宜兴善卷洞-工程地质实习

论宜兴善卷洞的喀斯特地貌及地下溶洞资源环境保护21010226唐睿内容提要:我国是世界上喀斯特分布面积最大的国家,从热带到寒带各种喀斯特地貌类型齐全。喀斯特主要分布于广西、广东、贵州、湘西、鄂西、山西等省区,此地处于我国第二地貌阶梯的东部,是人口比较稠密的地区。所以自古以来喀斯特与人们的生产生活有着密切的关系,从公元前五~四世纪就出现有关喀斯特的记录,为世界上喀斯特记载最早的国家。明代徐宏祖所著的《徐霞客道记》系统地记载了我国南方喀斯特地貌的分布和区域特征，记载了洞穴形态、气象和水文情况,是我国古代最为系统的喀斯特著作。这次我们工程地质实习所参观的善卷洞就是典型的喀斯特地貌。关键词：喀斯特地貌善卷洞正文：善卷洞概况善卷洞风景区位于宜兴市西南约25公里的祝陵村螺岩山上。景区内，林木葱茏，风光旖旎，洞景巧夺天工，素有“万古灵迹”、“欲界仙都”之美誉，与比利时的汉人洞、法兰西的里昂洞并称为“世界三大奇洞”。宜兴善卷洞发育在下青龙组灰岩中，全洞面积约5000平方米，游程约800米，有上洞、中洞、下洞和水洞四部分，洞洞相通。善卷洞四周离墨山高100-120米，地层是下中三叠统青龙群（T1+2）地层，与大隆组为整合接触，岩层走向北西—南东，倾向南西，倾角20度。主洞方向为N60度E，几乎平行于燕山晚期的煌斑岩脉，与一组断裂构造有关。另外，洞顶有北北东和北西西两组裂隙呈网状切割地层，洞内沿这两组裂隙滴水、渗水，形成石钟乳，可见这两组均为走水裂隙。善卷洞开始形成要从距今约2亿1千万年的三叠纪时算起，那时这里还是一片汪洋大海。由于富含碳酸钙，并逐步沉积，形成石灰岩沉积地层，地壳变动，水的冲刷，先形成上洞；而后地壳再变动，再形成中洞；最后形成下洞和水洞；约在100万年前基本定形。善卷洞总的形成于青龙群石灰岩生成以后，所以洞的规模大，地质地貌丰富，地层分明。(1)中洞——善卷洞入口处洞穴形态为天然的弯形大厅，长60—70米，宽14—15米，高11—12米，可容纳二、三千人。洞穴堆积，洞顶岩层裂隙处有近期堆积物。洞口兀立的大石笋高达7米多，如中流砥柱，故名“砥柱峰”。经考查，其生长速度为1cm/30—50年据此推算该石笋已形成三万多年。左右洞壁上灰华堆积形似狮象，故中洞又称为“狮象大场”。洞顶、洞底均经人工修饰，洞穴堆积不发育。在中洞的东南侧，有北东向裂隙，现今上洞之水仍流经中洞转入地下，说明洞穴的发育与岩组断裂构造有关。(2)上洞——原属中洞，因崩塌后经人工处理而成上洞洞穴形态：宽度大于高度，为一倾斜状扁形溶洞，形似螺壳，规模比中洞还要大一倍。洞穴类型：上洞仅一出口，向高处封闭，为一盲洞。由于该洞正处在螺岩山的中心部位，洞中不见曦日，常年气温保持在23摄氏度—27摄氏度，冬暖夏凉。洞内霞雾迷漫，烟云缭绕，故又称“云雾大场”。洞穴堆积：洞内石钟乳、石柱、石幔等堆积物，形态怪异，琳琅满目。特别是洞中央的两株五、六人才能合抱的石柱，连绵到洞顶，享有“万古双梅”之誉。上洞东南侧北东向裂隙以及沿此裂隙排列有序的堆积形态，证明溶洞延伸方向与此断裂构造的密切关系。(3)下洞与水洞——这里最大的特色是水洞穴形态：长度高度宽度，为裂隙状和锥状溶洞。长180米，宽18米，高度20米。洞穴类型：有进口与出口，为一穿洞。地下河(水洞)：下洞有地表水贯入，人工垒砌的石陡坎高达6米，形成“飞瀑”景观。随着高程的降低，水流到后洞形成地下暗河。地下河长达125米，最深处4.5米，河面最宽处6米，水面距顶2米左右，常年可通小船。地下河的洞顶与洞壁灰华都不发育，显示出溶蚀、冲蚀的特点。地下河码头处有圆度较好的石英质砾石堆积，证明地下河有异地成分加入，不是溶洞河，而是伏流。地下河为北东方向，接近后洞时，有三个近90度的大转折即到豁然开朗的后洞口。喀斯特地貌简介喀斯特（KARST）即岩溶，是水对可溶性岩石（碳酸盐岩、石膏、岩盐等）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称。由喀斯特作用所造成地貌，称喀斯特地貌（岩溶地貌）。“喀斯特”原是南斯拉夫西北部伊斯特拉半岛上的石灰岩高原的地名，那里有发育典型的岩溶地貌。“喀斯特”一词即为岩溶地貌的代称。中国是世界上对喀斯特地貌现象记述和研究最早的国家，早在晋代即有记载，尤以明徐宏祖(1586～1641)所著的《徐霞客游记》记述最为详尽。溶洞是地下水沿可溶性岩的裂隙溶蚀扩张而形成的的地下洞穴，规模大小不一，大的可以容纳千人以上；形态千奇百怪，溶洞中有许多奇特景观，如石笋、石柱、石钟乳、石幔等。小的连一个人都难以通过。溶洞是水的溶蚀作用、流水侵蚀以及重力作用的长期结果。溶洞景观在我国的湖南、四川、贵州、云南、广西等省区分布较为广泛。喀斯特可划分许多不同的类型。按出露条件分为：裸露型喀斯特、覆盖型喀斯特、埋藏型喀斯特。按气候带分为：热带喀斯特、亚热带喀斯特、温带喀斯特、寒带喀斯特、干旱区喀斯特。按岩性分为：石灰岩喀斯特、白云岩喀斯特、石膏喀斯特、盐喀斯特。此外，还有按海拔高度、发育程度、水文特征、形成时期等不同的划分等。由其他不同成因而产生形态上类似喀斯特的现象，统称为假喀斯特，包括碎屑喀斯特、黄土和粘土喀斯特、热融喀斯特和火山岩区的熔岩喀斯特等。它们不是由可溶性岩石所构成，在本质上不同于喀斯特。典型喀斯特地貌（1）溶蚀地貌——石锅和边槽如果一个溶洞顶部的某一局部地点受到较为强烈的紊流作用，随着水压增大，溶蚀能力增强，这些地方的溶蚀量比周围大，从而形成向顶侧凹入的弧形面，这样的地貌称为石锅。边槽是指溶洞的边壁在水的溶蚀作用下形成向洞测凹陷的槽状地貌。这两种溶蚀地貌在溶洞中很常见。（2）堆积地貌堆积地貌是溶洞景观中的精华部分，在我国西南地区的溶洞中你尽可以欣赏那神奇的洞天世界。重力水的堆积是溶洞堆积地貌的主要形成方式，溶解了大量可溶性岩的水滴断续的从溶洞顶部落下并不断积累，从而形成绚丽多彩的石钟乳、石笋、石柱、石幔、边石堤等。石钟乳是一种呈倒锥状的岩溶堆积物，大的可达数米，小的只有几厘米，主要是岩溶水沿着溶洞顶部细小的裂隙渗出并在滴水处不断沉淀产生的。它紧紧与洞顶相连，不断向洞底延伸。石笋是由洞底向上伸展的岩溶堆积物，主要是岩溶水滴滴落到洞底并不断沉积的产物，它与石钟乳相对生长，一般呈笋状、塔状和锥状。石钟乳和石笋的横剖面都具有同心圆结构。石钟乳和石笋相对生长，并逐渐结合成一体，随着岩溶水的不断沉积，慢慢形成粗壮的石柱。石幔是岩溶水沿着洞壁呈薄膜状的漫流过程中CaCO3逐渐沉积的产物，一般呈片状、层状，并且有弯曲的流纹，高者达数十米，非常壮观。边石堤是指溶洞底部两侧堤状堆积物，高度一般几厘米到几十厘米，呈弧形阶梯状。另外，在溶洞中还有许多奇特的景观，有的似莲花开放，有的如树枝伸展，还有一些石葡萄、石珊瑚等。形成原因溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果，石灰岩里不溶性的碳酸钙受水和二氧化碳的作用能转化为微溶性的碳酸氢钙。由于石灰岩层各部分含石灰质多少不同，被侵蚀的程度不同，就逐渐被溶解分割溶洞。溶有碳酸氢钙的水，当从溶洞顶滴到洞底时，由于水分蒸发或压强减少，以及温度的变化都会使二氧化碳溶解度减小而析出碳酸钙的沉淀。这些沉淀经过千百万年的积聚，渐渐形成了钟乳石、石笋等。如果溶有碳酸氢钙的水从溶洞顶上滴落，随着水分和二氧化碳的挥发，则析出的碳酸钙就会积聚成钟乳石、石幔、石花。洞顶的钟乳石与地面的石笋连接起来了，就会形成奇特的石柱。在自然界，溶有二氧化碳的雨水，会使石灰石构成的岩层部分溶解，使碳酸钙转变成可溶性的碳酸氢钙CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2受热或压强突然减小时溶解的碳酸氢钙会分解重新变成碳酸钙沉淀Ca(HCO3)2====CaCO3↓+CO2↑+H2O大自然经过长期和多次的重复上述反应。从而形成各种奇特壮观的溶洞。中国喀斯特地貌的分布及主要景点中国喀斯特地貌分布广泛，类型之多，为世界罕见。在中国，作为喀斯特地貌发育的物质基础──碳酸盐类岩石(如石灰石、白云岩、石膏和岩盐等)分布很广。据不完全统计，总面积达200万平方公里,其中裸露的碳酸盐类岩石面积约130万平方公里，约占全国总面积的1/7；埋藏的碳酸盐岩石面积约70万平方公里。碳酸盐岩石在全国各省区均有分布，但以桂、黔和滇东部地区分布最广。湘西、鄂西、川东、鲁、晋等地，碳酸盐岩石分布的面积也较广。广东：肇庆七星岩有七座石灰岩山峰形如北斗七星，山前星湖潋滟，山多洞穴，洞中多有暗河、各种奇特的溶洞堆积地貌。广西：桂林山水和阳朔风光主要是以石芽、石林、峰林、天生桥等地表喀斯特景观著称于世，并且是山中有洞，“无洞不奇”。以岩洞地貌为主的芦迪岩洞景观，景观内有各种奇态异状的溶洞堆积地貌，形成了“碧莲玉笋”的洞天奇观；七星岩石钟乳构成的地下画廊，真是玲琅满目；武鸣伊岭岩，北流沟漏洞，柳州都乐岩，兴平莲花岩，兴安乳洞，永福百寿岩，宜山白龙洞，凌云水源洞，龙州紫霞洞等也都是著名的溶洞景观区。云南路南石林风景区：地表峰林奇布，主要为高大巨型石芽群景观，大部分灰岩山峰分布在河谷两侧，各种形态的石峰似人似物，形态逼真、栩栩如生，全国35片石林中本省有：路南大、小石林、乃古石林、和莫村石林、石板哨石林、天生桥等20片石林足见本省石林分布面积之广；溶洞景观有：玉溪溶洞，建水燕子洞，九乡溶洞等。贵州：本省有兴义尼函石林、修文石林等石林区；中国最大瀑布黄果树瀑布岩壁为瀑布华地貌；本地溶洞地貌较多，主要有黄果树瀑布附近龙宫洞，贵阳地下公园，镇宁犀牛洞，镇远的青龙洞，龙山的仙人洞，贵州的织金洞，黔灵山麒麟洞。四川：九寨沟钙华滩流属于水下地表堆积地貌，如珍珠滩瀑布；黄龙风景区钙化池、钙化坡、钙化穴等组成世界上最大而且最美的岩溶景观；石柱县新石拱桥为喀斯特天生桥地貌。湖南：武陵源黄龙洞，冷水江波月洞，都是奇特洞溶洞景观，各种堆积地貌罗列其中，如神仙府洞，奥妙无穷。江西：鄱阳湖口石钟山景区绝壁临江洞穴遍布；彭泽龙宫洞长2000米，洞内可泛舟观景，堪称“地下艺术宫殿”。浙江：瑶琳仙境，位于桐庐县，是浙江省规模恢弘、景观壮丽的岩溶洞穴旅游胜地，也是浙江迤今发现的最大洞穴；洞长1000米，共有6个洞天，以“雄、奇、丽、深”闻名于世。江苏：宜兴石灰岩溶洞有“洞天世界”的美称，善卷洞、张公洞、灵谷洞又称“三奇”，洞壑深邃，多奇石异柱，泛舟其中如入海底龙宫。吉林：同化鸭园溶洞，有四个大厅，洞内满布石柱、石笋、石钟乳、石瀑、石帘、石莲花、石幔等堆积景观，并且深处有溶岩潭，深不可测，无法前往。喀斯特地貌的脆弱性和敏感性及保护措施洞穴属封闭或半封闭系统，数万年来已经形成了一种平衡，可能会由于人的介入变得不平衡，比如如何科学地计算环境容量。保护整个地质过程不受重大影响。游客会随身带人的微生物、甚至动植物会对洞穴生态系统造成影响都是很可能的，避免自然通风而把苔藓的孢子带洞内，造成钟乳石上滋生苔藓植物破坏洞内景观，这些细节对于洞穴长远的保存都具重要意义。比如游客喧哗等震动波和声波会改变非重力水的运移路径，有损洞穴特有景观(小石枝、卷曲石、鹅管及石花等)的形成。环境脆弱和敏感还表现在连锁性和非逆性，如旅游洞穴的开发．由于工程施工和游客的干扰，易造成洞内CO2增高、温、湿度变化显著及空气质量恶化等问题，这些问题又将导致洞中景物颜色退变，洞穴生物退变甚至灭迹。洞内的动物主要有蝙蝠，原来它们就是洞中的主人，蝙蝠就逃到没有开发的洞穴和银波洞内。盲鱼以蝙蝠的粪便为食。洞中还有水鼠，以捕食盲鱼为生形成了一条生物链。在洞穴没有开发之前，洞穴里的所有生物群落处在一个稳定的生物链之中，达到一种平衡，而当人类进入这个系统之后，人类成为一个“外星人”，我们都知道，自然界，有一些动植物只能生存在一个黑暗的世界，旅游开发安装的彩灯对它们而言是一颗颗“原子弹”。（1）环境调查与动态监测对洞穴内各生态要素的调查评价，并相应编绘这些环境要素的基本系列图件。建立洞穴环境监测站，定期监测各环境要素，引人计算机监测管理系统。意大利、斯洛文尼亚、西班牙、比利时、美国、澳大利亚等国都对洞穴的环境因子，主要