臨峰槽谷西翼鈣華區的生態 與成因演變分析

張磊 楊洵 黃山松

摘要：重慶市北部嘉陵江流域地區屬川東隔檔式褶皺，背斜核部及翼部形成了封閉而狹長的可溶巖條帶——巖溶槽谷，發育有大規模的地表鈣華。研究該地區鈣華的成因，可掌握該地區的鈣華形成與發展規律，進而對鈣華區的維護、管理及生態提供有力的科學依據。本文以嘉陵江溫塘峽南端為研究區域，針對臨峰槽谷鈣華的分布、成因與強烈的巖溶作用和獨特的地形關系展開調查與研究。通過對該地區鈣華體形態、結構特征的研究，分析其形成與發展機制，及衰退過程，從而為掌握該區域的鈣華類型與特點提供科學依據。

關鍵詞：喀斯特;鈣華;巖溶;成因;演變

中圖分類號：TP79? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

鈣華又稱石灰華，是在地表由巖溶水沉積的大孔隙性次生碳酸鈣。其成因是由于巖溶地區的飽和碳酸鈣的地下水或地表水在適宜的環境下，且往往是在植物作用影響下，導致碳酸鈣過飽和沉積形成[1]。鈣華形態不規則，一般具有多孔隙的海綿狀結構及薄層殼狀、塊狀構造。學者現已提出的較為普遍的沉積方式有泉、河流障、湖泊、沼澤沉積，這些模式并不是單一或獨立存在，也不能囊括所有的沉積環境及其變化狀況。

國內對鈣華成因的研究成果較多。李華舉等[2]通過分析大量相關文獻，總結了四種鈣華沉積模式：泉水、河流障、湖泊以及沼澤鈣華沉積;綜合討論了氣候環境、水文地質條件、水體的物理化學性質的影響，針對目前研究中存在的問題，從碳酸鈣沉積反應的熱力學、動力學和晶體生長等微觀過程進行研究，從而更加全面地認識鈣華沉積的機制以便為鈣華景觀的科學保護提供理論基礎。唐宇宏等[3]為探討水流干擾和鈣華藻類群落在瀑布鈣華形成過程中的作用，對貴州馬嶺河峽谷內3條瀑布鈣華流水區、浸潤區和潮濕區進行了采樣與分析。關秀宇[4]針對貴州省黃果樹地區發育有大規模的地表鈣華，研究該地區鈣華的成因機制可以了解鈣華景觀的形成和發展規律，為鈣華風景區的維護和管理提供有力的科學依據。此外，利用鈣華微層記錄的高分辨率氣候信息可以重建該地區古氣候變化模型，有助于我們認識氣候演變的趨勢。鐘建華等[5]針對天山南緣從柯坪阿恰經巴楚三叉口到巴楚五道班的316國道北側的奧陶系中發育了一條1～2 km寬的碳酸鹽巖巖溶帶，對古鈣華紋層發育開展了全面的調查與分析[6]。范立學[7]以黃龍的景觀為研究地區，對巖溶地質作用下的黃龍鈣華進行了長期的監測，并以灰色系統模型建立了預測模型，采用克里金插值法對預測結果進行插值，從而獲得了整個區域的鈣華分布情況。

在重慶地區，鈣華現象并不少見，最著名的便為北溫泉乳花洞，關于北溫泉乳花洞的研究已經較為深入[8-9]，本文探討的是與乳花洞位置呼應的溫塘峽不對稱箱型背斜最南端的臨峰槽谷鈣華。本文對其形態、成因等方面進行分析研究，為全面了解重慶地區鈣華現象提供參考。

1? ? 地區地質概況

臨峰槽谷處于溫塘峽背斜最南端。溫塘峽背斜為川東隔檔式褶皺中的一支，其特征為背斜南北兩端傾覆，可溶巖地層被傾沒覆蓋;東西兩側為陡傾的三疊系須家河組巖層阻隔，核部主要出露三疊系雷口坡組、嘉陵江組灰巖、白云質灰巖等碳酸鹽巖，褶皺核部斷層較為稀少，以沖斷層或是逆沖斷層為主，影響范圍小，走向與軸向相同，對巖層出露影響小，且有相對隔水作用，因此背斜核部及翼部形成了封閉而狹長的可溶巖條帶——巖溶槽谷。槽谷多發育于三疊系飛仙關組、嘉陵江組及雷口坡組地層內或與非可溶巖接觸帶附近，地層產狀變化較大，且裂隙較為密集，巖溶發育程度強，地表上常呈現沿巖溶槽谷發育呈串狀分布的巖溶洼地，以及溶蝕殘峰、溶丘等，甚至在某些槽谷部位巖溶發育程度強烈，形成小型的巖溶盆地;而在槽谷兩側地勢較高的地方，尤其是靠近核部巖層較為破碎，節理裂隙密布的地區，多發育成串的落水洞、溶洞、峰叢洼地等巖溶地貌。在局部橫向或縱向溝谷內，發育有巖溶泉水出露。

巖溶發育具有垂直分帶的成層性和連續性。該區域內溫塘峽背斜嘉陵江組地層溶洞多發育在350～560 m之間，由于受到侵蝕基準面的控制，在上游巖溶槽谷帶內大部分為干溶洞，在侵蝕基準面350 m高程左右溶洞有充水現象，顯示隨著地殼運動，巖溶發育深度的變化情況。縱向上受到溫塘峽背斜向南傾沒的影響，形成了北高南低的地貌，其中最高點位于北側趕山寺（地表水分水嶺），海拔標高752.6 m，最低點位于南側長江邊張家沱，海拔標高198.3 m，相對高差555 m，地形起伏大。其中臨峰槽谷處于地表分水嶺以南，為構造剝蝕低山巖溶槽谷區，屬典型的喀斯特地貌。

槽谷中部主要出露地層為三疊系下統嘉陵江組四段地層和中統雷口坡組地層，其巖性主要為可溶性碳酸鹽巖及巖溶角礫巖。槽谷兩側斜坡段主要出露地層為三疊系上統須家河組地層，其巖性主要為石英砂巖夾頁巖。兩側斜坡底部主要出露地層為侏羅系下統珍珠沖組及自流井組地層，其巖性主要為泥巖夾砂巖地層。本次研究的鈣華區分布在臨峰槽谷西翼，主要有三處，分別為大白巖、風洞巖及小白巖，如圖1所示。

2? ? 鈣華特征分析

以大白巖鈣華為例，大白巖鈣華區位于溫塘峽背斜最南端西翼位置處，平面上呈不規則扇形展布，鈣華覆蓋在須家河組地層上，呈不整合接觸，覆蓋面積約0.4 km2，從東到西分布高程460～297 m，連續分布。小白巖和風洞巖鈣華區位于溫塘峽背斜西翼位置處，平面上呈不規則水滴狀，鈣華覆蓋在須家河組地層上，呈不整合接觸，覆蓋面積約0.1 km2，從東到西分布高程450～276 m。

鈣華呈灰-灰白色，底部溶洞內鈣華因含硫較重呈現出黃棕色，見圖2。其礦物成分主要為方解石，從鈣華陡壁上可見其外觀呈波紋層狀，疊層構造，結構沉積厚度因形成時的地下巖溶水的水量豐裕程度而變化較大，厚約5～45 m不等。鈣華內含大量的砂巖塊石、碎石，致密多孔，孔徑極小，質輕，滲透性較好，浸水后強度急劇減小，徒手可掰，見圖3。

在槽谷的南傾沒端，雷口坡組地層內，巖層層面多黃色、紅褐色渲染，靠近巖層可以明顯聞到H2S的氣味，說明了該區域在遠古時期熱水較為豐富。

3? ? 鈣華生態與成因演變

大白巖鈣華區在臨峰槽谷最南端，覆蓋面積大，特征明顯，現以大白巖鈣華為例，通過現場調查和水文地質條件分析，對其生態與成因演變進行分析，如圖4所示。

3.1 原生態環境及地質分析

原大白巖鈣華區的東側以兩條橫向沖溝與臨峰巖溶槽谷相接。由于巖溶槽谷的封閉性以及灰巖地層的急劇向南傾沒，熱水流至該處時，在該區域形成了“雍水頭”，使得熱水水頭上升，槽谷內巖溶水及地下熱水長期自然涌出和排泄出露，遂順著兩條橫向沖溝從地表向山下排泄。當巖溶水通過狹窄的沖溝向西徑流后，到達寬緩的地段逐漸展開，水流速度變緩，使得二氧化碳溢出，巖溶水內的碳酸鈣因飽和而沉積，常年累月后，形成了大白巖鈣華區，覆蓋在須家河組陡傾的砂巖地層上。因此，狹窄的橫向沖溝連接寬緩的槽谷地帶是形成鈣華的重要地形條件。

鈣華區位于可溶性碳酸鹽巖與非可溶鹽的接觸帶，巖溶作用強烈，數萬年前，區域內地熱水由北向南徑流，混合后的巖溶水，其鈣、重碳酸根含量較重，將嘉陵江組的灰巖成分帶到陡傾砂巖的裂隙中，因地形陡變而逐漸沉積、形成鈣華，最終原生態的砂巖陡壁，隨著鈣華的覆蓋后，逐步形成了現在的“大白巖”鈣華陡壁。因此，強烈的巖溶作用提供了鈣華形成的物質條件。

3.2 演變分析

鈣華形成后期，由于溫塘峽背斜地熱水自身的泄壓，生態環境的改變，使得該區域熱水水頭逐漸降低，槽谷西翼雷口坡組與嘉陵江組四段地層內發育的深部斷層，使得地熱水與淺層巖溶水有水力聯系，熱水混入淺層巖溶水后排泄，鈣華作用逐漸減弱。本世紀以來，由于溫塘峽背斜周邊隧道的修建，地熱鉆井的實施，以及煤洞的開挖，都對該構造的地熱水儲量造成了較大的影響，進一步降低了該區域的熱水水頭壓力。

現沖溝內地表水通過鈣華區的落水洞滲入地下后，從鈣華與砂巖接觸帶附近順坡向下徑流排泄，因地下熱水的活動，鈣華內含硫較重。巖溶水流至斜坡底部較平緩位置后，滲入前期崩塌的塊石土中，進一步重新鈣華膠結后，形成了大白巖鈣華區底部溶洞，鈣華內含大量的砂巖塊石、碎石的獨特現象。

4? ? 結語

綜上所述，在可溶鹽和非可溶接觸地帶，由于強烈的巖溶作用和特殊的地形條件，形成了臨峰槽谷鈣華包含大量砂巖碎石、塊石的獨特現象，后期由于地熱水泄壓和巖溶水的混入等生態環境的變化，以及人類活動的影響，鈣華作用逐漸減弱。因此，臨峰槽谷鈣華的形成具有泉和河流障的雙重屬性。

參考文獻

[1] 袁道先主編.巖溶學詞典[M].北京：地質出版社，1989.1.

[2] 李華舉，廖長君，姜殿強，等.鈣華沉積機制的研究現狀及展望[J].中國巖溶，2006，25（1）：57-62.

[3] 唐宇宏，潘鴻.貴州馬嶺河瀑布鈣華藻類群落特征及生物巖溶作用[J].中國巖溶，2013，32（3）：280-286.

[4] 關秀宇.貴州黃果樹地區鈣華及其環境意義研究[D].北京：中國地質大學，2010.

[5] 鐘建華，蘇飛飛，倪良田，等.柯坪硫磺溝奧陶系（紋層狀）古鈣華的特征及石油地質意義[J].中國巖溶，2017，36（1）：1-14.

[6] 杜波.青海冰凌山鈣華沉積過程及其氣候環境信息[D].西安：長安大學，2006.

[7] 范立學.基于灰色系統的黃龍鈣華景觀演化研究[D].成都：四川師范大學，2007.

[8] 曹云.重慶市北溫泉景區溫泉和鈣華的地球化學研究[D].重慶：西南大學，2007.

[9] 馬崇田.北泉乳花洞成因探討[J].四川地質學報，1988（2）：4.