河南桐柏山省級(jí)地質(zhì)公園鞘褶皺洞穴群地質(zhì)遺跡的成因分析

劉云山　李振楠　徐朝陽(yáng)

【摘 要】河南桐柏山省級(jí)地質(zhì)公園位于豫鄂兩省交界處，總面積47.704平方公里，是千里淮河的發(fā)源地和江淮兩大水系的天然分界線，園區(qū)旅游文化內(nèi)涵豐富。鞘褶皺洞穴群地質(zhì)遺跡的形成，與特殊巖性、構(gòu)造的內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用及外動(dòng)力地質(zhì)作用（物理、化學(xué)、生物風(fēng)化）風(fēng)化剝蝕、大氣降水及其流水侵蝕作用有關(guān)。是以?xún)?nèi)動(dòng)力作用主導(dǎo)，多種外動(dòng)力風(fēng)化剝蝕綜合作用的結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】鞘褶皺 洞穴群 成因分析

在桐柏山地質(zhì)公園桃花洞景區(qū)深切河谷地貌的太古界變質(zhì)表殼巖系小寨片麻巖陡峭巖崖壁上，分布著大小不同、深淺不一的“洞穴”或“壺穴”，構(gòu)成獨(dú)具特色的洞穴群地貌景觀，不僅極具觀賞性，更是研究我國(guó)“壺穴”不同類(lèi)型、成因不可多得的理想場(chǎng)所。由于該洞穴群成因與桐柏山造山帶伸展構(gòu)造變形形成的“鞘褶皺”密切相關(guān)，因此，深入研究桃花洞景區(qū)洞穴群類(lèi)型及成因，既有助于了解桐柏山造山帶形成與演化，同時(shí)可進(jìn)一步提高桐柏山地質(zhì)公園科學(xué)研究?jī)?nèi)涵和開(kāi)發(fā)“洞穴群”旅游資源。

1桐柏山地質(zhì)公園鞘褶皺洞穴群地質(zhì)遺跡形成的自然地理環(huán)境

桐柏山屬秦嶺東延的余脈，山脈走向西北-東南，主脈位于鴻儀河-桐柏縣城南側(cè)一線。太白頂為桐柏山主峰，海拔1140m，向東北延伸依次形成低山、丘陵和盆地。地勢(shì)以南側(cè)邊緣最高，東北部最低，由西向東總體依次降低。由于受西北-東南向斷層的影響，山體邊界十分整齊，形成山坡陡、山脊窄、群峰高聳的地貌形態(tài)。山體北側(cè)為淮河及眾多支流的發(fā)源地，河流橫切山體，形成一系列深切河谷和近南北向的山嶺，山勢(shì)雄偉壯觀，深切河谷多呈“V”字型，因落差大常形成瀑布。

桐柏山地質(zhì)公園屬亞熱帶向暖溫帶過(guò)度的季風(fēng)型大陸性溫濕氣候，兼有南北氣候特點(diǎn)。

桐柏山地質(zhì)公園內(nèi)主要屬淮河水系，桃花洞景區(qū)淮漢鴛鴦池所在地是淮河與漢水的分水嶺，東為淮河流域淮河水系，西屬長(zhǎng)江流域漢水水系。大氣降水大部分成為地表徑流，少量滲入地下。

2桐柏山地質(zhì)公園鞘褶皺洞穴群地質(zhì)遺跡形成的區(qū)域構(gòu)造背景

桐柏山地質(zhì)公園區(qū)位于華北板塊與揚(yáng)子板塊間的東秦嶺一大別山碰撞造山帶的中段。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化過(guò)程中，華北板塊與揚(yáng)子板塊經(jīng)歷多次的伸展裂解、匯聚拼接，直到印支期在陸內(nèi)俯沖作用下全面碰撞造山，形成獨(dú)具特色的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的東秦嶺-大別山造山帶。也是我國(guó)地質(zhì)、氣候、生物、地理的南北天然分界線，是了解中國(guó)大陸造山帶形成與發(fā)展史的重要窗口，是研究板塊構(gòu)造的良好基地。

據(jù)黃少英等人研究，桐柏山由一系列鑲嵌拼合的構(gòu)造條塊組成，自太白頂向北依次可分為桐柏山（CC）、鴻儀河（Hp）、蔣莊（Dy+Nw +Gs）、瓦屋莊（Ql）和朱莊五個(gè)形成于不同時(shí)代、不同構(gòu)造環(huán)境，具有不同沉積-巖漿建造和不同變形變質(zhì)歷史的“巖片”，各“巖片”之間由區(qū)域性大斷裂（韌性剪切帶）所分割。尤其是鴻儀河高壓巖片（HP）及固廟、松扒大斷裂（韌性剪切帶）尤為重要。這些“巖片”和區(qū)域性大斷裂（韌性剪切帶）構(gòu)成了桐柏山地區(qū)華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞縫合帶主要構(gòu)造地質(zhì)形跡景觀。它們發(fā)育典型，并且反映板塊碰撞縫合造山帶成因和形成過(guò)程的各種標(biāo)志齊全，在地質(zhì)意義和觀賞價(jià)值兩方面都非常稀珍貴。

3 桐柏山地質(zhì)公園桃花洞景區(qū)鞘褶皺洞穴群的成因分析

鞘褶皺是2O世紀(jì)7O年代研究韌性剪切帶時(shí)發(fā)現(xiàn)的一種新型的A型褶皺，對(duì)鞘褶皺而言，由于變形介質(zhì)一般由變質(zhì)巖或未完全冷卻的巖漿巖組成， 其粘性較低，“滑移褶皺極限”（指在剪切滑移運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)褶皺到產(chǎn)生斷裂的臨界值） 較高，允許出現(xiàn)較大剪應(yīng)變值（γ）的物性特征，導(dǎo)致它可在長(zhǎng)程滑移過(guò)程中跨過(guò)初期B型褶皺階段，而直接形成樞紐與運(yùn)動(dòng)方向平行的A型鞘褶皺（ 圖1）。

鞘褶皺可以由剪切作用直接形成，或者由B型褶皺隨著剪切變形的加劇逐步拉伸改造而成，其幾何學(xué)樣式類(lèi)似劍鞘而得名。其重要特征是拉伸線理與褶皺軸近于平行，實(shí)為一種AB型褶皺，常呈扁圓狀、舌狀，甚至呈圓筒狀，多數(shù)為不對(duì)稱(chēng)褶皺，沿剪切拉伸方向拉得很長(zhǎng)。目前認(rèn)為它的規(guī)模主要是露頭尺度的中、小型構(gòu)造，從幾厘米至數(shù)米不等，常成群出現(xiàn)。為研究方便常將鞘褶皺的長(zhǎng)軸，即平行運(yùn)動(dòng)的拉伸線理的方向確定為“X軸”，“Y軸”與“X軸”垂直，“Z軸”垂直XY面（如圖1d所示）。這樣鞘褶皺在不同斷面上的形態(tài)變化很大，在垂直“X 軸”的YZ 面上以封閉的圓形、眼球狀、豆莢狀；在XZ斷面上多為不對(duì)稱(chēng)及不協(xié)調(diào)的平臥或同斜褶皺，在XY面上顯示出長(zhǎng)條形或舌形，其上發(fā)育拉伸線理，并指示剪切拉伸運(yùn)動(dòng)的方向。

桐柏山地質(zhì)公園洞穴群主要分布桃花洞景區(qū)，尤其是桃花洞（普化寺）一帶最為發(fā)育。規(guī)模以中、小型露頭尺度為主，小型露頭尺度鞘褶皺的洞穴直徑一般5～1Ocm，洞深20～30cm，大者洞穴直徑3～5m，洞深17m（如桃花洞），洞口均向北西310°方向傾伏，傾角5°～15°，與桐柏變質(zhì)核雜巖中發(fā)育的拉伸線理一致。

對(duì)桃花洞景區(qū)發(fā)育的鞘褶皺（A型褶皺）洞穴群地質(zhì)遺跡，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，其形成過(guò)程與下面三個(gè)因素密不可分：

（1）地殼內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用是形成鞘褶皺（A型褶皺）洞穴群的前提。桐柏山變質(zhì)核雜巖（CC）印支期前一直滯留在下地殼大于30km的地下深處，其溫壓（P=6kb，T=520℃）環(huán)境有利于變質(zhì)核雜巖發(fā)生“固態(tài)塑性流變”。燕山期在南北向伸展構(gòu)造作用下，在中、下地殼復(fù)合拆離帶過(guò)程中，桐柏變質(zhì)核雜巖（片麻巖穹窿）強(qiáng)烈隆升側(cè)向擠壓，形成北西向拉伸力的作用，其結(jié)果在桐柏變質(zhì)核雜巖變質(zhì)表殼巖系形成北西向展布的鞘褶皺（A型褶皺）、桿狀構(gòu)造和拉伸線理。

（2）變質(zhì)核雜巖“變質(zhì)表殼巖系”巖石的能干性是控制鞘褶皺（A型褶皺）洞穴形成的主因。

桐柏山變質(zhì)核雜巖“變質(zhì)表殼巖系”鞘褶皺（A型褶皺）的形成與組成鞘褶皺的介質(zhì)和巖石的能干性有關(guān)。由于桐柏山變質(zhì)核雜巖（CC）由變質(zhì)表殼巖、花崗質(zhì)片麻巖和變質(zhì)基性巖組成，巖石的能干性各有差異，因此，變質(zhì)核雜巖在伸展構(gòu)造變形中，整體構(gòu)成一“開(kāi)闊背形”構(gòu)造，而夾持在“開(kāi)闊背形”核部的中、下地殼復(fù)合拆離帶，其巖性組合以小寨片麻巖（TXog）為主，為一套黑云母片巖、黑云母石英片巖、條帶狀石英巖、黑云母花崗片麻巖等組合的副變質(zhì)巖。由于巖石能干性、厚薄或軟硬相間的巖性層差異，控制了鞘褶皺（A型褶皺）的形成和發(fā)展，并且，黑云母片巖、石英片巖、薄層條帶狀石英巖等巖性段（薄或軟相間的巖性層）容易被拉伸，發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致了軟巖性層在長(zhǎng)程拉伸滑移過(guò)程中跨過(guò)初期B型褶皺階段，而直接形成樞紐與運(yùn)動(dòng)方向平行的A型鞘褶皺。

（3）鞘褶皺（A型褶皺）形成后，巖石遭受外動(dòng)力地質(zhì)作用 （物理、化學(xué)、生物風(fēng)化）差異性風(fēng)化剝蝕。

由于組成鞘褶皺巖石主要是太古界變質(zhì)表殼巖系黑云母片巖、黑云母石英片巖、黑云母花崗片麻巖等，并且各種片巖、片麻巖巖石組成的礦物、顆粒的粒徑大小、熱力膨脹系數(shù)不同，晝夜溫差變化，巖石濕脹干縮、經(jīng)后期（物理、化學(xué)、生物風(fēng)化） 風(fēng)化剝蝕、大氣降水及其流水侵蝕后，使一些抗風(fēng)化能力弱的巖石，如黑云母片巖容易遭受風(fēng)化剝蝕，使黑云母片呈片狀風(fēng)化剝落，并順著鞘褶皺（A型褶皺）X軸線理方向發(fā)生風(fēng)化侵蝕，形成深淺不一、大小不同的洞穴，而在YZ 面上形成封閉的眼球狀、豆莢狀、馬鞍狀、新月形鉤狀等不同形態(tài)的洞口形態(tài)。

由上述可知，桃花洞景區(qū)鞘褶皺洞穴群地質(zhì)遺跡的形成，除與太古界變質(zhì)表殼巖系小寨片麻巖（TXog）等特殊巖性外，還與桐柏造山帶燕山期伸展剝離構(gòu)造的內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用，以及外動(dòng)力地質(zhì)作用 （物理、化學(xué)、生物風(fēng)化） 風(fēng)化剝蝕、大氣降水及其流水侵蝕作用有關(guān)。是以?xún)?nèi)動(dòng)力作用主導(dǎo)，多種外動(dòng)力風(fēng)化剝蝕綜合作用的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃少英 等.桐柏造山帶幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和演化.中國(guó)科學(xué)，2006.

[2]易順華 等.層間滑動(dòng)褶皺新見(jiàn).地球科學(xué)，2007.