河北省曲阳聚龙洞地貌特征及成因

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河北省曲阳聚龙洞位于保定西部山区,是具有北方暖温带特色的较大型岩溶洞穴,洞内发育了类型丰富、造型多样的岩溶景观。但较之于北方其他研究较为成熟的洞穴而言,聚龙洞的研究较为薄弱。作者在2012年8月先后两次赴曲阳灵山地区进行野外地质地貌调查,对洞穴结构、形态等特征及洞穴环境进行了实地观测,获得了宝贵的基础研究数据。在此基础上,从自然地理条件和地质基础条件等研究着手,分析了区域地质地貌演化规律和古气候演变过程的耦合关系,探讨了地质、地貌、水文、生物、洞穴环境等因素对聚龙洞及其各类景观形成发育的控制或影响作用,剖析了聚龙洞的地貌特征及成因。并基于上述研究,针对洞穴结构稳定性、洞穴景观演化等问题以及洞穴资源开发与保护可能面临的其他问题,提出了建议。基本认识归纳如下:(1)聚龙洞总体呈现廊道型洞穴特征,主体洞穴长度515m,平均宽度2.4m,平均洞高3.6m,加上各分支洞穴,总长度约2000m,分布面积约37000m2。根据洞穴形态结构特征差异,可以东段人工通道为界将洞穴分为东、西两个部分。东部洞穴结构简单(呈廊道状),洞体形态高大,洞内环境凉干,洞内景观以侵蚀-溶蚀类为主,仅有少量沉积景观;而西部洞穴结构较复杂(呈格网状),洞穴通道宽窄不一,洞内较为湿润,发育有各类化学沉积景观和侵蚀-溶蚀景观。(2)聚龙洞内发育了种类多样且造型丰富的岩溶景观,可分为侵蚀-溶蚀景观和沉积景观。根据溶蚀形态特征可将侵蚀-溶蚀景观分为窝穴类、井管类、沟槽类、蚀余类;沉积景观可分为机械沉积、次生化学沉积、洞穴文化层沉积等。其中,次生化学沉积景观最为发育,包括重力水沉积(滴石类、流石类、飞溅水类、池水类)、非重力水沉积(毛细水类、雾气凝结水类)、协同沉积(凝结水—滴水类、滴水—凝结水类、滴水—毛细水类、滴水—漫流类、滴水—池水类、漫流—雾气凝结水类、漫流—毛细水类、流水—非重力水类)和叠置沉积四个亚类的化学沉积景观。各类化学沉积景观中,尤以石盾发育众多且形态多样,为北方其他洞穴所罕见。(3)从洞穴形成发育的基础条件来看,一是,巨厚的以奥陶系碳酸盐岩为主的可溶性岩石为聚龙洞的形成和发育提供了物质基础,同时不同性质碳酸盐岩的可溶性差异,也导致了它们侵蚀-溶蚀程度的不同,进而影响到洞穴结构形态的变化。其二,灵山地区大面积分布的奥陶系碳酸盐岩,裂隙-溶隙非常发育,是重要的含水岩组。加上缓倾斜的地层产状,使岩溶水在可溶性岩石的裂隙-溶隙中能够渗流较长时间,进行岩溶作用。此外,研究区多期构造运动过程中都有新生断裂形成和早期断裂复活,大气降水和地表水沿各类断层、节理(裂隙)下渗,进入碳酸盐岩含水层,不仅增大了岩溶水量,也增强了岩溶水的活性,为洞穴发育创造了水动力条件。第三,众多断裂构造作为岩溶水侵蚀、溶蚀的径流通道,还控制了整个洞穴系统发育的形态、结构及其延伸方向。聚龙洞东半部洞穴追踪NE-NNE向断裂发育而结构形态较为简单;西半部洞穴主体受NW、NWW和近SN向断裂控制,并沿近EW向、NE向等其它方向断裂发育众多分支洞,洞穴形态呈曲折复杂的“格网状”特征。(4)在洞穴成因上,聚龙洞是新构造运动与古气候变化耦合作用的产物。第四纪以来,灵山地区发生了多次地壳抬升运动,形成了多级河流阶地。与之相对应,在研究区发育了多层岩溶洞穴。通过洞穴形态特征、分布高度、区域地质地貌演化和古气候演变规律研究,认为聚龙洞在形成发育阶段上可与相邻的三会河第三级阶地相对应,即聚龙洞的形成和发育大致始于第四纪中更新世。其形成发育过程大致经历了如下几个阶段:①中更新世中期~晚更新世初(0.6~0.12Ma BP),稳定的地质构造条件与温和偏干的气候环境耦合,使聚龙洞内发育了格网状廊道型的水平洞穴和类型丰富的侵蚀-溶蚀景观;②晚更新世早期(0.12Ma BP~50Ka BP),此阶段适逢强烈的差异构造抬升运动与温暖湿润气候耦合期,洞穴岩溶水增多,侵蚀-溶蚀作用增强,扩大或联通了各分支洞穴,形成了各类化学沉积景观和侵蚀-溶蚀景观。同时,众多次级断裂构造的活动,对洞穴形态也有明显的破坏和改造;③晚更新世晚期以来(50Ka~至今),研究区地壳活动性不强。在此阶段,随着气候条件的干湿变化,各类断裂构造成为促进洞穴内外部物质与能量交换的通道,影响着洞穴干湿度和温度的变化及各类岩溶景观的发育。(5)现今洞穴环境测试结果表明,洞内CO2平均浓度为7092ppm,高出洞外17倍,平均温度为18.2℃,低于洞外8~10℃。洞内空气CO2浓度与温度随洞穴结构和形态变化而呈现出有规律的波动。在断裂构造发育部位,洞穴CO2浓度降低而温度升高,反映洞穴内部与洞外环境交换明显;在洞穴化学沉积景观旺盛发育部位,CO2浓度升高,体现了次生沉积形成过程中的脱气作用;在洞体由宽敞到窄小的变化地带,洞内空气流动不畅,加之游人呼吸,使洞穴CO2浓度升高。CO2作为洞穴环境系统的要素之一,影响着洞穴次生沉积景观的发育进程。当洞穴空气CO2分压大于岩溶水中的CO2分压时,将抑制碳酸钙结晶,减缓洞穴次生沉积景观生长;洞穴空气中高浓度的CO2还会加速化学沉积景观的风化。在旅游洞穴中,高浓度的CO2也会引起游客的不适。洞穴温湿度的变化可影响到景观的稳定性。洞穴温度升高、环境变干时,会导致沉积物表面失水、干裂,甚至发生破裂。同时,洞穴温差变化还会产生凝结水,与洞穴空气中高浓度的CO2结合,将对沉积景观产生溶蚀作用。(6)现今的聚龙洞断裂众多、岩石破碎,洞内CO2浓度较高,而且多处出现人为损坏现象,这就极大地影响了洞穴结构和洞内景观的稳定性。基于此,建议在聚龙洞旅游资源开发过程中做好以下方面的工作:加强洞穴结构稳定性观测研究,实施有效的洞穴保护措施;对洞穴环境进行适时监测研究,科学评价洞穴环境承载力,寻求更好的环境保护途径;合理使用洞穴照明灯光,降低光热对洞穴环境带来的负面影响;编写科学的导游词,除进行科普宣传外,要更加注重洞穴环境保护思想教育;强化景区管理,避免人为因素对洞穴资源的侵害。总之,要在洞穴环境承受力范围内,以有效保护为前提,合理开发旅游资源,努力营造洞穴生境和旅游效益共赢的局面。
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