河北省满城县典型溶洞特征及成生环境

发布时间：2020-09-16 08:25

　　岩溶洞穴作为岩溶地貌的重要类型，在地貌学、洞穴学、岩溶学和水文地质学等研究中都占有特殊地位。太行山东麓区带是我国华北地区裸露碳酸盐岩洞穴较为发育的区带，本文选取的满城县典型溶洞以木兰洞和曹仙洞为代表，它们都位于太行山东麓北段低山区。对于太行山区的溶洞，前人研究较多的是白云洞、天桂山溶洞群和红玛瑙溶洞等，而有关满城木兰洞和曹仙洞的研究缺乏，尤其是对洞穴形态、结构、沉积物类型、洞穴形成演化等研究几乎空白。对木兰洞和曹仙洞洞穴形态、结构、洞内化学沉积物、侵蚀—溶蚀遗迹等特征及其成生环境进行研究，并与邻近地区的其他溶洞进行对比，旨在揭示其成因的独特性和成生环境、受控因素的差异性。以期能够为中国北方溶洞的系统、综合研究提供基础资料，为溶洞资源的开发利用和保护提供科学参考。本文在野外地质地貌调查、洞穴实地观测和室内各类资料数据分析的基础上，探讨了木兰洞和曹仙洞的典型特征及其影响因素，重塑了洞穴系统的形成演化过程，并针对木兰洞和曹仙洞洞穴资源保护提出了建议。得出认识如下： 1.木兰洞和曹仙洞发育在以蓟县系雾迷山组白云岩为主的碳酸盐岩地层中。NE向、NW向和NEE向等断裂构造以及层间断裂（裂隙），控制了洞穴的形态、结构和延伸方向，同时作为大气降水、地表水的下渗通道和洞穴与外界连通的重要环节，还控制或影响着洞内沉积物形态特征和造貌过程。 2.木兰洞平面延伸曲折，状似“飞龙”，平面分布长度约180m，宽62m，分布面积11160m2左右，洞穴总体呈现廊道与厅堂相间分布的特征。曹仙洞平面分布长度约251m，宽123.5m，分布面积31000m2左右，洞穴总体呈现厅堂状特征。 3.形成初期水量大小不同、洞穴被抬升至渗流带后环境干湿差异明显，造成木兰洞和曹仙洞不同的景观类型。木兰洞内重力水沉积物类型复杂，形态多样，既有滴水沉积形成的石钟乳、鹅管、石笋和石柱，也有流水沉积形成的钙板、石幔等，而且多处沉积物仍在滴水发育。曹仙洞内化学沉积物较少，只有少量的滴水沉积形成的石柱、流水沉积形成的边石堤和滴水-池水协同沉积形成的莲花盆，但侵蚀-溶蚀遗迹丰富，有流痕类、窝穴类和井管类，其中穴状流痕指示了曹仙洞内的水流方向。 4.洞穴在追踪各组陡倾断裂发育的同时，还受到缓倾的顺层断裂活动的影响，尤其是木兰洞内层间断层或层间裂隙非常发育，不仅影响了洞穴形态和洞内沉积物的发育，也使洞内崩塌更加严重。伴随着木兰洞和曹仙洞地区间歇性的地壳抬升过程，洞穴发生了多期坍塌，木兰洞早期的崩塌堆积物总体上块体较小，钙质、沙泥质胶结较为致密，晚期崩塌堆积物块体较大，崩塌堆积物、流水堆积物和多层钙板间互出现。曹仙洞内的机械沉积物主要为崩塌堆积，早期崩塌堆积物，胶结致密，晚期崩塌堆积物，胶结疏松，呈架空结构。 5．木兰洞内发育有筒状和线状落水洞，分别沿层间断裂与多组垂向断裂交汇部位发育和由倾斜断裂侵蚀、溶蚀而成，来自落水洞的水最终汇入地下河，地下河流向自南向北。曹仙洞洞口处的大型落水洞是其发育初期洞内水流的主要来源之一，洞内通向下层洞穴的落水洞，是洞内相向流动的水流的汇水区，后期被流水碎屑物质填埋。来自于落水洞的水流对岩溶洞穴的发育起到至关重要的作用。 6.木兰洞和曹仙洞在地貌位置上分别位于大牛山—天盘山的南北两坡，分属于界河和漕河两个水文体系。二洞穴的形成发育都始于早更新世中晚期，木兰洞分布在海拔242～260m的高程范围内，在分布高度和发育阶段上与其南侧界河的第四级河流阶地相对应；曹仙洞分布在海拔290～300m的高程范围内，大体与其北侧漕河的第四级河流阶地相对应。洞穴自形成之后经受了多期剧烈的构造活动，洞内崩塌严重。现今的木兰洞距山顶岩石厚度约40m，相对较薄，洞顶断裂发育，且山顶为汇水沟谷，植被发育旺盛，使木兰洞环境较为湿润，化学沉积景观丰富，多数仍在发育。而曹仙洞距山顶岩石厚度50m左右，大部分洞体位于山体阳坡的次级分水岭之下，山顶植被稀疏，大部分地段基岩裸露，不利于涵养水源，下渗水较少，使曹仙洞内环境较为干燥。 7.木兰洞断裂非常发育，洞内外环境交换频繁，又加对木兰洞CO2浓度的观测是在旅游淡季，因此与邻近地区溶洞相比，CO2浓度相对较低。如在“五一”、“十一”等旅游旺季，大量游客的进入，将会导致洞内CO2浓度、洞内空气温度升高，湿度降低，对沉积物发育产生不良影响。因此要科学评估洞穴环境承载力，合理开发洞穴旅游资源。曹仙洞洞顶光源照射范围内，布满了藻类、菌类、蕨类等植物，这些植物的滋生会对沉积物产生腐蚀作用，改造洞内灯光系统，预防和控制灯光植物的滋生是一项重要的工作。
【学位单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：P931.5
【部分图文】：

太行山,隆起带,古陆核,木兰

2 研究区概况2.1 研究区位置木兰洞和曹仙洞位于河北省保定市满城县西北部低山区，东南距满城县城约 20km，地理坐标分别为 39°2′39.2″N，115°9′53.4″E 和 39°3′11.1″N，115°10′7.5″E。在大地构造位置上，它们处于太行山隆起带阜平古陆核东缘，是太行山隆起带与华北沉降带过渡区（图 2-1）。从地形地貌上看，它们位于太行山东麓低山-丘陵区，属于太行山山地与华北平原的过渡地带。

地质图,木兰,地质图,燧石

9中元古界蓟县系出露地层有雾迷山组和铁岭组两个层组。雾迷山组（Jxw）分为四个岩段，自下而上是：第一段（Jxw1）为灰-深灰色含燧密波纹-密纹层藻白云岩；第二段（Jxw2）为深灰色密纹层-密波纹与藻团白云岩；第段（Jxw3）为灰色燧石条带白云岩；第四段（Jxw4）底部为含条带状燧石白云岩，下为青灰、灰白色厚-巨厚层中细白云岩夹灰白色、深灰色燧石宽条带，中部为含点状石小砾的砂状白云岩，上部为含燧石白云岩。雾迷山组出露总厚度大于 1400m，是木图 3-1 木兰洞和曹仙洞地区地质图（据中华人民共和国地质图（1㑳20 万，保定幅，1966，修改）

剖面图,木兰,剖面图,字形

琬ⅰv_ 字形”（图 4-2 ○19○21○28）、“7 字形”（图4-2 ○11 ）及上宽下窄的“梯形”（图 4-2 ○16 ○29 ）等形态和结构特征都反映出了这一动因。此外，还有受岩性、岩溶水差异溶蚀等作用影响而被复杂化的“多边形”（图 4-2 ○13○14○15图 4-2 木兰洞剖面图(剖面位置见图 4-1)

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