孫艷萍　王健　張小曼等

摘要：河北省臨城白云洞是我國(guó)北方半濕潤(rùn)氣候條件下發(fā)育形成的罕見溶洞，發(fā)育于早古生代中寒武統(tǒng)張夏組碳酸巖為主的地層，洞內(nèi)侵蝕-溶蝕景觀和化學(xué)沉積景觀類型十分豐富，形態(tài)多樣，具有石幔、石旗、石盾、石鐘乳、石筍、石花、石葡萄、鵝管等景觀，尤以卷曲石、鵝管、石花等景觀最具特色。

關(guān)鍵詞：臨城白云洞； 景觀； 成因類型

中圖分類號(hào)：P901 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）07-1541-05

白云洞位于河北省邢臺(tái)市臨城縣西豎鄉(xiāng)山南頭村東的崆山南端，地理坐標(biāo)為114°25.09′E，37°27.36′N，是河北臨城國(guó)家地質(zhì)公園的重要組成部分。目前已開發(fā)人間廳、天堂廳、地府廳、迷宮、龍宮5個(gè)不同風(fēng)格的洞廳，洞內(nèi)發(fā)育形成侵蝕-溶蝕景觀和化學(xué)沉積景觀。本研究通過對(duì)這兩類典型洞穴景觀成因類型的探討，為我國(guó)北方巖溶洞穴景觀研究提供參考資料，并為當(dāng)?shù)芈糜钨Y源開發(fā)和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 白云洞發(fā)育基礎(chǔ)

1.1 巖石地層

崆山一帶出露的主要巖石地層為上太古界阜平群、中元古界長(zhǎng)城系、下古生界寒武系、奧陶系、上古生界石炭系、二疊系及新生界第四系（圖1）。白云洞發(fā)育于下古生界寒武系和奧陶系地層，其中，中寒武統(tǒng)張夏組下部為深灰色中厚層鮞狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾頁(yè)巖和少量竹葉狀灰?guī)r，上部為厚-中厚層鮞狀灰?guī)r、含生物碎屑鮞狀灰?guī)r，總厚約180 m，是白云洞發(fā)育的關(guān)鍵層位。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

崆山主要由早古生代碳酸巖地層構(gòu)成，地貌特征上為向東傾斜的單斜山，相對(duì)高差約100 m，地層總體走向?yàn)镹NW，傾向?yàn)镹EE，傾角約40°（圖1）。

崆山一帶主要發(fā)育形成了NNW向、NE向及近EW向3組陡傾的張性斷層構(gòu)造。根據(jù)各組斷層的相互切割關(guān)系可判斷，它們形成于不同地質(zhì)時(shí)期（圖1）。NNW向斷層形成時(shí)間較早，為燕山運(yùn)動(dòng)期間贊皇古隆起抬升階段的產(chǎn)物[1]，發(fā)育規(guī)模較大，縱貫?zāi)媳?，控制了此后崆山地質(zhì)地貌發(fā)育過程。NE向斷層和近EW向斷層發(fā)育規(guī)模較小，形成時(shí)間較晚，但自新生代形成以來活動(dòng)性較強(qiáng)，尤其是近EW向斷層的左行張扭活動(dòng)，明顯控制了崆山地貌發(fā)育過程，不僅斷層差異升降運(yùn)動(dòng)形成的一系列近EW向地塹-地壘構(gòu)造使得地表溝谷多呈近EW向延伸，而且斷層的左行張扭活動(dòng)還錯(cuò)斷了山體，使山體的不同地段均有明顯的左行位移。此外，伴隨多期斷層的形成和活動(dòng)，還發(fā)育形成了NW向、NE向、NWW向及NEE向等多組節(jié)理（或裂隙）。

上述各類斷裂構(gòu)造作為大氣降水、地表水的下滲通道和地下水的徑流網(wǎng)絡(luò)以及洞穴與外界連通渠道，為白云洞發(fā)育提供了先決條件。

1.3 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

自第四紀(jì)以來，隨著太行山的間歇性隆升，臨城白云洞一帶曾發(fā)生過至少4次地殼抬升過程，根據(jù)吳忱[2]對(duì)太行山一帶的研究，4次地殼抬升時(shí)期分別為中更新世早期（0.70～0.60 Ma BP）、晚更新世早期（0.12 Ma BP～50.00 Ka BP）、早全新世中晚期（10.00～7.50 Ka BP）和中全新世末期（3.00～2.50 Ka BP）。

受間歇性構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)的控制和影響，白云洞各洞穴呈層狀分布（圖2）。第一層（上層）包括人間廳、天堂廳、地府廳，分布高程140～170 m；第二層包括迷宮的主體和龍宮的上部，分布高程125～135 m；第三層（下層）為龍宮的下部，分布高程115～120 m。

1.4 氣候

臨城白云洞主要形成于第四紀(jì)，這一時(shí)期的氣候冷暖、干濕變化顯著。地殼抬升期與暖濕氣候的耦合有利于地表水的下蝕和階地、溝谷的形成，而地殼穩(wěn)定期與暖濕氣候的耦合則有利于地貌面、洞穴、各類洞穴景觀的發(fā)育[3]。

臨城白云洞地區(qū)現(xiàn)代為北溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，春秋季較短，夏冬季較長(zhǎng)，年平均氣溫約13～14 ℃。由于年平均溫較低，巖溶作用較弱。

2 白云洞景觀成因類型

白云洞洞穴景觀發(fā)育較好，類型復(fù)雜，形態(tài)多樣，分布集中。不僅有大量滲流作用形成的各種化學(xué)沉積景觀，而且有地下水或洞穴水流溶蝕、侵蝕作用形成的化學(xué)溶蝕景觀。

2.1 化學(xué)沉積

根據(jù)沉積景觀成因的差異大致上可分為重力水沉積、非重力水沉積和協(xié)同沉積3種類型。

2.1.1 重力水沉積 根據(jù)水文機(jī)制的差異，重力水沉積又可分為流水沉積、滴水沉積、飛濺水沉積等。

1）流水沉積。

石幔：布幔狀、舞臺(tái)帷幕狀的碳酸鈣沉積景觀，具層狀堆積特點(diǎn)，其發(fā)育過程受水流流量和運(yùn)動(dòng)方式、節(jié)理、裂隙等的嚴(yán)格控制和影響。如天堂廳中高8.5 m、寬6.0 m的飛天瀑布（圖3-1）和人間廳東側(cè)壁發(fā)育的巨型石帷幕（圖3-2）等，發(fā)育規(guī)模較大。

石盾：一般都同時(shí)生成盾墜，兩者一起合稱盾帳。石盾的兩盾板之間的結(jié)合力有限，因此下盾板常因重力作用而墜落。白云洞中典型的石盾有：人間廳東側(cè)發(fā)育的盾帳（圖3-3）和下盾板墜落后保留在側(cè)壁的上盾板——“孔雀開屏”（圖3-4），龍宮中的“仙人掌”、“龍女刺繡”和“龍宮盛宴”（圖3-5）等。且在“龍宮盛宴”石盾的盾板面上還發(fā)育了非重力水沉積的卷曲石。

石旗：片狀次生碳酸鈣沉積物，具有條帶狀結(jié)構(gòu)和一定的透光性，本身為白色，但下滲水溶液中含有泥質(zhì)、鐵質(zhì)等物質(zhì)時(shí)，也可呈黃色、紅色等。如天堂廳西側(cè)長(zhǎng)約16.0 m的“玉龍鉆天”（圖3-6）、惟妙惟肖的“雙耳玉兔”（圖3-7）和迷宮中的“多彩石?！钡龋▓D3-8），特別是由眾多石旗組合而成的“百葉石?！保▓D3-9），為白云洞絕景之一，在其他溶洞中少見。

2）滴水沉積。

石筍：筍狀碳酸鈣沉積物，具有疊層狀結(jié)構(gòu)。其形態(tài)受洞頂?shù)嗡母叨取⑺俣鹊拿黠@制約，當(dāng)水滴滴落高度較高或速度較快時(shí)，石筍頂部下凹（圖3-10），反之則凸圓。

石鐘乳和鵝管：白云洞5個(gè)洞廳中石鐘乳分布較廣且密集，群生者多見。由于滲滴水主管道堵塞分叉，在人間廳與天堂廳西側(cè)通道的鐘乳石頭部分還發(fā)育形成了3支的“三叉神箭”（圖3-11）；在迷宮入口附近的鵝管由于連接洞頂?shù)囊欢吮慌鰯喽鴥H有下部保留，人稱“朝天一炷香”（圖3-12），是白云洞絕景之一，在其他溶洞中罕見。

石柱：白云洞中既有石筍和石鐘乳同時(shí)發(fā)育對(duì)接而成的石柱，如天堂廳“橫天一枝”所依托的石柱（圖3-13）；也有巨型石筍和較小石鐘乳相對(duì)接的石柱，如龍宮中的“雙塔爭(zhēng)雄”（圖3-14）；還有石鐘乳生長(zhǎng)至洞底形成的石柱，如天堂廳的“五腿神鹿”（圖3-15）、人間廳的“石柵欄”（圖3-16）等。此外，龍宮中的“陰陽(yáng)玉柱”由相鄰的紅、白兩個(gè)小石柱組成（圖3-17），形成潔白石柱的滴水中礦物質(zhì)成分僅為碳酸鈣，幾乎不含雜質(zhì)，而形成紅色石柱的滴水中則含有一定量的鐵質(zhì)，揭示洞穴景觀面貌還受巖溶水中溶解質(zhì)成分的影響。

3）飛濺水沉積。飛濺水沉積景觀主要為形如葡萄、菜花的石葡萄、石花等，飛濺水沉積受水流量大小、滴水高度的影響。如人間廳的“石花”（圖3-18）。

2.1.2 非重力水沉積 白云洞中的非重力水沉積包括霧氣凝結(jié)水沉積和毛細(xì)水沉積兩種類型。

1）霧氣凝結(jié)水沉積。霧氣凝結(jié)水沉積的典型代表為石針、石花等，生長(zhǎng)方向不受重力影響，這類景觀多分布于迷宮和龍宮中，如迷宮中的石花（圖3-19）；龍宮中龍女紗帳帳頂?shù)氖樀龋▓D3-20）。

2）毛細(xì)水沉積。毛細(xì)水沉積的典型代表為卷曲石，為螺旋狀或扭曲狀的碳酸鈣沉積景觀。由于洞穴濕度、氣流和晶體生長(zhǎng)速率等多種因素的影響，導(dǎo)致生長(zhǎng)方向不受重力影響。如人間廳的網(wǎng)狀卷曲石是毛細(xì)水條件下形成的類似于絲瓜瓤狀的毛針狀沉積物（圖3-21），它們不定向卷曲生長(zhǎng)而成網(wǎng)狀，為白云洞絕景之一，在我國(guó)其他溶洞中非常罕見。天堂廳的“橫天一枝”（也稱“節(jié)外生枝”）是毛細(xì)水沿石鐘乳的細(xì)小孔洞滲出，在表面張力作用下，二氧化碳逸失，在毛細(xì)管外圍形成碳酸鈣沉積，形似樹枝，橫向延伸（圖3-22）。

2.1.3 協(xié)同沉積 協(xié)同沉積是指有兩種或多種運(yùn)動(dòng)方式的水流共同作用而形成的次生碳酸鈣沉積景觀，受水量大小變化的影響。協(xié)同沉積主要包括滴水-飛濺水沉積（圖3-23）、毛細(xì)水-霧氣凝結(jié)水沉積（圖3-24）等。

2.2 侵蝕-溶蝕景觀

洞穴侵蝕-溶蝕景觀是指在地下水和洞穴水流的侵蝕、溶蝕作用下，在溶洞頂、底和側(cè)壁形成的各種遺跡，如溝槽、窩穴等。白云洞中主要發(fā)育窩穴類、溝槽類、井管類、蝕余類等侵蝕-溶蝕景觀。

2.2.1 窩穴類 窩穴類是指溶洞頂、底和側(cè)壁大小不一的圓形、橢圓形凹穴或坑穴。白云洞中窩穴多形成于洞頂，一般形成于潛流條件。洞頂窩穴可沿單向裂隙發(fā)育，也可沿多組交叉裂隙發(fā)育。呈串珠狀分布的窩穴多與單向裂隙相關(guān)（圖3-25），而網(wǎng)狀或蜂窩狀成群分布的小窩穴則多見于多組裂隙交匯處（圖3-26）。

2.2.2 井管類 井管類是指受溶蝕、侵蝕或混合溶蝕作用而形成的井狀、管狀或筒狀形態(tài)，多發(fā)育于洞頂，受裂隙以及層面影響，既可形成于潛流帶，又可形成于滲流帶，如地府廳中的筒狀井管即形成于滲流帶（圖3-27）。

2.2.3 溝槽類 溝槽類是指受地下水強(qiáng)烈侵蝕與溶蝕作用而形成的嵌入洞穴側(cè)壁的橫向溝槽，形成于潛水面附近，呈層狀分布，與洞穴的形成有成因上的聯(lián)系，可反映白云洞地下潛水位的位置及其相對(duì)變動(dòng)過程。如龍宮中“海底世界”景觀處洞穴側(cè)壁的橫向溝槽（圖3-28）。

2.2.4 蝕余類 蝕余類是指倒石牙、吊巖等多種突出于洞壁的突出物類，既可形成于潛流條件，又可形成于滲流條件。倒石牙是在溶蝕作用下形成的突出母巖的齒狀形態(tài)，多發(fā)育于頂板、側(cè)壁。吊巖是在溶蝕作用下形成于洞頂或洞壁的母巖突出物，其發(fā)育過程受密集裂隙的顯著影響，如形成于滲流條件的天堂廳中的“金鉤倒掛”景觀（圖3-29）。

3 白云洞形成演化

早更新世中晚期（1.00～0.78 Ma BP）崆山地區(qū)構(gòu)造環(huán)境穩(wěn)定，氣候溫暖濕潤(rùn)[4]，地表水和地下水活動(dòng)都很強(qiáng)烈。地表河流以側(cè)蝕展寬為主，形成第四級(jí)階地面。在地下潛水面附近沿NNW-SSE向斷裂發(fā)育了白云洞第一層較大型水平溶洞和各類景觀。

中更新世早期（0.78～0.60 Ma BP）崆山地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈差異抬升，氣候溫和濕潤(rùn)，大氣降水較豐富，地表河流強(qiáng)烈下切，第四級(jí)河流階地形成。白云洞第一層溶洞也被抬升，脫離潛水面，進(jìn)入滲流帶演化階段，且發(fā)育了極多景觀。

中更新世中期-晚更新世初（0.60～0.12 Ma BP）構(gòu)造環(huán)境穩(wěn)定，氣候總體上是溫偏涼偏干[5]，降水較少，地表河流以側(cè)蝕展寬為主，形成第三級(jí)階地面；受溫干氣候和穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境影響，地下水活動(dòng)大為減弱，巖溶作用多沿先成裂隙進(jìn)行，規(guī)模較小，形成了支網(wǎng)狀廊道形態(tài)的第二層溶洞（圖2）。

晚更新世早期（0.12 Ma BP～50.00 ka BP）崆山地區(qū)再次發(fā)生強(qiáng)烈差異抬升，氣候總體上是以溫暖濕潤(rùn)為主[6]，地表水與地下水活動(dòng)較強(qiáng)，地表河流強(qiáng)烈下蝕，第三級(jí)河流階地形成。第二層溶洞被抬升，脫離潛水面，進(jìn)入滲流帶。

晚更新世晚期-早全新世初期（10.0～50.0 ka BP）崆山地區(qū)構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，氣候暖濕與冷濕交替。地表河流主要為側(cè)蝕展寬，但規(guī)模較小，形成較窄的第二級(jí)階地面。而洞頂裂隙滲水促進(jìn)了第一、二層洞穴內(nèi)各類洞穴景觀的發(fā)育，在地下潛水面附近，地下水沿?cái)嗔亚治g、溶蝕，形成了以廊道式為主的第三層洞穴（圖2）。

其后，發(fā)生了早全新世期間（10.0～7.5 ka BP）、中全新世末期（3.0～2.5 ka BP）的兩次快速構(gòu)造抬升活動(dòng)，分別形成了第一、二級(jí)河流階地。而自全新世中晚期以來，氣候溫暖偏濕潤(rùn)，降水較多，巖溶作用較強(qiáng)，洞內(nèi)發(fā)育各類型景觀。然而，白云洞第一層洞穴洞頂巖石厚度較小，下滲的水溶液流經(jīng)碳酸鹽巖時(shí)溶解的碳酸鈣物質(zhì)較少，因此洞內(nèi)新生的化學(xué)沉積物較少，形成的沉積景觀個(gè)體也較小。第二層和第三層洞穴長(zhǎng)期保持了涼爽濕潤(rùn)的環(huán)境，洞內(nèi)除滴石類、流石類和飛濺水類化學(xué)沉積外，霧氣凝結(jié)水、毛細(xì)水等沉積物也很豐富。

需要指出的是，雖然白云洞內(nèi)各類景觀極為豐富，但卻存在著早期景觀嚴(yán)重風(fēng)化與新生景觀旺盛發(fā)育并存的現(xiàn)象，二者空間位置關(guān)系上大多表現(xiàn)為并處。如：天堂廳“橫天一枝”附近的石柱和石幔等景觀已部分風(fēng)化（或白堊化），而其洞頂裂隙發(fā)育部位卻有新的小型石鐘乳發(fā)育。在迷宮中，破損較為嚴(yán)重的“多彩石幔”、石鐘乳與旁側(cè)支洞內(nèi)新生的小型卷曲石、石針等共存。

4 結(jié)語

白云洞集各類化學(xué)沉積型和侵蝕—溶蝕型溶洞景觀于一體，有“地下巖溶造型博物館”、“世界喀斯特風(fēng)景洞穴世博園”等盛譽(yù)，且洞中“網(wǎng)狀卷曲石”、“百葉石?！薄ⅰ坝耵?duì)凈瓶”、“石針”等堪稱絕景，但景觀的化學(xué)風(fēng)化與物理破壞也極為嚴(yán)重。應(yīng)當(dāng)指出，白云洞不僅是不可再生的地質(zhì)資源，也是極為脆弱的旅游資源，災(zāi)害承載力低，逆向恢復(fù)困難，因此，在各類洞穴景觀資源開發(fā)利用過程中，要以保護(hù)為主。

參考文獻(xiàn)：

[1] 河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局.河北省北京市天津市區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1989.538-635.

[2] 吳 忱.華北地貌環(huán)境及其形成演化[M].北京：科學(xué)出版社，2008.158-170.

[3] 王 健，陳 琢，張梅平，等.河北省天桂山典型溶洞景觀成因類型[J].山地學(xué)報(bào)，2011，29（2）：188-194.

[4] 吳 忱.華北地貌環(huán)境及其形成演化[M].北京：科學(xué)出版社，2008.123-183.

[5] 周昆叔.花粉分析與環(huán)境考古[M].北京：學(xué)苑出版社，2002.61.

[6] 周廷儒.中國(guó)第四紀(jì)古地理環(huán)境的分異[J].地理科學(xué)，1983， 3（3）：191-206.