粵北陽山天湖洞洞穴特征與價值研究

王德遠，黎有為

(1.貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽 550001；2.貴州省喀斯特洞穴(旅游)資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 55000)

1 引言

中國是世界上喀斯特分布最廣泛的國家之一，特別是西南地區(qū)發(fā)育了世界最大的喀斯特集中連片分布帶，該地區(qū)碳酸鹽巖廣布，氣候溫暖濕潤，在特殊的構(gòu)造背景及水動力條件下發(fā)育了數(shù)以萬計的巖溶洞穴[1]。這些巖溶洞穴是一種不可再生的、具有多方面價值的國土資源[2]。以往對中國喀斯特研究多集中在我國西南云、貴、川、渝、桂、湘西、鄂西等喀斯特區(qū)域[3～8]。而在我國粵北地區(qū)也分布有碳酸鹽巖等巖溶，良好的外部條件使得這些喀斯特分布區(qū)同樣發(fā)育有漂亮的巖溶洞穴。但目前學術(shù)界對該地區(qū)研究相對較少。

粵北清遠陽山縣一帶也分布有大量的石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖，并發(fā)育典型的喀斯特地貌景觀。天湖洞是陽山縣喀斯特分布區(qū)發(fā)育的一處洞穴，洞穴景觀發(fā)育較好且至今未有詳細調(diào)查。通過對天湖洞進行大比例尺洞穴測量，繪制洞穴圖，分析其成因特征，并對其價值進行研究。以期為陽山縣洞穴資源合理開發(fā)利用及后續(xù)科學研究提供技術(shù)參考。

2 地質(zhì)地理概況

天湖洞地理位置位于南嶺山系南部的連陽山脈，交通位置位于廣東省陽山縣南部太平鎮(zhèn)大天湖西部(圖1)，距陽山縣城25 km，距清遠市80 km。該地區(qū)屬亞熱帶向中亞熱帶過渡氣候區(qū)，據(jù)氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計，陽山縣年平均氣溫20.3 ℃，年平均降水量1850 mm，降雨主要集中在春夏兩季，降水量占全年的87%，雨熱同期，有利于喀斯特作用發(fā)育。

研究區(qū)位于華南準地臺湘贛粵褶皺帶中的粵中坳陷帶的北段，南嶺構(gòu)造帶西段，屬于粵中坳陷的次級構(gòu)造-連陽復向斜的南段部分[9]。該區(qū)域經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運動及大規(guī)模巖漿侵入，該區(qū)地層出露較為齊全。可溶巖地層以古生代地層為最為典型，其中石炭系、泥盆系分布最為廣泛，二疊系地層僅局部殘留小片灰?guī)r，其它基本為碎屑巖。天湖洞發(fā)育于下石炭統(tǒng)連縣組(C1l)中厚層-厚層白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖中，周邊發(fā)育NW-NWW向斷層。

圖1 天湖洞地區(qū)地質(zhì)

天湖洞一帶發(fā)育喀斯特峰叢-谷地地貌形態(tài)，洞口發(fā)育于洼地(大天湖)西側(cè)。可溶巖分布區(qū)域地貌上主要表現(xiàn)為受地表溶蝕作用形成渾園狀山頂，山間見有V形干谷，漏斗、落水洞、圓形洼地等發(fā)育，屬喀斯特演化晚期產(chǎn)物?？λ固匦螒B(tài)見有低矮渾圓的峰叢、峰林、洼地、洞穴、地下河、象鼻山等。峰頂海拔在530m，谷底海拔在220m。地下溶蝕作用較顯著，谷底常形成地下河、伏流等。

3 研究方法

首先進行野外洞穴測量，得到相關(guān)數(shù)據(jù)同時簡單繪制洞穴草圖，然后進行室內(nèi)綜合分析。所需工具主要包括：SRT(單繩技術(shù))裝備、紅外激光測距儀、探洞頭盔、手電筒、樣品袋、記號筆、地質(zhì)錘、GPS、數(shù)碼照相機、閃光燈及等，測量精度控制在1%以內(nèi)。野外洞穴測量時需填寫測量表，并現(xiàn)場繪制洞穴草圖，回到室內(nèi)將測量表中數(shù)據(jù)利用GHTopo_chs_v1.2軟件生成測量導線圖，然后參考洞穴草圖、數(shù)據(jù)記錄及備注內(nèi)容，運用Coredraw X7等軟件對洞穴圖進行矢量化。

4 結(jié)果與分析

4.1 天湖洞洞穴特征

天湖洞洞口位于太平鎮(zhèn)一洼地(大天湖)西側(cè)，洞穴發(fā)育于下石炭統(tǒng)連縣組(C1l)中厚層-厚層白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖中，洞中發(fā)育季節(jié)性地下河排入大天湖中。目前已探測洞段發(fā)現(xiàn)一條主洞、一條地下河及2條短小支洞(圖2)，目前該洞穴實測長度173 m(未探明部分目前僅經(jīng)過踏勘，估算長度300余m)，洞底最大高差8 m，主洞道主要呈NW走向。天湖洞可分為上下兩層，下層洞道發(fā)育地下河，由于水流量較大，人無法進入。趟水到達1.2號點后，進入一小支洞口，匍匐經(jīng)過一管狀傾斜洞道，進入上層洞道。上層洞道發(fā)育較為平緩，次生石筍等次生碳酸鈣沉積物發(fā)育類型較全，但流水機械沉積不發(fā)育，僅有少量粘土等細粒沉積物堆積。

圖2 天湖洞洞穴

洞穴內(nèi)發(fā)育有3個洞穴大廳，寬度10～30 m，長度可達80 m，最大洞廳面積近2000 m2。第一個洞廳規(guī)模一般，高10 m，廳內(nèi)見次生沉積物規(guī)模較大，發(fā)育密集，主要發(fā)育流石、邊石壩、石幔、石簾、石筍石鐘乳及鵝管等，顏色呈黃色、褐色、白色等，觀賞價值較高。第二個洞廳規(guī)模較大，具有規(guī)模宏偉氣勢磅礴之感，該洞廳橫剖面呈拱形，發(fā)育少量的石筍、石鐘乳，部分規(guī)模較大。洞廳南部經(jīng)一廊道可進入第三洞廳，廊道部分發(fā)育一錐形陡坎，坎底發(fā)育地下河，推測與洞口地下河相連，廊道橫剖面形態(tài)類似峽谷，向下可進入第一層洞道。第三個洞廳規(guī)模一般，廳內(nèi)發(fā)育一地下湖，洞底常年封水，地下湖邊洞壁的平臺上發(fā)育了大量規(guī)模較小的石筍、鵝管及石鐘乳。

天湖洞呈NW向發(fā)育，發(fā)育兩層洞道，洞底近于水平。下層發(fā)育地下河，向北排入大天湖中。上層洞道橫剖面形態(tài)多樣，多呈拱形、梯形等。洞穴內(nèi)部次生化學沉積物類型豐富，主要發(fā)育于洞頂、洞壁、干洞床等位置；其類型根據(jù)水流特征可分為重力水沉積(包括懸滴水、薄片漫流水、水池等)和非重力水沉積(包括毛細水、凝結(jié)小水珠等)。具體沉積景觀見表1，多沿節(jié)理發(fā)育。洪沖積物僅見粘土、粉砂等，崩塌物少見。

表1 天湖洞次生碳酸鈣積物一覽

4.2 洞穴成因討論

喀斯特洞穴是可溶巖、氣候、構(gòu)造及水動力等條件綜合作用的產(chǎn)物[10]。天湖洞穴發(fā)育于下石炭統(tǒng)連縣組(C1l)中厚層-厚層白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等可溶巖中，為洞穴形成良好的物質(zhì)、介質(zhì)條件。本區(qū)屬亞熱帶氣候與熱帶氣候過渡區(qū)，年均降水量近1900 mm，夏季炎熱多雨，雨熱同期，為喀斯特發(fā)育提供了有利的外部環(huán)境。構(gòu)造是控制洞穴發(fā)育的重要條件[11,12]，地下水往往向阻力小的方向運移，而灰?guī)r、白云巖脆性較強，節(jié)理、裂隙等構(gòu)造發(fā)育，可為這些地下水提供運移空間。洞穴周邊主體構(gòu)造方向為NW向(圖1)，而天湖洞洞穴總體洞穴走向同樣為NW向(圖2)，說明NW向的斷裂、裂隙是洞穴發(fā)育方向的主要控制因素，所以說洞穴系統(tǒng)是一系列活動管道網(wǎng)絡隨時間演化的結(jié)果。根據(jù)野外調(diào)查及室內(nèi)分析認為，天湖洞主要經(jīng)歷了深潛期、滲流期、懸托期等演化過程。

4.2.1 深潛期

天湖洞發(fā)育于下石炭統(tǒng)連縣組(C1l)中厚層-厚層白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖中，洞穴發(fā)育早期可溶性巖石位于潛水面以下，地下水流動性差，可溶性物質(zhì)隨流水流失很少?；旌先芪g是主導的洞穴生長方式，所形成的巖溶管道主要為溶隙，此時巖溶作用發(fā)育規(guī)模較小，過程緩慢。

4.2.2 滲流期

隨著后期構(gòu)造抬升，河流侵蝕基準面下降，V型峽谷開始發(fā)育，潛水面隨之下降。地下水運移速率增快，大氣降水等外來不飽和流水不斷補充，使得原來地下水的運移通道不斷擴大，洞穴開始發(fā)育。隨著洞穴進一步發(fā)展，地表河流完全滲漏甚至跌落至地下溶洞中，形成天湖洞地下河。此時改造天湖洞的主要動力開始發(fā)生轉(zhuǎn)變，由化學溶蝕為主轉(zhuǎn)化為機械侵蝕為主，包括流水侵蝕、掏空下層巖石后導致上層巖石的重力崩塌及隨后的溶流水搬運排泄等，各種形態(tài)洞穴橫剖面由此形成。

4.2.3 懸托期

隨著地殼的繼續(xù)抬升，天湖洞內(nèi)地下河下蝕能力不斷增強，由于地殼間歇性抬升及地下河差異性侵蝕，導致相對穩(wěn)定時期洞穴主要在潛水面附近發(fā)育，形成水平洞道；而地殼快速抬升時，隨著潛水面的下降，新的洞道也隨之形成，造成天湖洞的上下成層現(xiàn)象。大天湖一帶洞頂由于自身重力原因崩塌，隨著崩塌作用的發(fā)生，地下河逐漸漏出地表，并受溶蝕作用形成洼地。另外，由于洞穴到達包氣帶，次生沉積物繼續(xù)發(fā)育，上層洞穴的節(jié)理被次生沉積物堵住，隔擋雨水，部分上層洞段逐漸變?yōu)楹刀础?/p>

4.3 洞穴安全性

天湖洞洞穴的發(fā)育地層為硬度較強的中厚層石灰?guī)r及白云巖，地層產(chǎn)狀平緩，基本無軟弱夾層。早期裂隙常被后期方解石填充膠結(jié)，崩塌堆積物較少，洞道表面巖石相對完整，無最近崩塌現(xiàn)象及危巖存在，洞內(nèi)也基本無豎井或漏斗，洞道安全性能夠得到保障。

4.4 討論

4.4.1 科學價值

天湖洞是地質(zhì)-氣候-水動力等因素經(jīng)長期相互作用而形成的喀斯特洞穴系統(tǒng)，具有一定的地學意義。其發(fā)育演化過程中既包括化學溶蝕、流水侵蝕磨蝕、重力崩塌等侵蝕作用，也包括了流水堆積、次生化學沉淀等沉積作用。通過對洞穴內(nèi)有較豐富的碳酸鈣沉積物利用放射性同位素年代學、地球化學等手段進行研究，可較準確地得出沉積物的沉積環(huán)境和沉積時間，并可推斷天湖洞乃至粵北地區(qū)古地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、古氣候環(huán)境及古水文等資料[13～16]。探索該地區(qū)地質(zhì)地貌、生態(tài)環(huán)境、氣候演化等相互關(guān)系，可以充分發(fā)掘其科普價值，豐富地球科學內(nèi)容，打造中小學生研學旅行基地。另外，天湖洞的形成與演化和單元內(nèi)地殼間歇性抬升、喀斯特演化、水系變遷、地下河的演化有密切的關(guān)系，有其特殊性，典型性和代表性[17]。

4.4.2 旅游價值

天湖洞洞內(nèi)空間大，洞穴內(nèi)部次生碳酸鈣沉積物較豐富，形態(tài)多樣，五顏六色；主要有：石鐘乳、石筍、石柱、石旗、鵝管、石葡萄、石枝、石簾、棕櫚片等。地下河流湖泊清澈見底，常年不斷，具有一定的美學價值。同時洞內(nèi)大小洞道、地下河、峽谷洞道、瀑布皆發(fā)育，目前是少有人涉足過的場所，可以運用飛拉達、單繩等技術(shù)，不需大規(guī)模開發(fā)即可開展一些低難度適合初學者參加的攀巖、探洞、軟探險等探險活動，具有一定的探險旅游開發(fā)價值。

陽山縣一帶有眾多風景區(qū)，旅游基礎(chǔ)條件較好。洞穴周邊公路網(wǎng)完善，交通便利，喀斯特地貌典型，生物多樣性豐富，氣候宜人。洞穴經(jīng)歷了溶蝕、侵蝕、崩塌、沉積等物理、化學過程，具有一定規(guī)模，沉積物造型豐富、造型優(yōu)美、色彩鮮艷。洞口巖溶湖波光粼粼，山清水秀。洞穴內(nèi)部溫差較小，在地表常年平均溫度線上下浮動，冬暖夏涼，是夏季避暑休閑的絕佳場所。

總的來說，天湖洞旅游開發(fā)景觀資源的條件較好，洞道安全性高，且靠近經(jīng)濟發(fā)達的珠江三角洲，旅游市場較廣闊，有一定的開發(fā)價值。

5 結(jié)論

(1)天湖洞洞穴長度近500 m，實測長度173 m；該洞主要分為上下兩層通道，三個廳堂；橫剖面形態(tài)為拱形、梯形、三角形等，洞穴次生碳酸鈣沉積物較為發(fā)育，沉積類型主要有流石、邊石壩、石幔、石簾、石筍石鐘乳及鵝管等。

(2)天湖洞總體走向為NW向，與區(qū)域構(gòu)造走向一致，洞穴發(fā)育與區(qū)域構(gòu)造抬升密切相關(guān)，主要經(jīng)歷了深潛期、滲流期及懸托期三個階段。

(3)天湖洞豐富的次生碳酸鈣沉積物對于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化及古氣候環(huán)境變化具有較高的科研價值。同時這些次生碳酸鈣沉積物造型較美觀，色彩艷麗，具有極高的旅游價值。