北京房山溶洞發(fā)育特征

北京房山溶洞發(fā)育特征

曹 穎1，王強強1，李良景1，紀軼群2，張翊超1

（1.北京市地質(zhì)研究所，北京 100120；2.北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，北京 100195）

房山區(qū)巖溶地貌是北方巖溶的典型代表，其中溶洞發(fā)育最多。通過野外調(diào)查共發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)巖溶洞穴百余個，其中人可進入、規(guī)模較大且具有代表性的有20余個。這些溶洞在空間分布、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地貌以及洞體結(jié)構(gòu)和形態(tài)上，具有一定的共同性。溶洞發(fā)育的地方，地下水富集度較高，因此也是巖溶地下水研究的主要途徑之一。

溶洞；發(fā)育特征；碳酸鹽巖；房山

0 引言

北京地區(qū)碳酸鹽巖地層出露廣泛，其中房山區(qū)碳酸鹽巖地層出露面積約為870km2，占北京市碳酸鹽巖總面積的50%左右。由于不同類型的碳酸鹽巖巖性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物理性質(zhì)均有不同，故其溶蝕機理和能力也不同[1]。一般來說，長城系、薊縣系碳酸鹽巖以地表巖溶地貌發(fā)育為主，寒武、奧陶系碳酸鹽巖以地下巖溶地貌發(fā)育為主。

本研究以《北京巖溶水資源勘查評價水文地質(zhì)遙感解譯》項目為依托，通過對巖溶發(fā)育強烈的房山區(qū)溶洞進行野外調(diào)查，對該區(qū)內(nèi)溶洞特征進行了歸納總結(jié)，重點分析了其與地下水的關(guān)系。

1 地質(zhì)地理概況

房山地區(qū)位于大興安嶺東側(cè)斷裂帶——太行山深斷裂帶—武陵山深斷裂帶通過的地區(qū)[2]，區(qū)內(nèi)地層發(fā)育齊全，從太古宇結(jié)晶基底的變質(zhì)巖到新生界松散沉積物都有出露[3]。研究區(qū)先后受到印支、燕山和喜馬拉雅運動的影響，形成了多時期多方向的褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造，發(fā)育多組節(jié)理。這對本區(qū)溶洞的發(fā)育形成具有至關(guān)重要的作用。房山區(qū)主要河流有大石河、拒馬河、小清河，屬大清河水系的北支流。區(qū)內(nèi)的主要地貌類型以低山為主，單面山、桌狀山為低山的主要類型，分布面積較廣，在大石河流域、拒馬河中上游分布最廣。

2 溶洞發(fā)育特征

通過野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)巖溶洞穴百余個，其中人可進入、規(guī)模較大且具有代表性的有20余個。結(jié)合趙遜等（2010）、盧耀如等（1986）[4]、蔣忠誠等（1996）[5]的研究，歸納了本區(qū)地下溶洞有以下特點：

（1）從空間分布來看，具有較高的集中性

工作區(qū)內(nèi)的溶洞在區(qū)域分布上極其不均勻，主要集中分布在大石河流域寒武系與奧陶系灰?guī)r地區(qū)（尤其是河北鎮(zhèn)附近）和拒馬河北岸的薊縣系白云巖地區(qū)。大型和超大型溶洞共計21個（表1，圖1）。

（2）從地層巖性來看，具有一定的差異性

奧陶系馬家溝組灰?guī)r地層中溶洞最發(fā)育，數(shù)量多且規(guī)模大，如石花洞、銀狐洞；其次是中—新元古代薊縣系鐵嶺組白云質(zhì)灰?guī)r和霧迷山組硅質(zhì)條帶白云巖中溶洞較發(fā)育，如仙棲洞、龍仙宮。

圖1 房山區(qū)溶洞分布略圖

表1 工作區(qū)內(nèi)溶洞規(guī)模及發(fā)育特點一覽表

（3）從構(gòu)造發(fā)育來看，具有緊密的相關(guān)性

石花洞、銀狐洞等，發(fā)育在奧陶系馬家溝組與石炭系太原組平行不整合面上或附近。

仙棲洞則發(fā)育在霞云嶺逆沖推覆斷裂附近（圖2～3）。

云水洞和華嚴洞發(fā)育于黃山店逆沖推覆斷裂附近（圖4）。

其它溶洞則發(fā)育于節(jié)理裂隙相對發(fā)育處。

圖2 順斷層發(fā)育的仙棲洞

圖3 龍仙宮仙棲洞與霞云嶺斷裂位置關(guān)系

圖4 云水洞華嚴洞與黃山店斷裂位置關(guān)系

（4）從發(fā)育地貌部位來看，具有特定性

區(qū)內(nèi)溶洞均發(fā)育于碳酸鹽巖溶地區(qū)。主要在200～260m、320～340m、520～580m和700～900m 4個海拔高程帶上（圖5），與東嶺期、唐縣期和東岳期3個構(gòu)造夷平面相對應。總體上，主要有兩個地貌部位較集中：一是現(xiàn)代河谷附近，如大石河附近；二是陡崖下的臺坎上，如水湖子北的大窟窿洞。

圖5 房山溶洞分布高程帶示意圖

（5）從洞體內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，具有成層性，且形態(tài)各異

研究內(nèi)的溶洞以水平廊道洞為主，豎向和大傾角的洞穴相對較少，多呈漏斗狀，且大部分被碎屑堆積物和泥土填充，洞內(nèi)的豎井也少見于個別溶洞中。洞穴平面形態(tài)有單一廊道式（孔水東、三清洞）、串珠廊道式（云水洞）（圖6）、分丫式（大窟窿洞）（圖7）以及復合式（石花洞、銀狐洞）（圖8）。石花洞層狀結(jié)構(gòu)受新構(gòu)造運動控制。

圖6 云水洞洞穴形態(tài)

圖7 大窟窿洞洞穴形態(tài)

圖8 石花洞洞層結(jié)構(gòu)

3 與地下水的關(guān)系

溶洞是地下水沿著可溶性碳酸鹽巖的各種構(gòu)造面，如層面、節(jié)理面或斷裂面，特別是沿著各種構(gòu)造面相互交叉的地方，逐漸溶蝕、崩塌和侵蝕出來的洞穴。地下水是溶洞發(fā)育的主要動力，溶洞發(fā)育的地段，也是地下水富集的地段。溶洞發(fā)育部位、分布、形態(tài)和結(jié)構(gòu)的不均一性，也導致富水程度的不均一性。例如，銀狐洞—石花洞—孔水洞的深部為一條地下暗河，河的出口在孔水洞，出露的巖溶泉水源豐富。根據(jù)地下水從北西向南東流向，下營泉群水源很可能與仙棲洞和龍仙宮相通，甘池泉群水源很可能與云水洞和華嚴洞相通。

4 結(jié)論與討論

通過野外調(diào)查，發(fā)現(xiàn)房山巖溶地貌發(fā)育中具有一定規(guī)模和代表性的溶洞有21個。從以往研究和調(diào)查資料來看，房山溶洞集中分布在大石河流域寒武系與奧陶系灰?guī)r地區(qū)和拒馬河北岸的薊縣系白云巖地區(qū)；奧陶系馬家溝組灰?guī)r地層中溶洞最發(fā)育，數(shù)量多且規(guī)模大；主要發(fā)育在斷裂帶、節(jié)理裂隙發(fā)育處，如：石花洞、銀狐洞、仙棲洞、云水洞和華嚴洞等；現(xiàn)代河谷及陡崖下的臺坎處為溶洞多發(fā)育地貌；大多數(shù)溶洞洞體具有成層性，洞內(nèi)形態(tài)各異。

根據(jù)以上溶洞發(fā)育規(guī)律的討論，房山區(qū)北部寒武系、奧陶系灰?guī)r地區(qū)，以及霞云嶺斷裂沿途還有許多尚未發(fā)現(xiàn)的溶洞。

[1]北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊.北京地下水[M].中國大地出版社，北京，2008.

[2]趙 遜，趙 汀，冀顯江等.中國房山巖溶地貌研究[M].北京：地質(zhì)出版社，2010

[3]鮑亦剛.北京市巖石地層[M].武漢：中國地質(zhì)大學出版社，1996.

[4]盧耀如.中國巖溶—景觀?類型?規(guī)律[M].北京：地質(zhì)出版社，1986.

[5]蔣忠誠.北京西山巖溶研究[M].北京：地質(zhì)出版社，1996.

[6]北京市地質(zhì)研究所.北京市地質(zhì)遺跡資源及其保護現(xiàn)狀綜合調(diào)查報告[R].2007.

Discussion on Characteristics of the Karst Cave in Beijing Fangshan District

CAO Ying1, WANG Qiang-qiang1, LI Liangjing1, JI Yiqun2, ZHANG Yichao1

（1.Beijing Institute of Geology, Beijing 100120; 2. Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Beijing 100195）

Karst landform in Fangshan District is a typical representative of the northern karst, especially the karst caves are very developed. Through f eld investigation we found that there were more than one hundred caves, and about twenty ones that people could enter. These caves are similar in the respects of spatial distribution, lithology, geological structure, landform development, hole structure and morphology. The groundwater is rich where the karst caves concentrate. Meanwhile, the karst caves are also the main object to research the karst groundwater.

Karst cave; Development characteristics; Carbonate rocks; Fangshan District

P641.6

A

1007-1903（2014）01-0017-04

北京巖溶水資源勘查評價工程水文地質(zhì)遙感解譯項目（編號：BJYRS-KC-02-01）

曹 穎（1983- ），女，博士，主要從事地質(zhì)調(diào)查及遙感地質(zhì)方面的工作。E-mail：cy_998@163.com