天坑的分类及其演化

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2012年,“天坑”作为科学术语正式被收录于《Encyclopedia of Caves (Second Edition)》(洞穴百科全书(第二版)(White, 2012))中;在2018年《洞穴百科全书》(第三版)中,经过天坑研讨会专家小组讨论,对天坑定义作了细小的修订,确定天坑定义为:“The word tiankeng is a transliteration from two Chinese characters “天坑” (tiān kēng in pinyin), that roughly mean sky hole or heaven pit,or some similar variation on that double theme. Tiankeng is a very large doline formed from cave chamber (s) in carbonate rocks that is more than 100 m deep and wide,and/or has a volume of more than one million cubic meters,a steep profile with vertical cliffs around all or most of its perimeter and is/was connected with an underground cave river.” 相对应的中文定义为,“天坑一词由中文“天坑” 音译而来,即拼音tiān kēng,大致相当于英文的 “sky hole”,或“heaven pit”,或与这两个词有相似意义的词”;“天坑是碳酸盐岩地区的溶洞大厅形成的,口径和深度不小于百米,和(或)容积大于一百万立方米,四周或大部分周壁为陡崖,且与或曾与地下河溶洞相通的特大型漏斗”。

此次修改的定义强调,(1)天坑是由溶洞大厅演化而来;(2)容积大于百万立方米也是天坑,不完全限定口径和深度百米。

天坑主要分为塌陷型天坑和冲蚀型天坑。

(1)塌陷型天坑(collapsed tiankeng)

塌陷型天坑最明显的证据是崩塌起源,虽然这些崩塌可能是由于下伏溶洞大厅洞顶崩塌或者天坑形成后的陡壁后退引起。但对一个塌陷型天坑来说,其崩塌成因的证据必须清晰可辨,如坑壁上可能有崩塌三角面存在和坑底有大量的碎屑堆积等。

塌陷型天坑演化示意图



(2)冲蚀型天坑(erosional tiankeng)

erosional 可以翻译为冲蚀,也可翻译为侵蚀,与溶蚀dissolutional 对应。

冲蚀型天坑是由地表水向碳酸盐岩出露区(点)集中流入,经冲蚀由落水洞、竖井逐步溶蚀、侵蚀且崩塌发展而成的天坑。

冲蚀型天坑形成的基本条件是地层岩性的二元结构:地表出露非碳酸盐岩(砂页岩)或岩性不纯碳酸盐岩地层,下伏碳酸盐岩地层。该结构一方面可形成地表径流;另一方面随着上覆地层被剥蚀和地表流水侵蚀下切,地形低凹处或构造凸起处逐渐出露碳酸盐岩,形成“窗式”岩溶地貌。地表水从碳酸盐岩出露区不断入渗溶蚀,逐渐形成地下河径流。在地下河的集中溶蚀搬运下,消水洞逐步向冲蚀型天坑演化。

由于冲蚀型天坑形成条件的特殊性,故其主要分布于岩溶区域分水岭地带、岩溶台原区,如国内有位于长江干流和其支流乌江分水岭地带的重庆武隆后坪岩溶区,形成了以箐口天坑为代表的冲蚀型天坑群,其上覆地层为下奥陶统大湾组砂页岩(陈伟海,2004);2016年发现的汉中小南海天坑群,上覆地层为下三叠统大冶组泥质白云岩或泥灰岩,以及上二叠统吴家坪组硅质条带夹层(任娟刚,2017);国外见于巴布亚新几内亚的Muller高原和新不列颠的Nakanai岩溶高原(James,2005),由于存在不纯、多页岩夹层的石灰岩,为汇聚形成地表径流提供了有利条件,因而形成了超级漏斗群,以及部分冲蚀型天坑。

覆盖或半覆盖岩溶地区较易形成冲蚀型天坑,因为它可以在地表形成水流,形成落水洞,继而在洞口形成大厅。非碳酸盐岩夹层,也是容易构成局部汇水区域,形成落水洞,继而形成大厅或崩塌。

冲蚀型天坑演化示意图



冲蚀型天坑的几个实例:

利川的落溪天坑

小南海天坑示意图

巴布亚新几内亚穆勒高原天坑示意图

箐口天坑

马达加斯加的天坑演化示意图。覆盖层为火山灰。

从图中看,这几个冲蚀型天坑底部都有可进入的洞穴。倒是塌陷型天坑底部洞穴常常被堵住。冲蚀型天坑,无论是来自外部非碳酸盐岩区域的外源水,还是覆盖性区域的外源水,或非碳酸盐岩夹层汇聚的水,是它的主要成因,但离不开与塌陷。

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分类 走向地心, 安全科普

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