廣東溶洞分布

1、第 22年 月熱 帶 地 理111卷 第 1 期Vol 22 , No 120023TROPICAL GEOGRAPHYMar, 2002廣東碳酸鹽溶洞發(fā)育的控制因子蘇瑞俠1 ,2 , 孫東懷1 , 馮翠容2(1.中國科學院南海海洋研究所邊緣海地質(zhì)與古環(huán)境開放實驗室 , 廣東廣州 510301 ; 2. 廣州大學地理系 , 廣東廣州 510405)摘要: 廣東省碳酸鹽溶洞主要分布在粵北的韶關(guān)、清遠兩市?；鶐r巖性、地貌位置、水文條件、地質(zhì)構(gòu)造和氣候條件是該地區(qū)溶洞發(fā)育的主要控制因子。廣泛分布于華南巖溶山區(qū)、多級臺地、山間盆地的晚古生代厚層碳酸鹽巖是溶洞發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ); 充沛的降水和活動頻繁的地下

2、水是溶洞發(fā)育的動力因子; 褶皺核部、近翼部以及深大斷裂的兩側(cè)是溶洞發(fā)育的有利構(gòu)造部位。關(guān)鍵詞: 廣東省; 碳酸鹽溶洞; 巖溶中圖分類號:P942165文獻標識碼: A文章編號: 1001 - 5221 (2002) 01 - 0080 - 05碳酸鹽溶洞在華南地區(qū)分布廣泛。它不僅是這一地區(qū)地貌的重要組成部分 , 而且是重要的旅游資源之一 , 溶洞中的碳酸鹽沉積物也是地質(zhì)時期古氣候和古地理環(huán)境變遷的良好記錄者。廣東省作為華南地區(qū)的一部分 , 地貌、水文、地質(zhì)條件和特殊的氣候因素的綜合影響 , 形成了現(xiàn)今千姿百態(tài)的巖溶地貌景觀和碳酸鹽溶洞的廣泛分布。研究該省碳酸鹽溶洞的分布規(guī)律及其發(fā)育的控制因子

3、, 不僅對廣東省的旅游開發(fā)具有經(jīng)濟意義 , 而更重要的是具有科學研究價值。1 廣東各地形區(qū)自然地理、地質(zhì)特征根據(jù)地形特征將廣東省劃分為 4 個地形區(qū): 粵北山地區(qū)、粵東北平行山地和粵東南沿海丘陵區(qū)、粵西山地與沿海臺地區(qū)、珠江三角洲區(qū)1 。111粵北山地區(qū)粵北區(qū)包括韶關(guān)、連縣、連平、陽山、英德一帶 , 以中、低山和丘陵為主 , 山脈與巖溶盆地呈弧形相間分布 , 氣候?qū)儆趤啛釒Ф嘤瓿睗駳夂?。南嶺緯向構(gòu)造、粵北山字型構(gòu)造、新華夏系構(gòu)造體系形成構(gòu)造基本骨架。地層發(fā)育較全 , 中泥盆世到早三疊世為碳酸鹽巖類建造期。112粵東北平行山地和粵東南沿海丘陵區(qū)粵東北和粵東南區(qū)包括和平、興寧、梅縣、惠陽、汕頭一帶

4、 , 以山地和丘陵為主 , 兼有河谷盆地及沖積平原 , 氣候具有熱帶向亞熱帶過渡的特色。褶皺以東北 西南向基底式和大陸邊緣活動帶類型為主。斷裂延伸遠 , 地貌上形成地壘狀隆起和地塹狀陷落 , 控制著北東向山脈和盆谷的分布。地層發(fā)育不全 , 可溶巖分布局限。113粵西山地與沿海臺地區(qū)本區(qū)包括懷集、封開、云浮、羅定、廉江一帶 ,地貌類型復雜多樣 , 以中低山和丘陵為主 , 還有盆地、臺地等 , 氣候特征與粵東地區(qū)相似。北東東向斷裂最為突出 , 具有長期發(fā)展和多期活動的特點 ,褶皺構(gòu)造主要為基底式和蓋層式 , 地層發(fā)育較全 , 巖性以灰?guī)r為主。114珠江三角洲地區(qū)本區(qū)為河?；旌隙逊e平原 , 地勢較平

5、坦 , 有低山丘陵分布 , 并由北向南降低 , 包括從化、廣州、臺山、江門、深圳等市區(qū)?；讟?gòu)造復雜 , 新構(gòu)造運動極為顯著 , 以斷塊上升為主 , 現(xiàn)代地震較頻繁。發(fā)育地層有下泥盆統(tǒng) , 石炭統(tǒng) , 二疊統(tǒng)等 , 巖性以灰?guī)r為主。2 廣東省碳酸鹽巖及其溶洞分布211碳酸鹽巖分布廣東省碳酸鹽巖分布面積 219 104 km2 , 占全省面積 7 %。碳酸鹽巖較集中分布在粵北 , 其次為云浮、陽春和肇慶 , 其它地區(qū)均為零星分布 (圖 1) 。除志留系、中三疊統(tǒng)、下 - 中侏羅統(tǒng)地層外 , 自震旦系至第三系的地層中均或多或少地夾有巖溶地層 ,第四系有鈣華沉積 , 中 - 上泥盆統(tǒng)和石炭系地層中巖

6、溶地層分布最廣 , 石炭系比泥盆系可溶性好。收稿日期: 2001 - 04 - 28 ; 修訂日期: 2001 - 08 - 08基金項目: 中科院南海海洋研究所知識創(chuàng)新項目(5210607)和中科院地球環(huán)境研究所知識創(chuàng)新項目 ( KZCX2 - 108) 資助。作者簡介: 蘇瑞俠(1962 - ) , 女 , 陜西岐山縣人 , 博士 , 巖石礦物學專業(yè)。1 期蘇瑞俠等: 廣東碳酸鹽溶洞發(fā)育的控制因子81圖 1碳酸鹽巖、溶洞和水系分布關(guān)系圖Fig11The distribution relationship of carbonates , karst caves and water syste

7、m根據(jù)巖石組合可以把碳酸鹽巖層分為 3 種巖石組合層。(1)碳酸鹽巖夾碎屑巖層 , 地層由老至新有:292 % , 羅定、陽春地區(qū)各為37121 km2 , 廉江、懷集、廣州尚有零星分布。以深灰色厚層灰?guī)r , 薄層及泥質(zhì)條帶灰?guī)r為主。泥盆系上統(tǒng): 出露面積約 1 493 km2 , 主要分布于粵北、陽春等地 , 河源、開平、高要、從化等地零星出露。巖性為薄層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、大理巖 , 少量生物灰?guī)r。石炭系上統(tǒng): 出露面積約 3 912 km2 , 主要分布于粵北 ( 約占 85 %) ?；浳麝柎?、羅定地區(qū)約 30 km2 , 其它地區(qū)有零星出露。巖性為薄 - 厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、大理巖

8、和白云巖等。二疊系上統(tǒng): 含煤碎屑巖系 , 厚以百米計 , 僅在粵北的上部略具硅質(zhì)碳酸巖系。三疊系: 三疊紀碳酸鹽巖零星出露 , 為夾有碎屑巖的泥質(zhì)碳酸鹽巖系。(2)碳酸鹽巖層 , 地層由老至新有:石炭系中統(tǒng): 出露面積約 39 km2 , 分布于連平、翁源 , 巖性為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、大理巖。石炭系中上統(tǒng)、上統(tǒng): 出露面積約 922 km2 , 主要分布于粵北 , 粵東北及珠江三角洲地區(qū)僅有零星分布 , 巖性為厚層狀灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、大理巖等。二疊系下統(tǒng): 分布于連縣、陽山、韶關(guān)、連平、興寧、惠陽、陽春、廣州地區(qū) , 巖性主要為深灰色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、燧石灰?guī)r等。(3)紅

9、層巖溶地層紅層巖溶地層是白堊紀以來在大陸環(huán)境中形成的紫紅色的沉積層2 , 由泥頁巖、砂礫巖、泥灰?guī)r和石灰?guī)r組成 , 紅層既可以形成巖溶地貌又可形成挺拔峻秀的丹霞地貌。分布在連縣清江鄉(xiāng)、星子鎮(zhèn)、大路邊鎮(zhèn)、樂昌縣坪石鎮(zhèn)、云浮縣白石鎮(zhèn)、羅定縣華石鎮(zhèn)、蘋塘鎮(zhèn)等處3 。212廣東省碳酸鹽溶洞的分布由于地形、地質(zhì)、水文和氣候等條件的差別和相互制約作用 , 造成各地區(qū)巖溶強度的差異和溶洞的不均勻分布 (圖 1) ?？偟膩砜?, 在碳酸鹽巖層發(fā)育區(qū) , 特別是質(zhì)純層厚的碳酸鹽巖區(qū)巖溶作用比較強烈 , 溶洞也比較發(fā)育。21211 粵北各縣市碳酸鹽溶洞的分布情況 粵北區(qū)巖溶較強烈 , 發(fā)育著大大小小的溶洞和縱橫交

10、錯的溶裂。(1)連縣受不同構(gòu)造及花崗巖體隆起的影響 , 本區(qū)巖溶發(fā)育差異性變化明顯。根據(jù)溶洞發(fā)育的地貌特征分為 : 巖溶山區(qū) 主要分布在大坪復向斜及秤架復背斜核部和翼部 , 該區(qū)各地段溶洞發(fā)育程度差異明82熱 帶 地 理22 卷顯 (表 1 、2) , 多成層分布 , 主要發(fā)育于海拔 600 800m 范圍內(nèi) , 以中、小型為主 , 大2巨型比較少 , 海拔大于 800m 以及小于 600m 不甚發(fā)育; 多級臺地巖溶區(qū) 本區(qū)共有四級臺地 , 溶洞主要分布在南部的高山、西江、龍坪和連州以及中部的上庫、沈家坑、清江、山塘和黃沙堡一帶 , 在兩級臺地間的過渡帶或臺地邊緣為河谷深切 , 巖溶強烈發(fā)育

11、, 溶洞形態(tài)以垂直類型為主; 弧形條狀垅谷巖溶區(qū) 主要分布在連縣的東北部 , 為一系列彎曲向西突出的復式褶皺構(gòu)造形成的弧形條狀山垅谷地相間的巖溶區(qū) , 溶洞多見于垅背。表 1東坑坪等地段溶洞數(shù)量統(tǒng)計Tab11Karst cave statistic in Dong Kingping district不同規(guī)模 (m)溶洞數(shù)量/ 個地 名小型中型大型巨型不詳共計 200水坪漏213石羊巖922215井 崆12841328東坑坪112總 計141774648百分比/ %303515812100表 2連縣境內(nèi)部分地段在不同高程溶洞分布數(shù)量統(tǒng)計Tab 2Karst cave statistic of v

12、ariant altitude in Lianxian county不同高程 (m) 溶洞數(shù)量/ 個地 名380480620770770850總計430530650735800880水坪漏11石羊巖52310井崆378220東坑坪22總計52978233百分比1/%15 26 0627 321 224 26 06100(2)韶關(guān)111111韶關(guān)地區(qū)溶洞眾多 , 主要分布在以下地段: 天子嶺背斜東南翼 位于天子嶺背斜與芙蓉山向斜的復合部位 , 為長廊谷地地貌 , 以發(fā)育小型溶洞為主 , 發(fā)育深度 1060 m , 少數(shù)達 100120 m , 高度一般小于012 m ; 北江、武江河谷地帶 位于

13、蓮花山背斜兩翼與芙蓉山向斜交接部位 , 該地帶溶洞規(guī)模大、數(shù)量多 , 高度常在 1 m 以上 , 深度 1555 m ,武江河谷地段深達 120 m 左右; 馬壩 - 韶鋼水源地位于楓灣2馬壩向斜南西段 , 向斜兩翼為低山山壟地貌 , 核部為孤峰平原 (谷地) 地貌 , 鹽溶發(fā)育程度和規(guī)模較大 , 溶洞常發(fā)育于向斜的核部和平原谷地內(nèi); 東聯(lián)地段 該地段垂直高度 2 m 以上溶洞占 40 % , 發(fā)育深度多在 60 m 以上 , 少數(shù)可達 100120 m。(3)英德英德地區(qū)順層面、斷裂帶發(fā)育的溶洞較多 , 地表常見的溶洞形態(tài)主要為水平狀 , 次為管道狀、階梯狀、隙狀和通天洞等。溶洞主要發(fā)育于以

14、下地段:石牧塘復向斜盆地 位于英德的西部、牛婆洞向斜東部 , 該區(qū)溶洞發(fā)育深度較淺、規(guī)模較大 , 大者可容納百人; 北江復向斜盆地: 位于英德谷地 , 巖溶相當發(fā)育 , 可見大、巨型溶洞 , 有可容納數(shù)萬人以上的溶洞 (寶晶宮容納 45 萬人 , 通天洞容納萬人以上) ; 翁江復向斜盆地 向斜核部及斷層帶上發(fā)育溶洞 , 溶洞內(nèi)常見石鐘乳、石筍、石柱、石花、石帷幕等多姿百態(tài)的巖溶形態(tài); 英德九龍2清遠白花朗地區(qū) 溶洞規(guī)模大小不等 , 溶洞多層次性極明顯 , 大致可分 3 層 , 長數(shù)米、數(shù)十米或百余米 , 高度小于 30 m , 寬數(shù)米至 50 m , 石鐘乳、石柱頗發(fā)育。(4) 粵北其它縣市乳

15、源瑤族自治縣: 石灰?guī)r溶蝕地貌顯著、峽谷多。巖溶層以壺天群和孟公坳組灰?guī)r為主 , 巖溶形態(tài)為溶洞、落水洞等 , 大多為水平發(fā)育 , 在垂向上大致可分為兩級 , 常分布在均容谷地的南坡及西坡、近河床岸邊地帶。連平縣: 碳酸鹽巖呈條帶狀主要分布于西部一帶 , 溶洞分布深度 50100 m , 常被砂礫石、粘土充填; 深 100150 m 巖溶率減少 , 多為半填充空洞。21212粵西各縣市碳酸鹽溶洞的分布情況(1)陽春一帶碳酸鹽巖主要分布于陽春盆地、羅鏡盆地和獅崗、河朗等處。巖溶層以石炭系灰?guī)r為主 , 巖溶形態(tài)豐姿多彩。溶洞一般以北東向規(guī)模較大 , 大部分沿層面發(fā)育 , 在垂向上分為 4 層。(2

16、)肇慶市本區(qū)以中、小型溶洞為主 , 大型者較少。巖溶層以中上石炭統(tǒng)為主 , 巖性為灰、灰黑色厚層致密塊狀灰?guī)r。溶洞常常發(fā)育在質(zhì)純、層厚的灰?guī)r和角礫狀灰?guī)r區(qū)、斷裂帶附近。高要神符山一帶上三疊2下侏羅統(tǒng)灰質(zhì)礫巖中局部發(fā)育溶洞 , 洞穴多分布于地下40100 m。富灣一帶在地下105124 m 發(fā)現(xiàn)有高達 19147 m 的溶洞。1 期蘇瑞俠等: 廣東碳酸鹽溶洞發(fā)育的控制因子83(3)其它地區(qū)云浮一帶下石炭統(tǒng)灰?guī)r巖溶強烈 , 發(fā)育奇峰異洞 , 如蟠龍洞、星巖古洞等; 廉江縣石嶺、龍灣干案、缸瓦窯歐家等地溶洞較為發(fā)育; 官橋西南部巖溶發(fā)育具明顯分帶性。21213粵東各縣市碳酸鹽巖溶洞的分布情況 粵東碳

17、酸鹽巖分布在河源、紫金、梅縣、和平等地 , 溶洞不甚發(fā)育 , 往往沿山麓分布。21214 珠江三角洲碳酸鹽巖溶洞的分布情況 溶洞主要見于廣花盆地一帶 , 巖溶層主要為下二疊統(tǒng)灰?guī)r , 大型溶洞主要分布于褶皺軸部、北北東向斷裂帶。3 廣東省碳酸鹽溶洞控制因子分析廣東省的碳酸鹽溶洞主要由大氣降水交替循環(huán)作用形成。不同地區(qū)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形切割程度、水動力條件、氣候條件以及它們的組合形式不同 , 使溶洞發(fā)育具有明顯的區(qū)域性特征。311地形地貌因素對溶洞分布的控制受巖溶地層和地貌所控制 , 溶洞在空間分布上具有明顯的地域性特征4 。溶洞較集中分布于粵北山地區(qū) , 其次為粵西與沿海臺地區(qū)

18、 , 粵東北平行山地和粵東南沿海丘陵區(qū)以及珠江三角洲地區(qū)溶洞不甚發(fā)育 , 分布零星(圖 1) 。312地質(zhì)構(gòu)造對溶洞發(fā)育的控制由于地應力集中在背斜核部 , 一般形成巨型裂隙 , 為地下水活動提供了有利空間; 另外 , 背斜翼部走向斷層發(fā)育 , 形成的破碎帶是地下水強徑流帶 ,因此背斜核部和翼部巖溶強烈發(fā)育 , 常形成大型洞穴 (如廣花盆地的褶皺軸核部和翼部巖溶強烈發(fā)育) 。向斜構(gòu)造常形成盆地或谷地 , 是地表水和地下水的富集構(gòu)造 , 特別是當有相對隔水層構(gòu)成底板時 ,往往有外源水流入 , 更增加了溶蝕和侵蝕能力 , 有利于形成規(guī)模較大的洞穴系統(tǒng) (如英德北江復向斜盆地溶洞相當發(fā)育 , 可見容納

19、數(shù)萬人的寶晶宮和通天洞) 。溶洞的發(fā)育與深大斷裂有著密切的關(guān)系 , 在深大斷裂附近溶洞常成斷續(xù)線狀分布。313不同地層層位和巖性對溶洞發(fā)育的控制從溶洞發(fā)育與地層、巖性的關(guān)系來看 , 溶洞發(fā)育與巖性具明顯專屬性 , 在質(zhì)純、層厚的可溶巖中巖溶作用最強烈 , 含雜質(zhì)多、層薄的可溶巖中巖溶作用相對變?nèi)?。巖溶層以中2上泥盆統(tǒng)和石炭系分布最廣 , 而且石炭系比泥盆系的可溶性更好。314巖溶作用的多階段性對溶洞發(fā)育的影響溶洞的形成常受排泄基準面的控制 , 部分地區(qū)在大地構(gòu)造上處于間斷性抬升過程 , 河床不斷下切 , 在每一相對穩(wěn)定時期都會形成與排泄基準面相一致的水平溶洞系統(tǒng) , 在一些河谷兩岸形成了多層水

20、平溶洞。單個溶洞常表現(xiàn)為層樓狀結(jié)構(gòu) , 上下層之間通過豎井或傾斜通道相連結(jié) (如陽春凌霄巖為 4 層 10 廳室 , 寶晶宮分 4 層) , 反映了巖溶作用的多期多階段性。315在礦體、非可溶巖與可溶巖接觸帶溶洞的發(fā)育由于礦體與可溶巖有質(zhì)的區(qū)別 , 在接觸帶給可溶巖的溶解造成有利條件 , 巖溶容易發(fā)育。在非可溶巖與可溶巖接觸帶 , 由于兩種巖性的差異性溶蝕作用 , 以及地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育等 , 也會造成巖溶作用的強烈發(fā)育。316水文條件對碳酸鹽溶洞發(fā)育的控制數(shù)量多、規(guī)模大、延伸長的大型溶洞主要分布在河流岸邊和中上游地區(qū)(如陽春崆峒巖、凌霄巖 ,云浮的蟠龍洞) 。這是由于在水系發(fā)育地帶 , 河流流域

21、多是下切較深的谷地 , 在岸邊地帶地下水水力梯度大 , 水交替強烈 , 并有外源地表水和遠處地下水的補給。外源水不但從水量上增強降水的作用 , 而且來自非巖溶地區(qū)的水具有較低的碳酸鹽飽和度 , 對碳酸鹽介質(zhì)溶蝕和侵蝕能力強。遠離水系相對水力梯度變小 , 匯水面積小 , 巖溶作用相對較弱 , 一般發(fā)育的溶洞規(guī)模也較小。在河流的中上游地區(qū)地勢較高 , 河流切割深度大 , 常常導致梯度很大的水動力條件 , 有利于巖溶作用 , 常形成大型的豎井、溶洞及地下河。另外 , 中上游地區(qū)地形變化小 , 溶蝕洼地和巖溶谷地發(fā)育 , 降水主要匯入這些負地形中補給地下水 , 有利于形成集中徑流 , 形成較大規(guī)模的溶

22、洞。下游地區(qū)是山地、丘陵向平原的過渡帶 ,地形坡度小 , 地表溝谷發(fā)育 , 降水主要形成地表徑流排泄 , 不利于形成大的溶洞。317氣候因素對碳酸鹽溶洞發(fā)育的控制降水量的多少 , 直接影響地表及地下溶洞的發(fā)育 , 而較高的蒸發(fā)量 , 則會減弱降水對可溶鹽的溶蝕 , 特別是減弱水向地下的滲透和地下巖溶的發(fā)育。而氣溫則主要是通過植被、土壤中的微生物、CO2濃度、水溫等間接影響巖溶作用5 。根據(jù) 300 萬年來中國古氣候與古巖溶水文地質(zhì)環(huán)境分析得出氣候變化對碳酸鹽溶洞發(fā)育的影響 , 主要表現(xiàn)在古氣候處于相對濕熱期 , 雨量充沛、氣溫高 , 巖溶作用強烈 , 發(fā)育較大的洞穴系統(tǒng); 古氣候處于相對干冷期

23、 ,84熱 帶 地 理22 卷雨量少、氣溫低 , 巖溶作用不強烈 , 大型洞穴不甚發(fā)育。廣東省碳酸鹽溶洞廣布 , 表明距今 300 多萬年來該區(qū)氣候曾經(jīng)歷了濕熱與干冷的交替變化 , 但以濕熱、多雨的氣候為主要特征。因此 , 對廣東省碳酸鹽溶洞的研究對該區(qū)古氣候的研究和恢復具有重要的科學價值。參考文獻:1 劉業(yè)華 , 練常霖 , 吳雪濤.廣東省地圖冊 Z . 第二版. 廣州:廣東省地圖出版社 , 1999.1 - 3.2 劉尚仁.廣東的紅層巖溶及其機制 J . 中國巖溶 , 1994 , 13(4) : 395 - 403.3 劉尚仁 , 黃瑞紅.廣東紅層巖溶地貌與丹霞地貌 J . 中國巖溶 ,

24、 1991 , 13 (3) : 183 - 189.4 劉尚仁 , 張風英.廣東巖溶地貌與巖溶作用若干問題 J . 熱帶地貌 , 1997 , 18(2) : 47 - 53.5 黃道光.中國巖溶學 M . 北京: 地質(zhì)出版社 , 1993. 23 - 34.THE CONTROLLING FACTORS OF KARST CAVES DEVELOPMENTIN GUANGDONG PROVINCESU Rui xia1 ,2 , SUN Dong huai1 , FENG Cui rong2(1. Open Laboratory of MarginalSea Geologyand Pale

25、oenvironmentof South China SeaInstitute of Oceanography , Chinese Academy of Sciences , Guangzhou510301 , China ; 2. Department ofGeography ,2Guangzhou2510405,2Guangzhou University ,China)Abstract : Karst caves in Guangdong Province , South China , are distributed mainly in Shaoguan and Qingyuan. Ka

26、rstifica2tion intensely happened in pure and thick carbonate rock strata. The density and the dimension of the caves are evidentlyconnected with the geomorphic feature and water resources. Big caves increase in karst mountains , platforms , river valley ofplains between2mountain basins and the areas

27、 abounding in drainage. The great and long caves are distributed usually overriverside or upper and middle reaches , while the small ones along the lower reaches and far away from the riverbank.Geo2logical structures are important factors in cave development . Many caves lay in cores and limbs of the folds , and often par2allel or coincide with the fold axis. The karstification processes occur along the belts of fracture and fault too . Because im2pacted by the interrupted vertical movement and controlled by the releasi