北京房山溶洞發育特征

北京房山溶洞發育特征

曹 穎1，王強強1，李良景1，紀軼群2，張翊超1

（1.北京市地質研究所，北京 100120；2.北京市水文地質工程地質大隊，北京 100195）

房山區巖溶地貌是北方巖溶的典型代表，其中溶洞發育最多。通過野外調查共發現研究區內巖溶洞穴百余個，其中人可進入、規模較大且具有代表性的有20余個。這些溶洞在空間分布、地層巖性、地質構造、地貌以及洞體結構和形態上，具有一定的共同性。溶洞發育的地方，地下水富集度較高，因此也是巖溶地下水研究的主要途徑之一。

溶洞；發育特征；碳酸鹽巖；房山

0 引言

北京地區碳酸鹽巖地層出露廣泛，其中房山區碳酸鹽巖地層出露面積約為870km2，占北京市碳酸鹽巖總面積的50%左右。由于不同類型的碳酸鹽巖巖性、結構構造、物理性質均有不同，故其溶蝕機理和能力也不同[1]。一般來說，長城系、薊縣系碳酸鹽巖以地表巖溶地貌發育為主，寒武、奧陶系碳酸鹽巖以地下巖溶地貌發育為主。

本研究以《北京巖溶水資源勘查評價水文地質遙感解譯》項目為依托，通過對巖溶發育強烈的房山區溶洞進行野外調查，對該區內溶洞特征進行了歸納總結，重點分析了其與地下水的關系。

1 地質地理概況

房山地區位于大興安嶺東側斷裂帶——太行山深斷裂帶—武陵山深斷裂帶通過的地區[2]，區內地層發育齊全，從太古宇結晶基底的變質巖到新生界松散沉積物都有出露[3]。研究區先后受到印支、燕山和喜馬拉雅運動的影響，形成了多時期多方向的褶皺構造和斷裂構造，發育多組節理。這對本區溶洞的發育形成具有至關重要的作用。房山區主要河流有大石河、拒馬河、小清河，屬大清河水系的北支流。區內的主要地貌類型以低山為主，單面山、桌狀山為低山的主要類型，分布面積較廣，在大石河流域、拒馬河中上游分布最廣。

2 溶洞發育特征

通過野外調查發現，研究區內巖溶洞穴百余個，其中人可進入、規模較大且具有代表性的有20余個。結合趙遜等（2010）、盧耀如等（1986）[4]、蔣忠誠等（1996）[5]的研究，歸納了本區地下溶洞有以下特點：

（1）從空間分布來看，具有較高的集中性

工作區內的溶洞在區域分布上極其不均勻，主要集中分布在大石河流域寒武系與奧陶系灰巖地區（尤其是河北鎮附近）和拒馬河北岸的薊縣系白云巖地區。大型和超大型溶洞共計21個（表1，圖1）。

（2）從地層巖性來看，具有一定的差異性

奧陶系馬家溝組灰巖地層中溶洞最發育，數量多且規模大，如石花洞、銀狐洞；其次是中—新元古代薊縣系鐵嶺組白云質灰巖和霧迷山組硅質條帶白云巖中溶洞較發育，如仙棲洞、龍仙宮。

圖1 房山區溶洞分布略圖

表1 工作區內溶洞規模及發育特點一覽表

（3）從構造發育來看，具有緊密的相關性

石花洞、銀狐洞等，發育在奧陶系馬家溝組與石炭系太原組平行不整合面上或附近。

仙棲洞則發育在霞云嶺逆沖推覆斷裂附近（圖2～3）。

云水洞和華嚴洞發育于黃山店逆沖推覆斷裂附近（圖4）。

其它溶洞則發育于節理裂隙相對發育處。

圖2 順斷層發育的仙棲洞

圖3 龍仙宮仙棲洞與霞云嶺斷裂位置關系

圖4 云水洞華嚴洞與黃山店斷裂位置關系

（4）從發育地貌部位來看，具有特定性

區內溶洞均發育于碳酸鹽巖溶地區。主要在200～260m、320～340m、520～580m和700～900m 4個海拔高程帶上（圖5），與東嶺期、唐縣期和東岳期3個構造夷平面相對應。總體上，主要有兩個地貌部位較集中：一是現代河谷附近，如大石河附近；二是陡崖下的臺坎上，如水湖子北的大窟窿洞。

圖5 房山溶洞分布高程帶示意圖

（5）從洞體內部結構來看，具有成層性，且形態各異

研究內的溶洞以水平廊道洞為主，豎向和大傾角的洞穴相對較少，多呈漏斗狀，且大部分被碎屑堆積物和泥土填充，洞內的豎井也少見于個別溶洞中。洞穴平面形態有單一廊道式（孔水東、三清洞）、串珠廊道式（云水洞）（圖6）、分丫式（大窟窿洞）（圖7）以及復合式（石花洞、銀狐洞）（圖8）。石花洞層狀結構受新構造運動控制。

圖6 云水洞洞穴形態

圖7 大窟窿洞洞穴形態

圖8 石花洞洞層結構

3 與地下水的關系

溶洞是地下水沿著可溶性碳酸鹽巖的各種構造面，如層面、節理面或斷裂面，特別是沿著各種構造面相互交叉的地方，逐漸溶蝕、崩塌和侵蝕出來的洞穴。地下水是溶洞發育的主要動力，溶洞發育的地段，也是地下水富集的地段。溶洞發育部位、分布、形態和結構的不均一性，也導致富水程度的不均一性。例如，銀狐洞—石花洞—孔水洞的深部為一條地下暗河，河的出口在孔水洞，出露的巖溶泉水源豐富。根據地下水從北西向南東流向，下營泉群水源很可能與仙棲洞和龍仙宮相通，甘池泉群水源很可能與云水洞和華嚴洞相通。

4 結論與討論

通過野外調查，發現房山巖溶地貌發育中具有一定規模和代表性的溶洞有21個。從以往研究和調查資料來看，房山溶洞集中分布在大石河流域寒武系與奧陶系灰巖地區和拒馬河北岸的薊縣系白云巖地區；奧陶系馬家溝組灰巖地層中溶洞最發育，數量多且規模大；主要發育在斷裂帶、節理裂隙發育處，如：石花洞、銀狐洞、仙棲洞、云水洞和華嚴洞等；現代河谷及陡崖下的臺坎處為溶洞多發育地貌；大多數溶洞洞體具有成層性，洞內形態各異。

根據以上溶洞發育規律的討論，房山區北部寒武系、奧陶系灰巖地區，以及霞云嶺斷裂沿途還有許多尚未發現的溶洞。

[1]北京市地質礦產勘查開發局，北京市水文地質工程地質大隊.北京地下水[M].中國大地出版社，北京，2008.

[2]趙 遜，趙 汀，冀顯江等.中國房山巖溶地貌研究[M].北京：地質出版社，2010

[3]鮑亦剛.北京市巖石地層[M].武漢：中國地質大學出版社，1996.

[4]盧耀如.中國巖溶—景觀?類型?規律[M].北京：地質出版社，1986.

[5]蔣忠誠.北京西山巖溶研究[M].北京：地質出版社，1996.

[6]北京市地質研究所.北京市地質遺跡資源及其保護現狀綜合調查報告[R].2007.

Discussion on Characteristics of the Karst Cave in Beijing Fangshan District

CAO Ying1, WANG Qiang-qiang1, LI Liangjing1, JI Yiqun2, ZHANG Yichao1

（1.Beijing Institute of Geology, Beijing 100120; 2. Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Beijing 100195）

Karst landform in Fangshan District is a typical representative of the northern karst, especially the karst caves are very developed. Through f eld investigation we found that there were more than one hundred caves, and about twenty ones that people could enter. These caves are similar in the respects of spatial distribution, lithology, geological structure, landform development, hole structure and morphology. The groundwater is rich where the karst caves concentrate. Meanwhile, the karst caves are also the main object to research the karst groundwater.

Karst cave; Development characteristics; Carbonate rocks; Fangshan District

P641.6

A

1007-1903（2014）01-0017-04

北京巖溶水資源勘查評價工程水文地質遙感解譯項目（編號：BJYRS-KC-02-01）

曹 穎（1983- ），女，博士，主要從事地質調查及遙感地質方面的工作。E-mail：cy_998@163.com