浅析四川通江诺水河地质公园岩溶景观成因.doc

浅析四川通江诺水河地质公园岩溶景观成因曹俊 杨俊义 郭建强 杨更四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队成都摘要：诺水河地质公园内完整保留了岩溶作用各阶段的地质现象形成了主题突出、类型多样的地质遗迹景观组合。该区出露了厚达248m的石灰岩地层，为岩溶作用提供了丰富的物质基础。自0.65亿年的古近纪以来受推覆构造影响使区内地壳呈阶段式上升产生大量水平裂隙和纵张裂隙为岩溶作用提供了良好的通道。岩溶洞内形态万千、绚丽多彩的钙华景观则是含Ca的水流经滴水作用、面状流水作用、池水作用、协同水作用、毛细管和旋卷流水作用的杰作。关键词:岩溶景观 米仓山台穹 通江诺水河通江诺水河地质公园位于四川省通江县北部与陕西汉中交界处,地势北高南低,北部相对高度大于1000M,碳酸盐岩广布,褶皱强烈,主要受侵蚀溶侵作用影响,奇峰挺立,谷深峡窄,漏斗、洼地随处可见;南部相对高度约800M,红层广布,宽缓褶皱在剥蚀、侵蚀作用下出现方山、桌状山、单面山、船形地、岗梁沟壑等奇特地貌。公园属亚热带湿润性季风气候,温和多雨,四季分明,年降水量为11301158m,多年平均蒸发量为1111.8mm,植被覆盖率高。公园内主要地质遗迹景观为诺水河溶洞群及洞内钙华景观、临江丽峡景观、空山峰(石)林景观等。该溶洞群是四川、云南、贵州和广西四大岩溶景观之一，在通江县境内近一千个溶洞，仅诺水洞天景区就已发现有128个溶洞,或临清溪,或处绝壁,洞洞迥异,规模宏大,洞中有洞,盘根错节,洞道崎岖迂回,变化多端,如进迷宫,为世界少有。洞内钙华堆积、溶蚀、流水冲蚀等景观等琳琅满目、绚丽多彩为世界独有。临江丽峡总体呈树枝状两壁如削主峡长5km,其余两条支峡分别长3.5km和1.5km,一般宽525m,最窄处仅24m,如关似隘。谷峰相对高差70m以上,谷中林深似海,谷底河水奔涌,如同一条银蛇,蜿蜒曲折,时隐时现。空山天盆面积约23k,底部平坦,深藏在丛山峻岭之间,海拔1150m。盆中孤峰四座,卓然玉立,遥相呼应,峰高40120m。峰体内溶洞形如蜂窠。在天盆东北角,沿山坡分布长5km,宽300m,高者56m,矮者12m的石芽,远眺,象秦兵马俑,似万佛列队,朝天拜地,近观,一石一佛,神态各异,栩栩如生。1、地质背景诺水河地质公园位于扬子准地台北缘属于地台边缘,属于地台边缘沉降带一龙门山大巴山沉降带。该带构造线方向既不象龙门山呈北东向，也不象大巴山呈北西向，而是呈近东西向。它似一座桥，一头顶着龙门山，另一头顶着大巴山主脉，是“汉中地块”在四川的部分。因有扬子准地台的前震旦基底裸露，故又有“米仓山台穹”或“米仓山凸起”的称谓。“米仓山台穹”或“米仓山凸起”的南缘就是诺水河地质公园所在区域图。该区地质演化与龙门山、大巴山很相似：震旦纪一早中三叠世间，沉积了巨厚的台地相碳酸盐岩和少量碎屑岩，其中含极丰富的海相古生物群。晚三叠世时期，印支运动使这里由海洋隆升为陆地。之后的燕山运动和喜马拉雅运动，使岩层褶皱成山，在秦岭向南的推挤下，岩层发生了滑脱、拆离和推覆，形成现在的山脉景观。1.1地层岩性特征地质公园内地层主要有二叠系和三叠系，次为寒武系、奥陶系、志留系。在园区181k面积中，碳酸盐岩的分布面积约为170k，占公园面积94%，而在170 k碳酸盐岩分布区的地层中，二叠系约占35%，三叠系约占55%，寒武、奥陶系中的碳酸岩约占10%。二叠系柄霞、茅口及吴家坪组，以厚层块状石灰岩为主，质较纯，可溶性好，岩溶也最发育。山露面积占碳酸盐岩面积的35%。据地表岩溶形态统计溶洞、漏斗、落水洞、洼地的个数达1.82.1个/k。洼地面积一般为0.021 k,个别达10 k,如空山坝。溶洞直径一般48m,岩溶率一般4%左右,个别达9%,溶洞暗河强烈发育。三叠系大冶组、嘉陵江组及巴东组,以中厚层白云岩、泥质白云质灰岩为主,出露面积占碳酸盐岩面积的55%,其可溶性较差。据地表岩溶形态统计,溶洞、漏斗、落水洞、洼地的个数达1.41.7/k。洼地面积一般为0.070.5k,个别达2k。溶洞直径一般2-4m,岩溶率一般2%左右，个别达6%，溶洞暗河中等发育。 奥陶系宝塔组和牯牛潭组，下寒武统石牌组和金项山组，中寒武统清虚洞组和高台组以硅质、白云质灰岩为主，可溶性差。出露面积占碳酸盐岩面积10%。地表岩溶仅0.008个/ k，无大型洼地，岩溶率一般在1%左右，个别达3%，溶洞暗河不发育。1.2构造特征1.2.1褶皱楼子庙一空山坝挠曲褶皱带：属地台盖层挠曲褶皱构造，轴线近东西向，中段微向南凸出略呈弧形，褶皱紧密程度自北而南逐渐变弱。背斜南翼地层倾角大于北翼，说明地壳其作用力方向由北指向南，北翼倾角一般1530。空山坝向斜：位于褶皱带东北端，东段轴向为北东一南西，西段为东一西。中段空山坝一带略向南凸出，成一不太明显的弧形，长12。南翼倾角1225，北翼倾角30，为不对称向斜构造。核部由上二叠统及下三叠统组成。 高坎子背斜：位于空山坝向斜南。背斜轴线近东西，两翼地层倾角略不对称，北翼2035。南翼2025。背斜向两端倾没，长32。核部由下二叠统组成。上码头向斜:位于高坎子背斜之南,轴向东西,中段微向南凸出,略呈弧形长约21km。两翼地层倾角。2025,北翼较南翼微陡。向斜枢纽呈波状起伏。牛角嵌背斜:位于上码头向斜西南,西起牛角嵌之西,向东经天池子,于小坎子以东倾没。褶皱轴线微向南凸成弧形,弧顶位于天池子一带,长25km。褶皱轴部和翼部均由三叠系嘉陵江组地层组成。北翼地层倾角25左右,南翼23-29。背斜西端南翼发育有两个次级小褶皱,轴线与主轴平行,延长3_km后消失。沈河沟向斜:位于牛角嵌背斜之南。轴线与上述背斜平行,长约20Km。北翼倾角40-50。南翼20-30。向斜西端开阔,向东微有收敛。西端尾部出现与之平行的次级背向斜各一个,延长23km后消失。楼子庙背斜:位于褶皱带之最南端,轴向东西,长12km,轴部开阔略成箱状,地层倾角北翼30左右,南翼22-40，均由中三叠统嘉陵江组地层组成。1.2.2断层诺水河地质公园内断裂构造少见。在园区以北，盖层与基底衔接地带有朱家坝一尖硐子断层，在下古生界地层中有杨家梁断层。朱家坝一尖硐子断层：位于公园北侧，处于基底构造南缘与盖层的衔接地带，西段为逆断层，东段似为正断层。西起朱家坝，向东延至约10km处,逐渐由逆断层转为正断层,向东延续6km分叉为两条近平行延伸的逆断层，间隔约12km。杨家梁断层：呈东西向延伸,长约8km,断层面倾向北,倾角60左右,断距约300m,使下寒武统由北而南推覆于奥陶、志留系之上。1.2.3节理公园内发育有北东东一南西西及北北西一南南东两组节理裂隙。前者属纵张节理较发育张开宽度为1mm-28cm,钙泥质充填或半充填;后者属张扭性节理,控制暗河和支道发育状况,张开宽度为3mm-6mm,控制公园中碳酸盐岩地区暗河主道发育状况。1.3大气降雨地质历史上,自印支运动开始,公园所在区域上升,由海洋变成了陆地。晚三叠世之时,气候较为温润,降雨较充沛,适于植被生长,为四川的成煤期之一。至侏罗纪,气候日渐变得枯热,雨量日渐减少。至白垩纪,变成“戈壁”、“沙漠”气候干旱少雨。古近纪继承白垩纪气候特色,蒸发量大大高于降水量。新近纪,气候发生转变,由干旱向潮湿温暖方面转化,是地质历史的义一个成煤时代。第四纪以来降雨量日增。时至现代,年降雨量达1130-1158mm。由此判断,诺水河地质公园的岩溶作用,最早不早于新近纪,至第四纪才达到高潮。狮子洞、宋家洞中的钟乳石样品,经放射性同位素的年龄测定其形成年代在14.67万年至1.11万年之间,地质年代为中更新世晚期至晚更新世,溶洞形成的时代应略早于钟乳石,有可能为早更新世至中更新世。2、岩溶溶蚀景观成因山脊地带，容收大气降水最差，水动力最弱。沿岩石裂隙溶蚀，天长日久，形成溶沟、溶槽和峰丛。溶蚀进一步扩展、加深，可形成峰林或孤峰。空山天盆景区许多峰丛和孤峰即属此成因。山坡地带，容收大气降水较强，水动力有所增大。沿岩石裂隙溶蚀形成溶槽群与石芽群。进一步发展则形成石林景观。空山天盆景区的石芽群部分漏斗及四小峰应属这种成冈。倘若溶蚀作用嗣绕着一个中心区域进行，则会形成成群的漏斗群或大型溶蚀洼地、盆地。大气降水向中心汇集，有些在封闭的漏斗里形成湖泊，有些顺裂隙或层隙下渗、溶蚀则形成落水洞。向下渗透的地下水接近当地基准面时，地下水开始水平流动，其溶蚀作用年复一年、日复一日，则形成如网如织、千姿百态的溶洞群。空山天盆景区的空山盆地、湖泊、落水洞，诺水洞天景区的溶洞群以及临江丽峡景区的溶洞瀑布等都系这种成因。溶洞中的河流叫地下河或暗河，它的功能几乎与地表河流一样，同样能形成相应水体景观，如洞内瀑布、急流、湖泊、潭以及相应的层状堆积景观。当溶洞内地下河急剧下切，洞顶坍塌，易形成溶蚀峡谷和天生桥景观。3、岩溶洞穴内钙华景观成因自然界中钙华从流水中析出并堆积与一些物理化学环境有关。如水蒸发使Ca过饱和析出；水温突然降低或突然升高易析出，水动力减小流速减缓易析出；水流变薄压力减少易析出；水中有树枝干、草从易析出粘结；此外还与水的ph值或低等生物作刚有关,实际情况极为复杂。由于诺水河地质公园岩溶洞穴中的钙华堆积遗迹规模宏大，钟乳石完整，景观美妙的出神入化、令人陶醉，成为地质公园的核心景观。其中，每一个画面都有它自身的成因环境和成长条件，画面成因千差万别。3.1石钟乳、石笋、石柱成因这是钟乳石族群中最基本的形态。水滴在洞穴顶板上聚集，当水滴重量超过水的附着力和表面张力时，水珠垂落。白此，钙华开始了析出附着与粘结的过程。日复一日，年复一年，顶板上吊悬的石钟乳与地上生长的石笋，有朝一日上下相连，则形成石柱。随着石钟乳、石笋不断生，长水动力条件、水流环境的改变，形成了石钟乳、石笋、石柱表面形态多样的纹饰。其形态有似黄瓜、有似苦瓜、有似竹节、有似包谷千变万化，无奇不有。这正是钟乳石景观的神妙诱人处之一。石钟乳、石笋和石柱，大多成群如簇，有些甚至成百上千，数不胜数，大小不一，形态各异，组合起来有些似东海龙宫，有些似玉皇神殿，有些石钟乳似宫灯悬挂，有的石笋似珍珠宝塔，有的石柱似定海神针，秀美优雅者有之，光怪离奇者也有之。雕工不能制作巧匠难以模仿。让人惊叹大自然的神工妙笔。虽然它们的形态变幻无穷，但有一条不变即它们的形成方式与简单的石钟乳、石笋、石柱的形成原理是一致的，都是滴水形成的钙华堆积体。3.2石幔、石瀑布、石幕、石帷、石帐、千丘田成因其形成与面状水流有关，也与原来已存在的微地貌形态有关。如千丘田、钙板等其原地面基本是个平面，其上有细而溥的面状水流覆盖。当水流分布不均匀或流速因地势有所不同时，平面状的钙华堆积体之表面会显示不一样的纹饰故有千丘田、石盾、石桌、钙板之分。石幔、石帷、石幕、石瀑等是则是垂直面状水流的杰作。起初一排一排生长的石钟乳，随着时间的推移，越长越长，长成顶天立地的石柱，当粗细不一的钟乳石柱体并联为一个整体时，便有似石幔者、石瀑者。有些洞壁上也有类石幔的景观，这些景观大大丰富了钟乳石家族，使景观画面更加丰富多彩。3.3花石、雾石、点点石成因这类形态不规则的钙华堆积体的形成可能与水滴和面状水流的间歇性，水流、水滴位置的经常变化和原已存在的微地貌形态有关。这种体态离奇、优雅秀美的景观，在钟乳石家族中起着画龙点睛的效用。3.4鹅管、石珊瑚、石葡萄成因这类近同形、空心园柱形的钙华堆积体的形成，可能与旋卷的微水流有关，尤其是鹅管和卷曲石。石珊瑚与石葡萄则应有一个一个的生长中心点，这个中心点可能是“毛细管”，亦可能是一个微生物的核心，钙华的堆积、包裹它呈园层状生长，园层状生长则起源于旋卷的水流，因其形成条件特殊，这类钙华堆积体数量不可能太多。4.侵蚀地貌遗迹景观成因公园中的侵蚀地貌景观主要有诺水河峡谷和临江丽峡，其成因一是水动力侵蚀即流水携带泥、沙、砾对河床刨蚀下切二是地壳的上升上升的速度越快下切的速度也越快河谷也越狭窄。诺水河峡谷和临江丽峡形成于第四纪，即有不超过万年的历史，在这段地质历史中，区内