湖南酒埠江國家地質公園巖溶洞穴分布特征及成因分析

熊建安 胡楊文

摘 要 酒埠江國家地質公園發育密集、規模宏大、景觀豐富的溶洞群。在多年野外調查、勘測基礎上對公園巖溶洞穴分布特征、成因等進行分析研究，對提升酒埠江國家地質公園巖溶洞穴的科學價值具有重要意義。結果表明，公園洞穴的分布在平面上具有相對集中性、在垂向上具有相對集中的分帶性，且與地貌類型、地層巖性、斷層帶分布等密切相關。公園巖溶洞穴是巨厚層的碳酸鹽在地殼運動、水、地球重力、生物等共同作用下形成的。

關鍵詞 ?巖溶洞穴;分布特征;成因;酒埠江國家地質公園;湖南

中圖分類號：P931.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： Jiubujiang National Geopark develops a densely， large - scale and rich landscape of karst caves. On the basis of field investigation and survey for many years， analysis and research on the distribution characteristics and genesis of caves in the geopark is of great significance to enhance the scientific value of karst caves in the Jiubujiang National Geoparkpark. The results show that the caves distribution ?is relatively concentrated in the plane and relatively concentrated in the vertical direction， which is closely related to the eomorphological type， stratum lithology and fault zone distribution. The karst caves in the geopark are carbonate with huge thickness， formed under the combined action of crustal movement， water， gravity of the earth and living things.

Keyword： The karst cave; distribution characteristics; genesis; jiubujiang National Geopark; Hunan province

喀斯特作用所形成的地下形態和地表形態統稱喀斯特地貌[1-4]，也稱巖溶地貌。湖南省是巖溶地貌較為發育的地區，其巖溶地貌分布面積約占全省總面積的27%[5]。巖溶地貌的類型復雜多樣，巖溶洞穴作為一種位于地下的特殊景觀資源，具有多元的景觀價值，同時又具有不可再生性和不可替代性[6]。如今，湖南省內越來越多的巖溶洞穴景觀被批準為地質公園，截止2017年12月，以巖溶地貌為主，包含有巖溶洞穴的地質公園有12個;其中酒埠江國家地質公園以發育密集、規模宏大、景觀豐富的溶洞群聞名于三湘四水，堪稱我國的“溶洞世界”和“洞穴博物館”[7];公園內主要出露石炭紀、二疊紀地層，其次為泥盆紀、寒武紀地層。在多年野外調查、勘測基礎上對公園內碳酸鹽面積83.7km2的分布區作為研究對象，分析研究洞穴分布特征及其成因， 對提升酒埠江國家地質公園巖溶洞穴的科學價值具有重要意義，也便為公園巖溶洞穴保護、科普宣傳等提供科學依據。

1 ?公園概況

湖南酒埠江國家地質公園位于湖南省攸縣的東部，湘贛交界的羅霄山脈中段西側，主要地質遺跡類型為溶洞，峽谷，天生橋、水體景觀等，于2005年8月被國土資源部批準為國家地質公園。總面積114.7 km2，其中碳酸鹽面積83.7 km2。

1.1地形地貌

湖南酒埠江國家地質公園地處湘贛交界的羅霄山脈中段西側。地形以山地為主;南部的太和仙、雞公寨與北部的婆婆巖、廣寒寨、天蓬巖構成重疊山群，山峰高度1000-1200 m。整體地勢趨向是東高西低，自東向西由中山向低山丘陵逐漸遞降。

1.2地質背景

1.2.1地層

酒埠江國家地質公園區域上地層發育較為完整，除缺失志留系及下泥盆系、上侏羅系、上第三系外，從元古界板溪群至新生界第四系地層均有發育，但園區內出露地層簡單，主要為石炭系與二疊系地層，為濱海—淺海相碳酸鹽巖類沉積，巖性為灰—灰白色厚層、巨厚層灰巖、白云巖[8]。該套地層厚度大，分布面積廣，產狀較平緩，垂直節理發育，有利于形成迂回曲折、多層結構的巖溶洞穴地貌。巖溶洞穴主要發育于石炭中上統壺天群與二疊系下統棲霞組、茅口組地層中。

1.2.2構造

本區屬于新華夏系第二沉降帶，為醴攸盆地之東、茶永盆地之北的北東向狹長地帶。其西邊和南邊均被斷層切割，總體特點是自北而南由蓋層和基底相間組成的褶皺帶，由一系列軸向為20°～30°的褶皺、斷層，相伴少數北西向橫斷層構成。其中，獅古塘背斜、天子山向斜和新漕泊斷裂、老漕泊斷裂、泉塘山—老漕斷裂、洋濱斷裂等是區內的主要構造[9]。它們總體構成了一個向北傾伏的復式背斜。

2 ?洞穴分布特征

地質遺跡以一定的物質和形態反映漫長地質歷史時期地球物質運動、生物進化及內外動力地質作用特征，地質遺跡的形成和演化，受到地質背景和地理環境的影響和制約[10-11]，故地質遺跡分布具有空間分異特征和規律。根據酒埠江國家地質公園巖溶洞穴的分布狀況及其地質地貌背景，分析研究其分布規律如下：

2.1在平面上溶洞具有相對集中性

據收集有關資料進行統計，區內巖溶洞穴總數86個（只包括長度大于或等于20 m的洞穴），按其裸露碳酸鹽巖面積83.7 km2推算，巖溶洞穴的平均分布密度為1.03個/km2，但它們在區域分布上很不均勻，以老漕泊、新漕泊附近區域溶洞分布相對密集，在約23.3 km2的區域內發育溶洞42個，洞穴密度為1.8個/km2，并有如海棠洞、禹王洞、白龍洞等大型甚至超大型洞穴。余下洞穴相對集中分布于劉家沖、灣里、七里等附近區域，但分布密度相對較低，除此之外區域內另有零星洞穴分布（圖1）。

2.2在垂向上溶洞具有相對集中的分帶性

從洞穴分布的高程上分析，初看洞穴的垂直分布似乎無規律性可循，在區域內的任何高程上呈隨機分布形式。但經研究分析，區內洞穴的垂直分布在海拔380-520 m段最為密集（圖2），在140 m高差范圍內發育洞穴55個，約占洞穴總數的64%，垂向分布率為0.39個/m;其次為280-380 m段、520-620 m段，各發育洞穴16個、13個，垂向分布率分別為0.16個/m、0.13個/m。區內洞穴分布最低高程為252 m，最高高程為730 m。

2.3溶洞分布與區內地貌類型存在密切相關性

從地貌類型上看，在各類巖溶地貌內均有溶洞發育，但主要分布于巖溶峰叢地貌區，如漕泊附近區域的巖溶峰從洼地地貌，是區內溶洞分布密度最大的區域。

2.4溶洞的分布與地層巖性密切相關

區內以石炭系中上統壺天群白云巖、灰巖中溶洞最發育，溶洞數量達49個，占總溶洞數量57%，其次二疊系下統棲霞組及茅口組灰巖、含硅質條帶或硅質團塊（白云質團塊）灰巖中洞穴比較發育，分別分布溶洞數量21個、5個，分別占24%、6%，再次在泥盆系中統棋梓橋組、上統錫礦山組和石炭系下統石磴子組灰巖中也有一些小型溶洞分布（圖3）。

2.5溶洞具沿斷層帶分布的特征

在圖2中不難看出，溶洞基本上分布于斷層線兩旁。斷層次級裂隙控制溶洞的發生、發展及規模的大小。

3 ?公園巖溶洞穴成因分析

3.1巖溶洞穴形成的物質基礎

公園內的巖溶洞穴主要發育在石炭系中、上統壺天群和二疊系下統棲霞組地層中，其次為二疊系下統茅口組和中泥盆統棋子橋組、上泥盆統錫礦山組地層中。這些地層均為石炭紀中晚世-二疊早期濱海一淺海相連續沉積的碳酸鹽巖，礦物成分主要是方解石或白云石，化學成分含CaO、MgO較高，含酸不溶物極低，具有很強的酸水可溶性，當地表的雨水、河水和地下水溶解了空氣和腐殖層中的二氧化碳氣體，變成了含碳酸的水（稱巖溶水），巖溶水同這些碳酸鹽巖接觸，特別是沿著碳酸鹽巖巾的裂隙穿流時，能把碳酸鹽巖巾的碳酸鈣溶解到水中，隨水帶走，結果在碳酸鹽巖中形成了大小不一、形態多樣的空洞。公園內石炭系一二疊系碳酸鹽巖具有連續沉積特點，厚度巨大（大于762m），且產狀平緩，具足夠的洞穴發育空間，因此，公園內具較大規模并有旅游開發價值的洞穴基本上發育于石炭系—二疊系碳酸鹽巖中。

3.2巖溶洞穴基底形成

印支運動晚期至燕山早期運動，地殼大幅度上升，使公園所處區域由海盆地環境上升到陸地，海水退出本區，海相沉積的泥盆系-三疊系碳酸鹽巖為主的地層出露到地面。在這階段地殼運動活動強烈，大量巖漿侵入形成巖漿巖，巖層形成褶皺（向、背斜）。

3.3巖溶洞穴框架形成

燕山運動和喜馬拉雅運動，地殼繼續上升，巖層繼續發生折曲并破裂，產生褶皺和大量的斷裂、裂隙，上覆非碳酸鹽地層被風化剝蝕，碳酸鹽巖露出地表，接受巖溶作用。

3.4巖溶洞穴系統形成

水的溶蝕、搬運和巖石的重力作用，形成了巖溶洞穴。巖溶水沿碳酸鹽巖裂隙不斷滲流及溶蝕，使其裂隙空間不斷加深增大，有的甚至到無法承受頂部重力的時候，產生坍塌，坍塌只改變空間的形狀，并不改變空間大小。坍塌物又隨水流被帶出，水流繼續溶蝕基巖，如此反復，洞穴系統就形成了。

（1）新構造運動的多次間歇抬升作用，形成洞穴的立體結構景觀。

當地下水溶蝕、搬運，把洞穴物質帶走，洞穴形成后，出現了地殼上升，該層溶洞隨地殼上升而地下水位則相對下降;其后，當地殼穩定下來時，地下水又在新的巖層部位進行溶蝕搬運，便形成了第二層溶洞。這樣，地殼多次上升，便形成了多層洞穴。酒埠江國家地質公園洞穴為四層樓結構，說明該地區新構造運動至少有四次大的間歇抬升。

（2）巖石的重力作用，形成了洞內崩塌堆積景觀。

洞內發生崩塌，當洞穴水將其崩塌物溶蝕及時搬運帶走時，就形成了大的洞道或廳堂，當洞穴水無能力或來不及溶蝕和帶走時，就堆積于洞內而形成了崩塌堆積景觀。

（3）地下河流水搬運沉積作用，形成了洞內泥土砂礫沉積景觀。

當巖溶發展到一定階段，就會形成地下河。而地表水又會攜帶地表泥土砂礫進入洞內，在有利的地下河床段沉積下來，年復一年，沉積加厚，形成地下河沉積層，而后，由于地殼運動，使地下河基準面下切或改道，且原河床抬升或移位，河床沉積物脫離水面被保留下來，就成為洞內的流水沉積物景觀。

（4）水與碳酸鹽的可逆化學反應作用，形成了洞內鐘乳石景觀。

當巖溶水含重碳酸鈣未飽和時，可以溶解碳酸鹽巖石形成洞穴（CaCO3+H2O+CO2→Ca（HCO3）），反之，巖溶水含重碳酸鈣過飽和時，就會析出碳酸鈣沉淀析出鐘乳石（Ca（HCO3）→CaCO3↓+ H2O+CO2 ↑）。地下水會隨洞穴環境及氣溫和壓力的改變而改變，當達到一定的溫度和壓力時，地下水中的CO2逸出與水分揮發，使地下水重碳酸鈣濃度飽和或過飽和，產生碳酸鈣而重新結晶形成鐘乳石。洞穴環境非常復雜，千差萬別，不同的洞穴環境其洞穴水呈現的狀態不同。如洞穴水呈滴水狀、就會形成石筍、石鐘乳、石柱[12]，若呈流水狀，就會形成石瀑、石田等，若呈毛細水狀、霧狀，就會形成石毛、石針、石花[12]等。酒埠江國家地質公園洞穴環境非常復雜，幾乎所有洞穴水狀態的鐘乳石類型都可見到。

4 ?結論

（1）酒埠江國家地質公園發育密集、規模宏大、景觀豐富的溶洞群，碳酸鹽面積83.7 km2的分布區分布巖溶洞穴86個。本文在多年野外調查、勘測的基礎上對公園巖溶洞穴的分布特征和成因進行分析研究，對提升酒埠江國家地質公園巖溶洞穴的科學價值具有重要意義，也便為公園巖溶洞穴保護、科普宣傳等提供科學依據。

（2）酒埠江國家地質公園巖溶洞穴分布主要有如下特征：在平面上巖溶洞穴主要集中分布在老漕泊、新漕泊附近區域，在約23.3 km2的區域內發育溶洞42個;在垂向上巖溶洞穴主要集中分布海拔380-520 m段，在140 m高差范圍內發育洞穴55個;巖溶洞穴主要分布在石炭系中上統壺天群白云巖、灰巖中，數量達49個;巖溶洞穴主要分布在漕泊附近區域的巖溶峰從洼地地貌;巖溶洞穴主要分布斷層兩側。

（3）巨厚層的碳酸鹽在地殼運動、水、地球重力、生物等共同作用下，形成了現今酒埠江國家地質公園這種結構復雜，形態多樣、景色迷人的巖溶洞穴系統。

參考文獻/References

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