织金洞发育特征及其科学价值*

贺　卫，李　坡

(1贵州省山地资源研究所，贵州　贵阳　550001；2贵州省喀斯特洞穴(旅游)资源开发利用工程技术研究中心，贵州　贵阳　550001)



织金洞发育特征及其科学价值*

贺卫1，2，李坡1，2

(1贵州省山地资源研究所，贵州贵阳550001；2贵州省喀斯特洞穴(旅游)资源开发利用工程技术研究中心，贵州贵阳550001)

摘要：织金洞是著名的世界级旅游洞穴，也是贵州目前唯一的世界地质公园的核心地质遗迹和重要旅游品牌。通过对织金洞发育的地质、地貌、水文、气候背景的调查分析，阐明了织金洞在规模、形态、气候和沉积物方面的特征，并在此基础上揭示了织金洞在水文学、新构造运动、洞穴学、沉积学、古生态学、生物学和旅游学方面的科学价值，旨在对未来织金洞的深入开发与建设、保护与管理有一定的指导作用，同时对国内其他喀斯特洞穴的开发和利用有一定的借鉴意义。

关键词：织金洞，发育背景，特征，科学价值

织金洞位于贵州省织金县官寨乡东南部的溶丘洼地上，原名打鸡洞，是一座巨型的多层次旱洞。织金洞发现于1980年，1985年正式对游客开放。经过30余年的开发和建设，织金洞旅游取得了较大的成功，已成为贵州第一个世界地质公园，中国国家风景名胜区、中国国家地质公园，中国最美的洞穴和世界著名的旅游洞穴之一。

1织金洞形成背景

1.1地质

1.1.1地层岩性

下三叠统夜郎组黄村坝段(T11y2)灰岩是织金洞发育地层，地层总厚度为314 m，走向南西西，倾向北北西，地层倾角为12～20°。主要岩性为厚层、中厚层及薄层灰岩。灰岩具有不同的厚度，质纯、坚硬、结构和组分优良，有利于喀斯特洞穴的形成，为洞穴的发育创造了良好的物质基础，特别是厚层块状泥晶灰岩洞穴化程度较高，是织金洞最主要的发育地层。

1.1.2构造

织金洞位于贵州黔西山字型构造前面弧区域，下红岩短轴背斜北西西翼，碉边向斜的南东翼，小妥倮张扭性断裂与塘边压扭性逆断层所夹持的地块是织金洞主要发育区域。洞穴附近又受一组北东——北北东向压扭性、纵向张扭性及北西向压扭性断裂制约，即洞口断层及蔡家坡断等。

地质构造控制了洞穴的空间展布，使该洞穴平面展布方向以北东东、北东方向为主，同时又受岩层层面及层间裂隙控制，洞穴沿地层倾向发育。织金洞发育地层节理较为发育，主要方向为北北西、北东向和北北东向三组，控制洞穴部分洞段的发育方向和洞穴厅堂的形成[1]，如豪猪支洞主要受300～320°、20°和60～75°三组节理控制；宴会大厅洞段受350°、320°和32°三组节理制约(图1)。

图1　织金洞区域地质图

1.1.3地貌

织金洞位于乌江上游六冲河南岸，以结河下游东南岸的河谷岸坡顶部的溶丘洼地中。地貌以溶丘洼地和丘峰谷地为主，为六冲河的近岸伏流带，该地带地表水缺乏，地下水丰富，埋藏深，加之地势起伏较大，水力坡度较陡，水动力强，是地貌水动力作用的高能地带，地下喀斯特地貌，即洞穴发育，是喀斯特地区长洞、大洞的发育地区。

1.1.4水文

织金洞发育于早三叠统夜郎组黄村坝段(T11y2)组成的强喀斯特含水层中。该含水层西北面有早三叠统夜郎组九级滩段(T1ly3)隔水层阻隔，东南面有二叠系龙潭组(P2l)、长兴组(P2c)、大隆组(P2d)和早三叠统夜郎组沙堡湾段(T1ly1)地层构成的非喀斯特隔水层，西部有碉边向圈闭，东北面为六冲河排泄基准面，形成一个相对封闭的水文单元，汇水面积不足为4个平方公里[2]。

织金洞区域水源补给，除接受自身汇水面积内的大气降水之外，还接受南部流入的外源水。此外在豪猪支洞、边石支洞沉积的砂砾石层和水流侵蚀痕迹分析，织金洞下层洞水流的补给曾经应为集中水流。目前，织金洞内仅有分散性的洞穴渗滴水，它们可汇集成为洞池水，也可能汇集于下层洞的低洼处形成集中水流，进一步开拓新的洞穴通道。

1.1.5气候

织金洞地处亚热带季风气候区，属亚热带高原气候，多年平均气温14.1 ℃，最热月平均气温为22.5 ℃，多年平均降雨量1 436 mm，年日照1 172 h，无霜期327 d，冬无严寒，夏无酷暑，适宜喀斯特洞穴形成发育。

2织金洞发育特征

2.1规模体量

织金洞目前仅发现主洞口和天窗两个洞口。主洞口呈三角形，高10 m，宽55 m，海拔高度1 320 m。天窗距主洞口不远，阳光从主洞口和天窗入射洞内形成“日月同辉”景观。织金洞实测洞穴长度4.215 km，深度242 m，洞穴容积2 079 000 m3。主要由主洞和塔林洞、豪猪洞、边石洞及卷曲石洞四条支洞组成，洞穴最高处位于十万大山洞厅内，海拔高度1 410 m，最低处为水乡泽国未端斜井底部，海拔高度1 168 m。洞道最宽处宽度175 m，最窄处0.4 m，一般为30～50 m；洞穴最高处高度78 m，最低矮处为1 m左右，一般为20～40 m。洞内有上万平方米的大厅5个，其中最大的洞厅面积为46 200 m2，洞穴规模宏大。

织金洞有四层，第一层洞(底层洞)海拔高度约1 170 m，以水乡泽国东北端底部的斜井为代表；第二层洞海拔高度为1 214 m，以水乡泽国、豪猪洞为代表；第三层洞海拔高度为1 250～1 260 m，以寿星宫、塔林洞等洞段为代表；第四层洞(上层洞)海拔高度1 335～1 348 m，以灵屑殿——十万大山等洞段为代表。各层洞道之间以一些倾斜洞道连通。

织金洞在主洞道延伸方向(北东向)1.2 km的小痴聋西南约150 m，海拔1 325 m的山坡上，有一向南西方向延伸的洞穴(雷子洞)，该洞实测长度131 m，前进方向为洞穴次生碳酸钙沉积物和崩塌块石阻塞，相距“十万大山”洞段末端仅几十米距离。2002年，开凿了长38.3 m，断面面积为2.5 ×2.5 m的人工“S”型隧道，成功地将织金洞与雷子洞贯通，成为织金洞旅游出口(图2)。

图2　织金洞实测洞穴图

此外，在雷子洞北西西方向200 m处的列戛村前的洼地中有一被粘土充填的落水洞，据当地村民介绍，落水洞未被充填时，每逢冬季洞中均有白色雾气涌出，此处洞口海拔1 325 m，距织金洞的北海垄洞段及十万大山洞段水平距离不足60 m，综合分析，该落水洞可能曾经与织金洞相连，为织金洞的另一洞口，后期为洞穴崩塌物或其它堆积物堵塞。

2.2洞穴形态

洞穴形态主要是洞腔的几何形态及其成因，不包括洞穴沉积物的形态。洞穴形态大多都是与洞穴管道的水动力条件联系在一起的，是获取洞穴成因信息最重要依据[3]。洞穴形态的形成过程主要受水动力条件控制，是研究洞穴形成过程中水动力条件变化的主要对象。

织金洞平面形态为网格状；横剖面形态多样，主要有半圆管、半拱形洞道、矩形洞道、巨大洞厅、峡谷洞道、倾斜洞道；纵剖面形态为四层由高角度斜洞连接的层楼状。此外，在洞壁、洞顶和洞底基岩上的洞穴小形态也较丰富，主要有：倒石芽和溶沟、天锅、溶刺、窝穴和贝穴等。

2.3洞内气候

洞穴气候指洞穴内部的气候，包括洞穴内温度、湿度和洞穴风等。洞穴气候是洞穴环境的重要组成部分，也是洞穴开发利用的重要评价内容[4]。

2.3.1温度

织金洞洞内气温最低点为日月潭处，为7.5～9 ℃；气温最高点为主洞洞尾十万大山，为15～15.8 ℃。从洞口向洞内延伸，至日月潭处，温度逐渐变低，日月潭之后，随着洞穴长度的增加，气温逐渐增加，洞穴处于逆温环境。此外，自洞口进入80 m后向洞内延伸，各洞段气温的年变化幅度不大，变幅多在0～2 ℃之间。洞内气温的年变化幅度最大处为距洞穴入口较近的双狮迎宾厅，年变幅为2 ℃；水晶宫气温变化幅度最小，气温变幅为0.3 ℃，基本上保持水晶宫气温恒定在14 ℃。

2.3.2湿度

织金洞内空气湿度最大为100 %，位于寿星宫海豚石等长年保持滴水处；最小湿度为73 %，主要在洞内的第二层洞(塔林洞)等洞穴内，多数洞段的空气湿度均为90 %以上。洞穴湿度年变化范围为1 %～8 %，但下层洞段的湿度一般较为稳定，如豪猪洞、水乡泽国等洞段常年保持在83 %～84 %和92 %～93 %。

2.3.3洞穴风

洞穴风是由于洞穴内各洞段的大气压力的差异而引起的空气对流，织金洞内洞道宽敞，空气流动缓慢，风速较小，空气的流动不能明显为人体所感觉，一般只能通过烟雾示踪的方法探测气流方向，但在温度变化明显地带及洞道断面窄小的洞道可测量风速。洞内测量的最大风速为0.03m / s，一般风速为0.01m / s～0.02m / s，多属热对流产生的洞穴风。

2.3.4二氧化碳

由洞口向洞内延伸，洞内空气中二氧化碳浓度具有增加的趋势，并且随着洞穴海拔高度的增加，二氧化碳浓度也有逐渐增高的趋势。日月潭处空气中的二氧化碳浓度最低，一般为347～532 ppm；而在上层洞广寒宫至十万大山一带，洞穴空气中二氧化碳的浓度较高，可达1 000 ppm，是最低处(日月潭)的2倍以上。其原因主要是受各洞段的空气流通情况、封闭程度、上、下层洞段的沟通条件以及洞穴来水量的大小差异等因素的影响，使比重大于空气的二氧化碳的沉底作用不明显，具有洞穴高处二氧化碳浓度高于低处的不正常现象。

同时，洞穴空气中二氧化碳浓度具有季节性变化的特征，冬季小于夏季。夏季与冬季二氧化碳浓度的变化范围在100 ppm以上，最高可达186 ppm，而在十万大山处，洞厅巨大，自身调节能力强，二氧化碳季节性变化范围较小，仅为31～36 ppm。

2.4洞穴沉积物

2.4.1化学沉积物

织金洞化学沉积物主要有次生碳酸盐沉积和硫酸盐沉积。其中以碳酸钙沉积物最为普遍，是洞穴内最主要的沉积物，也是织金洞穴旅游开发的主要景观，而硫酸盐沉积仅在豪猪洞内零星分布，规模较小。

织金洞内次生碳酸钙沉积物极其丰富、规模宏大、类型齐全、造型独特、景观优美，其中许多沉积物，如霸王盔、云雨树、石冻菌、石盾等沉积物在世界范围内具有多样性、独特性和稀有性，是世界级的洞穴旅游景观资源。调查研究显示，织金洞的碳酸钙沉积多为不同水动力条件、不同形态和多时期的沉积物迭加复合而形成，几乎囊括了目前所发现的大部分洞穴的碳酸钙沉积形态类型。按照物质交换及能量传递转换规律，以及物质流、能量流与洞穴化学沉积物的相关性，结合碳酸钙的空间沉积位置，织金洞次生碳酸钙沉积主要为重力水和非重力水作用的两大类水动力沉积类型，七种水流状态以及受植物和气流影响的滴水沉积(表1)。

表1　洞穴次生碳酸钙沉积类型

2.4.2机械沉积物

织金洞的机械沉积物主要为重力崩塌物，是洞壁或洞顶岩体在重力作用下，向临空面突然崩落的堆积物，多沿岩石的节理、层面和构造发育带进行。织金洞大部分洞段均发生过不同程度的崩塌，崩塌块石堆积在洞内随处可见，是形成洞穴的重要作用之一，主要方式为倾倒和崩落。崩塌物在崩塌后滚动或跳跃，最后形成崩塌倒石锥。崩塌倒石锥结构松散、杂乱、无层理、多孔隙。特别是洞内厅堂，均为重力崩塌作用参与下形成的，如豪猪洞坍塌厅总容积为108 000 m3，而崩塌块石堆积体积达40 000 m3，洞厅入口处顶板高度不足10 m，而厅内洞顶高度却达30 m～35 m。织金洞天窗即为洞口附近洞顶崩塌而成，重力崩塌块石堆积在天窗底部洞底，大小混杂，棱角分明，结构松散。

2.4.3生物堆积

在织金洞豪猪洞内发现有数以吨计的动物粪便和零星动物遗体残骸，为全新世生活在洞中的扫尾豪猪排泄物和遗体残骸，虽然现在豪猪已在洞内灭迹，但通过遗体残骸鉴定、动物粪层年代测定和粪层孢粉分析研究[5]显示：织金洞内在大约6 710±130 aB.P～1 165±90 aB.P之间的约5 000余年的时期内栖息着成群的扫尾豪猪，洞穴曾经是它们的乐园，但在1 000余年前由于洞穴内外环境的变化，扫尾豪猪才在洞内绝迹[6]。

3织金洞的科学价值

织金洞不仅具有优良的旅游开发前景，而且在水文、新构造运动、生物、古生态和旅游等学科方面具有较高的科学研究价值。

3.1水文

在面积有限，四周为非碳酸盐岩、褶皱和断裂圈闭的相对独立的条状水文地质单元和封闭地块中，形成规模如此巨大的织金洞，必定有其特殊的发育环境和水文地质背景。织金洞的形成是河流水系的演化变迁的产物。织金洞内现在虽然由于河流的袭夺、改道已无地下河或伏流通过，仅有洞顶的渗水和洞底的汇集水流，但研究表明：织金洞形成和演化过程与新寨河的变迁有直接的关系，是古新寨河的古地下河道，新寨河现在已改道，不再从织金洞通过。此外，洞穴形态也显示了洞穴发育时的水动力特征，如寿星宫内倒石芽表明地下水位曾经到达洞顶位置；圆形洞道显示洞道曾经处于充水或半充水状态。因此对织金洞的水流和洞穴形态的研究可以探知更新世以来织金洞地区的水文水资源情况，了解区域地表、地下河流的发育和演变过程。

3.2新构造运动

新构造运动是第四纪以来的构造运动，对构造运动抬升的方式、抬升幅度及表现形式等的解译是新构造地质学的一项重要研究内容。在喀斯特地区，通过对洞穴，特别是层状洞穴的研究，是探知新构造运动的最直接和有效的途径。织金洞为典型的多层(四层)洞穴，其形成与织金洞地壳间歇性抬升，地下河不断下切开拓洞道有密切的关系，保留了织金洞发育区域构造运动的科学信息，因而对织金洞的研究，可了解织金洞地区地壳间歇性抬升的次数和幅度，同时也为云贵高原独特而典型的陆内地块垂直抬升构造运动方式、频率提供佐证。

3.3洞穴与沉积分类

作为一个巨大的喀斯特洞穴，织金洞有复杂的成因和演化过程，是研究喀斯特洞穴形成、演化过程的较佳地点，同时洞穴内沉积了丰富的各种类型的次生沉积物，特别是碳酸钙沉积物，内容之丰富，种类之齐全，造型之优美、规模之宏大，是进行洞穴沉积学研究、教学、科普教育和研究，洞穴碳酸钙沉积物形态分类，洞穴旅游开发的极佳对象。

3.4古生态

在织金洞漫长的发育演化过程中，有关古生态、古气候等大量信息被储存在丰富的沉积物之中。通过对洞穴沉积物的研究，特别是石笋类碳酸钙沉积物的氧和碳同位素年代及古温度测定和研究，不仅可还原年代沉积年代和古环境，获取更新世以来织金洞地区及贵州中西部地区古植被、古气候等环境资料，探索区域古环境、古生态演化的特征及过程，而且可为织金洞开发、环境保护提供技术支撑。

3.5生物

织金洞曾是洞穴生物的重要栖息地，保存了一些生物活动的遗迹，如豪猪洞内数以吨计的动物粪层堆积(扫尾豪猪粪粒)便是有力证据。动物粪层堆积范围广、面积大、分布集中，层理明显，粪便颗粒形态完好，是研究生物活动的重要素材。通过对堆积粪层的分布、结构、年代及饱粉分析研究可获取第四纪，特别是全新世以来织金洞地区生物种类、活动规律和食物来源等信息，探知生物活动时期的地表植被情况和生态环境等相关信息。

3.6旅游

旅游目的地的生命周期具有六个阶段，即探查阶段、参与阶段、发展阶段、巩固阶段、停滞阶段、衰落或复苏阶段[7]。喀斯特洞穴旅游由于洞穴的特殊性，旅游生命周期比较独特，多缺乏探查阶段和参与阶段而直接进入发展阶段，巩固阶段和停滞阶段也很短，很快就进入衰落阶段，并且衰落到一定程度后会稳定在某一个旅游规模水平上持续发展[8]。织金洞良好的生态环境、巨大的洞穴空间、独特罕有的碳酸钙沉积物等特点，使其成为洞穴旅游开发的优良资源。自1985年开放，至2015年织金洞进入世界地质公园名录，织金洞经历了特殊的发展历程和阶段。30余年过去，织金洞旅游从最初单一的洞穴观光旅游景区，发展到整合周边天坑、地下河、河流的综合性旅游景区，从孤立的洞穴开发发展到组合式的旅游开发，从名不见经转发展成为中国国家重点风景名胜区、中国最美的洞穴、国家地质公园、世界地质公园和世界上著名的旅游洞穴。织金洞旅游周期有其典型性和特殊性，是否经历探查、参与、发展、巩固、停滞、衰落或复苏等六阶段，是否缺乏某一发展阶段，现今处于哪种阶段都有待进一步深入的调查和研究。因此，通过对织金洞旅游开发历程的研究，对织金洞旅游开发过程中的经验和问题的总结分析，必定可丰富旅游目的地旅游发展周期的理论，对织金洞未来的建设和发展及其其他洞穴的旅游开发有积极的作用。

4结语

作为全球著名的旅游洞穴，织金洞具有特殊的发育条件和形成过程。具有独特的发育特征，不仅具有极高的旅游观赏价值，同时还具有重要的科学价值，是进行水文地质、新构造运动、生物、沉积物分类、旅游、古生态等科学研究的极佳场所。

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Evolution feature and scientific values of Zhijin cave

HE Wei，LI Po

(InstituteofMountainResourcesofGuizhouProvince，Guiyang550001，China)

Abstract：Zhijin cave is a famous tourist cave and geopark in the world.It is a key geological heritage and an important brand of tourism in Guizhou.In the paper，through the analysis on Zhijin cave evolution background，the main features of cave evolution is explained and the scientific value of Zhijin cave is put forward in the aspects of cave，hydrology，new tectonic movement，petrology，sedimentology，ancient ecology，biology and tourism.The paper may be important for development，construction，protection and management of Zhijin cave in the future.It may be important for other domestic and abroad caves in the aspects of the development and use.

Keywords：Zhijin cave；evolution background；feature of cave；scientific values

中图分类号：P 642.25

文献标识码：A

文章编号：1003—6563(2016)02—0031—06

收稿日期：2015-12-03；修回日期：

*基金项目：贵州省社发攻关“紫云格凸河洞穴资源评价与开发利用研究”(黔科合SY字[2012]3031号、贵州省社发攻关“红果树景区洞穴旅游资源及地貌演化研究”(黔科合SY字[2013]3135号)。

作者简介：贺卫(1964-)，男，研究员。研究方向：喀斯特洞穴及水资源研究。