墙顶起伏不平，有的呈锯齿状，相对高差达10～20 m 的石墙；中等大小的溶洞，较小的溶痕、溶沟以及灰岩碎屑物质堆积等. 喀斯特受到风化剥蚀作用明显［35，38］.

表4 极高海拔区典型喀斯特地貌特征Table 4 Characteristics of typical karst geomorphology in very high altitude areas

因此青藏高原地区在不同海拔高程下呈现出不同的喀斯特地貌形态（图3）. 中海拔区溶蚀形态以峰丛、溶蚀洼地、溶沟、溶槽、溶洞、残余塔状石柱为主，沉积形态主要是红色风化壳；高海拔区溶蚀形态以溶蚀崖、峰丛、溶洞、石柱、溶槽、落水洞、溶穴、峰林、天生桥、石林、石芽、溶沟、溶痕为主，沉积形态主要是钙华堆积、瘤状或葡萄状钙化堆积、灰岩碎屑物质堆积、残留风化壳红土；极高海拔区溶蚀形态以灰岩残丘、石墙、冰蚀洼地、角峰、大型落水洞、雨痕和细小溶痕、溶沟为主，沉积形态主要是颗粒碎屑、石灰角砾.

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

4 结语

喀斯特地貌作为地貌学研究的十分重要的一部分，关于其分类以及形态特征一直是地貌学研究的重点、热点问题. 喀斯特地貌的形成不是受单一的某种因素控制，而是在多种因素控制下共同形成. 本文通过对青藏高原不同高程喀斯特地貌类型和形态特征进行研究综述和实例分析，认为青藏高原地区喀斯特地貌在地层岩性、构造运动、气候等因素的影响下形成复杂多样的喀斯特地貌. 喀斯特地貌标志性高程清晰，在不同高程处地貌形态、发育特征差异性明显. 喀斯特地貌的演化过程是复杂的，分布的环境也是多样的，如何精细地揭示各个因素在喀斯特地貌形成、演化过程中发挥的作用还需要进一步深化.