粤北阳山天湖洞洞穴特征与价值研究

2019-06-17王德远黎有为

绿色科技 2019年10期

王德远，黎有为

(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 55000)

1 引言

中国是世界上喀斯特分布最广泛的国家之一，特别是西南地区发育了世界最大的喀斯特集中连片分布带，该地区碳酸盐岩广布，气候温暖湿润，在特殊的构造背景及水动力条件下发育了数以万计的岩溶洞穴[1]。这些岩溶洞穴是一种不可再生的、具有多方面价值的国土资源[2]。以往对中国喀斯特研究多集中在我国西南云、贵、川、渝、桂、湘西、鄂西等喀斯特区域[3～8]。而在我国粤北地区也分布有碳酸盐岩等岩溶，良好的外部条件使得这些喀斯特分布区同样发育有漂亮的岩溶洞穴。但目前学术界对该地区研究相对较少。

粤北清远阳山县一带也分布有大量的石灰岩、白云岩等碳酸盐岩，并发育典型的喀斯特地貌景观。天湖洞是阳山县喀斯特分布区发育的一处洞穴，洞穴景观发育较好且至今未有详细调查。通过对天湖洞进行大比例尺洞穴测量，绘制洞穴图，分析其成因特征，并对其价值进行研究。以期为阳山县洞穴资源合理开发利用及后续科学研究提供技术参考。

2 地质地理概况

天湖洞地理位置位于南岭山系南部的连阳山脉，交通位置位于广东省阳山县南部太平镇大天湖西部(图1)，距阳山县城25 km，距清远市80 km。该地区属亚热带向中亚热带过渡气候区，据气象数据统计，阳山县年平均气温20.3 ℃，年平均降水量1850 mm，降雨主要集中在春夏两季，降水量占全年的87%，雨热同期，有利于喀斯特作用发育。

研究区位于华南准地台湘赣粤褶皱带中的粤中坳陷带的北段，南岭构造带西段，属于粤中坳陷的次级构造-连阳复向斜的南段部分[9]。该区域经历了多期次构造运动及大规模岩浆侵入，该区地层出露较为齐全。可溶岩地层以古生代地层为最为典型，其中石炭系、泥盆系分布最为广泛，二叠系地层仅局部残留小片灰岩，其它基本为碎屑岩。天湖洞发育于下石炭统连县组(C1l)中厚层-厚层白云质灰岩、白云岩中，周边发育NW-NWW向断层。

图1 天湖洞地区地质

天湖洞一带发育喀斯特峰丛-谷地地貌形态，洞口发育于洼地(大天湖)西侧。可溶岩分布区域地貌上主要表现为受地表溶蚀作用形成浑园状山顶，山间见有V形干谷，漏斗、落水洞、圆形洼地等发育，属喀斯特演化晚期产物。喀斯特形态见有低矮浑圆的峰丛、峰林、洼地、洞穴、地下河、象鼻山等。峰顶海拔在530m，谷底海拔在220m。地下溶蚀作用较显著，谷底常形成地下河、伏流等。

3 研究方法

首先进行野外洞穴测量，得到相关数据同时简单绘制洞穴草图，然后进行室内综合分析。所需工具主要包括：SRT(单绳技术)装备、红外激光测距仪、探洞头盔、手电筒、样品袋、记号笔、地质锤、GPS、数码照相机、闪光灯及等，测量精度控制在1%以内。野外洞穴测量时需填写测量表，并现场绘制洞穴草图，回到室内将测量表中数据利用GHTopo_chs_v1.2软件生成测量导线图，然后参考洞穴草图、数据记录及备注内容，运用Coredraw X7等软件对洞穴图进行矢量化。

4 结果与分析

4.1 天湖洞洞穴特征

天湖洞洞口位于太平镇一洼地(大天湖)西侧，洞穴发育于下石炭统连县组(C1l)中厚层-厚层白云质灰岩、白云岩中，洞中发育季节性地下河排入大天湖中。目前已探测洞段发现一条主洞、一条地下河及2条短小支洞(图2)，目前该洞穴实测长度173 m(未探明部分目前仅经过踏勘，估算长度300余m)，洞底最大高差8 m，主洞道主要呈NW走向。天湖洞可分为上下两层，下层洞道发育地下河，由于水流量较大，人无法进入。趟水到达1.2号点后，进入一小支洞口，匍匐经过一管状倾斜洞道，进入上层洞道。上层洞道发育较为平缓，次生石笋等次生碳酸钙沉积物发育类型较全，但流水机械沉积不发育，仅有少量粘土等细粒沉积物堆积。

图2 天湖洞洞穴

洞穴内发育有3个洞穴大厅，宽度10～30 m，长度可达80 m，最大洞厅面积近2000 m2。第一个洞厅规模一般，高10 m，厅内见次生沉积物规模较大，发育密集，主要发育流石、边石坝、石幔、石帘、石笋石钟乳及鹅管等，颜色呈黄色、褐色、白色等，观赏价值较高。第二个洞厅规模较大，具有规模宏伟气势磅礴之感，该洞厅横剖面呈拱形，发育少量的石笋、石钟乳，部分规模较大。洞厅南部经一廊道可进入第三洞厅，廊道部分发育一锥形陡坎，坎底发育地下河，推测与洞口地下河相连，廊道横剖面形态类似峡谷，向下可进入第一层洞道。第三个洞厅规模一般，厅内发育一地下湖，洞底常年封水，地下湖边洞壁的平台上发育了大量规模较小的石笋、鹅管及石钟乳。

天湖洞呈NW向发育，发育两层洞道，洞底近于水平。下层发育地下河，向北排入大天湖中。上层洞道横剖面形态多样，多呈拱形、梯形等。洞穴内部次生化学沉积物类型丰富，主要发育于洞顶、洞壁、干洞床等位置；其类型根据水流特征可分为重力水沉积(包括悬滴水、薄片漫流水、水池等)和非重力水沉积(包括毛细水、凝结小水珠等)。具体沉积景观见表1，多沿节理发育。洪冲积物仅见粘土、粉砂等，崩塌物少见。

表1 天湖洞次生碳酸钙积物一览

4.2 洞穴成因讨论

喀斯特洞穴是可溶岩、气候、构造及水动力等条件综合作用的产物[10]。天湖洞穴发育于下石炭统连县组(C1l)中厚层-厚层白云质灰岩、白云岩等可溶岩中，为洞穴形成良好的物质、介质条件。本区属亚热带气候与热带气候过渡区，年均降水量近1900 mm，夏季炎热多雨，雨热同期，为喀斯特发育提供了有利的外部环境。构造是控制洞穴发育的重要条件[11,12]，地下水往往向阻力小的方向运移，而灰岩、白云岩脆性较强，节理、裂隙等构造发育，可为这些地下水提供运移空间。洞穴周边主体构造方向为NW向(图1)，而天湖洞洞穴总体洞穴走向同样为NW向(图2)，说明NW向的断裂、裂隙是洞穴发育方向的主要控制因素，所以说洞穴系统是一系列活动管道网络随时间演化的结果。根据野外调查及室内分析认为，天湖洞主要经历了深潜期、渗流期、悬托期等演化过程。

4.2.1 深潜期

天湖洞发育于下石炭统连县组(C1l)中厚层-厚层白云质灰岩、白云岩中，洞穴发育早期可溶性岩石位于潜水面以下，地下水流动性差，可溶性物质随流水流失很少。混合溶蚀是主导的洞穴生长方式，所形成的岩溶管道主要为溶隙，此时岩溶作用发育规模较小，过程缓慢。

4.2.2 渗流期

随着后期构造抬升，河流侵蚀基准面下降，V型峡谷开始发育，潜水面随之下降。地下水运移速率增快，大气降水等外来不饱和流水不断补充，使得原来地下水的运移通道不断扩大，洞穴开始发育。随着洞穴进一步发展，地表河流完全渗漏甚至跌落至地下溶洞中，形成天湖洞地下河。此时改造天湖洞的主要动力开始发生转变，由化学溶蚀为主转化为机械侵蚀为主，包括流水侵蚀、掏空下层岩石后导致上层岩石的重力崩塌及随后的溶流水搬运排泄等，各种形态洞穴横剖面由此形成。

4.2.3 悬托期

随着地壳的继续抬升，天湖洞内地下河下蚀能力不断增强，由于地壳间歇性抬升及地下河差异性侵蚀，导致相对稳定时期洞穴主要在潜水面附近发育，形成水平洞道；而地壳快速抬升时，随着潜水面的下降，新的洞道也随之形成，造成天湖洞的上下成层现象。大天湖一带洞顶由于自身重力原因崩塌，随着崩塌作用的发生，地下河逐渐漏出地表，并受溶蚀作用形成洼地。另外，由于洞穴到达包气带，次生沉积物继续发育，上层洞穴的节理被次生沉积物堵住，隔挡雨水，部分上层洞段逐渐变为旱洞。

4.3 洞穴安全性

天湖洞洞穴的发育地层为硬度较强的中厚层石灰岩及白云岩，地层产状平缓，基本无软弱夹层。早期裂隙常被后期方解石填充胶结，崩塌堆积物较少，洞道表面岩石相对完整，无最近崩塌现象及危岩存在，洞内也基本无竖井或漏斗，洞道安全性能够得到保障。

4.4 讨论

4.4.1 科学价值

天湖洞是地质-气候-水动力等因素经长期相互作用而形成的喀斯特洞穴系统，具有一定的地学意义。其发育演化过程中既包括化学溶蚀、流水侵蚀磨蚀、重力崩塌等侵蚀作用，也包括了流水堆积、次生化学沉淀等沉积作用。通过对洞穴内有较丰富的碳酸钙沉积物利用放射性同位素年代学、地球化学等手段进行研究，可较准确地得出沉积物的沉积环境和沉积时间，并可推断天湖洞乃至粤北地区古地质构造环境、古气候环境及古水文等资料[13～16]。探索该地区地质地貌、生态环境、气候演化等相互关系，可以充分发掘其科普价值，丰富地球科学内容，打造中小学生研学旅行基地。另外，天湖洞的形成与演化和单元内地壳间歇性抬升、喀斯特演化、水系变迁、地下河的演化有密切的关系，有其特殊性，典型性和代表性[17]。

4.4.2 旅游价值

天湖洞洞内空间大，洞穴内部次生碳酸钙沉积物较丰富，形态多样，五颜六色；主要有：石钟乳、石笋、石柱、石旗、鹅管、石葡萄、石枝、石帘、棕榈片等。地下河流湖泊清澈见底，常年不断，具有一定的美学价值。同时洞内大小洞道、地下河、峡谷洞道、瀑布皆发育，目前是少有人涉足过的场所，可以运用飞拉达、单绳等技术，不需大规模开发即可开展一些低难度适合初学者参加的攀岩、探洞、软探险等探险活动，具有一定的探险旅游开发价值。

阳山县一带有众多风景区，旅游基础条件较好。洞穴周边公路网完善，交通便利，喀斯特地貌典型，生物多样性丰富，气候宜人。洞穴经历了溶蚀、侵蚀、崩塌、沉积等物理、化学过程，具有一定规模，沉积物造型丰富、造型优美、色彩鲜艳。洞口岩溶湖波光粼粼，山清水秀。洞穴内部温差较小，在地表常年平均温度线上下浮动，冬暖夏凉，是夏季避暑休闲的绝佳场所。

总的来说，天湖洞旅游开发景观资源的条件较好，洞道安全性高，且靠近经济发达的珠江三角洲，旅游市场较广阔，有一定的开发价值。