利用等高线分维—高程曲线确定岩溶台面高程的方法探讨

1、利用等高线分维高程曲线确定岩溶台面高程的方法探讨第l3卷第1期1994年3月中国岩溶CARSOLOGICASINICA.撼,一s81概述利用等高线分维一高程曲线确定岩溶台面高程的方法探胡章喜沈继方(上海市隧道工程谩计院浦东分院)(中目地质大学?武汉)提要传坑确实定岩溶台面的方法是定性的,因而往往有争议?作为台面高程的峰疆面通常并非平坦地面,这也路客观定量地确定台面高程带来困难.本文基干等高线的舟形特征,提出根据等高线的分维一高程曲线确定岩溶台面高程.实例研究韧步说明,这是一种简便可行的定量方法.糊词墅骂褓峨岩溶台面是可溶岩分布区在一定岩溶发育期,岩溶水以水平溶蚀和河流侧蚀作用而形在通常以残留河

2、流相沉积物,特别是砾石层为佐证,并以台面上残留的峰顶高程为台面高程.(图1).野外调查说明,残留于台面上的峰体由于分异作用其顶部高程往往参差不齐,而且,不同台面之间是过渡变化的,并不存在理想的平坦地面(图2),河流沉积物分布范围也很有限,在地质历史中未必能保存下来.本文针对这一问题,通过实例探讨运用等高线的分维1葛程曲线划分和确定台面高程的方法.2单一岩溶作用期内等高线分维曲线2-l映该高程附-匠的地貌特征,因此定范围内的等高线集合就反映了地貌体的总体特征,等中国地质大学(武汉)水工系,长江水利委员会三峡区勘察大队湖北清江中下蝣岩溶研究报旨1991.第作者简舟:胡章喜,男,25岁tl帅0年毕业

3、于上海同济大学地下建筑与讲中国岩溶第13卷20001BO0EJ200掣馆8O04000Sl圈1FiglKarstdenudationplanemouldinmiddlcandlowerQingjiangRivercatchmentca)(b】囝2岩溶台面的理论模式(a)与实际模式(b)Fig2Theoretical(a)andac3.ual(b)mouldsofkantdenudationplane征(图3).以鄂西岩溶区一台地岩溶地貌小区为例.用一网覆盖法计算了1400ln.1460m,1500m,1540m四条等高线的盒分维,并据此作分维一高程DA一日关系曲线(图4),计算过程及曲线形态说

4、明:(1)等高线具有良好的自相似分形特征,其维数般为非整数,不同高程等高线分维值不同胡章喜.岩涪系统分形研见:中国地质大学(武汉)水工系硕士学位沦文.1993,6.第1期胡章喜等:利用等高线分维一高程曲线确定岩溶台面高程的方法探讨I10e图3等高线的分形特征Thefractalcharacterot'cntourlineDh圈4单岩溶期Dh一计算曲线kamtificationstage(2)等高线的分维一高程曲线为钟形曲线,表现为中间大两头小的特征.上部等高线接近原始地面,低分维长期岩溶作用下仅有少数峰体在这一高度被保存中间的高分维代表了该高程峰体规模悬殊最大,高度也参差不齐,等高线形

5、态最复杂;底此,D曰曲线性态反映了不同高程岩溶作用的程度和特点.D曰曲线是一静态的状态曲线,在匕述分析根底上将图4计算曲线外推,可得到从屠面到新基准面之间的个完整岩溶作用期内的D理论曲线(图5).3运用D曲线确定岩溶台面高程3.1多期岩溶地貌的D理论曲线及台面高程确实定上面获得了单岩溶作用期内的DhH曲线.从岩溶演化过程不难推断"?",多期岩溶地貌的D关系曲线应该是单岩溶作用期内D-日曲线的连接与叠加(图6).岩溶台面的高程应该高于现存的峰顶高程,因此,根据不同地点的峰顶高程确定岩溶台面高程存在系统偏差,对于不存在理想峰顶面地区台面确实定就更加困难.但是,如果多期岩溶地貌确

6、实存在图6所示的曲线性态,那么据此确定台面及其高程将是十分方便的,即将曲线极小点所对应的高程作为台面高程,用极小点的个数确定台面的级觌为验证谚去及理论曲线的合理性,以鄂西岩溶区白果坝岩溶系统为例进行分析.中国岩溶第l3卷幂枯地面岩溶台面新基准面圈5单一岩溶期D一理论曲线圉6多期岩溶地貌的Dh理论曲线Fig5TheoreticalDhHcurveofsingleka.rstcatiortstageFig6Theoretical,Oh一日curveofmultiple'-stageshrscgeomorphology白果坝岩溶系统位于湖北省清江上游恩旖附近白果坝背斜核部寒武,奥陶系碳酸盐岩

7、地层出露区(图7),北,西,南三面为志留系碎屑岩圈闭,东面与地势相对低洼的恩施盆地以断层相接.图7Fig7ComplexgeologicalmapofBaiguobalmrstsystem层;IO暗河或伏流:l1地貌统计区范围.第1期胡章喜等:利用等高线分维一高程曲线确定岩溶台面高程的方法探讨49系统内的碳酸盐岩为灰岩,白云岩以及二者之间的过渡类型,具有质纯层厚的特点,可溶度高;岩性组合上为巨厚型,碳酸盐岩连续厚度近千米,没有非碳酸岩夹层-构造上表现为舒缓背斜,地层倾角般小于30.,主要断裂构造有两组,即沿斜轴向的纵张断裂和与之垂直的横张断层.区域旗料说明本区为新构造活动区,曾经历屡次构造抬研

8、究区地形陡峻,沟谷深切,发育多期岩溶地貌.最顶峰顶高程1749m,位于背斜核部,沿褶皱轴向地形变化平缓,垂直轴阿贝9起伏强烈,其地貌轮廓主要受两条近轴向的岩溶槽谷切割控制.位于核部的茅坝槽谷,谷底高程为12001300m,靠东南翼的白果坝槽谷谷底标高为800-1000m,沿该槽谷发育现代暗河系统,成为区内岩溶水集中运动和排泄场所,也使得该槽谷范围内成为现代岩溶作用活泼地带而处于高处的茅坝槽爸完全为于谷,仅雨季汇水,而且槽谷出口高程与现代排泄基准不适应,应是早期形成的古槽谷.两槽谷间的台地匕分布着多种岩溶地貌形态,地形呈过渡变化,不存在峰顶平面及相关河流沉积物,区域'.报告曾认为二槽谷之

9、间存在两级岩溶5o0口口台面,但尚缺乏有力证据,而且台面.O0具体的高程更是无法定量确息3.2.2D何计算曲线'.在系统中取块地貌形态典型的'小区,计算1540,1500,1460,nn01400,1300,1200,1100,1000,900m共9条等高线的分维值,并据O0由此认的11004结语通过文中的实例分析I说明根据等嘀线的分牲一高陧曲线确定昔溶台面的=隹确撤的,是一种简便可行的方法.但是'在运用樾日拙物睛醒地认识到,岩灌朝i期此,该方法的应用必须以对研究区地质条件深入分析为根底,小点与台面一一对立,可能会得到不切实际的结幕中国岩溶第13卷参考文献2Benoit

10、B.MandelbrotThefratalgeometryofmttme.W.H.FreemanandCompany,SanFBco,19833李后强,程光锇.分形与分维四川教育出朊i土'19905WhiteBB.Geomorpholo8yandhydrologyofkarstterraim.Oxford,1988M咖oDoFDETERMININGTHEALTITUDEoFKARSTHuZbangxi(ShanghaiTunnelEngfneeringDesignIute,J甾Branch)ShenJifang(ChinaUnersityofGeosciences,Wuhan)AbstractThetraditionalmethodofdeterminingthealtitudeofkarstdenudationplaneisqualitive,andtherefor,debatable.Thepeakclimaxplaneisoftennotaflatplane,whichDh-Hcurveofcontourlineispresentedbasedoni