巢湖北山紫微洞发育特征及成因分析 97

巢湖北山紫微洞发育特征及成因分析巢湖市北山古生代地层中，发育了一套石灰岩地层，石灰岩出露地区，在构造、水文、气候等因素的综合作用下!喀斯特地貌较为发育，主要以漏斗，洼地，竖井，溶洞为特征。本区溶洞发育较多!有紫微洞、王乔洞、金银洞、猫耳洞及其他一些尚未命名的洞穴，其中紫微洞、王乔洞已开发成为旅游景点，王乔洞内有开凿于唐代早期石窟造像620余尊，是安徽省境内惟一的石窟造像群，紫微洞的发育非常典型!代表了本区其他溶洞的发育情况，在野外调查工作中，以紫微洞为重点考察对象，利用全站仪（NT-355型）对洞体标高，洞底坡度，进行了测量，并结合野外调查分析本区溶洞发育的特征论述紫微洞洞穴发育机理及其形成过程。区域地质背景巢湖市北郊丘陵区位于特提斯构造与太平洋构造的交汇处！中生代以来的构造活动强烈!奠定了区内构造格架！尤其是印支运动在本区表现最为明显），主要构造表现为褶皱和断裂。以NNE--SSW向褶皱为主!山脉走向350-400，平面图上呈”M”形。伴随有一系列的纵断层、横断层和斜断层。本区位于半汤复式背斜西翼，以三个二级褶皱为主要构造形式，自东向西主要由俞府大村向斜"凤凰山背斜、平顶山向斜组成。轴迹方向为"200--30。枢纽均向SSE倾，！倾伏角15。--26。不等。由于多期构造运动的叠加使区内形成的褶皱大都斜歪，次级小褶皱颇为发育!特别在两个向斜核部尤为明显$褶皱多被断裂破坏!并有岩浆侵入。紫微洞所在俞府大村向斜位于巢湖北山地区东北部，分布于猫耳洞、大理寺、炭井村、俞府大村一带，规模较大!总体构造线方向为NNE--SSW向斜核部由二叠系大隆组（P2d）龙潭组（P11）孤峰组（P1g）栖霞组（P1q）的地层组成!两翼分别由石炭系船山组（C3ch）和州组（C2h）高骊山组（C1g）金陵组）（Clj）泥盆系五通组（D3w）志留系坟头组（S2f）高家边组（S1g）的地层构成，该向斜枢纽起伏向SSE倾伏二轴面倾向NW倾角变化大。本区由于多期构造活动，特别是郯庐大断裂的影响，断层极为发育，性质较为复杂。回1回2西3区4回5叵6回7囹$回9目10口11囚】2图中：1第四第亚粘土2二叠系上统砂页岩3二叠系下统砂页岩4二叠系下统砂灰岩5石炭系灰岩6泥盆系上统石英砂岩7志留系中上统砂岩8志留系下统页岩9溶洞10公路11断层12地质界线洞穴发育特征2.1洞穴形态特征2.1.1洞穴通道特征：紫微洞属于水平弯曲型洞穴，洞穴发育呈折线状延伸。洞体主要沿北东和北西两个方向曲折呈廊道式延伸，少岔道!由于北东向延伸的洞穴比较发育，长度大，所以洞穴系统总体延伸方向呈北东-南西向，与区内主要构造线方向一致。洞穴宽窄不一，总体为线状洞体，平均宽度在m左右，面状洞体（岩溶大厅）较少，在1000多米长的洞道内共有三处岩溶大厅，厅的宽度从3.4m到8m不等。洞底高低不平，纵向坡度起伏较大。在单通道水平洞内竖洞十分发育，并有三处坚井与地表相通。呈串珠状排列，方向600，与地层走向一致,。2.1.2洞穴小形态：洞穴小形态是指洞穴断面形态。紫微洞横断面形态变化较大"洞口处为近圆形，向洞内逐渐变为正或倒葫芦形、倒锁孔形、三角形等。2.1.3洞穴溶蚀形态：洞穴中多指向流痕类、水平沟槽形态（边槽类）、窝穴类等典型的溶蚀形态，其中水平沟槽形态在本区洞穴中分布普遍，其中洞底边槽发育较为连续，基本贯穿于整个洞体。一线天处自底部2米向顶部天窗30米的范围内发育多层对称溶蚀边槽。窝穴类广泛见于洞穴的顶板以及洞壁。这些溶蚀形态具有很明显的洞穴成因指示意义。2.2洞穴沉积物特征2.2.1洞穴碎屑沉积物&碎屑堆积物主要是洞内溶蚀残余物以及洞外流水带入洞内的红色粘土、亚砂土、砂土及砾石等物质，主要充填于洞的垂向裂隙处或覆盖于洞底及末端地下暗河两侧。沉积物层次丰富。洞中标高65m处不连续的分布约25厘米厚的河流相砂砾层，胶结程度高，磨圆度好，主要成份为泥盆系五通组石英砂岩并在其上发育有10cm的钙板。2.2.2洞穴化学沉积物：紫微洞中此类沉积物较多，洞中化学沉积物通常集中于一些厅堂洞段或支洞中。本区洞穴化学沉积物形态类型常见的有：滴石类的有鹅管、钟乳石、石笋、石柱等，滴石类碳酸盐沉积物常常与洞穴顶板的构造裂隙走向一致，显示出构造裂隙对洞穴沉积物分布的控制作用。滴石类沉积物是洞中最为广泛分布的化学沉积物。流石类的钙华板、钙膜、石盾，以及凝结水沉积类的石花（葡萄状碳酸钙球），是由裂隙渗水及溶洞水使洞内积水、潮湿，在季节变化及蒸发的交替作用下’细小的水珠在岩壁上凝结，形成次生化学沉积而成。石盾是洞内最具特色的洞穴沉积物，洞穴石盾可生成于洞顶、洞壁和洞底各个部位’但以在洞壁上的石盾最为普遍。地石盾、即在洞底或其它洞穴台面上站立生长的石盾、是石盾中一种较为罕见的类型。石盾是岩层包气带中一种局部承压裂隙水从一定宽度裂隙中承压性供水’且在水量微弱条件下沉积而成。本洞内的石盾均分布于石鼓大厅内，其中一地石盾高1.2米，厚40厘米’并在其下部发育有钟乳石。紫微洞的形成条件3.1现代气候与水文状况巢湖市属于北亚热带湿润气候区，气候温和，四季分明，雨量适中，热量条件较好。年平均气温为15.7-16.1°C年平平均降雨量1200mm六月-月降雨量最多，占38-44%温暖多雨且雨热同期的气候条件为区内植被、及岩溶发育提供了一个十分有利的外部环境。区内无大河流经过，地下水类型为#岩溶裂隙水：裂隙水、和松散岩层孔隙水，主要由降水补给。3.2地层与岩性石灰岩是喀斯特溶洞发育的物质基础，紫微洞发育于二叠系下统栖霞组（P1q）层的石灰岩中"栖霞组（P1q）地层在紫微洞一带由碎屑岩夹劣质煤、含燧石结核或团块灰岩，黑、灰黑色灰岩，含沥青质泥类岩、薄板状硅质灰岩、深灰色含燧石结核白云质灰岩组成，厚度近200m其上部孤峰组（P1g）灰黄色粉砂岩、泥岩、页岩一般构成区内溶洞的顶部隔水层。由于本区石灰岩中含有硅质夹层、白云岩化灰岩、燧石结核等杂质成分，其溶解能力弱，易造成不均一溶蚀-对岩溶的发育有限制作用。并且本区石灰岩地层倾角较大，分布面积有限，因而使得洞穴规模不大。3.3洞穴地质构造岩溶地貌的发育与地质构造关系十分紧密。断裂和褶皱构造尤其是断裂构造发育区，沿断裂带被断层破坏的碎裂石灰岩地带岩溶发育极为强烈，故断裂的规模、性质、走向，断裂带的破碎及填实程度，都和岩溶发育密切相关!地质构造作用在紫微洞的形成中影响极为明显。3.3.1处于有利于溶洞发育的褶皱构造部位：紫微洞及王乔洞位于俞府大村向斜的中段近核部西翼，该向斜核部由二叠系栖霞组灰岩（P1q）组成，两翼依次由石炭系（C）泥盆系五通组（D3w）志留系（S）的地层组成"其枢纽产状为（）西翼产状2040<28泥盆系、志留系形成分水岭地形，而石炭系、二叠系形成缓坡谷地。不同褶曲部位的岩石其富水程度不同，本向斜褶曲两翼以砂、页岩为主的岩层具有较好的隔水性，而向斜轴部地层在地形上不利于地下水的储存，因此翼部处于最有利的汇水地形。背斜轴部多产生纵张裂隙，向斜轴部多产生横张裂隙"处于两端应力释放转换带的翼部地层"将接受两组应张裂隙的交切，导致翼部岩层更为破碎，利于喀斯特水的渗透和流动，成为喀斯特洞穴发育的有利部位。3.3.2两组主要断裂控制溶洞的走向：断裂构造作用是溶洞形成的必备条件，不仅为溶洞形成提供了空隙条件，而且控制溶洞的形态和规模。北东向断裂和北西向断裂构造是区内主要两组断裂，也是控制紫微洞发育的两组最主要断裂。并用以北东向断裂为主，断裂发育在二叠系栖霞组本部灰岩中，断裂为压性和压扭性，走向450-2250倾向3150断面倾角650-700该组断裂的存在多造成地层缺失和错位。洞穴总体延伸方向呈北东-南西向"明显受北东向扁井-大理寺逆断层控制。北西向断层或裂隙迭加的部位，岩石更加破碎，地下水作用也更加强烈，因而这些部位一般形成相对大的洞室空间，并同时造成洞体折拐。岩层面与断裂格架控制了溶洞的平面展布方向，溶洞的延伸方向严格受到构造薄弱带的控制，除北东、北西向两组裂隙的发育控制溶洞生长外，另一组较有影响的裂隙是层间裂隙，这些层间裂隙受层面控制，受断层作用具张性特征，沿这些裂隙在洞壁形成线形分布的石钟乳。除了溶蚀作用外，这类裂隙的一个非常重要的作用是塌落，由于其角度陡，发育密集，与上述两组裂隙共同作用，使地层产生强烈破碎，伴随地下水的溶蚀，发生溶-塌混合作用。即溶蚀作用扩大裂隙，溶积物增大重力，积累到一定程度因负荷发生垮塌，循环反复使溶洞不断扩大。本区石灰岩分布面积不大"选择构造软弱带有利于机械物理风化并为外源水的富集提供条件，洞穴发育于断裂带附近，证明岩溶发育对构造软弱带的选择性。3.3.3岩浆侵入造成垂直裂隙发育#紫微洞及王乔洞附近，在燕山运动晚期发生了岩浆入侵，岩浆的入侵使栖霞灰岩受到了热变质和产生了新的裂隙。使得本区发育了大量节理"节理的倾角一般在750到900之间!这种垂直裂隙在地壳运动上升时期，十分有利于竖井的形成。而在地壳稳定时期，竖井在地下水的溶蚀、旁蚀作用下，被蚀穿、塌落，与水平洞穴合并，扩大了洞穴空间，这一现象在王乔洞中十分典型。3.3.4新构造运动致使洞穴发育多阶段性：本区新构造运动以振荡性差异垂直升降运动为主。本区属于苏皖微弱抬升区，总体趋势是以地壳抬升为主。对早期构造具有明显继承性，近期相对稳定，地表剥蚀堆积作用基本达到平衡。从地貌形态和洞底坡度分析，该处经历了多次升降旋回，紫微洞中地下河床沉积物分布特点以及溶洞变迁痕迹也显示本处地壳多次抬升，流水继续向下侵蚀。紫微洞的发育史探讨本区岩溶洞穴的发育是在区域大地构造背景下，受新构造运动控制的地貌演化过程。燕山运动初期.进入以断块运动为特征的发展阶段.奠定了本区构造基础.以升降运动和岩浆活动为主.形成一系列凹陷和凸起。第三纪早，由于全区应力场由南北向压应力转变为东西向压应力的结果，新生了大量北西西向和北东向断层.裂、节理为地下水的运动％循环提供条件。第三纪末期，地壳长期相对稳定及缓慢上升，发育了标高约60-90m的夷平面1，在地壳相对稳定的条件下,，在这个夷平面上又逐渐发育了地表溶蚀洼地等岩溶景观，同时地下水沿可溶岩的各种构造面进行溶蚀。第四纪后，新构造活动活跃，以振荡性垂直升降运动为主，气候冷热交替变化，流水作用加强，是本区岩溶发育的主要时期。紫微洞的发育经历了潜流洞穴与地下水位洞穴两个主要阶段。由紫微洞洞内景观分析.洞顶及洞壁存在穴窝与流痕.洞壁发育有边槽、洞底有石盾.说明洞穴在发育初始阶段处于饱水带中且属于流入型溶洞。其中部分洞道断面呈倒锁孔状.这是饱水带洞穴承压水流管道断面特征之一，洞内存在的半椭圆形洞顶。表明在形成主通道之前经历过一个潜流带发育阶段。该阶段可分为裂隙水流和裂隙扩大两个时期，由地表洼地或落水洞多点分散补给。在面状输入的条件下顺层面沿倾向由原始裂隙逐渐溶蚀扩大成为初始管道直至发育成完全潜流管道。此阶段水流的有序化程度较低，洞穴的发展速度缓慢，而区域构造运动当时也处于一个相对较长的稳定时期，在这种条件下，地下水流选择性地继承潜流带管道而发育形成主流管道，径流集中趋势加大#通道扩展速度急剧加快#于地下水面附近流入型地下河洞穴开始形成，洞壁底部发育的边槽则说明溶洞发育经历过地下水面阶段，继上期贯通的主流管道形成以后，新构造运动主要表现为继承性上升，沿其周边洞壁于适当构造部位逐渐形成许多落水洞或竖井，紫微洞被抬升脱离潜流带，洞体为半充水