广东碳酸盐溶洞发育的控制因子

广东碳酸盐溶洞发育的控制因子苏瑞侠1,2,孙东怀1,冯翠容2中国科学院南海海洋研究所边缘海地质与古环境开放实验室,广东广州510301;2.广州大学地理系,广东广州510405)(1.摘要:广东省碳酸盐溶洞主要分布在粤北的韶关、清远两市。基岩岩性、地貌位置、水文条件、地质构造和气候条件是该地区溶洞发育的主要控制因子。广泛分布于华南岩溶山区、多级台地、山间盆地的晚古生代厚层碳酸盐岩是溶洞发育的物质基础;充沛的降水和活动频繁的地下水是溶洞发育的动力因子;褶皱核部、近翼部以及深大断裂的两侧是溶洞发育的有利构造部位。关键词:广东省;碳酸盐溶洞;岩溶中图分类号:P942165文献标识码:A文章编号:1001-5221(2002)01-0080-05碳酸盐溶洞在华南地区分布广泛。它不仅是这一地区地貌的重要组成部分,而且是重要的旅游资源之一,溶洞中的碳酸盐沉积物也是地质时期古气候和古地理环境变迁的良好记录者。广东省作为华南地区的一部分,地貌、水文、地质条件和特殊的气候因素的综合影响,形成了现今千姿百态的岩溶地貌景观和碳酸盐溶洞的广泛分布。研究该省碳酸盐溶洞的分布规律及其发育的控制因子,不仅对广东省的旅游开发具有经济意义,而更重要的是具有科学研究价值。为主。断裂延伸远,地貌上形成地垒状隆起和地堑状陷落,控制着北东向山脉和盆谷的分布。地层发育不全,可溶岩分布局限。113粤西山地与沿海台地区本区包括怀集、封开、云浮、罗定、廉江一带,地貌类型复杂多样,以中低山和丘陵为主,还有盆地、台地等,气候特征与粤东地区相似。北东东向断裂最为突出,具有长期发展和多期活动的特点,褶皱构造主要为基底式和盖层式,地层发育较全,岩性以灰岩为主。114珠江三角洲地区本区为河海混合堆积平原,地势较平坦,有低1广东各地形区自然地理、地质特征根据地形特征将广东省划分为4个地形区:粤山丘陵分布,并由北向南降低,包括从化、广州、北山地区、粤东北平行山地和粤东南沿海丘陵区、粤西山地与沿海台地区、珠江三角洲区1。111粤北山地区粤北区包括韶关、连县、连平、阳山、英德一带,以中、低山和丘陵为主,山脉与岩溶盆地呈弧形相间分布,气候属于亚热带多雨潮湿气候。南岭纬向构造、粤北山字型构造、新华夏系构造体系形成构造基本骨架。地层发育较全,中泥盆世到早三叠世为碳酸盐岩类建造期。112粤东北平行山地和粤东南沿海丘陵区粤东北和粤东南区包括和平、兴宁、梅县、惠阳、汕头一带,以山地和丘陵为主,兼有河谷盆地及冲积平原,气候具有热带向亚热带过渡的特色。褶皱以东北—西南向基底式和大陆边缘活动带类型台山、江门、深圳等市区。基底构造复杂,新构造运动极为显著,以断块上升为主,现代地震较频繁。发育地层有下泥盆统,石炭统,二叠统等,岩性以灰岩为主。2广东省碳酸盐岩及其溶洞分布211碳酸盐岩分布广东省碳酸盐岩分布面积219×104km2,占全省面积7%。碳酸盐岩较集中分布在粤北,其次为云浮、阳春和肇庆,其它地区均为零星分布(图1)。除志留系、中三叠统、下-中侏罗统地层外,自震旦系至第三系的地层中均或多或少地夹有岩溶地层,第四系有钙华沉积,中-上泥盆统和石炭系地层中岩溶地层分布最广,石炭系比泥盆系可溶性好。收稿日期:2001-04-28;修订日期:2001-08-08基金项目:中科院南海海洋研究所知识创新项目(5210607)和中科院地球环境研究所知识创新项目(KZCX2-108)资助。作者简介:苏瑞侠(1962-),女,陕西岐山县人,博士,岩石矿物学专业。图1碳酸盐岩、溶洞和水系分布关系图Fig11Thedistributionrelationshipofcarbonates,karstcavesandwatersystem根据岩石组合可以把碳酸盐岩层分为3种岩石组合层。(1)碳酸盐岩夹碎屑岩层,地层由老至新有:泥盆系中统:出露面积达921km2,粤北占92%,罗定、阳春地区各为37121km2,廉江、怀集、广州尚有零星分布。以深灰色厚层灰岩,薄层及泥质条带灰岩为主。泥盆系上统:出露面积约1493km2,主要分布于粤北、阳春等地,河源、开平、高要、从化等地零星出露。岩性为薄层状灰岩、白云质灰岩、大理岩,少量生物灰岩。石炭系上统:出露面积约3912km2,主要分布于粤北(约占85%)。粤西阳春、罗定地区约30km2,其它地区有零星出露。岩性为薄-厚层状灰岩、白云质灰岩、大理岩和白云岩等。角砾状灰岩、大理岩等。二叠系下统:分布于连县、阳山、韶关、连平兴宁、惠阳、阳春、广州地区,岩性主要为深灰色灰岩、白云质灰岩、燧石灰岩等。(3)红层岩溶地层红层岩溶地层是白垩纪以来在大陆环境中形成的紫红色的沉积层2,由泥页岩、砂砾岩、泥灰岩和石灰岩组成,红层既可以形成岩溶地貌又可形成挺拔峻秀的丹霞地貌。分布在连县清江乡、星子镇大路边镇、乐昌县坪石镇、云浮县白石镇、罗定县华石镇、苹塘镇等处3。212广东省碳酸盐溶洞的分布由于地形、地质、水文和气候等条件的差别和相互制约作用,造成各地区岩溶强度的差异和溶洞的不均匀分布(图1)。总的来看,在碳酸盐岩层发育区,特别是质纯层厚的碳酸盐岩区岩溶作用比较强烈,溶洞也比较发育。21211粤北各县市碳酸盐溶洞的分布情况粤北区岩溶较强烈,发育着大大小小的溶洞和纵横交错的溶裂。(1)连县二叠系上统:含煤碎屑岩系,厚以百米计,在粤北的上部略具硅质碳酸岩系。仅三叠系:三叠纪碳酸盐岩零星出露,屑岩的泥质碳酸盐岩系。(2)碳酸盐岩层,地层由老至新有:为夹有碎石炭系中统:出露面积约39km2,分布于连平、显(表1、2),多成层分布,主要发育于海拔600～800m范围内,以中、小型为主,大2巨型比较少,海拔大于800m以及小于600m不甚发育;多级台地岩溶区———本区共有四级台地,溶洞主要分布在南部的高山、西江、龙坪和连州以及中部的上库、沈家坑、清江、山塘和黄沙堡一带,在两级台地间的过渡带或台地边缘为河谷深切,岩溶强烈发育,溶洞形态以垂直类型为主;弧形条状垅谷岩溶区———主要分布在连县的东北部,为一系列弯曲向西突出的复式褶皱构造形成的弧形条状山垅谷地相间的岩溶区,溶洞多见于垅背。垄地貌,核部为孤峰平原(谷地)地貌,盐溶发育程度和规模较大,溶洞常发育于向斜的核部和平原谷地内;东联地段———该地段垂直高度2m以上溶洞占40%,发育深度多在60m以上,少数可达100～120m。(3)英德英德地区顺层面、断裂带发育的溶洞较多,地表常见的溶洞形态主要为水平状,次为管道状、阶梯状、隙状和通天洞等。溶洞主要发育于以下地段:石牧塘复向斜盆地———位于英德的西部、牛婆洞向斜东部,该区溶洞发育深度较浅、规模较大,大者可容纳百人;北江复向斜盆地:位于英德谷地,岩溶相当发育,可见大、巨型溶洞,有可容纳数万人以上的溶洞(宝晶宫容纳4～5万人,通天洞容纳万人以上);翁江复向斜盆地———向斜核部及断层带上表1东坑坪等地段溶洞数量统计Tab11KarstcavestatisticinDongKingpingdistrict不同规模(m)溶洞数量/个地名小型20中型20～50大型50～200巨型200发育溶洞,溶洞内常见石钟乳、石笋、石柱、石花、不详共计石帷幕等多姿百态的岩溶形态;英德九龙2清远白花朗地区———溶洞规模大小不等,溶洞多层次性极明显,大致可分3层,长数米、数十米或百余米,高度小于30m,宽数米至50m,石钟乳、石柱颇发育。(4)粤北其它县市乳源瑶族自治县:石灰岩溶蚀地貌显著、峡谷多。岩溶层以壶天群和孟公坳组灰岩为主,岩溶形态为溶洞、落水洞等,大多为水平发育,在垂向上水坪漏石羊岩井崆东坑坪总计21231631528248982421141214177百分比/%303515812100表2连县境内部分地段在不同高程溶洞分布数量统计Tab12KarstcavestatisticofvariantaltitudeinLianxiancounty大致可分为两级,常分布在均容谷地的南坡及西坡、不同高程(m)溶洞数量/个地名380～430480～530620～650770～735770～800850～880近河床岸边地带。连平县:碳酸盐岩呈条带状主要分布于西部一带,溶洞分布深度50～100m,常被砂砾石、粘土充填;深100～150m岩溶率减少,多为半填充空洞。21212粤西各县市碳酸盐溶洞的分布情况(1)阳春一带碳酸盐岩主要分布于阳春盆地、罗镜盆地和狮岗、河朗等处。岩溶层以石炭系灰岩为主,岩溶形态丰姿多彩。溶洞一般以北东向规模较大,大部分沿层面发育,在垂向上分为4层。(2)肇庆市本区以中、小型溶洞为主,大型者较少。岩溶层以中上石炭统为主,岩性为灰、灰黑色厚层致密块状灰岩。溶洞常常发育在质纯、层厚的灰岩和角砾状灰岩区、断裂带附近。高要神符山一带上三叠2下侏罗统灰质砾岩中局部发育溶洞,洞穴多分布于地下40～100m。富湾一带在地下105～124m发现有高达19147m的溶洞。总计水坪漏石羊岩井崆东坑坪总计13329110202335278252782151261062713211224126106百分比/%100(2)韶关韶关地区溶洞众多,主要分布在以下地段:天子岭背斜东南翼———位于天子岭背斜与芙蓉山向斜的复合部位,为长廊谷地地貌,以发育小型溶洞为主,发育深度10～60m,少数达100～120m,高度一般小于012m;北江、武江河谷地带———位于莲花山背斜两翼与芙蓉山向斜交接部位,该地带溶洞规模大、数量多,高度常在1m以上,深度15～55m,武江河谷地段深达120m左右;马坝-韶钢水源地———位于枫湾2马坝向斜南西段,向斜两翼为低山山(3)其它地区云浮一带下石炭统灰岩岩溶强烈,发育奇峰异洞,如蟠龙洞、星岩古洞等;廉江县石岭、龙湾干案、缸瓦窑欧家等地溶洞较为发育;官桥西南部岩溶发育具明显分带性。21213粤东各县市碳酸盐岩溶洞的分布情况粤东碳酸盐岩分布在河源、紫金、梅县、和平等地,溶洞不甚发育,往往沿山麓分布。21214珠江三角洲碳酸盐岩溶洞的分布情况溶洞主要见于广花盆地一带,岩溶层主要为下二叠统灰岩,大型溶洞主要分布于褶皱轴部、北北东向断裂带。314岩溶作用的多阶段性对溶洞发育的影响溶洞的形成常受排泄基准面的控制,部分地区在大地构造上处于间断性抬升过程,河床不断下切,在每一相对稳定时期都会形成与排泄基准面相一致的水平溶洞系统,在一些河谷两岸形成了多层水平溶洞。单个溶洞常表现为层楼状结构,上下层之间通过竖井或倾斜通道相连结(如阳春凌霄岩为4层10厅室,宝晶宫分4层),反映了岩溶作用的多期多阶段性。315在矿体、非可溶岩与可溶岩接触带溶洞的发育由于矿体与可溶岩有质的区别,在接触带给可溶岩的溶解造成有利条件,岩溶容易发育。在非可溶岩与可溶岩接触带,由于两种岩性的差异性溶蚀作用,以及地质构造的发育等,也会造成岩溶作用的强烈发育。316水文条件对碳酸盐溶洞发育的控制数量多、规模大、延伸长的大型溶洞主要分布在河流岸边和中上游地区(如阳春崆峒岩、凌霄岩,云浮的蟠龙洞)。这是由于在水系发育地带,河流流域多是下切较深的谷地,在岸边地带地下水水力梯度大,水交替强烈,并有外源地表水和远处地下水的补给。外源水不但从水量上增强降水的作用,而且来自非岩溶地区的水具有较低的碳酸盐饱和度,对碳酸盐介质溶蚀和侵蚀能力强。远离水系相对水力梯度变小,汇水面积小,岩溶作用相对较弱,一般发育的溶洞规模也较小。在河流的中上游地区地势较高,河流切割深度大,常常导致梯度很大的水动力条件,有利于岩溶作用,常形成大型的竖井溶洞及地下河。另外,中上游地区地形变化小,溶蚀洼地和岩溶谷地发育,降水主要汇入这些负地形中补给地下水,有利于形成集中径流,形成较大规模的溶洞。下游地区是山地、丘陵向平原的过渡带,地形坡度小,地表沟谷发育,降水主要形成地表径流排泄,不利于形成大的溶洞。317气候因素对碳酸盐溶洞发育的控制降水量的多少,直接影响地表及地下溶洞的发育,而较高的蒸发量,则会减弱降水对可溶盐的溶蚀,特别是减弱水向地下的渗透和地下岩溶的发育而气温则主要是通过植被、土壤中的微生物、CO2浓度、水温等间接影响岩