广西岩溶化时期划分及特征

广西岩溶化时期划分及特征广西壮族自治区是中国典型的岩溶地区之一，碳酸盐岩广泛分布，面积达9.64平方公司，约占全区面积的40.72%（甘田，2016）,形成各式各样的岩溶地貌景观和古夷平面及多层级别（高程）的溶洞，标志新构造运动导致地壳多次间歇性抬升。区内岩溶景观和岩溶化特征主要是在白垩纪后形成。印支运动使全区上升为陆，褶皱回返，并遭受风化、剥蚀，各地层碳酸盐岩出露地表，降雨形成的地表径流沿构造裂隙、节理裂隙进入岩石中，开始了近期岩溶发育的历史。可划分为四个岩溶化时期，其中（第二、第三、第四）岩溶化时期与新构造运动关系十分密切。前新生代岩溶化时期：老断裂活动发育，以古岩溶地貌为主，特点是分布面积少，只具残留的峰顶，形成深埋的地下河及纵横交错的洞穴通道。第二岩溶化时期：新生断裂第一阶段，为燕山运动第III幕至喜马拉雅运动第II幕，称桂西期。峰林顶面自广西东部往西部逐步增高，西部以峰丛-洼地为主，东部以孤峰平原为主。西部属垂直渗流作用阶段，地下水垂直循环强烈，形成垂直和陡倾斜溶洞、巨深的落水洞，深坦的暗河。发育幼年期的峰丛石山地形地貌。溯源侵蚀古溶岩解体。第三岩溶化时期:新生断裂第二阶段，为喜马拉雅运动第I幕，称峰林期。地表河流少，地下水以垂直运动为主，发育溶井、溶泉。形成四级夷平面及相应的残留古溶洞。第四岩溶化时期：新生断裂第三、四阶段，为喜马拉雅运动第IV幕，称红水河期。桂西北为峰丛-溶盆山地，红水河中上游多为深切峡谷，沿岸发育基座阶地，峰丛连绵，洼地丛生，多层溶洞发育，地壳抬升幅度较大。桂东、桂东北为峰丛洼地、峰林谷地及孤峰平原，峰丛和峰林林立，河谷多发育为较宽槽谷，阶地普遍分布，泉、地下河发育，地面塌陷普遍出露，有残山及孤峰分布。岩溶化作用强烈，发育现代岩溶孤峰平原。一、新构造运动控制岩溶化演变特征差异地质构造、新构造运动和水文气候条件是控制岩溶化演变特征差异的重要因素。由于新构造运动的表现形式和强弱各地区不同，将区内五个不同地区岩溶化演变特征和差异列述如下。（一） 桂东及桂东北地区该区主要出露岩溶地层为中、上泥盆统，次为下石炭统；自古近纪至第四纪时期新构造运动处于相对较稳定时期，以水平运动为主，地壳抬升为次，由于地下水逐渐汇合集中，水平循环冲刷，岩溶化作用强烈，形成规模较大的水平或缓倾斜的溶洞和暗河，如桂林芦笛岩、七星岩、冠岩、瓦窑口国家山南宫等大型溶洞。经较长时间的岩溶化作用，在前新生代岩溶化时期和古近纪岩溶的基础上，再经新近纪至第四系的进一步岩溶化发育，形成辽阔的近代至现代岩溶平原（包括孤峰平原）。地貌类型主要有岩溶峰丛洼地、峰丛谷地、峰林谷地、溶丘谷地等。该地区地下水位埋深大多＜30m，地下河较发育，以单支状发育为主，流程短，流量小。地下河以发育于溶丘谷地、峰丛洼地、峰丛谷地，地下水埋深相对较大，地下河出口位置普遍较低。该地区岩溶地质遗迹类型多样，是在热带、亚热带条件下大自然赐予人类的宝贵财富。如桂林一阳朔沿漓江两岸，山清水秀、风景优美、奇峰异貌，塑造了“甲天下”的近代岩溶地貌。（二） 桂中地区该区主要出露岩溶地层为中泥盆统至石炭系，其次为二叠系；为过渡区，水平运动增强，地壳上升幅度小、速度缓慢和溶洞抬升高程低。经强烈的岩溶化作用和风化、剥蚀，在新近纪后期（喜马拉雅运动第V幕早期）形成广西最大的桂中溶蚀平原和中、小峰丛平原及孤峰平原。地貌类型主要为峰丛洼地、峰丛峰林谷地、岩溶垄岗低山、丛丘平缓地貌。该地区地下水位埋深大多＜30m，在峰林洼地、峰丛峰林谷地地区地下河较发育，规模相对较大；孤峰平原区地下河发育较短且多呈单管型。主要溶蚀作用是地下水以水平流动为主，水量集中，流量大，形成中一大型水平溶洞和埋藏丰富的地下河水量。时出时没的暗河及天窗、溶井等地表天然露头较多，可直接在地下河出口抽水，或是在地下河管道打井取水。（三） 桂西及桂西北地区该区主要出露岩溶地层为石炭系至二叠系，其次为三叠系。地处由云贵高原向桂东溶蚀平原过渡地带，是滇桂地貌斜坡地带，经历多次地壳运动和新构造运动的抬升、剥蚀，于新近纪晚期完成准平原化。在第四纪（喜马拉雅运动第IV幕早一近期），地壳多次强烈上升，抬升幅度大，成为不断隆起且强度最大地区。该区地势较高，切割较深，各级溶洞高程与当地河流面的相对高差大于广西第四纪洞穴经典地区（桂中的来宾、柳城一带）。该区地形起伏剧烈，发育幼年期峰丛石山地貌，如高基座峰丛洼地、谷地和残留于峰顶较高处的石林等岩溶地貌。岩溶化做用时间相对较新。地壳运动以垂直运动为主，溯源侵蚀，古溶蚀平原解体。该区地下河系发育，水位埋深大多＞50m，局部＞150m，在地下河下游段，亦有地下水位埋深仅10m，属垂直渗流作用阶段。因此，该区水垂直循环强烈，水流分散，地下水对可溶岩的溶解速度小于地壳的上升速度，形成垂直和陡倾斜溶洞。体现为早期剥蚀面解体形成的峰顶面，被溶洼、峰丛或峰林取代的岩溶演化特征。（四） 桂西南地区该区发育的岩溶地层主要为泥盆系一石炭系一二叠系，其次为三叠系。地貌以峰丛洼地、峰丛谷地、峰林谷地为主，部分为孤峰残丘平原、溶岭谷地等。地下水位埋深大部分地区V30m,局部地区为30〜80m,地下河系，呈单管型或树枝状。天窗、溶井较多分布在洼地、谷地中，暗河时出时没，由于地下水垂直作用加强，多形成落水洞、伏流、溶洞。德保县龙须河上游的落水洞及伏流显著增多；宁明县驮龙一亭亮一带，碳酸盐岩地区发育有多层中、小型溶洞为典型代表。说明该地区在新构造运动中，地壳呈持续间隙性上升特点。（五） 桂东南地区该区发育的岩溶地层主要为中至上泥盆统，其次为石炭系。除邕江、郁江沿岸平原面积较大外，其余均为一个个相对独立的小盆地，地面平坦,相对标高均在100m以下。地下水埋深大多V30m,地下河不发育。该区在广西来说，历来是强烈地质构造活动区，岩浆活动频繁、地质构造十分复杂，是古地壳运动和新构造运动活跃及强度大的地区，地震活动频繁且强度较大。形成较大程度的岩溶溶蚀作用和外生风化剥蚀。在新构造运动时期，当地壳处于相对下降（沉）时，继承性岩溶发育特征明显，形成水平的强烈岩溶带与垂直的弱岩溶带相间呈层状，经受较长时间的岩溶化作用，形成孤峰一溶蚀平原地貌为主的岩溶形态。溶蚀平原面积占多数，其上有孤峰、残山分布；仅局部地区有小面积峰林谷地、峰丛洼地岩溶地貌残留，溶洞也较发育。以上五个岩溶化地区的特征和规律是：凡新构造运动活跃、频繁、强烈、显著的地区，岩溶化作用标志明显且溶蚀强度大、溶蚀速度快;在新构造运动中再次活动的老断裂和新生断裂发育的地区或区域，因碳酸盐岩裂隙发育，次生构造节理、溶蚀沟谷发育，导致地表水和地下水易于聚集,进而加快碳酸盐岩的水溶蚀作用。二、新构造运动控制溶洞抬升级别与时期（一） 广西溶洞、溶蚀穿洞特点洞穴堆积中有巨猿动物群（柳城巨猿洞）、大熊猫一剑齿象动物群（柳城县太平封门洞）及柳江人一古脊椎动物和人类化石，尤其是大熊猫一剑齿象动物群在许多洞穴中均有发现。溶洞抬升高度因地而异，自早更新世以来，靖西、德保地区溶洞抬升高度约为142m，大新、天等及巴马地区为20〜120m,宜州至柳城一带为70〜90m，桂林至阳朔为10〜50m，横县、兴业等县为10〜40m。桂西以靖西、德保地区抬升高度最大，这与下雷一灵马北东东向断裂的活动有关；桂西北、桂西南次之；桂东北及桂东南地区，抬升高度一般较低。桂中地区的来宾县盖头洞、芭拉洞、通天洞，以及柳江县的灵岩洞等，抬升高度最低，仅高出当地河水面5〜7米，这与该地区第四纪晚全新世以来新构造运动时期地壳下降和来宾凹陷构造有关，导致地面和溶洞下沉。地壳上升导致溶洞抬升高度不仅与地质构造及新构造运动活跃程度有关外，还与不同地区的原始地形、地势高低有一定的关系。根据溶洞抬升相对高程不同，可判断溶洞开始抬升的时期，相对高程越高的溶洞，其抬升时期越早；相对高程越低的溶洞，其抬升时期越晚。溶洞抬升是反映新构造运动的重要标志之一。多层不同高程的溶洞形成，表明地壳上升运动呈多次间歇性抬升、不同时期的先后抬升。（二） 溶洞抬升级别划分依据不同动物群产于不同高程的溶洞中，确定不同相对高程（抬升高程）。广西岩溶发育地区，普遍可见到溶洞（或溶蚀穿洞）的抬升，溶洞分为四个抬升等级（表1）。表1抬升等级抬升高程抬升时期四级80~110m以上第四纪早更新世一中更新世早期三级50〜V80m第四纪中更新世中期一晚期二级16~<50m第四纪晚更新世一级V16m第四纪全新世三、岩溶化演变特征和差异的控制因素广西岩溶化演变特征和差异严格受地层岩性、气候水文、地质构造、地形地貌等四大因素控制。地质构造包括新构造运动形成的褶皱、新生断裂及活动老断裂。地质构造和气候水文条件因素对岩溶化演变起关键性作用。（一） 地层岩性控制因素地层岩性的化学成分含量是岩溶演化的物质基础。不同时代、不同生成环境的可溶性碳酸盐岩，物质成分与岩石的结构类型完全不同，其岩溶发育程度有所差异。碳酸盐岩，由于化学成分CaO和SiO2+R2O（粘土物质）的含量百分数不同，所对应的溶解度值也不同。若CaO含量高，相对SiO2+R2O3含量低，其溶解度值就大;若CaO含量低，相对SiO2+R2O3含量高，其溶解度值就小。因此岩溶化程度可分为三类：强烈岩溶化一一由质纯的碳酸盐岩石组成（碳酸盐岩相），一般以厚层状石灰岩为主，特点是石灰岩连续分布，岩性质纯，没有非可溶性岩石夹层，区域节理、裂隙发育，具强烈的岩溶化作用。为岩溶化程度最高的地层岩性。中等岩溶化——由质地稍纯的碳酸盐岩石组成（泥质碳酸盐岩相），以扁豆状灰岩、厚层白云岩、白云质灰岩为主，夹硅质团块灰岩和泥质灰岩。岩溶发育程度仅次于强烈岩溶化。微弱岩溶化——由不纯的碳酸盐岩石组成，以白云质灰岩、钙质泥岩、泥质灰岩、硅质灰岩为主，并夹少量非可溶性岩层，为碳酸盐岩区中岩溶发育程度最低的地层岩性。（二） 气候水文条件控制因素炎热的热带和亚热带气候环境，大气降水丰富，它是岩溶水系统主要补给来源。导致岩溶水储存于碳酸盐岩中的溶孔、溶洞、节理、裂隙及管道内。没有水的活动是发生不了岩溶化的，尤其是地下水起了主要作用。水动力条件是岩溶化作用的主要动力来源，是岩溶发育不可缺少的条件之一，所以说富水性是岩溶演变作用的关键因素。（三） 新构造运动形成的地质控制因素岩溶发育强度及展布方向与新构造运动形成的地质构造有密切关系，碳酸盐岩地层的分布、产状、褶皱，新生断裂发育程度、方向、充填物成分等，控制着地下水的运动方向和地下水状态，从而决定了岩溶发育的溶蚀强度、方向、规模大小及溶蚀形态等。发育的新生断裂构造、岩石节理及裂隙构造，是地下水运移的通道，与岩溶发育程度密切相关，是岩溶发育不可缺少的条件之一。广西碳酸盐岩地层分布地区在经历多次新构造运动的长期地壳抬升和剥蚀之后，于新近纪晚期完成准平原化。古近纪一第四纪形成的新生断裂和活动老断裂复活，是区内新构造运动的重要表现形式和标志，是控制新生代岩溶化演变的条件之一。新构造运动中不同的发展阶段，地下水的运动条件也随之发生改变。水流分散，地下水对可溶岩的溶解速度小于地壳的上升速度，所形成的岩溶形态规模都比较小，多为垂直和陡倾斜的小溶洞。新构造运动处于相对稳定时期，地下水逐渐汇合集中，水平循环加刷，岩溶化作用强烈，形成的岩溶形态多为规模较大的水平或缓倾斜溶洞和暗河。新构造运动处于地壳相对下沉时期，则反映岩溶发育的继承性，使水平发育的强岩溶带与垂直的弱岩溶带相问成层状出现。特别是第四纪全新世晚期新构造运动（即喜马拉雅运动第IV幕近期至今）形成的第四个阶段的新生断裂和复活的老断裂，控制现代岩溶地形地貌类型的形成和展布。（四）地形地貌控制因素不同的地形地貌直接控制着地下水的水动力特性，控制着岩溶化作用的强度，导致在不同的地形地貌部位形成不同的岩溶形态。例如，桂西隆林一西林和乐业的碳酸盐岩地区，因掀斜断块抬升形成岩溶高峰丛石山的中山地貌。特征是地形高差大，坡度陡，差异岩溶的溶蚀程度增大，地下水沿洞穴通道及溶蚀裂隙以垂直运动为主。此外，地表水受降雨补给，水流分散，流量变化大，岩溶化作用的强度相对较弱，形成岩溶形态多为垂直的落水洞；坡腰则形成岩溶漏斗和倾斜溶洞及小型岩溶洼地。桂中地区，地形地势低洼，坡度平缓，形成广西最大的桂中挠陷溶蚀岩溶峰林平原地貌。溶蚀作用是地下水以水平运动为主，水流逐步集中，流量增大，岩溶化作用增强，形成大型的水平溶洞和水量丰富的地下河。四、结束语岩溶地质灾害、地震地质与工程建筑关系：新构造运动活跃的碳酸盐岩地区，因新生断裂和老断裂构造发育，加上强烈的岩溶化作用影响，一般区域地壳稳定性相对较差，城市扩建或新城市开发时应详细做好岩溶调查地质工作，包括收集已有的水文地质、工程地质资料。重大建筑物的选址，除避开新断裂和活动老断裂构