臨峰槽谷西翼鈣華區(qū)的生態(tài) 與成因演變分析

張磊 楊洵 黃山松

摘要：重慶市北部嘉陵江流域地區(qū)屬川東隔檔式褶皺，背斜核部及翼部形成了封閉而狹長的可溶巖條帶——巖溶槽谷，發(fā)育有大規(guī)模的地表鈣華。研究該地區(qū)鈣華的成因，可掌握該地區(qū)的鈣華形成與發(fā)展規(guī)律，進(jìn)而對鈣華區(qū)的維護(hù)、管理及生態(tài)提供有力的科學(xué)依據(jù)。本文以嘉陵江溫塘峽南端為研究區(qū)域，針對臨峰槽谷鈣華的分布、成因與強(qiáng)烈的巖溶作用和獨(dú)特的地形關(guān)系展開調(diào)查與研究。通過對該地區(qū)鈣華體形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征的研究，分析其形成與發(fā)展機(jī)制，及衰退過程，從而為掌握該區(qū)域的鈣華類型與特點(diǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：喀斯特;鈣華;巖溶;成因;演變

中圖分類號：TP79? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

鈣華又稱石灰華，是在地表由巖溶水沉積的大孔隙性次生碳酸鈣。其成因是由于巖溶地區(qū)的飽和碳酸鈣的地下水或地表水在適宜的環(huán)境下，且往往是在植物作用影響下，導(dǎo)致碳酸鈣過飽和沉積形成[1]。鈣華形態(tài)不規(guī)則，一般具有多孔隙的海綿狀結(jié)構(gòu)及薄層殼狀、塊狀構(gòu)造。學(xué)者現(xiàn)已提出的較為普遍的沉積方式有泉、河流障、湖泊、沼澤沉積，這些模式并不是單一或獨(dú)立存在，也不能囊括所有的沉積環(huán)境及其變化狀況。

國內(nèi)對鈣華成因的研究成果較多。李華舉等[2]通過分析大量相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)了四種鈣華沉積模式：泉水、河流障、湖泊以及沼澤鈣華沉積;綜合討論了氣候環(huán)境、水文地質(zhì)條件、水體的物理化學(xué)性質(zhì)的影響，針對目前研究中存在的問題，從碳酸鈣沉積反應(yīng)的熱力學(xué)、動力學(xué)和晶體生長等微觀過程進(jìn)行研究，從而更加全面地認(rèn)識鈣華沉積的機(jī)制以便為鈣華景觀的科學(xué)保護(hù)提供理論基礎(chǔ)。唐宇宏等[3]為探討水流干擾和鈣華藻類群落在瀑布鈣華形成過程中的作用，對貴州馬嶺河峽谷內(nèi)3條瀑布鈣華流水區(qū)、浸潤區(qū)和潮濕區(qū)進(jìn)行了采樣與分析。關(guān)秀宇[4]針對貴州省黃果樹地區(qū)發(fā)育有大規(guī)模的地表鈣華，研究該地區(qū)鈣華的成因機(jī)制可以了解鈣華景觀的形成和發(fā)展規(guī)律，為鈣華風(fēng)景區(qū)的維護(hù)和管理提供有力的科學(xué)依據(jù)。此外，利用鈣華微層記錄的高分辨率氣候信息可以重建該地區(qū)古氣候變化模型，有助于我們認(rèn)識氣候演變的趨勢。鐘建華等[5]針對天山南緣從柯坪阿恰經(jīng)巴楚三叉口到巴楚五道班的316國道北側(cè)的奧陶系中發(fā)育了一條1～2 km寬的碳酸鹽巖巖溶帶，對古鈣華紋層發(fā)育開展了全面的調(diào)查與分析[6]。范立學(xué)[7]以黃龍的景觀為研究地區(qū)，對巖溶地質(zhì)作用下的黃龍鈣華進(jìn)行了長期的監(jiān)測，并以灰色系統(tǒng)模型建立了預(yù)測模型，采用克里金插值法對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行插值，從而獲得了整個區(qū)域的鈣華分布情況。

在重慶地區(qū)，鈣華現(xiàn)象并不少見，最著名的便為北溫泉乳花洞，關(guān)于北溫泉乳花洞的研究已經(jīng)較為深入[8-9]，本文探討的是與乳花洞位置呼應(yīng)的溫塘峽不對稱箱型背斜最南端的臨峰槽谷鈣華。本文對其形態(tài)、成因等方面進(jìn)行分析研究，為全面了解重慶地區(qū)鈣華現(xiàn)象提供參考。

1? ? 地區(qū)地質(zhì)概況

臨峰槽谷處于溫塘峽背斜最南端。溫塘峽背斜為川東隔檔式褶皺中的一支，其特征為背斜南北兩端傾覆，可溶巖地層被傾沒覆蓋;東西兩側(cè)為陡傾的三疊系須家河組巖層阻隔，核部主要出露三疊系雷口坡組、嘉陵江組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等碳酸鹽巖，褶皺核部斷層較為稀少，以沖斷層或是逆沖斷層為主，影響范圍小，走向與軸向相同，對巖層出露影響小，且有相對隔水作用，因此背斜核部及翼部形成了封閉而狹長的可溶巖條帶——巖溶槽谷。槽谷多發(fā)育于三疊系飛仙關(guān)組、嘉陵江組及雷口坡組地層內(nèi)或與非可溶巖接觸帶附近，地層產(chǎn)狀變化較大，且裂隙較為密集，巖溶發(fā)育程度強(qiáng)，地表上常呈現(xiàn)沿巖溶槽谷發(fā)育呈串狀分布的巖溶洼地，以及溶蝕殘峰、溶丘等，甚至在某些槽谷部位巖溶發(fā)育程度強(qiáng)烈，形成小型的巖溶盆地;而在槽谷兩側(cè)地勢較高的地方，尤其是靠近核部巖層較為破碎，節(jié)理裂隙密布的地區(qū)，多發(fā)育成串的落水洞、溶洞、峰叢洼地等巖溶地貌。在局部橫向或縱向溝谷內(nèi)，發(fā)育有巖溶泉水出露。

巖溶發(fā)育具有垂直分帶的成層性和連續(xù)性。該區(qū)域內(nèi)溫塘峽背斜嘉陵江組地層溶洞多發(fā)育在350～560 m之間，由于受到侵蝕基準(zhǔn)面的控制，在上游巖溶槽谷帶內(nèi)大部分為干溶洞，在侵蝕基準(zhǔn)面350 m高程左右溶洞有充水現(xiàn)象，顯示隨著地殼運(yùn)動，巖溶發(fā)育深度的變化情況?？v向上受到溫塘峽背斜向南傾沒的影響，形成了北高南低的地貌，其中最高點(diǎn)位于北側(cè)趕山寺（地表水分水嶺），海拔標(biāo)高752.6 m，最低點(diǎn)位于南側(cè)長江邊張家沱，海拔標(biāo)高198.3 m，相對高差555 m，地形起伏大。其中臨峰槽谷處于地表分水嶺以南，為構(gòu)造剝蝕低山巖溶槽谷區(qū)，屬典型的喀斯特地貌。

槽谷中部主要出露地層為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組四段地層和中統(tǒng)雷口坡組地層，其巖性主要為可溶性碳酸鹽巖及巖溶角礫巖。槽谷兩側(cè)斜坡段主要出露地層為三疊系上統(tǒng)須家河組地層，其巖性主要為石英砂巖夾頁巖。兩側(cè)斜坡底部主要出露地層為侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組及自流井組地層，其巖性主要為泥巖夾砂巖地層。本次研究的鈣華區(qū)分布在臨峰槽谷西翼，主要有三處，分別為大白巖、風(fēng)洞巖及小白巖，如圖1所示。

2? ? 鈣華特征分析

以大白巖鈣華為例，大白巖鈣華區(qū)位于溫塘峽背斜最南端西翼位置處，平面上呈不規(guī)則扇形展布，鈣華覆蓋在須家河組地層上，呈不整合接觸，覆蓋面積約0.4 km2，從東到西分布高程460～297 m，連續(xù)分布。小白巖和風(fēng)洞巖鈣華區(qū)位于溫塘峽背斜西翼位置處，平面上呈不規(guī)則水滴狀，鈣華覆蓋在須家河組地層上，呈不整合接觸，覆蓋面積約0.1 km2，從東到西分布高程450～276 m。

鈣華呈灰-灰白色，底部溶洞內(nèi)鈣華因含硫較重呈現(xiàn)出黃棕色，見圖2。其礦物成分主要為方解石，從鈣華陡壁上可見其外觀呈波紋層狀，疊層構(gòu)造，結(jié)構(gòu)沉積厚度因形成時的地下巖溶水的水量豐裕程度而變化較大，厚約5～45 m不等。鈣華內(nèi)含大量的砂巖塊石、碎石，致密多孔，孔徑極小，質(zhì)輕，滲透性較好，浸水后強(qiáng)度急劇減小，徒手可掰，見圖3。

在槽谷的南傾沒端，雷口坡組地層內(nèi)，巖層層面多黃色、紅褐色渲染，靠近巖層可以明顯聞到H2S的氣味，說明了該區(qū)域在遠(yuǎn)古時期熱水較為豐富。

3? ? 鈣華生態(tài)與成因演變

大白巖鈣華區(qū)在臨峰槽谷最南端，覆蓋面積大，特征明顯，現(xiàn)以大白巖鈣華為例，通過現(xiàn)場調(diào)查和水文地質(zhì)條件分析，對其生態(tài)與成因演變進(jìn)行分析，如圖4所示。

3.1 原生態(tài)環(huán)境及地質(zhì)分析

原大白巖鈣華區(qū)的東側(cè)以兩條橫向沖溝與臨峰巖溶槽谷相接。由于巖溶槽谷的封閉性以及灰?guī)r地層的急劇向南傾沒，熱水流至該處時，在該區(qū)域形成了“雍水頭”，使得熱水水頭上升，槽谷內(nèi)巖溶水及地下熱水長期自然涌出和排泄出露，遂順著兩條橫向沖溝從地表向山下排泄。當(dāng)巖溶水通過狹窄的沖溝向西徑流后，到達(dá)寬緩的地段逐漸展開，水流速度變緩，使得二氧化碳溢出，巖溶水內(nèi)的碳酸鈣因飽和而沉積，常年累月后，形成了大白巖鈣華區(qū)，覆蓋在須家河組陡傾的砂巖地層上。因此，狹窄的橫向沖溝連接寬緩的槽谷地帶是形成鈣華的重要地形條件。

鈣華區(qū)位于可溶性碳酸鹽巖與非可溶鹽的接觸帶，巖溶作用強(qiáng)烈，數(shù)萬年前，區(qū)域內(nèi)地?zé)崴杀毕蚰蠌搅鳎旌虾蟮膸r溶水，其鈣、重碳酸根含量較重，將嘉陵江組的灰?guī)r成分帶到陡傾砂巖的裂隙中，因地形陡變而逐漸沉積、形成鈣華，最終原生態(tài)的砂巖陡壁，隨著鈣華的覆蓋后，逐步形成了現(xiàn)在的“大白巖”鈣華陡壁。因此，強(qiáng)烈的巖溶作用提供了鈣華形成的物質(zhì)條件。

3.2 演變分析

鈣華形成后期，由于溫塘峽背斜地?zé)崴陨淼男箟海鷳B(tài)環(huán)境的改變，使得該區(qū)域熱水水頭逐漸降低，槽谷西翼雷口坡組與嘉陵江組四段地層內(nèi)發(fā)育的深部斷層，使得地?zé)崴c淺層巖溶水有水力聯(lián)系，熱水混入淺層巖溶水后排泄，鈣華作用逐漸減弱。本世紀(jì)以來，由于溫塘峽背斜周邊隧道的修建，地?zé)徙@井的實施，以及煤洞的開挖，都對該構(gòu)造的地?zé)崴畠α吭斐闪溯^大的影響，進(jìn)一步降低了該區(qū)域的熱水水頭壓力。

現(xiàn)沖溝內(nèi)地表水通過鈣華區(qū)的落水洞滲入地下后，從鈣華與砂巖接觸帶附近順坡向下徑流排泄，因地下熱水的活動，鈣華內(nèi)含硫較重。巖溶水流至斜坡底部較平緩位置后，滲入前期崩塌的塊石土中，進(jìn)一步重新鈣華膠結(jié)后，形成了大白巖鈣華區(qū)底部溶洞，鈣華內(nèi)含大量的砂巖塊石、碎石的獨(dú)特現(xiàn)象。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，在可溶鹽和非可溶接觸地帶，由于強(qiáng)烈的巖溶作用和特殊的地形條件，形成了臨峰槽谷鈣華包含大量砂巖碎石、塊石的獨(dú)特現(xiàn)象，后期由于地?zé)崴箟汉蛶r溶水的混入等生態(tài)環(huán)境的變化，以及人類活動的影響，鈣華作用逐漸減弱。因此，臨峰槽谷鈣華的形成具有泉和河流障的雙重屬性。

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