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石林是指石灰岩在长期喀斯特作用下形成的由高5m以上的石柱组成的地貌景观,是长期地质演变和水一岩相互作用的结果。石林不仅具有很高的美学观赏价值,而且具有很高的地学研究价值。石林的成因和发育演化问题已引起众多学者的浓厚兴趣,但目前对于石林的发育研究主要是从地貌学角度研究较多,缺乏系统性研究,特别是对其形成与发育演化的综合研究较少。在对石林发育年代的研究上也还存在有较大的争议,尚未有一个确切的结论。因此,石林形成和发育演化历史的研究具有重要理论和实际意义。
永安石林是我国东南地区发育最为典型的石林地貌,已被批准为国家地质公园。本文通过对永安石林的野外调查、取样分析和资料收集,查明永安石林发育的地形地貌、地质构造、水文地质条件,确定其形成年代,研究石林的发育历史,并建立石林发育演化模式,为石林研究和国内外石林对比提供科学依据。
为了研究石林的形成条件,本次研究专门采集了石林发育地层的岩样进行化学分析和薄片鉴定;同时对采集的地下水水样进行水化学分析和饱和指数、溶蚀量的计算,对石林发育的岩石特征、地质构造、地形地貌、水文地质、气候及生物土壤作用几个方面进行分析。得到了以下结论:
(1)石林发育的基础条件是碳酸钙含量和矿物粒度。其矿物粒度越大,粒间空隙越大,越有利于地下水的赋存和运移,相同时间段内,其溶蚀速度越快,绝对溶蚀量越大。岩性的差异决定了石林发育的程度。
(2)地质构造上,构造运动越强烈,褶皱越发育,易形成纵张横张共轭节理。一方面为地下水的垂直下渗溶蚀提供了良好的通道,加速了岩溶作用;另一方面构成的棋盘式裂隙网络有利于石柱的形成。
(3)低缓的山丘地貌有利于石林的形成。低缓的山丘有利于降水的入渗补给,增强水的补给量。不同地貌条件使石林的发育形态也不尽相同。
(4)石林地区的地表水和地下水的溶蚀性是石林形成的关键条件,汇水面积广,入渗条件好,水岩作用时间长,有利于石林的形成;汇水面积小,地表排泄能力强,不利于形成石林。
(5)温暖湿润的气候条件是石林形成的必要条件。只有降水量丰富,相对湿度大的气候环境才有利于石林的形成。土壤中大量的CO<,2>对石林的发育具有驱动作用;生物喀斯特侵蚀作用对石林的发育也起着十分重要的作用。
石林形成的物质基础是质纯层厚的碳酸盐岩和X共轭裂隙发育系统,石林发育的驱动力是流动的地表水和地下水,石林形成的源动力为丰沛的降水,生物作用起着促进和加速作用。上述这些因素是石林发育的必要条件,但充要条件是地形地貌,即必须是相对高度不大的(一般小于60m)低缓山丘和具有较好汇水条件的负地形和斜坡地带才能发育石林地貌。
在对永安石林的发育历史研究上,本次研究还专门采集了不同位置的钙华沉积物岩样进行了铀系法年龄测定,确定了永安石林形成历史在中更新世以来约45万年时间,比路南石林晚。并结合永安地区地质构造历史及闽江流域发育演化过程,分析得出永安石林主要是在第四纪以后随着闽江水系的形成,大湖盆地处于剥蚀环境下,伴随地壳间歇性抬升运动,石炭、二叠纪灰岩上覆岩层逐渐被风化剥蚀后形成的。
最后通过对永安石林的发育形态和形成过程分析,将喀斯特石林的发育演化过程归纳为雏形阶段、形成阶段和成熟阶段。永安石林还处于形成阶段,且还在发育过程中。