河南桐柏山省級地質(zhì)公園鞘褶皺洞穴群地質(zhì)遺跡的成因分析

劉云山　李振楠　徐朝陽

【摘 要】河南桐柏山省級地質(zhì)公園位于豫鄂兩省交界處，總面積47.704平方公里，是千里淮河的發(fā)源地和江淮兩大水系的天然分界線，園區(qū)旅游文化內(nèi)涵豐富。鞘褶皺洞穴群地質(zhì)遺跡的形成，與特殊巖性、構造的內(nèi)動力地質(zhì)作用及外動力地質(zhì)作用（物理、化學、生物風化）風化剝蝕、大氣降水及其流水侵蝕作用有關。是以內(nèi)動力作用主導，多種外動力風化剝蝕綜合作用的結果。

【關鍵詞】鞘褶皺 洞穴群 成因分析

在桐柏山地質(zhì)公園桃花洞景區(qū)深切河谷地貌的太古界變質(zhì)表殼巖系小寨片麻巖陡峭巖崖壁上，分布著大小不同、深淺不一的“洞穴”或“壺穴”，構成獨具特色的洞穴群地貌景觀，不僅極具觀賞性，更是研究我國“壺穴”不同類型、成因不可多得的理想場所。由于該洞穴群成因與桐柏山造山帶伸展構造變形形成的“鞘褶皺”密切相關，因此，深入研究桃花洞景區(qū)洞穴群類型及成因，既有助于了解桐柏山造山帶形成與演化，同時可進一步提高桐柏山地質(zhì)公園科學研究內(nèi)涵和開發(fā)“洞穴群”旅游資源。

1桐柏山地質(zhì)公園鞘褶皺洞穴群地質(zhì)遺跡形成的自然地理環(huán)境

桐柏山屬秦嶺東延的余脈，山脈走向西北-東南，主脈位于鴻儀河-桐柏縣城南側(cè)一線。太白頂為桐柏山主峰，海拔1140m，向東北延伸依次形成低山、丘陵和盆地。地勢以南側(cè)邊緣最高，東北部最低，由西向東總體依次降低。由于受西北-東南向斷層的影響，山體邊界十分整齊，形成山坡陡、山脊窄、群峰高聳的地貌形態(tài)。山體北側(cè)為淮河及眾多支流的發(fā)源地，河流橫切山體，形成一系列深切河谷和近南北向的山嶺，山勢雄偉壯觀，深切河谷多呈“V”字型，因落差大常形成瀑布。

桐柏山地質(zhì)公園屬亞熱帶向暖溫帶過度的季風型大陸性溫濕氣候，兼有南北氣候特點。

桐柏山地質(zhì)公園內(nèi)主要屬淮河水系，桃花洞景區(qū)淮漢鴛鴦池所在地是淮河與漢水的分水嶺，東為淮河流域淮河水系，西屬長江流域漢水水系。大氣降水大部分成為地表徑流，少量滲入地下。

2桐柏山地質(zhì)公園鞘褶皺洞穴群地質(zhì)遺跡形成的區(qū)域構造背景

桐柏山地質(zhì)公園區(qū)位于華北板塊與揚子板塊間的東秦嶺一大別山碰撞造山帶的中段。在漫長的地質(zhì)演化過程中，華北板塊與揚子板塊經(jīng)歷多次的伸展裂解、匯聚拼接，直到印支期在陸內(nèi)俯沖作用下全面碰撞造山，形成獨具特色的、結構復雜的東秦嶺-大別山造山帶。也是我國地質(zhì)、氣候、生物、地理的南北天然分界線，是了解中國大陸造山帶形成與發(fā)展史的重要窗口，是研究板塊構造的良好基地。

據(jù)黃少英等人研究，桐柏山由一系列鑲嵌拼合的構造條塊組成，自太白頂向北依次可分為桐柏山（CC）、鴻儀河（Hp）、蔣莊（Dy+Nw +Gs）、瓦屋莊（Ql）和朱莊五個形成于不同時代、不同構造環(huán)境，具有不同沉積-巖漿建造和不同變形變質(zhì)歷史的“巖片”，各“巖片”之間由區(qū)域性大斷裂（韌性剪切帶）所分割。尤其是鴻儀河高壓巖片（HP）及固廟、松扒大斷裂（韌性剪切帶）尤為重要。這些“巖片”和區(qū)域性大斷裂（韌性剪切帶）構成了桐柏山地區(qū)華北板塊與揚子板塊碰撞縫合帶主要構造地質(zhì)形跡景觀。它們發(fā)育典型，并且反映板塊碰撞縫合造山帶成因和形成過程的各種標志齊全，在地質(zhì)意義和觀賞價值兩方面都非常稀珍貴。

3 桐柏山地質(zhì)公園桃花洞景區(qū)鞘褶皺洞穴群的成因分析

鞘褶皺是2O世紀7O年代研究韌性剪切帶時發(fā)現(xiàn)的一種新型的A型褶皺，對鞘褶皺而言，由于變形介質(zhì)一般由變質(zhì)巖或未完全冷卻的巖漿巖組成， 其粘性較低，“滑移褶皺極限”（指在剪切滑移運動過程中出現(xiàn)褶皺到產(chǎn)生斷裂的臨界值） 較高，允許出現(xiàn)較大剪應變值（γ）的物性特征，導致它可在長程滑移過程中跨過初期B型褶皺階段，而直接形成樞紐與運動方向平行的A型鞘褶皺（ 圖1）。

鞘褶皺可以由剪切作用直接形成，或者由B型褶皺隨著剪切變形的加劇逐步拉伸改造而成，其幾何學樣式類似劍鞘而得名。其重要特征是拉伸線理與褶皺軸近于平行，實為一種AB型褶皺，常呈扁圓狀、舌狀，甚至呈圓筒狀，多數(shù)為不對稱褶皺，沿剪切拉伸方向拉得很長。目前認為它的規(guī)模主要是露頭尺度的中、小型構造，從幾厘米至數(shù)米不等，常成群出現(xiàn)。為研究方便常將鞘褶皺的長軸，即平行運動的拉伸線理的方向確定為“X軸”，“Y軸”與“X軸”垂直，“Z軸”垂直XY面（如圖1d所示）。這樣鞘褶皺在不同斷面上的形態(tài)變化很大，在垂直“X 軸”的YZ 面上以封閉的圓形、眼球狀、豆莢狀；在XZ斷面上多為不對稱及不協(xié)調(diào)的平臥或同斜褶皺，在XY面上顯示出長條形或舌形，其上發(fā)育拉伸線理，并指示剪切拉伸運動的方向。

桐柏山地質(zhì)公園洞穴群主要分布桃花洞景區(qū)，尤其是桃花洞（普化寺）一帶最為發(fā)育。規(guī)模以中、小型露頭尺度為主，小型露頭尺度鞘褶皺的洞穴直徑一般5～1Ocm，洞深20～30cm，大者洞穴直徑3～5m，洞深17m（如桃花洞），洞口均向北西310°方向傾伏，傾角5°～15°，與桐柏變質(zhì)核雜巖中發(fā)育的拉伸線理一致。

對桃花洞景區(qū)發(fā)育的鞘褶皺（A型褶皺）洞穴群地質(zhì)遺跡，結合區(qū)域構造背景，其形成過程與下面三個因素密不可分：

（1）地殼內(nèi)動力地質(zhì)作用是形成鞘褶皺（A型褶皺）洞穴群的前提。桐柏山變質(zhì)核雜巖（CC）印支期前一直滯留在下地殼大于30km的地下深處，其溫壓（P=6kb，T=520℃）環(huán)境有利于變質(zhì)核雜巖發(fā)生“固態(tài)塑性流變”。燕山期在南北向伸展構造作用下，在中、下地殼復合拆離帶過程中，桐柏變質(zhì)核雜巖（片麻巖穹窿）強烈隆升側(cè)向擠壓，形成北西向拉伸力的作用，其結果在桐柏變質(zhì)核雜巖變質(zhì)表殼巖系形成北西向展布的鞘褶皺（A型褶皺）、桿狀構造和拉伸線理。

（2）變質(zhì)核雜巖“變質(zhì)表殼巖系”巖石的能干性是控制鞘褶皺（A型褶皺）洞穴形成的主因。

桐柏山變質(zhì)核雜巖“變質(zhì)表殼巖系”鞘褶皺（A型褶皺）的形成與組成鞘褶皺的介質(zhì)和巖石的能干性有關。由于桐柏山變質(zhì)核雜巖（CC）由變質(zhì)表殼巖、花崗質(zhì)片麻巖和變質(zhì)基性巖組成，巖石的能干性各有差異，因此，變質(zhì)核雜巖在伸展構造變形中，整體構成一“開闊背形”構造，而夾持在“開闊背形”核部的中、下地殼復合拆離帶，其巖性組合以小寨片麻巖（TXog）為主，為一套黑云母片巖、黑云母石英片巖、條帶狀石英巖、黑云母花崗片麻巖等組合的副變質(zhì)巖。由于巖石能干性、厚薄或軟硬相間的巖性層差異，控制了鞘褶皺（A型褶皺）的形成和發(fā)展，并且，黑云母片巖、石英片巖、薄層條帶狀石英巖等巖性段（薄或軟相間的巖性層）容易被拉伸，發(fā)生塑性變形，導致了軟巖性層在長程拉伸滑移過程中跨過初期B型褶皺階段，而直接形成樞紐與運動方向平行的A型鞘褶皺。

（3）鞘褶皺（A型褶皺）形成后，巖石遭受外動力地質(zhì)作用 （物理、化學、生物風化）差異性風化剝蝕。

由于組成鞘褶皺巖石主要是太古界變質(zhì)表殼巖系黑云母片巖、黑云母石英片巖、黑云母花崗片麻巖等，并且各種片巖、片麻巖巖石組成的礦物、顆粒的粒徑大小、熱力膨脹系數(shù)不同，晝夜溫差變化，巖石濕脹干縮、經(jīng)后期（物理、化學、生物風化） 風化剝蝕、大氣降水及其流水侵蝕后，使一些抗風化能力弱的巖石，如黑云母片巖容易遭受風化剝蝕，使黑云母片呈片狀風化剝落，并順著鞘褶皺（A型褶皺）X軸線理方向發(fā)生風化侵蝕，形成深淺不一、大小不同的洞穴，而在YZ 面上形成封閉的眼球狀、豆莢狀、馬鞍狀、新月形鉤狀等不同形態(tài)的洞口形態(tài)。

由上述可知，桃花洞景區(qū)鞘褶皺洞穴群地質(zhì)遺跡的形成，除與太古界變質(zhì)表殼巖系小寨片麻巖（TXog）等特殊巖性外，還與桐柏造山帶燕山期伸展剝離構造的內(nèi)動力地質(zhì)作用，以及外動力地質(zhì)作用 （物理、化學、生物風化） 風化剝蝕、大氣降水及其流水侵蝕作用有關。是以內(nèi)動力作用主導，多種外動力風化剝蝕綜合作用的結果。

參考文獻：

[1]黃少英 等.桐柏造山帶幾何學、運動學和演化.中國科學，2006.

[2]易順華 等.層間滑動褶皺新見.地球科學，2007.