一、问题的提出
去过云台山世界地质公园和红旗渠.林虑山国家地质公园旅游的人,回来后都会产生这样一个疑问:“同在太行山东麓或南麓,为何云台山因水资源丰富成为华北地区罕见的水世界,而林州地区却因为严重缺水而建造了号称世界第八大奇迹的人工天河红旗渠”?今天,我就从地学的角度给大家科普一下其中原因。
二、云台山的水资源为什么会如此丰富
大家知道,华北地区是严重缺水地区,太行山地区更是水贵如油,位于太行山东麓的林州,为了解决严重缺水问题,创造了“人工天河”红旗渠这一世界奇迹。那么,为什么惟独云台山一带的水资源如此丰富呢?
要揭开这个谜底,就必须从太行山及云台山所处的地质构造背景、地层岩石构成谈起。
在中国大地地貌的风水学上,太行山被成为“青龙”,为什么称它为青龙呢?一个主要的原因是与构成太行山的地层岩石有关,我们知道,太行山的山基为太古宙时期形成的片岩、片麻岩、混合岩等,太行山的山体主要为寒武-奥陶纪沉积形成的石灰岩、白云岩等,石灰岩、白云岩的颜色呈灰黑色或青色,又是流水沉积形成的,而且这种岩石又一个特点,那就是溶解于水,因此,在太行山的体内,有大量的溶洞、溶孔存在,这些溶洞和溶孔内蓄存了大量的地下水,因此,太行山虽然表面缺水,但体内的水资源非常丰富,这就是“青龙”的来历。
1、太行山的地表为什么严重缺水?
由于石灰岩、白云岩中发育了大量的溶洞和裂隙,地表水渗入地下以后,很快就汇聚在地下深处的隔水层之上,导致这一地区地表严重缺水。
2、云台山水资源为什么如此丰富?
① 隔水岩层与含水岩层相间分布
云台山地区的水资源会如此丰富呢主要与它的地层岩石组合有关。云台山一带的山基为中元古界石英岩状砂岩和寒武系馒头组页岩,是隔水层;山体是寒武系和奥陶系石灰岩、白云岩,是含水层。石灰岩、白云岩中的水汇聚到馒头组页岩之上时,就会成为泉水流出地表。云台山一带的隔水层正好出露在半山腰上,成为泉水出露的密集地区。所以,这里的水资源相对其它地区就显得十分丰富。
② 构造位置正好处在太行山大背斜西翼
云台山位于太行山大背斜西翼,太行山大背斜的核部在辉县上八里-林州任村一带,总体呈南北向展布,核部的地层主要为太古宇变质岩和中元古界石英岩状砂岩,山顶有寒武系的馒头页岩和石灰岩。正是这个大背斜的存在,才使得云台山地区的石英岩状砂岩和馒头页岩等隔水层正好出露在山体的半山腰。
③ 该区域的地表汇水面积很大
云台山地区的地貌特点总体表现为山顶夷平面和深切峡谷相间分布,且山顶夷平面面积很大,甚至形成万亩草甸景观,正是这种大面积分布的山顶夷平面,为地表水的蓄存创造了条件,提供了丰富的地下水水源。
④ 隔水岩层出露的位置正好在山体的腰部
石英岩状砂岩和馒头页岩是隔水层,碳酸盐岩是含水层,地表水渗入地下,储存在含水层内,遇到隔水层的阻隔,重新以泉的形式出露地表,由于隔水层出露的位置正好在山体的腰部,导致流出地表的泉水又以瀑布的形式落入谷底,形成极为壮观的“悬泉飞瀑”景观。
⑤ 悬泉之下是紫红色石英砂岩
云台山地区,中元古界石英岩状砂岩和寒武系馒头组页岩基本出露在山体的下部,本区崖壁的总高度在200-400米之间,石英岩状砂岩和页岩一般在崖壁出露的高度可达30-100米,正是由于这种地质结构,才使云台山地区的泉水集中出露在崖壁30-100米的高度,在紫红色石英砂岩的崖壁上飞落而下,“红岩碧水”的山水画廊呈现在游客面前,谷中旅游有如仙境漫步。
三、流出红石峡谷的水到哪里去了?
去过云台山世界地质公园的游客,会久久沉迷于红石峡谷的红岩碧水美景之中,自从云台天瀑由于水源不足经常断水之后,红石峡谷无疑成为了云台山世界地质公园标志性的地学旅游景观,最重要的旅游吸引物。在红石峡谷内,游客可以体会到北国南风的强烈震撼,那红色的岩石与碧绿的水体相互交融,形成了高崖深谷、水声轰鸣,瀑泉飞泻、溪潭珠串、青苔琪树的秀丽景色,简直就是一个水世界,让人流连忘返。
但是,第一次考察红石峡谷,我就发现一个十分有趣的现象,在红石峡谷里面,水声轰鸣,瀑泉飞泻,简直就是一个水世界,而一走出红石峡谷,就是一段干枯的河道,反差巨大,那么,红石峡谷的水究竟哪去了呢?
在云台山红石峡谷的出口,由于黑龙王庙断层错断引起的地势落差和谷内流水冲出峡谷后形成瀑布的冲击,形成了一个深潭叫白龙潭。神奇的是,从红石峡谷内流出的水落入白龙潭以后就再未流出,潭的下游乃是一条干涸的河道,白龙潭就像是一个永远也盛不满的大水缸,那么,白龙潭的水究竟到哪里去了呢?现在,就让地质学家帮我们解开这个神秘的地学之谜。
① 红石峡谷的出口,是一条近东西向展布的大断层,叫黑龙王庙断层,这条断层的断距超过500米,巨大的断距,使断层两侧的地层出现显著差异,断层之南,是寒武系碳酸盐岩,断层之北,是中元古界石英砂岩。
② 由于这条断层的两侧岩性差异很大,遭受的侵蚀作用也显著不同,断层南部,岩性容易遭受风化剥蚀,地貌上表现为低山丘陵,断层北部,岩性抗风化能力强,地貌上表现为中低山;二者之间的断裂面,是高达百余米的红石崖壁。
③ 流水从红石峡谷内流出,从红石崖壁上落下,跌入断层带形成的潭内,由于断层带的节理裂隙非常发育,流水沿断层带下渗,变成地下水;断层南盘的碳酸盐岩是可溶岩,受地下水的长期溶蚀,成为地下溶洞和地下水运移的通道;
④ 在山前方庄一带,受山前断层的阻隔,部分地下水以泉的形式流出地表,更多的地下水穿过断层,成为焦作煤田方庄井田的主要供水水源。
四、同在太行山东麓或南麓,林州为什么会缺水?
提起林州盆地大家可能并不知道,但提起红旗渠一定是尽人皆知。而红旗渠的修建就是因为林州盆地“缺水”,那么,在太行山前的一系列盆地中,为什么只有林州盆地会缺水呢?这是一个地学之谜,需要从地质科学的角度来解开这个谜团。
1、太行山东南麓的水资源特点
大家知道,在南太行山的山前,分布了一系列的盆地和缓倾斜平原,这些盆地和平原由于有太行山的地表水和地下水作为供水水源源源不断的供应,大多数盆地和平原的水量极其丰富、水位埋深很浅,如济源盆地有名的泉就有99眼,焦作因地下水埋深浅而建造了龙源湖,辉县有百泉,安阳有小南海和珍珠泉,而唯独林州盆地没有水,这是为什么呢?
2、地质地理角度的诠释
从地理地形和地质结构的角度讲,林州盆地的缺水与他西侧的太行大峡谷和大峡谷两侧山体的岩石构成有关。
在林州盆地的西侧有一条细长的、南北走向的山脉,这条山脉的西部就是太行大峡谷,大峡谷的西部才是太行山的主体,在太行山的主体部分,顶部有大面积的、厚达数百米的石灰岩分布,这些石灰岩就像一个大水库把地表水储存到山体内,然后又呈泉水的形式流出地表,从各个支谷汇入大峡谷,因此,在大峡谷西侧的支谷内并不缺水,那里飞瀑流泉、涧溪碧潭星罗棋布,风景优美。
而大峡谷的东侧山体主要是石英砂岩,加之山体狭窄,严重缺水,呈现出荒山秃岭的景象。因为太行山主体流出的地表水和地下水都沿着太行大峡谷流到了漳河,而东部的林州盆地是一个向东倾斜的盆地,东部山体的水流不过来,西部山体又没有水,由于没有水源的供给,盆地内自然就没有水了。
这就是云台山水资源为什么丰富和林州盆地缺水的原因,你理解了吗?