河北省临城白云洞景观成因类型

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 河北省临城白云洞景观成因类型 摘要：河北省临城白云洞是我国 北方半湿润气候条件下发育形成的罕见 溶洞，发育于早古生代中寒武统张夏组 碳酸岩为主的地层，洞内侵蚀-溶蚀景 观和化学沉积景观类型十分丰富，形态 多样，具有石幔、石旗、石盾、石钟乳、 石笋、石花、石葡萄、鹅管等景观，尤 以卷曲石、鹅管、石花等景观最具特色。 中国论文网 /8/view-12792933.htm 关键词：临城白云洞； 景观； 成因类型 中图分类号：P901 文献标识码： A 文章编号： 0439-8114（2013）07- 1541-05 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 白云洞位于河北省邢台市临城县 西竖乡山南头村东的崆山南端，地理坐 标为 11425.09E，3727.36N，是河北 临城国家地质公园的重要组成部分。目 前已开发人间厅、天堂厅、地府厅、迷 宫、龙宫 5 个不同风格的洞厅，洞内发 育形成侵蚀-溶蚀景观和化学沉积景观。 本研究通过对这两类典型洞穴景观成因 类型的探讨，为我国北方岩溶洞穴景观 研究提供参考资料，并为当地旅游资源 开发和保护提供科学依据。 1 白云洞发育基础 1.1 岩石地层 崆山一带出露的主要岩石地层为 上太古界阜平群、中元古界长城系、下 古生界寒武系、奥陶系、上古生界石炭 系、二叠系及新生界第四系（图 1） 。白 云洞发育于下古生界寒武系和奥陶系地 层，其中，中寒武统张夏组下部为深灰 色中厚层鲕状灰岩、泥质灰岩夹页岩和 少量竹叶状灰岩，上部为厚-中厚层鲕 状灰岩、含生物碎屑鲕状灰岩，总厚约 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 180 m，是白云洞发育的关键层位。 1.2 地质构造 崆山主要由早古生代碳酸岩地层 构成，地貌特征上为向东倾斜的单斜山， 相对高差约 100 m，地层总体走向为 NNW，倾向为 NEE，倾角约 40（图 1） 。 崆山一带主要发育形成了 NNW 向、NE 向及近 EW 向 3 组陡倾的张性 断层构造。根据各组断层的相互切割关 系可判断，它们形成于不同地质时期 （图 1） 。NNW 向断层形成时间较早， 为燕山运动期间赞皇古隆起抬升阶段的 产物1，发育规模较大，纵贯南北，控 制了此后崆山地质地貌发育过程。NE 向断层和近 EW 向断层发育规模较小， 形成时间较晚，但自新生代形成以来活 动性较强，尤其是近 EW 向断层的左行 张扭活动，明显控制了崆山地貌发育过 程，不仅断层差异升降运动形成的一系 列近 EW 向地堑-地垒构造使得地表沟 谷多呈近 EW 向延伸，而且断层的左行 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 张扭活动还错断了山体，使山体的不同 地段均有明显的左行位移。此外，伴随 多期断层的形成和活动，还发育形成了 NW 向、NE 向、NWW 向及 NEE 向等 多组节理（或裂隙） 。 上述各类断裂构造作为大气降水、 地表水的下渗通道和地下水的径流网络 以及洞穴与外界连通渠道，为白云洞发 育提供了先决条件。 1.3 新构造运动 自第四纪以来，随着太行山的间 歇性隆升，临城白云洞一带曾发生过至 少 4 次地壳抬升过程，根据吴忱2对太 行山一带的研究，4 次地壳抬升时期分 别为中更新世早期（0.700.60 Ma BP ） 、 晚更新世早期（0.12 Ma BP50.00 Ka BP） 、早全新世中晚期（10.007.50 Ka BP）和中全新世末期（3.00 2.50 Ka BP） 。 受间歇性构造抬升运动的控制和 影响，白云洞各洞穴呈层状分布（图 2） 。 第一层（上层）包括人间厅、天堂厅、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 地府厅，分布高程 140170 m；第二层 包括迷宫的主体和龙宫的上部，分布高 程 125135 m；第三层（下层）为龙宫 的下部，分布高程 115120 m。 1.4 气候 临城白云洞主要形成于第四纪， 这一时期的气候冷暖、干湿变化显著。 地壳抬升期与暖湿气候的耦合有利于地 表水的下蚀和阶地、沟谷的形成，而地 壳稳定期与暖湿气候的耦合则有利于地 貌面、洞穴、各类洞穴景观的发育3。 临城白云洞地区现代为北温带半 湿润大陆性季风气候，春秋季较短，夏 冬季较长，年平均气温约 1314 。 由于年平均温较低，岩溶作用较弱。 2 白云洞景观成因类型 白云洞洞穴景观发育较好，类型 复杂，形态多样，分布集中。不仅有大 量渗流作用形成的各种化学沉积景观， 而且有地下水或洞穴水流溶蚀、侵蚀作 用形成的化学溶蚀景观。 2.1 化学沉积 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 根据沉积景观成因的差异大致上 可分为重力水沉积、非重力水沉积和协 同沉积 3 种类型。 2.1.1 重力水沉积 根据水文机制 的差异，重力水沉积又可分为流水沉积、 滴水沉积、飞溅水沉积等。 1）流水沉积。 石幔：布幔状、舞台帷幕状的碳 酸钙沉积景观，具层状堆积特点，其发 育过程受水流流量和运动方式、节理、 裂隙等的严格控制和影响。如天堂厅中 高 8.5 m、宽 6.0 m 的飞天瀑布（图 3- 1）和人间厅东侧壁发育的巨型石帷幕 （图 3-2）等，发育规模较大。 石盾：一般都同时生成盾坠，两 者一起合称盾帐。石盾的两盾板之间的 结合力有限，因此下盾板常因重力作用 而坠落。白云洞中典型的石盾有：人间 厅东侧发育的盾帐（图 3-3）和下盾板 坠落后保留在侧壁的上盾板“孔雀 开屏”（图 3-4） ，龙宫中的 “仙人掌”、 “龙女刺绣”和“龙宫盛宴”（图 3-5）等。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 且在“龙宫盛宴 ”石盾的盾板面上还发育 了非重力水沉积的卷曲石。 石旗：片状次生碳酸钙沉积物， 具有条带状结构和一定的透光性，本身 为白色，但下渗水溶液中含有泥质、铁 质等物质时，也可呈黄色、红色等。如 天堂厅西侧长约 16.0 m 的“玉龙钻天” （图 3-6） 、惟妙惟肖的“ 双耳玉兔 ”（图 3-7）和迷宫中的“ 多彩石幔 ”等（图 3-8） ， 特别是由众多石旗组合而成的“百叶石 幔”（图 3-9） ，为白云洞绝景之一，在 其他溶洞中少见。 2）滴水沉积。 石笋：笋状碳酸钙沉积物，具有 叠层状结构。其形态受洞顶滴水的高度、 速度的明显制约，当水滴滴落高度较高 或速度较快时，石笋顶部下凹（图 3- 10） ，反之则凸圆。 石钟乳和鹅 管：白云洞 5 个洞厅中石钟乳分布较广 且密集，群生者多见。由于渗滴水主管 道堵塞分叉，在人间厅与天堂厅西侧通 道的钟乳石头部分还发育形成了 3 支的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 “三叉神箭”（图 3-11） ；在迷宫入口附 近的鹅管由于连接洞顶的一端被碰断而 仅有下部保留，人称“ 朝天一炷香 ”（图 3-12） ，是白云洞绝景之一，在其他溶 洞中罕见。 石柱：白云洞中既有石笋和石钟 乳同时发育对接而成的石柱，如天堂厅 “横天一枝”所依托的石柱（图 3-13） ； 也有巨型石笋和较小石钟乳相对接的石 柱，如龙宫中的“ 双塔争雄 ”（图 3-14） ； 还有石钟乳生长至洞底形成的石柱，如 天堂厅的“五腿神鹿 ”（图 3-15） 、人间 厅的“石栅栏 ”（图 3-16）等。此外，龙 宫中的“阴阳玉柱 ”由相邻的红、白两个 小石柱组成（图 3-17） ，形成洁白石柱 的滴水中矿物质成分仅为碳酸钙，几乎 不含杂质，而形成红色石柱的滴水中则 含有一定量的铁质，揭示洞穴景观面貌 还受岩溶水中溶解质成分的影响。 3）飞溅水沉积。飞溅水沉积景 观主要为形如葡萄、菜花的石葡萄、石 花等，飞溅水沉积受水流量大小、滴水 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 高度的影响。如人间厅的“石花” （图 3- 18） 。 2.1.2 非重力水沉积 白云洞中的 非重力水沉积包括雾气凝结水沉积和毛 细水沉积两种类型。 1）雾气凝结水沉积。雾气凝结 水沉积的典型代表为石针、石花等，生 长方向不受重力影响，这类景观多分布 于迷宫和龙宫中，如迷宫中的石花（图 3-19） ；龙宫中龙女纱帐帐顶的石针等 （图 3-20） 。 2）毛细水沉积。毛细水沉积的 典型代表为卷曲石，为螺旋状或扭曲状 的碳酸钙沉积景观。由于洞穴湿度、气 流和晶体生长速率等多种因素的影响， 导致生长方向不受重力影响。如人间厅 的网状卷曲石是毛细水条件下形成的类 似于丝瓜瓤状的毛针状沉积物（图 3- 21） ，它们不定向卷曲生长而成网状， 为白云洞绝景之一，在我国其他溶洞中 非常罕见。天堂厅的“ 横天一枝 ”（也称 “节外生枝”）是毛细水沿石钟乳的细小 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 孔洞渗出，在表面张力作用下，二氧化 碳逸失，在毛细管外围形成碳酸钙沉积， 形似树枝，横向延伸（图 3-22） 。 2.1.3 协同沉积 协同沉积是指有 两种或多种运动方式的水流共同作用而 形成的次生碳酸钙沉积景观，受水量大 小变化的影响。协同沉积主要包括滴水 -飞溅水沉积（图 3-23） 、毛细水-雾气凝 结水沉积（图 3-24）等。 2.2 侵蚀-溶蚀景观 洞穴侵蚀-溶蚀景观是指在地下 水和洞穴水流的侵蚀、溶蚀作用下，在 溶洞顶、底和侧壁形成的各种遗迹，如 沟槽、窝穴等。白云洞中主要发育窝穴 类、沟槽类、井管类、蚀余类等侵蚀- 溶蚀景观。 2.2.1 窝穴类 窝穴类是指溶洞顶、 底和侧壁大小不一的圆形、椭圆形凹穴 或坑穴。白云洞中窝穴多形成于洞顶， 一般形成于潜流条件。洞顶窝穴可沿单 向裂隙发育，也可沿多组交叉裂隙发育。 呈串珠状分布的窝穴多与单向裂隙相关 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 （图 3-25） ，而网状或蜂窝状成群分布 的小窝穴则多见于多组裂隙交汇处（图 3-26） 。 2.2.2 井管类 井管类是指受溶蚀、 侵蚀或混合溶蚀作用而形成的井状、管 状或筒状形态，多发育于洞顶，受裂隙 以及层面影响，既可形成于潜流带，又 可形成于渗流带，如地府厅中的筒状井 管即形成于渗流带（图 3-27） 。 2.2.3 沟槽类 沟槽类是指受地下 水强烈侵蚀与溶蚀作用而形成的嵌入洞 穴侧壁的横向沟槽，形成于潜水面附近， 呈层状分布，与洞穴的形成有成因上的 联系，可反映白云洞地下潜水位的位置 及其相对变动过程。如龙宫中“海底世 界”景观处洞穴侧壁的横向沟槽（图 3- 28） 。 2.2.4 蚀余类 蚀余类是指倒石牙、 吊岩等多种突出于洞壁的突出物类，既 可形成于潜流条件，又可形成于渗流条 件。倒石牙是在溶蚀作用下形成的突出 母岩的齿状形态，多发育于顶板、侧壁。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 吊岩是在溶蚀作用下形成于洞顶或洞壁 的母岩突出物，其发育过程受密集裂隙 的显著影响，如形成于渗流条件的天堂 厅中的“金钩倒挂 ”景观（图 3-29） 。 3 白云洞形成演化 早更新世中晚期（1.000.78 Ma BP）崆山地区构造环境稳定，气候温暖 湿润4，地表水和地下水活动都很强烈。 地表河流以侧蚀展宽为主，形成第四级 阶地面。在地下潜水面附近沿 NNW- SSE 向断裂发育了白云洞第一层较大型 水平溶洞和各类景观。 中更新世早期（0.780.60 Ma BP）崆山地区发生强烈差异抬升，气候 温和湿润，大气降水较丰富，地表河流 强烈下切，第四级河流阶地形成。白云 洞第一层溶洞也被抬升，脱离潜水面， 进入渗流带演化阶段，且发育了极多景 观。 中更新世中期-晚更新世初 （0.600.12 Ma BP）构造环境稳定， 气候总体上是温偏凉偏干5，降水较少， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 地表河流以侧蚀展宽为主，形成第三级 阶地面；受温干气候和稳定的构造环境 影响，地下水活动大为减弱，岩溶作用 多沿先成裂隙进行，规模较小，形成了 支网状廊道形态的第二层溶洞（图 2） 。 晚更新世早期（0.12 Ma BP50.00 ka BP）崆山地区再次发生强 烈差异抬升，气候总体上是以温暖湿润 为主6，地表水与地下水活动较强，地 表河流强烈下蚀，第三级河流阶地形成。 第二层溶洞被抬升，脱离潜水面，进入 渗流带。 晚更新世晚期-早全新世初期 （10.050.0 ka BP）崆山地区构造相对 稳定，气候暖湿与冷湿交替。地表河流 主要为侧蚀展宽，但规模较小，形成较 窄的第二级阶地面。而洞顶裂隙渗水促 进了第一、二层洞穴内各类洞穴景观的 发育，在地下潜水面附近，地下水沿断 裂侵蚀、溶蚀，形成了以廊道式为主的 第三层洞穴（图 2） 。 其后，发生了早全新世期间 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 （10.07.5 ka BP） 、中全新世末期 （3.02.5 ka BP）的两次快速构造抬升 活动，分别形成了第一、二级河流阶地。 而自