遼寧大連駱駝山地區第四紀溶洞形成條件分析

高福亮，江 洋，張國仁，吳子杰

遼寧省地質勘查院有限責任公司,遼寧 大連116100

駱駝山地區位于遼東半島南部、普蘭店灣北岸.研究區位于大連市金普新區復州灣街道南東約4 km，隸屬于金普新區管轄.大地構造位置位于華北陸塊膠遼隆起帶復州拗陷復州－大連沉陷（圖1）.

圖1 駱駝山地區大地構造位置圖Fig.1 Tectonic location map of Luotuo Mountain

遼寧省大連市是中國東北地區重要的第四紀哺乳動物化石產地，碳酸鹽巖地層發育，且構造活動相對較強，形成許多溶洞，部分溶洞被充填后形成第四紀哺乳動物遺跡，吸引著國內外眾多學者的關注［1］.在該地區先后發現了大連海茂動物群［2］、古龍山動物群［3-4］以及駱駝山金遠洞等眾多第四紀哺乳動物群［5］，為遼南地區第四紀地層劃分對比提供了可靠的資料，同時對于華北、東北甚至朝鮮半島和日本列島第四紀哺乳動物的遷徙和氣候變化等問題的研究也具有重要意義［6-9］.根據化石產出情況以及同位素測年結果，大連海茂動物群及古龍山動物群均為晚更新世動物群［3］.而駱駝山金遠洞時代跨度較大，為早更新世—中更新世動物群，具有重大研究價值［10］①劉思昭，等.大連復州灣駱駝山古動物化石點搶救性清理項目總結報告.2015..

據劉思昭等①劉思昭，等.大連復州灣駱駝山古動物化石點搶救性清理項目總結報告.2015.調查，金遠洞中目前產出以野豬和腫骨鹿為優勢品種的60多個種屬的化石近萬件，包括東北地區首次發現的納瑪象、泥河灣巨頦虎等珍貴的哺乳動物化石.除此之外，還發現了一批燧石、砂巖、脈石英等不同石料的疑似人工石制品，許多明顯砍砸痕跡的動物骨骼及疑似火塘等古人類活動遺跡.根據化石產出特征、各類測年結果等信息①，表明駱駝山金遠洞頂部相當于周口店期早期，中下部可能與公王嶺期相當，底部可能相當于泥河灣期晚期，其連續堆積的地質時代大約為0.3～2 Ma，對研究東北地區古人類和第四紀哺乳動物的輻射和演化具有重大意義.

目前在大連駱駝山地區工作主要以化石發掘為主，并配合各種測年的手段對金遠洞進行研究.但在基礎地質方面僅進行過簡單的路線調查，以研究哺乳動物化石的演化發展為主.基礎地質研究程度較低，尚未進行過詳細的1∶2000地質填圖，對溶洞的形成條件、發展過程以及分布情況等尚未進行過研究，因此，筆者通過野外地質填圖以及洞穴堆積物的調查，對以上問題進行研究.

1 地質背景

研究區內與溶洞形成有關的地質條件主要為地層以及斷裂構造.

1.1 地層

研究區內主要發育中奧陶統馬家溝組，巖層為傾向南西、傾角30～60°的單斜構造，巖性、層位及延伸穩定，巖層走向與駱駝山主體走向基本一致.根據巖性、沉積韻律等特征，馬家溝組可以分為上、下2個巖性段.2個巖性段以鹽溶角礫巖為分界，主要巖性為灰巖以及白云質灰巖，層厚逐漸變厚.

在駱駝山周邊還發育有石炭系本溪組、石炭－二疊系太原組地層、第四系的松散堆積物以及洞穴堆積物等②遼寧省地質勘查院.長興島鎮等四幅區域1∶25萬區域地質調查報告.2001..

1.2 斷裂構造

根據區域構造研究成果［10-14］②遼寧省地質勘查院.長興島鎮等四幅區域1∶25萬區域地質調查報告.2001.，研究區經歷了加里東、海西、燕山、喜馬拉雅期4個旋回的構造演化，其中加里東、海西、喜馬拉雅期3個構造旋回主要表現為地殼的升降運動、沉積作用以及水平運動，在駱駝山地區變形較弱，對溶洞形成影響較小.燕山旋回斷裂構造形跡清楚，并且與溶洞形成關系密切.因此，根據復州灣地區構造行跡及地層切割關系，確定本次構造研究以燕山期構造為主.

研究區內斷裂共計23條，根據其分布方向和斷裂間交切關系，認為燕山期斷裂主要分為3期，即早期北東向斷裂、中期北北東向斷裂以及晚期北西向斷裂.早期北東向斷裂一般規模較大，方向為北東30～50°，延長70～483 m，寬2～20 m，以張性為主，斷裂兩側有邊界清楚的構造角礫巖帶，并有紅土充填，是控制洞穴形成的主要構造.中期北北東向斷裂方向為北北東10～25°，延長160～530 m，寬1～8 m，以張性為主，個別為張扭性或壓扭性，大部分構造破碎帶內沒有紅土充填.晚期北西向斷裂主要有2條，規模均較大，沿走向產狀變化較大，延長約1 km，具有壓扭性特點，帶內發育擠壓片理、斷層泥等.

2 溶洞特征

本次在駱駝山地區共發現溶洞41個（表1，圖2）.對每個溶洞的大小、形態以及洞穴堆積物進行調查，并總結其形成規律和時間.溶洞在空間上分布散亂，無明顯的分帶，但均位于斷裂周圍，與斷裂構造關系十分密切.

圖2 駱駝山地區構造綱要及溶洞分布圖Fig.2 Structure outline and distribution of karst caves in Luotuo Mountain

表1 駱駝山地區溶洞特征匯總表Table 1 Characteristics of karst caves in Luotuo Mountain

2.1 形成條件分析

溶洞的形成較為復雜，主要包括了水對可溶巖石的溶蝕和沖蝕，以及崩塌和堆積［15-16］.

2.1.1 溶蝕和沖蝕

駱駝山地區溶洞形成以溶蝕為主，伴隨著沖蝕作用.溶蝕作用主要的影響因素有水的溶蝕力、巖石的可溶性以及巖石的透水性.

（1）水的溶蝕力

駱駝山地區地處海岸線邊緣處，溶洞形成的水源主要為海水.海水中鹽度較高，且溶解大量的CO2，受潮汐作用的影響，海水的流動性強，可不斷的補充溶蝕所消耗的CO2.同時流動狀態下的水還會發生濃度、溫度、異離子混合溶蝕現象，導致溶蝕速度提高［15］.因此，駱駝山地區巖溶水的溶蝕能力極強.

（2）巖石的可溶性

駱駝山地區主要地層為馬家溝組的灰巖，屬于溶解度一般的巖石，但碳酸鹽巖分布十分廣泛，且碳酸鹽巖地貌保存完好，使得局部地區溶蝕形成溶洞，而未經溶蝕的部分則完好的保留下來，形成溶洞壁和低山.據研究［17］發現巖石的可溶性順序：質純的石灰巖＞白云巖＞硅質石灰巖＞泥質石灰巖.駱駝山地區巖性主要為質地較為純凈的石灰巖以及少量的白云質灰巖，溶洞大多發生于純凈的石灰巖之中，而白云質灰巖則相對較少.

（3）巖石的透水性

研究表明，巖石的透水性取決于巖石的孔隙及裂隙的大小和多少.駱駝山地區原生的孔裂隙十分有限，但構造活動強，形成了大量的開放式孔隙及裂隙.故構造孔裂隙是本地區控制溶洞的主要因素.

基于以上幾點分析，形成溶洞的基礎是石灰巖發育區，且具有溶蝕性較強的巖溶水，在此基礎上疊加斷裂、節理、裂隙等脆性破裂，使海水有充分的流動空間和儲存場所，加快了石灰巖的物理、化學熔蝕作用速率，導致空間不斷擴大，最終形成溶洞.區內40多個形成于不同標高、大小不等、形態各異的石灰巖溶洞，90%分布于斷裂帶內或其附近.因此，斷裂構造，特別是不同方向斷裂的交接復合部位以及與斷裂活動有關的次級裂隙是溶洞形成的主要控制因素.

除此之外，流水的沖蝕作用對溶洞的形成也起到一定的作用，夾雜著砂礫的海水進入之后且流速較大，這樣的流水與巖體表面摩擦時會發生沖擊和磨蝕，導致溶洞的擴大.

2.1.2 崩塌和堆積

崩塌作用同樣發生在地表和地下，而且與溶蝕作用有關.因為溶蝕首先為崩塌創造了空間條件，由溶蝕而誘發的崩塌，可稱為巖溶崩塌作用.其主要類型有：錯落、陷落和氣爆.根據駱駝山地區洞穴形態及堆積物斷定，崩塌作用以陷落為主.

駱駝山地區堆積作用比較復雜，它不僅有地表和地下堆積，而且還有化學性的CaCO3堆積與物理性的碎屑物堆積.據調查結果顯示，駱駝山地區洞穴堆積物以物理性碎屑堆積為主，在41個溶洞中26個溶洞內為物理碎屑堆積.這些洞穴也是尋找第四紀古人類和哺乳動物化石的主要層位，有3個洞穴為化學沉積，4個洞穴為混合沉積，8個洞穴無沉積物.物理沉積主要由紅土、圍巖石塊、鈣質結核、泥巖等構成，部分洞穴內部還存在骨屑.化學沉積物主要有石鐘乳、層狀的方解石、紋石.

2.2 溶洞堆積物形成時代

本次工作選取以物理碎屑堆積為主的洞穴頂部高程進行對比，將這些溶洞主要分為三級臺地，其中8～33 m之間為一級臺地，34～58 m為二級臺地，59～83 m為三級臺地.在遼南地區第四紀共經歷了兩次大的抬升，一次為中更新世晚期，另一次為晚更新世晚期［12，18］，并且駱駝山金遠洞洞穴堆積物形成于早—中更新世，推測最下部的一級臺地形成于早全新世.而中部的二級臺地形成于晚更新世.最高的三級臺地形成于早—中更新世.

3 結論

根據以上研究分析，可以得出以下幾點溶洞的分布規律.

（1）溶洞多發生于斷層周圍，溶洞的規模與構造帶大小成正比，溶洞的數量與構造帶的密集程度呈正比，北東向正斷層與北西向的逆斷層交匯部位是形成溶洞的有利地帶.

（2）在尋找第四紀古人類及哺乳動物化石時，應著重對標高在34 m以上的溶洞進行研究，特別是標高59 m以上的溶洞，這些溶洞多形成于更新世，對應著泥河灣期和周口店期，容易尋找到古人類遺跡.

通過以上兩點可以進行駱駝山地區第四紀古人類及哺乳動物遺跡的尋找工作.同時，還可以結合物探工作對未出露地表的溶洞的形態、填充物等信息進行探查.

致謝：參加“瓦房店市古生物化石地質遺跡調查及評價”項目的工作人員還有李顯東、劉富、高永釗、楊海旭等同志.另外，在工作期間，得到了原遼寧省化石保護管理局張立軍博士，大連自然博物館劉金遠、劉思昭等專家指導，在此一并感謝.