罗曼蒂克123
夏日元1，2，罗伟权1，2，唐建生1，2，李兆林1，2
（1.中国地质大学（北京），北京100083；2.中国地质科学院岩溶地质研究所，桂林 541004）
作者简介：夏日元（1963—），研究员，岩溶资源与环境研究中心主任，长期从事岩溶水资源和生态环境调查研究工作。
摘要：针对桂中峰林平原岩溶区水资源环境特点，提出了“挖井钻孔、节水灌溉与发展高效农业”相结合的水资源可持续利用模式。即挖井钻孔，建设抽水型地下调节水库，解决区域性干旱问题；节水灌溉，发展节水型生态农业，提高取水和供水经济效益；调整用地结构，水资源调蓄—高效种植—高效养殖—生态建设相结合。水资源开发有四方面具体措施：①碎屑岩补给区兴建山塘联合水库，解决城镇供水问题；②寻找径流带打机井，解决分散居民供水问题；③挖大口井开发表层岩溶系统地下水，解决农业灌溉用水问题；④地下水溢出带修建排涝和供水渠网，供水与防涝相结合。
关键词：水资源；可持续利用；峰林平原；桂中
桂中峰林平原岩溶区主要分布于广西中部和东北部，涉及约20个岩溶县（市），总体特征为：地形平坦，耕地连片，地下水埋藏浅，水资源和光热资源丰富，是岩溶区不可多得的农业基地。本文以广西宾阳县新埠江流域为例，在1/5万水文地质和环境地质调查的基础上，在考虑水资源开发利用与生态建设和经济发展相结合原则的前提下，进行了岩溶水资源综合开发利用规划，提出了不同岩溶环境类型区水资源开发利用方式和具体措施。并通过示范，实现了以水资源的可持续利用，支持当地社会经济的可持续发展。
1 水资源环境特征
（1）地质条件。区内出露的地层有寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系、白垩系和第四系。以碳酸盐岩岩性为主，其分布面积占流域总面积的75%，碎屑岩分布于边缘地带。褶皱宽缓，地层产状平缓；断裂构造偏少，主要有北东向发育的4条断裂带，它们切断了向斜翼部地层，使泥盆系—石炭系的碳酸盐岩地层呈叠瓦状重复出现。这些特征控制了区内岩溶发育和水资源分布的总体格局。
（2）地形地貌及耕地资源条件。碎屑岩组成的地貌多为中高山，标高200～300m，最高峰为673m；碳酸盐岩区则为典型的孤峰、残峰溶蚀平原，标高90～105m，地势平缓开阔。土层厚度0～10m。耕地面积占土地总面积的15%～20%，其中水田占耕地的60%～70%，旱地占耕地的30%～40%。人均耕地0.08hm2左右，高于西南岩溶区平均水平。
（3）土壤特性。由于渗漏、淋溶作用强，致使土壤结构疏松，涵水、保肥能力差，调节功能弱，土壤养分流失严重。有机质含量一般小于1%～2%，土地瘦瘠，低产田地多。
（4）岩溶发育特征。岩溶发育强烈，裸露区石山峰体上多见有数层溶洞，脚洞、侧洞、穿洞和岩溶泉较为普遍；覆盖区溶蚀—堆积残丘平原上，表层岩溶系统的岩溶化极强，漏斗、竖井、落水洞、地下河天窗、溶洞和地下河管道等构成物质与能量迅速渗漏转移的复杂介质结构；局部地势较低部位常形成宽而浅的洼地，石芽、“石海”遍布。
（5）水文地质条件。地表除水系干流外，多无常年性水流。碎屑岩地区和峰丛山区为地下水的补给区，峰林平原为径流区，孤峰平原则为溢出带。地下浅部水位变动带附近横向洞穴比较发育，溶隙比较均一。地下水以分散的水平运动为主，水力坡度缓，具有基本统一的潜水位；饱水带发育岩溶地下河系统，一般汇水面积较大，以集中排泄为主，非均一性强；大气降水、地表水和地下水交替强烈，地下水动态不稳定；地下水埋藏较浅，枯季水位埋深10～30m，雨季仅数米甚至溢出地表。
（6）干旱缺水状况。降水时空分布不均，农作物需水高峰期（4～5月和9～10月）降雨量偏少，旱灾频繁。据多年资料统计，春旱出现频率为25.9%，秋旱频率为19.1%。水利设施不足，地表水利工程所需投资大、运行成本高，地下水开发利用率仅有20%～30%，耕地有效灌溉面积仅占50%左右。流域内年平均受旱面积达60万hm2，平均每年减收粮食18.34万t，减收甘蔗55.41万t，经济损失超过10亿元。黎塘镇有647hm2水田因缺水而改为旱田，每年缺水量为340万m3；和吉镇51个自然村中尚有43个自然村和镇政府所在地饮水未解决，2003年全镇种植甘蔗1800hm2，因干旱枯死近667hm2。
（7）开采地下水引起了岩溶塌陷等环境地质问题。黎塘城区目前开采地下水的单位51家，日开采地下水量4.0万m3，高峰期7.2万m3，枯水期地下水超采量3万m3/d。因超采地下水引起岩溶塌陷320多处，波及面广，危及建筑物及人身安全。
2 水资源可持续利用模式与措施
由上所述，水资源是制约桂中岩溶地区社会和经济发展的关键要素，水资源的有效利用，总体应采取联合调控的方式，水资源开发—节水利用—产业结构调整—生态建设相结合，即采取“挖井钻孔、节水灌溉与发展高效农业”模式。
2.1 挖井钻孔，建设抽水型地下调节水库，解决区域性干旱问题
该类型区开挖大口径井和钻井建机井的条件比较有利，开发投资少、周期短、取水成本低。抽水型地下调节水库的基本原理为：利用峰林平原浅层岩溶化强、储水性和透水性好的特点，在农作物需水的干旱季节过量开采中深层地下水，形成调节空库容，雨季来临后通过天然入渗而恢复地下库容。
根据新埠江流域水资源分布规律和开发现状，区内不同岩溶环境类型区水资源开发利用具体措施（图1）为：
图1 新埠江流域水资源综合开发利用规划图
1—流域边界；2—地表水系；3—地下河；4—分区界线；5—地下水开发利用点；6—兴建山塘联合水库区；7—打机井开发径流带地下水和挖大口井开发表层岩溶系统地下水区；8—修建排涝和供水渠网和挖大口井开发表层岩溶系统地下水区；9—打机井、挖大口井和供水渠网综合开发区
（1）碎屑岩补给区兴建山塘联合水库，解决城镇供水问题。黎塘镇现有居民20多万人，主要以地下水和新埠江为供水水源地。由于抽取地下水引起了岩溶塌陷等一系列地质灾害和水质污染问题，已经进行了控制开采。而东南部碎屑岩区，原有6处小山塘水库，未能有效利用。该区距黎塘镇仅2～3km，地势高出60～80m，供水条件较好。故将原山塘水库扩建并串联成联合水库，增大库容和供水能力，作为黎塘城镇居民供水水源。
（2）寻找径流带打机井，解决分散居民供水问题。流域内村民居住较为分散，一般3～4km有一个自然村，每个村200～400人。原居民饮用水源为地表低洼水塘和少量大口井，旱季干枯，农田和生活污染严重，水量和水质均得不到保证。区内泥盆系下统（D3）和石炭系下统（C3）岩性较纯，发育有富水性较好的条带状蓄水构造，在岩性接触带和断裂部位形成了地下径流带或地下河，从而具备了打深井供水的条件。可采取在分散自然村每个村打1口机井，集中供应饮用水。井深一般60～80m，水质较好；井间距3～4km，不会引起大面积水位下降及地质灾害问题。
（3）挖大口井开发表层岩溶系统地下水，解决农业灌溉用水问题。区内碳酸盐岩之上土层覆盖厚度0～10m，在土岩接触带附近及其下10m范围内存在一个岩溶发育相对较强的岩溶带，岩溶形态以溶沟、溶槽和溶蚀裂隙为主，赋存有地下水，但储水量不大。可采取打浅井和开挖大口井方式，分散利用此类水资源。井深一般10～20m，井间距50～100m。由于流域内地表水利设施不完善，无供水渠网，采取该方式开发表层岩溶系统地下水，可有效解决农业灌溉用水问题，而且成本低，带来的环境问题少。
（4）地下水溢出带修建排涝和供水渠网，供水与防涝相结合。峰林平原岩溶区地下水溢出排泄带一带，由于地势低洼，雨季地下水位一般上升到地表，产生洪涝灾害，淹没农田；而旱季地下水位又迅速下降，造成干旱缺水。此类地区宜进行农田改造，修建蓄水池塘、开挖大口井、开挖排洪沟与建设供水渠网相结合，从而既解决防洪排涝问题，又解决干旱缺水问题。
2.2 节水灌溉，发展节水型生态农业，提高取水和供水经济效益
水资源的有效利用不仅要在源头上寻找水源，合理开发，而且要在利用方式上进行攻关，提高水资源利用率。具体措施有：采取喷灌、滴灌、移动式灌溉等节水灌溉技术；进行土壤持水能力改良，包括生物蓄水保肥和保水技术，引进需水量少的高效、优质品种等，增强抗旱、减灾能力；进行产业化开发，提高取水和供水经济效益。
2.3 调整用地结构，水资源调蓄—高效种植—高效养殖—生态建设相结合
包括改良水资源和土资源配置关系，调整用地结构，扩大经济果林面积；合理调整农业产业结构，减少高耗水作物种植面积，扩大高效旱作如瓜果、蔬菜、药材等经济作物的种植面积；营造生态经济林，提高森林覆盖率和涵养水源功能，治理水土流失和石漠化，改善平原区小气候等。
3 示范成果
（1）饮用水方面。通过详细调查水文地质条件，并开展地球物理探测工作，确定了流域内可以供水的优选井位。在和吉乡的伶俐、巴窄等6个村已实施了钻探成井，村民用上了自来水，三六、大吉等村的井位也已确定。和吉乡政府所在地，由于处于地势较高的分水岭和石炭系弱含水带部位，饮用水长期未能解决，居民用水依靠用车到十多公里以外拉水。本次研究通过反复调查和勘探，发现了溶蚀裂隙型含水层，打成了1口供水井，出水量360m3/d，解决了长期缺水问题。
（2）表层岩溶系统地下水开发方面。在黎塘镇谢村桥美示范区，开挖岩溶浅井6个，井深10～20m，在土岩接触带附近和基岩顶部岩溶强风化带获得了可以供水的含水层。实现保水灌溉面积约233hm2，大大改善农业生产条件。
（3）发展节水型生态农业方面。在黎塘镇谢村桥美建成了以蔬菜为主的高效农业基地，面积达约167hm2。其内铺设节水灌溉输水管9240m，开展固定式喷灌试验约33hm2，管灌约27hm2，移动式喷灌约107hm2，实现了水资源的高效利用。
（4）调整用地和产业结构方面。引种早熟品种无核黄皮和大果枇杷约26hm2，火龙果约13hm2，甜瓜约13hm2；连片种植牧草约15hm2，在河边、村边等闲荒地分散种植6.7hm2，建良种牛养殖场2个，开展了岩溶区种草养殖业试验。
通过上述措施，不仅解决了饮用水和农业灌溉用水问题，增强了防旱抗旱能力，而且促进了农民增产增收和生态环境的良性循环。桥美示范区蔬菜总产值达1300多万元，增收20%～30%；火龙果已进入挂果期，每公顷收益达1.5万元；萝卜每公顷产量由过去的3万kg提高到现在的5.25万～7.5万kg，年产值达235万元，增收125万元。
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可可奈美
由于桂林晚白垩世的红色钙质泥岩为古溶蚀残余成土作用的产物再固结而成，且其特征表明，晚白垩世桂林的石灰上已演化到棕色—红色石灰土阶段。因此，从其特征、形成条件及形成过程等方面，探讨其当时的岩溶环境及岩溶发育特征具有一定的地质意义。
5.4.3.1气候环境
从棕色—红色石灰土的区域分布特征分析，桂林晚白垩世应处于热—亚热带以湿热为主的气候环境，目前，地质学界普遍认为，红层就是干旱气候环境的产物，特别是当其中含有或夹有蒸发岩时，更不用多说。桂林残存有晚白垩世的红色岩溶建造，其中有个别属于干旱气候下生长的植物种类的孢粉化石，故有人推断桂林晚白垩世为炎热、干旱的气候环境。
土壤学研究结果表明，尽管石灰土是一种非地带性土壤，但由于它的形成主要是碳酸盐岩遭受化学淋溶的结果，故其形成与分布受生物气候带的影响而表现出一定的地带性特征。如目前所见棕色—红色石灰土主要分布在热带、亚热带地区（表5.12）。该区由于受季风气候的影响，一般都具有高温多雨，干湿季节交替，但以湿热为主的特点。因此，目前普遍认为，产于碳酸盐岩风化壳中的棕色—红色石灰土主要是热带—亚热带地区比较湿润炎热气候条件下化学溶蚀作用的产物。由于红色石灰土常分布于地形平缓的碳酸盐岩古风化壳上，因而常认为其形成历史悠久，受古气候的影响较深刻。但是，这种古气候也是以湿热为主的，例如，孙殿卿先生曾指出[21]，大姑-庐山间冰期是“重要的红壤化作用时期，潮湿炎热的气候影响全国，广大地区产生红土风化壳，成为本间冰期的一个重要标志层”。又如在我国北方部分碳酸盐岩地区，可见不连续分布的红色风化壳。对于这种现象，田级生认为是第四纪更新世第Ⅰ、Ⅱ间冰期间的湿热气候条件下碳酸盐岩溶蚀与风化的结果[22]。
另一方面，红壤化及铁的地球化学性状和转化条件的深入研究，明确了低价的亚铁只能在有水介质的条件下，才能完成向高价氧化铁的转变，而湿热是实现这种转变的良好气候条件。
由于桂林晚白垩世的红色钙质泥岩的物质组成为古棕色—红色石灰土，因此，桂林晚白垩世应处于热—亚热带以湿热为主的气候环境。钙质泥岩中的微体古占生物化石组合以显示温湿、湿热气候的植物孢粉化石为优势，以及具有粒序层、纹层等流水标志，也是佐证。此外，桂林目前在白垩纪的岩溶建造中尚未发现蒸发岩也可示为例证。虽然邻近地区如广东、广西南部、湖南等地的一些中、新生代盆地中的白垩系中夹有一些膏盐层，但是大多层薄，分布零星或为脉状、次生纤维状等次生类型[23]，故只能反映盆地在其沉积成岩过程中曾处于一个短暂的干旱气候环境，而不能用作恢复长时期内的区域古气候环境的主要指标。
5.4.3.2红色钙质泥岩的沉积堆积环境
从棕色—红色石灰土的成土特点及条件分析，桂林晚白垩世的沉积堆积环境是以小型的山间盆地、岩溶—断陷盆地，岩溶洼地为主。桂林晚白垩世的红色岩溶建造，目前所见的残存露头虽然在平面上零星散布，但范围却很广，常见断续分布。垂向上，高可达海拔580m的猴山顶，低可至海平面附近的李家村钻孔中均可见及。由于这种平面上分布的广泛性和垂向上分布的差异性，因而易被误认为桂林在晚白垩世的红层沉积覆盖了所有的岩溶地形，包括目前海拔300～600m的地区均曾被覆盖。据红色石灰土的成土特点及成土条件分析，表明桂林在晚白垩世期间要形成如此大面积的巨厚红层覆盖是比较困难的。
从前述碳酸盐岩的溶蚀残余成土作用可知，碳酸盐岩的成土特点之一，就是形成的土壤数量很少。因此，一般认为，若没有稳定的大地构造环境，没有巨厚的母岩以提供成土物质来源，以及长时间的湿热气候条件，要在高耸的碳酸盐岩峰体上，形成较厚的红色风化壳是难以想象的。虽然从前面的讨论中已知，主要成土时期可达1.2亿年（J—K），其中经历时间约为2400万年的桂林晚白垩世，主要以湿热的气候条件为主，表明该区当时具备形成较厚的红色风化壳的气候与时间的条件，然而，进一步的分析则表明，构造条件及岩石条件却难以满足。
首先，从构造条件上分析，在白垩纪时期，由于燕山运动的影响，桂林多期次的断裂构造活动较为强烈，并伴随有断块升降。其结果虽有利于岩溶水的垂直下渗对岩石产生淋溶，但由于其活动性强，致使水文地质条件时常发生变化而不能形成稳定的岩溶和成土环境。目前所见残存的晚白垩世的红色岩溶建造露头面积小，多沿断裂构造发展，并以重力坍塌、坡麓堆积的溶积钙砾岩为主（75%左右）即是佐证。
其次，从岩石条件分析，桂林晚白垩世的红色岩溶建造中的角砾成分主要是碳酸盐岩，表明该建造的物质来源主要是就地或近源的碳酸盐岩。若取晚白垩世的红色钙质泥岩中不溶物的总含量为70.11%（据表5.13），其容重为2.51t/m3[5]，应用5.4.1.1的公式，可粗略地算出每形成1m厚的钙质泥岩，就需要溶蚀66.94m厚的碳酸盐岩。若考虑红色岩溶建造是由溶积钙砾岩、溶积钙屑灰岩和溶积钙质泥岩组成，其中钙质泥岩以及砾岩和钙屑灰岩中的钙铁泥质胶结物仅占该建造中的25%左右，则可大致估算出每形成1m厚的红色岩溶建造，也需溶蚀约17m厚的碳酸盐岩。照此推算，如果要在整个桂林形成厚约100m的晚白垩世红色岩溶建造的覆盖层，就需要风化、溶蚀约1700m厚的碳酸盐岩，其中还不包括形成建造中角砾所需的碳酸盐岩的厚度。桂林附近从中泥盆统东岗岭组至下石炭统的碳酸盐岩，目前测出的最大厚度约为2000m，如果晚白垩世已剥蚀掉了如此厚度的碳酸盐岩，则桂林的碳酸盐岩就应当已被剥蚀殆尽了。然而，目前桂林大面积出露的仍为上古生界的碳酸盐岩，所见晚白垩世的红色岩溶建造分别与下石炭统和中、上泥盆统的碳酸盐岩呈岩溶不整合接触，这不仅说明其沉积-堆积地形本身是起伏不平的，同时说明古成土时期的剥蚀厚度不可能有那么大。
从上述诸条件分析，桂林在晚白垩世不可能形成大面积的、巨厚的红色岩溶建造覆盖层。从前述红色岩溶建造的产状及结构构造等特征，表明当时的沉积环境主要是一些小型的古山间盆地、岩溶－断陷盆地、岩溶洼地，洞穴。岩溶断陷盆地由于受断裂构造作用影响，下陷幅度较大，是周围溶蚀残余物质的中心聚集地，故其中沉积-堆积物的厚度较大。如潭南岩溶断陷盆地中就发育了总厚为180m左右的晚白垩世的红色岩溶建造，自下而上分别为砾岩（>100m）和泥岩（70余米，未见顶）。我们通过研究红色岩溶建造的岩石结构构造、组分特征、层组类型、产状特征等，探讨其形成环境，认为可划分为五个微（亚）相[5]，即：岩溶盆（坳）谷地、岩溶断（坳）陷谷地、岩溶坡麓、岩溶洼（凹）地-溶斗、岩溶洞穴－缝隙。
5.4.3.3古地貌组合类型
从棕色—红色石灰土的形成过程及展布规律分析，桂林晚白垩世岩溶发育，以峰丛洼地为主要的地貌组合类型。由于红层常被认为是干旱、炎热气候的产物，而桂林又残存有晚白垩世的红色岩溶建造，故有人认为桂林在晚白垩世岩溶发育速度放慢了。然而，从碳酸盐岩成土过程及其土壤的展布规律分析，晚白垩世应是中生代期间岩溶发育最强烈的一个时期。
据土壤学家的研究，不同亚类的石灰土，其所经历的溶蚀、风化程度是不同的。从黑色→棕色→红色石灰土，云母类矿物的脱钾作用逐渐加深（表5.14）；粘土矿物的含量逐渐增大。这些均表明石灰岩中不溶残余物质所遭受的化学风化作用从黑色→棕色→红色石灰土是逐渐加强的，从而也说明棕色—红色石灰土所遭受的风化作用时间最长，是碳酸盐岩溶蚀残余成土作用过程中接近终端的产物。因此，桂林残存的晚白垩世的红色岩溶建造非但不是岩溶发育速度变慢的证据，反而可作为该区在晚白垩世岩溶发育强烈的依据之一。
土壤学家的研究还表明，石灰土的发育和岩溶地形的发展有着密切的关系，不同的石灰土类型反映不同的岩溶地貌形态（表5.12）。从前述已知，桂林晚白垩世形成的石灰土以棕色类为主，局部有红色石灰土，因此，从表5.2及钙质泥岩的分布特征可推知，桂林在晚白垩世的岩溶地貌形态组合以峰丛洼地为主，局部岩溶水汇水地带发育小面积的峰林平原和岩溶盆地。这也从另一个侧面表明上一节中关于沉积环境以小型盆、洼为主的推论是可信的。
另外，石灰土的分布规律也给我们这样一些启示，晚白垩世的红色钙质泥岩尽管其现在分布标高不同，但其形成时均应是在相对低洼之处，如坡脚、洼（谷）地、溶隙、溶洞等。这可从相当多的红色岩溶建造中出现规模不大的粒序层、纹层，以及其所含的CaO,MgO数量较高等现象得到证明。
可能有人还会提出这样的问题，既然这些红色岩溶建造形成时应处于低洼之处，为什么现在反而常见于山顶呢？这是由于岩溶建造是由碳酸盐岩溶蚀风化残余物所组成，故其成岩后与其周围构成正向地形的碳酸盐岩一同经历岩溶作用时，溶蚀速率自然要比周围碳酸盐岩的小，最终导致正负地形的相互转化。例如，据刘尚仁等人的最新研究[24]，广东很多处于断陷或坳陷盆地中的白垩纪红层，如罗定群、南雄群和丹霞群，系距今1亿年前后由盆地周围的石灰岩丘陵山地提供大量的石灰岩砾石和富钙溶液所形成。这种红层岩溶地貌的基本特征虽与一般石灰岩类似，但总体来看，要比一般石灰岩类的岩溶发育差。因而，随着长期的溶蚀，风化作用，正向的碳酸盐岩峰体就逐渐演化成负向的岩溶洼地，而相邻的由红色岩溶建造覆盖的洼地，有的由于受到红色岩溶建造的保护，遭受的溶蚀作用较弱，则逐渐演化成正向的峰体（图5.19）。此外，沿盆、洼地边缘的断裂而产生的差异升降，也有可能使产于盆、洼地中的红色岩溶建造抬升形成山峰。由于晚白垩世的红色岩溶建造的产状与岩溶地貌的演化之间存在着这样的一种演变关系，故在用红色岩溶建造恢复古岩溶地貌，探讨岩溶发育规律时，决不能简单从事，而应进行历史的和动态分析。
图5.19 晚白垩世的红色岩溶建造出露位置（产状）与岩溶地貌演化关系示意图
1.D2d-C1碳酸盐岩；2.K2红色岩溶建造；3.Q松散堆积物；4.断裂、裂隙
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[24]田级生.浅析北方红粘土对碳酸盐岩溶蚀作用的影响.长春地质学院学报，1986,（3）:83～88
[25]吴萍，杨振强，等.中南地区白垩纪—第三纪岩相古地理.北京：地质出版社，1979
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在交通建设中，隧道占据着十分重要的地位。下面是我整理的关于隧道施工技术论文，希望你能从中得到感悟! 隧道施工技术 摘要： 在交通建设中，隧道占据着十分重要的地位
一心跟着习大大 2人参与回答 2023-12-11 花岗岩与玄武岩同属火山岩，不同是在岩浆喷发的时候花岗岩石地下部分，在高压下形成，质地比喷出地表后形成的玄武岩严密的多，因此很坚硬。黄山正是地下花岗岩在地壳变动过
笑寒天下 4人参与回答 2023-12-12 2019年的参考文献算2022近三年的吗？对于很多需要写论文的同学而言，学会查阅资料，寻找好的参考文献是必须具备的一项能力，因为很多论文投稿当中，他往往会要求你
滋味游龙 2人参与回答 2023-12-07 2014年全院发表学术论文1117篇，同比增长16.6%，其中第一作者SCI检索论文371篇（同比增长64.89%）、EI检索论文114篇。出版专著25部。 中
我想我是海啊 3人参与回答 2023-12-07 古岩溶研究中，改造与建造是最主要的基础问题。岩溶作用的过程综合反映在岩溶改造与过程，两者伴生匹配关系集中在其时空组合上，其中的岩溶成矿建造和深岩溶是关键问题之一
汤汤小朋友 2人参与回答 2023-12-09 