临峰槽谷西翼钙华区的生态 与成因演变分析

张磊 杨洵 黄山松

摘要：重庆市北部嘉陵江流域地区属川东隔档式褶皱，背斜核部及翼部形成了封闭而狭长的可溶岩条带——岩溶槽谷，发育有大规模的地表钙华。研究该地区钙华的成因，可掌握该地区的钙华形成与发展规律，进而对钙华区的维护、管理及生态提供有力的科学依据。本文以嘉陵江温塘峡南端为研究区域，针对临峰槽谷钙华的分布、成因与强烈的岩溶作用和独特的地形关系展开调查与研究。通过对该地区钙华体形态、结构特征的研究，分析其形成与发展机制，及衰退过程，从而为掌握该区域的钙华类型与特点提供科学依据。

关键词：喀斯特;钙华;岩溶;成因;演变

中图分类号：TP79          文献标识码：A

钙华又称石灰华，是在地表由岩溶水沉积的大孔隙性次生碳酸钙。其成因是由于岩溶地区的饱和碳酸钙的地下水或地表水在适宜的环境下，且往往是在植物作用影响下，导致碳酸钙过饱和沉积形成[1]。钙华形态不规则，一般具有多孔隙的海绵状结构及薄层壳状、块状构造。学者现已提出的较为普遍的沉积方式有泉、河流障、湖泊、沼泽沉积，这些模式并不是单一或独立存在，也不能囊括所有的沉积环境及其变化状况。

国内对钙华成因的研究成果较多。李华举等[2]通过分析大量相关文献，总结了四种钙华沉积模式：泉水、河流障、湖泊以及沼泽钙华沉积;综合讨论了气候环境、水文地质条件、水体的物理化学性质的影响，针对目前研究中存在的问题，从碳酸钙沉积反应的热力学、动力学和晶体生长等微观过程进行研究，从而更加全面地认识钙华沉积的机制以便为钙华景观的科学保护提供理论基础。唐宇宏等[3]为探讨水流干扰和钙华藻类群落在瀑布钙华形成过程中的作用，对贵州马岭河峡谷内3条瀑布钙华流水区、浸润区和潮湿区进行了采样与分析。关秀宇[4]针对贵州省黄果树地区发育有大规模的地表钙华，研究该地区钙华的成因机制可以了解钙华景观的形成和发展规律，为钙华风景区的维护和管理提供有力的科学依据。此外，利用钙华微层记录的高分辨率气候信息可以重建该地区古气候变化模型，有助于我们认识气候演变的趋势。钟建华等[5]针对天山南缘从柯坪阿恰经巴楚三叉口到巴楚五道班的316国道北侧的奥陶系中发育了一条1～2 km宽的碳酸盐岩岩溶带，对古钙华纹层发育开展了全面的调查与分析[6]。范立学[7]以黄龙的景观为研究地区，对岩溶地质作用下的黄龙钙华进行了长期的监测，并以灰色系统模型建立了预测模型，采用克里金插值法对预测结果进行插值，从而获得了整个区域的钙华分布情况。

在重庆地区，钙华现象并不少见，最著名的便为北温泉乳花洞，关于北温泉乳花洞的研究已经较为深入[8-9]，本文探讨的是与乳花洞位置呼应的温塘峡不对称箱型背斜最南端的临峰槽谷钙华。本文对其形态、成因等方面进行分析研究，为全面了解重庆地区钙华现象提供参考。

1    地区地质概况

临峰槽谷处于温塘峡背斜最南端。温塘峡背斜为川东隔档式褶皱中的一支，其特征为背斜南北两端倾覆，可溶岩地层被倾没覆盖;东西两侧为陡倾的三叠系须家河组岩层阻隔，核部主要出露三叠系雷口坡组、嘉陵江组灰岩、白云质灰岩等碳酸盐岩，褶皱核部断层较为稀少，以冲断层或是逆冲断层为主，影响范围小，走向与轴向相同，对岩层出露影响小，且有相对隔水作用，因此背斜核部及翼部形成了封闭而狭长的可溶岩条带——岩溶槽谷。槽谷多发育于三叠系飞仙关组、嘉陵江组及雷口坡组地层内或与非可溶岩接触带附近，地层产状变化较大，且裂隙较为密集，岩溶发育程度强，地表上常呈现沿岩溶槽谷发育呈串状分布的岩溶洼地，以及溶蚀残峰、溶丘等，甚至在某些槽谷部位岩溶发育程度强烈，形成小型的岩溶盆地;而在槽谷两侧地势较高的地方，尤其是靠近核部岩层较为破碎，节理裂隙密布的地区，多发育成串的落水洞、溶洞、峰丛洼地等岩溶地貌。在局部横向或纵向沟谷内，发育有岩溶泉水出露。

岩溶发育具有垂直分带的成层性和连续性。该区域内温塘峡背斜嘉陵江组地层溶洞多发育在350～560 m之间，由于受到侵蚀基准面的控制，在上游岩溶槽谷带内大部分为干溶洞，在侵蚀基准面350 m高程左右溶洞有充水现象，显示随着地壳运动，岩溶发育深度的变化情况。纵向上受到温塘峡背斜向南倾没的影响，形成了北高南低的地貌，其中最高点位于北侧赶山寺（地表水分水岭），海拔标高752.6 m，最低点位于南侧长江边张家沱，海拔标高198.3 m，相对高差555 m，地形起伏大。其中临峰槽谷处于地表分水岭以南，为构造剥蚀低山岩溶槽谷区，属典型的喀斯特地貌。

槽谷中部主要出露地层为三叠系下统嘉陵江组四段地层和中统雷口坡组地层，其岩性主要为可溶性碳酸盐岩及岩溶角砾岩。槽谷两侧斜坡段主要出露地层为三叠系上统须家河组地层，其岩性主要为石英砂岩夹页岩。两侧斜坡底部主要出露地层为侏罗系下统珍珠冲组及自流井组地层，其岩性主要为泥岩夹砂岩地层。本次研究的钙华区分布在临峰槽谷西翼，主要有三处，分别为大白岩、风洞岩及小白岩，如图1所示。

2    钙华特征分析

以大白岩钙华为例，大白岩钙华区位于温塘峡背斜最南端西翼位置处，平面上呈不规则扇形展布，钙华覆盖在须家河组地层上，呈不整合接触，覆盖面积约0.4 km2，从东到西分布高程460～297 m，连续分布。小白岩和风洞岩钙华区位于温塘峡背斜西翼位置处，平面上呈不规则水滴状，钙华覆盖在须家河组地层上，呈不整合接触，覆盖面积约0.1 km2，从东到西分布高程450～276 m。

钙华呈灰-灰白色，底部溶洞内钙华因含硫较重呈现出黄棕色，见图2。其矿物成分主要为方解石，从钙华陡壁上可见其外观呈波纹层状，叠层构造，结构沉积厚度因形成时的地下岩溶水的水量丰裕程度而變化较大，厚约5～45 m不等。钙华内含大量的砂岩块石、碎石，致密多孔，孔径极小，质轻，渗透性较好，浸水后强度急剧减小，徒手可掰，见图3。

在槽谷的南倾没端，雷口坡组地层内，岩层层面多黄色、红褐色渲染，靠近岩层可以明显闻到H2S的气味，说明了该区域在远古时期热水较为丰富。

3    钙华生态与成因演变

大白岩钙华区在临峰槽谷最南端，覆盖面积大，特征明显，现以大白岩钙华为例，通过现场调查和水文地质条件分析，对其生态与成因演变进行分析，如图4所示。

3.1 原生态环境及地质分析

原大白岩钙华区的东侧以两条横向冲沟与临峰岩溶槽谷相接。由于岩溶槽谷的封闭性以及灰岩地层的急剧向南倾没，热水流至该处时，在该区域形成了“雍水头”，使得热水水头上升，槽谷内岩溶水及地下热水长期自然涌出和排泄出露，遂顺着两条横向冲沟从地表向山下排泄。当岩溶水通过狭窄的冲沟向西径流后，到达宽缓的地段逐渐展开，水流速度变缓，使得二氧化碳溢出，岩溶水内的碳酸钙因饱和而沉积，常年累月后，形成了大白岩钙华区，覆盖在须家河组陡倾的砂岩地层上。因此，狭窄的横向冲沟连接宽缓的槽谷地带是形成钙华的重要地形条件。

钙华区位于可溶性碳酸盐岩与非可溶盐的接触带，岩溶作用强烈，数万年前，区域内地热水由北向南径流，混合后的岩溶水，其钙、重碳酸根含量较重，将嘉陵江组的灰岩成分带到陡倾砂岩的裂隙中，因地形陡变而逐渐沉积、形成钙华，最终原生态的砂岩陡壁，随着钙华的覆盖后，逐步形成了现在的“大白岩”钙华陡壁。因此，强烈的岩溶作用提供了钙华形成的物质条件。

3.2 演变分析

钙华形成后期，由于温塘峡背斜地热水自身的泄压，生态环境的改变，使得该区域热水水头逐渐降低，槽谷西翼雷口坡组与嘉陵江组四段地层内发育的深部断层，使得地热水与浅层岩溶水有水力联系，热水混入浅层岩溶水后排泄，钙华作用逐渐减弱。本世纪以来，由于温塘峡背斜周边隧道的修建，地热钻井的实施，以及煤洞的开挖，都对该构造的地热水储量造成了较大的影响，进一步降低了该区域的热水水头压力。

现冲沟内地表水通过钙华区的落水洞渗入地下后，从钙华与砂岩接触带附近顺坡向下径流排泄，因地下热水的活动，钙华内含硫较重。岩溶水流至斜坡底部较平缓位置后，渗入前期崩塌的块石土中，进一步重新钙华胶结后，形成了大白岩钙华区底部溶洞，钙华内含大量的砂岩块石、碎石的独特现象。

4    结语

综上所述，在可溶盐和非可溶接觸地带，由于强烈的岩溶作用和特殊的地形条件，形成了临峰槽谷钙华包含大量砂岩碎石、块石的独特现象，后期由于地热水泄压和岩溶水的混入等生态环境的变化，以及人类活动的影响，钙华作用逐渐减弱。因此，临峰槽谷钙华的形成具有泉和河流障的双重属性。

参考文献

[1] 袁道先主编.岩溶学词典[M].北京：地质出版社，1989.1.

[2] 李华举，廖长君，姜殿强，等.钙华沉积机制的研究现状及展望[J].中国岩溶，2006，25（1）：57-62.

[3] 唐宇宏，潘鸿.贵州马岭河瀑布钙华藻类群落特征及生物岩溶作用[J].中国岩溶，2013，32（3）：280-286.

[4] 关秀宇.贵州黄果树地区钙华及其环境意义研究[D].北京：中国地质大学，2010.

[5] 钟建华，苏飞飞，倪良田，等.柯坪硫磺沟奥陶系（纹层状）古钙华的特征及石油地质意义[J].中国岩溶，2017，36（1）：1-14.

[6] 杜波.青海冰凌山钙华沉积过程及其气候环境信息[D].西安：长安大学，2006.

[7] 范立学.基于灰色系统的黄龙钙华景观演化研究[D].成都：四川师范大学，2007.

[8] 曹云.重庆市北温泉景区温泉和钙华的地球化学研究[D].重庆：西南大学，2007.

[9] 马崇田.北泉乳花洞成因探讨[J].四川地质学报，1988（2）：4.