湖南酒埠江国家地质公园岩溶洞穴分布特征及成因分析

熊建安 胡杨文

摘 要 酒埠江国家地质公园发育密集、规模宏大、景观丰富的溶洞群。在多年野外调查、勘测基础上对公园岩溶洞穴分布特征、成因等进行分析研究，对提升酒埠江国家地质公园岩溶洞穴的科学价值具有重要意义。结果表明，公园洞穴的分布在平面上具有相对集中性、在垂向上具有相对集中的分带性，且与地貌类型、地层岩性、断层带分布等密切相关。公园岩溶洞穴是巨厚层的碳酸盐在地壳运动、水、地球重力、生物等共同作用下形成的。

关键词  岩溶洞穴;分布特征;成因;酒埠江国家地质公园;湖南

中图分类号：P931.5                          文献标识码：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态统称喀斯特地貌[1-4]，也称岩溶地貌。湖南省是岩溶地貌较为发育的地区，其岩溶地貌分布面积约占全省总面积的27%[5]。岩溶地貌的类型复杂多样，岩溶洞穴作为一种位于地下的特殊景观资源，具有多元的景观价值，同时又具有不可再生性和不可替代性[6]。如今，湖南省内越来越多的岩溶洞穴景观被批准为地质公园，截止2017年12月，以岩溶地貌为主，包含有岩溶洞穴的地质公园有12个;其中酒埠江国家地质公园以发育密集、规模宏大、景观丰富的溶洞群闻名于三湘四水，堪称我国的“溶洞世界”和“洞穴博物馆”[7];公园内主要出露石炭纪、二叠纪地层，其次为泥盆纪、寒武纪地层。在多年野外调查、勘测基础上对公园内碳酸盐面积83.7km2的分布区作为研究对象，分析研究洞穴分布特征及其成因， 对提升酒埠江国家地质公园岩溶洞穴的科学价值具有重要意义，也便为公园岩溶洞穴保护、科普宣传等提供科学依据。

1  公园概况

湖南酒埠江国家地质公园位于湖南省攸县的东部，湘赣交界的罗霄山脉中段西侧，主要地质遗迹类型为溶洞，峡谷，天生桥、水体景观等，于2005年8月被国土资源部批准为国家地质公园。总面积114.7 km2，其中碳酸盐面积83.7 km2。

1.1地形地貌

湖南酒埠江国家地质公园地处湘赣交界的罗霄山脉中段西侧。地形以山地为主;南部的太和仙、鸡公寨与北部的婆婆岩、广寒寨、天蓬岩构成重叠山群，山峰高度1000-1200 m。整体地势趋向是东高西低，自东向西由中山向低山丘陵逐渐递降。

1.2地质背景

1.2.1地层

酒埠江国家地质公园区域上地层发育较为完整，除缺失志留系及下泥盆系、上侏罗系、上第三系外，从元古界板溪群至新生界第四系地层均有发育，但园区内出露地层简单，主要为石炭系与二叠系地层，为滨海—浅海相碳酸盐岩类沉积，岩性为灰—灰白色厚层、巨厚层灰岩、白云岩[8]。该套地层厚度大，分布面积广，产状较平缓，垂直节理发育，有利于形成迂回曲折、多层结构的岩溶洞穴地貌。岩溶洞穴主要发育于石炭中上统壶天群与二叠系下统栖霞组、茅口组地层中。

1.2.2构造

本区属于新华夏系第二沉降带，为醴攸盆地之东、茶永盆地之北的北东向狭长地带。其西边和南边均被断层切割，总体特点是自北而南由盖层和基底相间组成的褶皱带，由一系列轴向为20°～30°的褶皱、断层，相伴少数北西向横断层构成。其中，狮古塘背斜、天子山向斜和新漕泊断裂、老漕泊断裂、泉塘山—老漕断裂、洋滨断裂等是区内的主要构造[9]。它们总体构成了一个向北倾伏的复式背斜。

2  洞穴分布特征

地质遗迹以一定的物质和形态反映漫长地质历史时期地球物质运动、生物进化及内外动力地质作用特征，地质遗迹的形成和演化，受到地质背景和地理环境的影响和制约[10-11]，故地质遗迹分布具有空间分异特征和规律。根据酒埠江国家地质公园岩溶洞穴的分布状况及其地质地貌背景，分析研究其分布规律如下：

2.1在平面上溶洞具有相对集中性

据收集有关资料进行统计，区内岩溶洞穴总数86个（只包括长度大于或等于20 m的洞穴），按其裸露碳酸盐岩面积83.7 km2推算，岩溶洞穴的平均分布密度为1.03个/km2，但它们在区域分布上很不均匀，以老漕泊、新漕泊附近区域溶洞分布相对密集，在约23.3 km2的区域内发育溶洞42个，洞穴密度为1.8个/km2，并有如海棠洞、禹王洞、白龙洞等大型甚至超大型洞穴。余下洞穴相对集中分布于刘家冲、湾里、七里等附近区域，但分布密度相对较低，除此之外区域内另有零星洞穴分布（图1）。

2.2在垂向上溶洞具有相对集中的分带性

从洞穴分布的高程上分析，初看洞穴的垂直分布似乎无规律性可循，在区域内的任何高程上呈随机分布形式。但经研究分析，区内洞穴的垂直分布在海拔380-520 m段最为密集（图2），在140 m高差范围内发育洞穴55个，约占洞穴总数的64%，垂向分布率为0.39个/m;其次为280-380 m段、520-620 m段，各发育洞穴16个、13个，垂向分布率分别为0.16个/m、0.13个/m。区内洞穴分布最低高程为252 m，最高高程为730 m。

2.3溶洞分布与区内地貌类型存在密切相关性

从地貌类型上看，在各类岩溶地貌内均有溶洞发育，但主要分布于岩溶峰丛地貌区，如漕泊附近区域的岩溶峰从洼地地貌，是区内溶洞分布密度最大的区域。

2.4溶洞的分布与地层岩性密切相关

区内以石炭系中上统壶天群白云岩、灰岩中溶洞最发育，溶洞数量达49个，占总溶洞数量57%，其次二叠系下统栖霞组及茅口组灰岩、含硅质条带或硅质团块（白云质团块）灰岩中洞穴比较发育，分别分布溶洞数量21个、5个，分别占24%、6%，再次在泥盆系中统棋梓桥组、上统锡矿山组和石炭系下统石磴子组灰岩中也有一些小型溶洞分布（图3）。

2.5溶洞具沿断层带分布的特征

在图2中不难看出，溶洞基本上分布于断层线两旁。断层次级裂隙控制溶洞的发生、发展及规模的大小。

3  公园岩溶洞穴成因分析

3.1岩溶洞穴形成的物质基础

公园内的岩溶洞穴主要发育在石炭系中、上统壶天群和二叠系下统栖霞组地层中，其次为二叠系下统茅口组和中泥盆统棋子桥组、上泥盆统锡矿山组地层中。这些地层均为石炭纪中晚世-二叠早期滨海一浅海相连续沉积的碳酸盐岩，矿物成分主要是方解石或白云石，化学成分含CaO、MgO较高，含酸不溶物极低，具有很强的酸水可溶性，当地表的雨水、河水和地下水溶解了空气和腐殖层中的二氧化碳气体，变成了含碳酸的水（称岩溶水），岩溶水同这些碳酸盐岩接触，特别是沿着碳酸盐岩巾的裂隙穿流时，能把碳酸盐岩巾的碳酸钙溶解到水中，随水带走，结果在碳酸盐岩中形成了大小不一、形态多样的空洞。公园内石炭系一二叠系碳酸盐岩具有连续沉积特点，厚度巨大（大于762m），且产状平缓，具足够的洞穴发育空间，因此，公园内具较大规模并有旅游开发价值的洞穴基本上发育于石炭系—二叠系碳酸盐岩中。

3.2岩溶洞穴基底形成

印支运动晚期至燕山早期运动，地壳大幅度上升，使公园所处区域由海盆地环境上升到陆地，海水退出本区，海相沉积的泥盆系-三叠系碳酸盐岩为主的地层出露到地面。在这阶段地壳运动活动强烈，大量岩浆侵入形成岩浆岩，岩层形成褶皱（向、背斜）。

3.3岩溶洞穴框架形成

燕山运动和喜马拉雅运动，地壳继续上升，岩层继续发生折曲并破裂，产生褶皱和大量的断裂、裂隙，上覆非碳酸盐地层被风化剥蚀，碳酸盐岩露出地表，接受岩溶作用。

3.4岩溶洞穴系统形成

水的溶蚀、搬运和岩石的重力作用，形成了岩溶洞穴。岩溶水沿碳酸盐岩裂隙不断渗流及溶蚀，使其裂隙空间不断加深增大，有的甚至到无法承受顶部重力的时候，产生坍塌，坍塌只改变空间的形状，并不改变空间大小。坍塌物又随水流被带出，水流继续溶蚀基岩，如此反复，洞穴系统就形成了。

（1）新构造运动的多次间歇抬升作用，形成洞穴的立体结构景观。

当地下水溶蚀、搬运，把洞穴物质带走，洞穴形成后，出现了地壳上升，该层溶洞随地壳上升而地下水位则相对下降;其后，当地壳稳定下来时，地下水又在新的岩层部位进行溶蚀搬运，便形成了第二层溶洞。这样，地壳多次上升，便形成了多层洞穴。酒埠江国家地质公园洞穴为四层楼结构，说明该地区新构造运动至少有四次大的间歇抬升。

（2）岩石的重力作用，形成了洞内崩塌堆积景观。

洞内发生崩塌，当洞穴水将其崩塌物溶蚀及时搬运带走时，就形成了大的洞道或厅堂，当洞穴水无能力或来不及溶蚀和带走时，就堆积于洞内而形成了崩塌堆积景观。

（3）地下河流水搬运沉积作用，形成了洞内泥土砂砾沉积景观。

当岩溶发展到一定阶段，就会形成地下河。而地表水又会携带地表泥土砂砾进入洞内，在有利的地下河床段沉积下来，年复一年，沉积加厚，形成地下河沉积层，而后，由于地壳运动，使地下河基准面下切或改道，且原河床抬升或移位，河床沉积物脱离水面被保留下来，就成为洞内的流水沉积物景觀。

（4）水与碳酸盐的可逆化学反应作用，形成了洞内钟乳石景观。

当岩溶水含重碳酸钙未饱和时，可以溶解碳酸盐岩石形成洞穴（CaCO3+H2O+CO2→Ca（HCO3）），反之，岩溶水含重碳酸钙过饱和时，就会析出碳酸钙沉淀析出钟乳石（Ca（HCO3）→CaCO3↓+ H2O+CO2 ↑）。地下水会随洞穴环境及气温和压力的改变而改变，当达到一定的温度和压力时，地下水中的CO2逸出与水分挥发，使地下水重碳酸钙浓度饱和或过饱和，产生碳酸钙而重新结晶形成钟乳石。洞穴环境非常复杂，千差万别，不同的洞穴环境其洞穴水呈现的状态不同。如洞穴水呈滴水状、就会形成石笋、石钟乳、石柱[12]，若呈流水状，就会形成石瀑、石田等，若呈毛细水状、雾状，就会形成石毛、石针、石花[12]等。酒埠江国家地质公园洞穴环境非常复杂，几乎所有洞穴水状态的钟乳石类型都可见到。

4  结论

（1）酒埠江国家地质公园发育密集、规模宏大、景观丰富的溶洞群，碳酸盐面积83.7 km2的分布区分布岩溶洞穴86个。本文在多年野外调查、勘测的基础上对公园岩溶洞穴的分布特征和成因进行分析研究，对提升酒埠江国家地质公园岩溶洞穴的科学价值具有重要意义，也便为公园岩溶洞穴保护、科普宣传等提供科学依据。

（2）酒埠江国家地质公园岩溶洞穴分布主要有如下特征：在平面上岩溶洞穴主要集中分布在老漕泊、新漕泊附近区域，在约23.3 km2的区域内发育溶洞42个;在垂向上岩溶洞穴主要集中分布海拔380-520 m段，在140 m高差范围内发育洞穴55个;岩溶洞穴主要分布在石炭系中上统壶天群白云岩、灰岩中，数量达49个;岩溶洞穴主要分布在漕泊附近区域的岩溶峰从洼地地貌;岩溶洞穴主要分布断层两侧。

（3）巨厚层的碳酸盐在地壳运动、水、地球重力、生物等共同作用下，形成了现今酒埠江国家地质公园这种结构复杂，形态多样、景色迷人的岩溶洞穴系统。

参考文献/References

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[6]杨明德.岩溶洞穴旅游资源特性与开发保护.云南地理环境研究，1998，（1）：83-88.

[7]湖南省国土资源厅. 湖南省地质公园[M].北京：地质出版社，2012.71-80.

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