河北省臨城白云洞景觀成因類型

孫艷萍　王健　張小曼等

摘要：河北省臨城白云洞是我國北方半濕潤氣候條件下發育形成的罕見溶洞，發育于早古生代中寒武統張夏組碳酸巖為主的地層，洞內侵蝕-溶蝕景觀和化學沉積景觀類型十分豐富，形態多樣，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。

關鍵詞：臨城白云洞； 景觀； 成因類型

中圖分類號：P901 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）07-1541-05

白云洞位于河北省邢臺市臨城縣西豎鄉山南頭村東的崆山南端，地理坐標為114°25.09′E，37°27.36′N，是河北臨城國家地質公園的重要組成部分。目前已開發人間廳、天堂廳、地府廳、迷宮、龍宮5個不同風格的洞廳，洞內發育形成侵蝕-溶蝕景觀和化學沉積景觀。本研究通過對這兩類典型洞穴景觀成因類型的探討，為我國北方巖溶洞穴景觀研究提供參考資料，并為當地旅游資源開發和保護提供科學依據。

1 白云洞發育基礎

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）。白云洞發育于下古生界寒武系和奧陶系地層，其中，中寒武統張夏組下部為深灰色中厚層鮞狀灰巖、泥質灰巖夾頁巖和少量竹葉狀灰巖，上部為厚-中厚層鮞狀灰巖、含生物碎屑鮞狀灰巖，總厚約180 m，是白云洞發育的關鍵層位。

1.2 地質構造

崆山主要由早古生代碳酸巖地層構成，地貌特征上為向東傾斜的單斜山，相對高差約100 m，地層總體走向為NNW，傾向為NEE，傾角約40°（圖1）。

崆山一帶主要發育形成了NNW向、NE向及近EW向3組陡傾的張性斷層構造。根據各組斷層的相互切割關系可判斷，它們形成于不同地質時期（圖1）。NNW向斷層形成時間較早，為燕山運動期間贊皇古隆起抬升階段的產物[1]，發育規模較大，縱貫南北，控制了此后崆山地質地貌發育過程。NE向斷層和近EW向斷層發育規模較小，形成時間較晚，但自新生代形成以來活動性較強，尤其是近EW向斷層的左行張扭活動，明顯控制了崆山地貌發育過程，不僅斷層差異升降運動形成的一系列近EW向地塹-地壘構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還錯斷了山體，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，還發育形成了NW向、NE向、NWW向及NEE向等多組節理（或裂隙）。

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

1.3 新構造運動

自第四紀以來，隨著太行山的間歇性隆升，臨城白云洞一帶曾發生過至少4次地殼抬升過程，根據吳忱[2]對太行山一帶的研究，4次地殼抬升時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）。

受間歇性構造抬升運動的控制和影響，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，這一時期的氣候冷暖、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、各類洞穴景觀的發育[3]。

臨城白云洞地區現代為北溫帶半濕潤大陸性季風氣候，春秋季較短，夏冬季較長，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

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

2.1 化學沉積

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

2.1.1 重力水沉積 根據水文機制的差異，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、舞臺帷幕狀的碳酸鈣沉積景觀，具層狀堆積特點，其發育過程受水流流量和運動方式、節理、裂隙等的嚴格控制和影響。如天堂廳中高8.5 m、寬6.0 m的飛天瀑布（圖3-1）和人間廳東側壁發育的巨型石帷幕（圖3-2）等，發育規模較大。

石盾：一般都同時生成盾墜，兩者一起合稱盾帳。石盾的兩盾板之間的結合力有限，因此下盾板常因重力作用而墜落。白云洞中典型的石盾有：人間廳東側發育的盾帳（圖3-3）和下盾板墜落后保留在側壁的上盾板——“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，具有條帶狀結構和一定的透光性，本身為白色，但下滲水溶液中含有泥質、鐵質等物質時，也可呈黃色、紅色等。如天堂廳西側長約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“多彩石幔”等（圖3-8），特別是由眾多石旗組合而成的“百葉石幔”（圖3-9），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，具有疊層狀結構。其形態受洞頂滴水的高度、速度的明顯制約，當水滴滴落高度較高或速度較快時，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通道的鐘乳石頭部分還發育形成了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的一端被碰斷而僅有下部保留，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發育對接而成的石柱，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接的石柱，如龍宮中的“雙塔爭雄”（圖3-14）；還有石鐘乳生長至洞底形成的石柱，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“陰陽玉柱”由相鄰的紅、白兩個小石柱組成（圖3-17），形成潔白石柱的滴水中礦物質成分僅為碳酸鈣，幾乎不含雜質，而形成紅色石柱的滴水中則含有一定量的鐵質，揭示洞穴景觀面貌還受巖溶水中溶解質成分的影響。

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水沉積和毛細水沉積兩種類型。

1）霧氣凝結水沉積。霧氣凝結水沉積的典型代表為石針、石花等，生長方向不受重力影響，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的石針等（圖3-20）。

2）毛細水沉積。毛細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、氣流和晶體生長速率等多種因素的影響，導致生長方向不受重力影響。如人間廳的網狀卷曲石是毛細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而成網狀，為白云洞絕景之一，在我國其他溶洞中非常罕見。天堂廳的“橫天一枝”（也稱“節外生枝”）是毛細水沿石鐘乳的細小孔洞滲出，在表面張力作用下，二氧化碳逸失，在毛細管外圍形成碳酸鈣沉積，形似樹枝，橫向延伸（圖3-22）。

2.1.3 協同沉積 協同沉積是指有兩種或多種運動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。協同沉積主要包括滴水-飛濺水沉積（圖3-23）、毛細水-霧氣凝結水沉積（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、底和側壁形成的各種遺跡，如溝槽、窩穴等。白云洞中主要發育窩穴類、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育，也可沿多組交叉裂隙發育。呈串珠狀分布的窩穴多與單向裂隙相關（圖3-25），而網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，多發育于洞頂，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烈侵蝕與溶蝕作用而形成的嵌入洞穴側壁的橫向溝槽，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系，可反映白云洞地下潛水位的位置及其相對變動過程。如龍宮中“海底世界”景觀處洞穴側壁的橫向溝槽（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，多發育于頂板、側壁。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）崆山地區構造環境穩定，氣候溫暖濕潤[4]，地表水和地下水活動都很強烈。地表河流以側蝕展寬為主，形成第四級階地面。在地下潛水面附近沿NNW-SSE向斷裂發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）崆山地區發生強烈差異抬升，氣候溫和濕潤，大氣降水較豐富，地表河流強烈下切，第四級河流階地形成。白云洞第一層溶洞也被抬升，脫離潛水面，進入滲流帶演化階段，且發育了極多景觀。

中更新世中期-晚更新世初（0.60～0.12 Ma BP）構造環境穩定，氣候總體上是溫偏涼偏干[5]，降水較少，地表河流以側蝕展寬為主，形成第三級階地面；受溫干氣候和穩定的構造環境影響，地下水活動大為減弱，巖溶作用多沿先成裂隙進行，規模較小，形成了支網狀廊道形態的第二層溶洞（圖2）。

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

晚更新世晚期-早全新世初期（10.0～50.0 ka BP）崆山地區構造相對穩定，氣候暖濕與冷濕交替。地表河流主要為側蝕展寬，但規模較小，形成較窄的第二級階地面。而洞頂裂隙滲水促進了第一、二層洞穴內各類洞穴景觀的發育，在地下潛水面附近，地下水沿斷裂侵蝕、溶蝕，形成了以廊道式為主的第三層洞穴（圖2）。

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

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

4 結語

白云洞集各類化學沉積型和侵蝕—溶蝕型溶洞景觀于一體，有“地下巖溶造型博物館”、“世界喀斯特風景洞穴世博園”等盛譽，且洞中“網狀卷曲石”、“百葉石幔”、“玉簪對凈瓶”、“石針”等堪稱絕景，但景觀的化學風化與物理破壞也極為嚴重。應當指出，白云洞不僅是不可再生的地質資源，也是極為脆弱的旅游資源，災害承載力低，逆向恢復困難，因此，在各類洞穴景觀資源開發利用過程中，要以保護為主。

參考文獻：

[1] 河北省地質礦產局.河北省北京市天津市區域地質志[M].北京：地質出版社，1989.538-635.

[2] 吳 忱.華北地貌環境及其形成演化[M].北京：科學出版社，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].山地學報，2011，29（2）：188-194.

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

[5] 周昆叔.花粉分析與環境考古[M].北京：學苑出版社，2002.61.

[6] 周廷儒.中國第四紀古地理環境的分異[J].地理科學，1983， 3（3）：191-206.