喀斯特(KARST)是指具有溶蝕力的水對(duì)可溶性巖石(碳酸鹽巖、白云巖、石膏和巖鹽等)進(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為主,流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機(jī)械作用為輔所形成的地表和地下形態(tài)的總稱,在我國(guó)又被稱為巖溶??λ固胤植荚谌蚍秶鷥?nèi),覆蓋了約15%的陸地面積,世界上最大的喀斯特地區(qū)之一位于中國(guó)西南部,占地約540000 km2,以廣西、云南、貴州為主。由于特殊的地質(zhì)背景和氣候條件,喀斯特地區(qū)成土能力低,土層淺薄且分散;地表地下二元結(jié)構(gòu),地表水大量滲漏;植物以石生、旱生為特征,植被覆蓋率低[1-2]。
圖1 喀斯特地表地下二元結(jié)構(gòu)
根據(jù)不同的條件,可將喀斯特劃分為不同的類型。首先按出露條件可分為裸露型喀斯特、覆蓋型喀斯特、埋藏型喀斯特;如果根據(jù)氣候條件劃分的話則是熱帶喀斯特、亞熱帶喀斯特、溫帶喀斯特、寒帶喀斯特、干旱區(qū)喀斯特;我們常常根據(jù)其巖性特征分為石灰?guī)r喀斯特、白云巖喀斯特、石膏喀斯特、鹽喀斯特。而石灰?guī)r和白云巖是喀斯特地區(qū)兩種分布較廣且常見(jiàn)的巖性[3]。白云巖、石灰?guī)r都是沉積巖,是在地表常溫、常壓條件下,由風(fēng)化物質(zhì)、火山碎屑、有機(jī)物 及少量宇宙物質(zhì)經(jīng)搬運(yùn)、沉積和成巖作用形成的層狀巖石,屬于碳酸鹽巖大類[4-5]。在野外調(diào)查工作中,我們常常需要根據(jù)其巖性來(lái)了解該地區(qū)的土壤性質(zhì)及植被分布特征。在野外如何快速準(zhǔn)確鑒別石灰?guī)r和白云巖一直都是個(gè)難題,我們?nèi)绾螀^(qū)分喀斯特地區(qū)白云巖和石灰?guī)r呢?以下簡(jiǎn)單介紹幾種方法[6-8]:
(1)外觀
石灰?guī)r溶蝕比較均勻,溶蝕面很平整光滑,很多地段形成弧形面,風(fēng)化面為平滑狀及“雨痕”狀(圖2);白云巖的溶解面很不平整,局部地段白云石溶解速度小于方解石的速度,形成凹凸不平溶蝕面,風(fēng)化面常有白云石粉及縱橫交叉的刀砍狀溶溝(圖3),在風(fēng)化崩裂或擠壓下容易形成近似等軸狀尖銳棱角的小塊。另外,純灰?guī)r斷口為貝殼狀,石灰質(zhì)白云巖斷口不平。
圖2 石灰?guī)r風(fēng)化面雨痕式溶痕 圖3 白云巖刀砍狀溶溝
(2)顏色
石灰?guī)r是一種以方解石為主要組分的碳酸鹽巖,巖石露頭于節(jié)理中,由方解石充填,常混入有粘土礦物和碎屑礦物等雜質(zhì),在石灰?guī)r地區(qū),溶解在溶液中的碳酸鈣在適宜的條件下沉淀出方解石,從而形成各種奇特壯觀的溶洞、石鐘乳、石筍、石幔和石柱。白云巖主要由白云石組成,常混入石英、長(zhǎng)石、方解石和粘土礦物。純凈的石灰?guī)r表面顏色為灰、灰白等淺色,類似鴨蛋色,而含有機(jī)質(zhì)多的石灰?guī)r呈灰黑色。而白云巖表面顏色一般呈灰白色,少見(jiàn)為淺灰-白色。單從顏色上很難準(zhǔn)確對(duì)其判斷,想要更準(zhǔn)確的區(qū)分,還需要結(jié)合其它特征。
(3)硬度
一般情況下,石灰?guī)r的體積密度為2.71g/cm3,摩氏硬度在3-4之間,光電吸收截面指數(shù)為5.08。白云巖的體積密度為2.87g/cm3,摩氏硬度在3.5-5,光電吸收截面指數(shù)為3.14。石灰?guī)r相對(duì)性脆,硬度小,用鐵器易劃出擦痕。
(4)鹽酸滴定
石灰?guī)r主要由方解石(CaCO3)組成,其主要化學(xué)成分是碳酸鈣,白云巖主要由白云石(CaMg(CO3))2組成,主要化學(xué)成分是碳酸鈣和碳酸鎂。因此,用5%的稀鹽酸滴在石灰?guī)r巖石的新鮮表面,石灰?guī)r會(huì)劇烈起泡,相反,白云巖遇酸緩慢起泡或不起泡,并慢慢溶解。
總之,在實(shí)際鑒定中,往往需要綜合多種鑒別標(biāo)志來(lái)使結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。當(dāng)然,對(duì)于一些無(wú)法區(qū)分或者是關(guān)于白云巖與石灰?guī)r的過(guò)渡巖石可通過(guò)電鏡下判斷,通過(guò)分析其組成成分,晶型等很容易做出判斷。
參考文獻(xiàn):
[1] 王克林, 2001. 生態(tài)脆弱區(qū)域農(nóng)業(yè)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展策略. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 9(3), 86-88.
[2] 王世杰, 2003. 喀斯特石漠化--中國(guó)西南最嚴(yán)重的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題. 礦物巖石地球化學(xué)通報(bào) 22(2), 120-126.
[3] 宋賢威, 高 揚(yáng), 溫學(xué)發(fā), 郭大立, 于貴瑞, 何念鵬, 張進(jìn)忠, 2016. 中國(guó)喀斯特關(guān)鍵帶巖石風(fēng)化碳匯評(píng)估及其生態(tài)服務(wù)功能. 地理學(xué)報(bào) 71(11), 1926-1938.
[4] 業(yè)治錚, 孟祥化, 何起祥, 1964. 石灰?guī)r的結(jié)構(gòu)——成因分類. 地質(zhì)論評(píng) 22(5), 378-386.
[5] 韓林, 2006. 白云巖成因分類的研究現(xiàn)狀及相關(guān)發(fā)展趨勢(shì). 中國(guó)西部油氣地質(zhì) 2(4), 400-406.
[6] 石鳳山, 2012. 野外鑒別石灰?guī)r與白云巖的簡(jiǎn)易方法以及其對(duì)找礦的意義. 科技信息.
[7] 孟繁賀, 米德才, 陳云生, 2015. 石灰?guī)r與白云巖巖溶發(fā)育特征淺析. 橋隧工程 4, 43-45.
[8] 賈申, 喻理飛, 2010. 喀斯特石漠化區(qū)石灰?guī)r與白云巖土壤理化性質(zhì)分析——以貴州興義市為例. 貴州科學(xué) 28(3), 29-33.