巢湖北山紫微洞發育特征及成因分析巢湖市北山古生代地層中，發育了一套石灰巖地層，石灰巖出露地區，在構造、水文、氣候等因素的綜合作用下!喀斯特地貌較為發育，主要以漏斗，洼地，豎井，溶洞為特征。本區溶洞發育較多!有紫微洞、王喬洞、金銀洞、貓耳洞及其他一些尚未命名的洞穴，其中紫微洞、王喬洞已開發成為旅游景點，王喬洞內有開鑿于唐代早期石窟造像620余尊，是安徽省境內惟一的石窟造像群，紫微洞的發育非常典型!代表了本區其他溶洞的發育情況，在野外調查工作中，以紫微洞為重點考察對象，利用全站儀（NT-355型）對洞體標高，洞底坡度，進行了測量，并結合野外調查分析本區溶洞發育的特征論述紫微洞洞穴發育機理及其形成過程。區域地質背景巢湖市北郊丘陵區位于特提斯構造與太平洋構造的交匯處！中生代以來的構造活動強烈!奠定了區內構造格架！尤其是印支運動在本區表現最為明顯），主要構造表現為褶皺和斷裂。以NNE--SSW向褶皺為主!山脈走向350-400，平面圖上呈”M”形。伴隨有一系列的縱斷層、橫斷層和斜斷層。本區位于半湯復式背斜西翼，以三個二級褶皺為主要構造形式，自東向西主要由俞府大村向斜"鳳凰山背斜、平頂山向斜組成。軸跡方向為"200--30。樞紐均向SSE傾，！傾伏角15。--26。不等。由于多期構造運動的疊加使區內形成的褶皺大都斜歪，次級小褶皺頗為發育!特別在兩個向斜核部尤為明顯$褶皺多被斷裂破壞!并有巖漿侵入。紫微洞所在俞府大村向斜位于巢湖北山地區東北部，分布于貓耳洞、大理寺、炭井村、俞府大村一帶，規模較大!總體構造線方向為NNE--SSW向斜核部由二疊系大隆組（P2d）龍潭組（P11）孤峰組（P1g）棲霞組（P1q）的地層組成!兩翼分別由石炭系船山組（C3ch）和州組（C2h）高驪山組（C1g）金陵組）（Clj）泥盆系五通組（D3w）志留系墳頭組（S2f）高家邊組（S1g）的地層構成，該向斜樞紐起伏向SSE傾伏二軸面傾向NW傾角變化大。本區由于多期構造活動，特別是郯廬大斷裂的影響，斷層極為發育，性質較為復雜。回1回2西3區4回5叵6回7囹$回9目10口11囚】2圖中：1第四第亞粘土2二疊系上統砂頁巖3二疊系下統砂頁巖4二疊系下統砂灰巖5石炭系灰巖6泥盆系上統石英砂巖7志留系中上統砂巖8志留系下統頁巖9溶洞10公路11斷層12地質界線洞穴發育特征2.1洞穴形態特征2.1.1洞穴通道特征：紫微洞屬于水平彎曲型洞穴，洞穴發育呈折線狀延伸。洞體主要沿北東和北西兩個方向曲折呈廊道式延伸，少岔道!由于北東向延伸的洞穴比較發育，長度大，所以洞穴系統總體延伸方向呈北東-南西向，與區內主要構造線方向一致。洞穴寬窄不一，總體為線狀洞體，平均寬度在m左右，面狀洞體（巖溶大廳）較少，在1000多米長的洞道內共有三處巖溶大廳，廳的寬度從3.4m到8m不等。洞底高低不平，縱向坡度起伏較大。在單通道水平洞內豎洞十分發育，并有三處堅井與地表相通。呈串珠狀排列，方向600，與地層走向一致,。2.1.2洞穴小形態：洞穴小形態是指洞穴斷面形態。紫微洞橫斷面形態變化較大"洞口處為近圓形，向洞內逐漸變為正或倒葫蘆形、倒鎖孔形、三角形等。2.1.3洞穴溶蝕形態：洞穴中多指向流痕類、水平溝槽形態（邊槽類）、窩穴類等典型的溶蝕形態，其中水平溝槽形態在本區洞穴中分布普遍，其中洞底邊槽發育較為連續，基本貫穿于整個洞體。一線天處自底部2米向頂部天窗30米的范圍內發育多層對稱溶蝕邊槽。窩穴類廣泛見于洞穴的頂板以及洞壁。這些溶蝕形態具有很明顯的洞穴成因指示意義。2.2洞穴沉積物特征2.2.1洞穴碎屑沉積物&碎屑堆積物主要是洞內溶蝕殘余物以及洞外流水帶入洞內的紅色粘土、亞砂土、砂土及礫石等物質，主要充填于洞的垂向裂隙處或覆蓋于洞底及末端地下暗河兩側。沉積物層次豐富。洞中標高65m處不連續的分布約25厘米厚的河流相砂礫層，膠結程度高，磨圓度好，主要成份為泥盆系五通組石英砂巖并在其上發育有10cm的鈣板。2.2.2洞穴化學沉積物：紫微洞中此類沉積物較多，洞中化學沉積物通常集中于一些廳堂洞段或支洞中。本區洞穴化學沉積物形態類型常見的有：滴石類的有鵝管、鐘乳石、石筍、石柱等，滴石類碳酸鹽沉積物常常與洞穴頂板的構造裂隙走向一致，顯示出構造裂隙對洞穴沉積物分布的控制作用。滴石類沉積物是洞中最為廣泛分布的化學沉積物。流石類的鈣華板、鈣膜、石盾，以及凝結水沉積類的石花（葡萄狀碳酸鈣球），是由裂隙滲水及溶洞水使洞內積水、潮濕，在季節變化及蒸發的交替作用下’細小的水珠在巖壁上凝結，形成次生化學沉積而成。石盾是洞內最具特色的洞穴沉積物，洞穴石盾可生成于洞頂、洞壁和洞底各個部位’但以在洞壁上的石盾最為普遍。地石盾、即在洞底或其它洞穴臺面上站立生長的石盾、是石盾中一種較為罕見的類型。石盾是巖層包氣帶中一種局部承壓裂隙水從一定寬度裂隙中承壓性供水’且在水量微弱條件下沉積而成。本洞內的石盾均分布于石鼓大廳內，其中一地石盾高1.2米，厚40厘米’并在其下部發育有鐘乳石。紫微洞的形成條件3.1現代氣候與水文狀況巢湖市屬于北亞熱帶濕潤氣候區，氣候溫和，四季分明，雨量適中，熱量條件較好。年平均氣溫為15.7-16.1°C年平平均降雨量1200mm六月-月降雨量最多，占38-44%溫暖多雨且雨熱同期的氣候條件為區內植被、及巖溶發育提供了一個十分有利的外部環境。區內無大河流經過，地下水類型為#巖溶裂隙水：裂隙水、和松散巖層孔隙水，主要由降水補給。3.2地層與巖性石灰巖是喀斯特溶洞發育的物質基礎，紫微洞發育于二疊系下統棲霞組（P1q）層的石灰巖中"棲霞組（P1q）地層在紫微洞一帶由碎屑巖夾劣質煤、含燧石結核或團塊灰巖，黑、灰黑色灰巖，含瀝青質泥類巖、薄板狀硅質灰巖、深灰色含燧石結核白云質灰巖組成，厚度近200m其上部孤峰組（P1g）灰黃色粉砂巖、泥巖、頁巖一般構成區內溶洞的頂部隔水層。由于本區石灰巖中含有硅質夾層、白云巖化灰巖、燧石結核等雜質成分，其溶解能力弱，易造成不均一溶蝕-對巖溶的發育有限制作用。并且本區石灰巖地層傾角較大，分布面積有限，因而使得洞穴規模不大。3.3洞穴地質構造巖溶地貌的發育與地質構造關系十分緊密。斷裂和褶皺構造尤其是斷裂構造發育區，沿斷裂帶被斷層破壞的碎裂石灰巖地帶巖溶發育極為強烈，故斷裂的規模、性質、走向，斷裂帶的破碎及填實程度，都和巖溶發育密切相關!地質構造作用在紫微洞的形成中影響極為明顯。3.3.1處于有利于溶洞發育的褶皺構造部位：紫微洞及王喬洞位于俞府大村向斜的中段近核部西翼，該向斜核部由二疊系棲霞組灰巖（P1q）組成，兩翼依次由石炭系（C）泥盆系五通組（D3w）志留系（S）的地層組成"其樞紐產狀為（）西翼產狀2040<28泥盆系、志留系形成分水嶺地形，而石炭系、二疊系形成緩坡谷地。不同褶曲部位的巖石其富水程度不同，本向斜褶曲兩翼以砂、頁巖為主的巖層具有較好的隔水性，而向斜軸部地層在地形上不利于地下水的儲存，因此翼部處于最有利的匯水地形。背斜軸部多產生縱張裂隙，向斜軸部多產生橫張裂隙"處于兩端應力釋放轉換帶的翼部地層"將接受兩組應張裂隙的交切，導致翼部巖層更為破碎，利于喀斯特水的滲透和流動，成為喀斯特洞穴發育的有利部位。3.3.2兩組主要斷裂控制溶洞的走向：斷裂構造作用是溶洞形成的必備條件，不僅為溶洞形成提供了空隙條件，而且控制溶洞的形態和規模。北東向斷裂和北西向斷裂構造是區內主要兩組斷裂，也是控制紫微洞發育的兩組最主要斷裂。并用以北東向斷裂為主，斷裂發育在二疊系棲霞組本部灰巖中，斷裂為壓性和壓扭性，走向450-2250傾向3150斷面傾角650-700該組斷裂的存在多造成地層缺失和錯位。洞穴總體延伸方向呈北東-南西向"明顯受北東向扁井-大理寺逆斷層控制。北西向斷層或裂隙迭加的部位，巖石更加破碎，地下水作用也更加強烈，因而這些部位一般形成相對大的洞室空間，并同時造成洞體折拐。巖層面與斷裂格架控制了溶洞的平面展布方向，溶洞的延伸方向嚴格受到構造薄弱帶的控制，除北東、北西向兩組裂隙的發育控制溶洞生長外，另一組較有影響的裂隙是層間裂隙，這些層間裂隙受層面控制，受斷層作用具張性特征，沿這些裂隙在洞壁形成線形分布的石鐘乳。除了溶蝕作用外，這類裂隙的一個非常重要的作用是塌落，由于其角度陡，發育密集，與上述兩組裂隙共同作用，使地層產生強烈破碎，伴隨地下水的溶蝕，發生溶-塌混合作用。即溶蝕作用擴大裂隙，溶積物增大重力，積累到一定程度因負荷發生垮塌，循環反復使溶洞不斷擴大。本區石灰巖分布面積不大"選擇構造軟弱帶有利于機械物理風化并為外源水的富集提供條件，洞穴發育于斷裂帶附近，證明巖溶發育對構造軟弱帶的選擇性。3.3.3巖漿侵入造成垂直裂隙發育#紫微洞及王喬洞附近，在燕山運動晚期發生了巖漿入侵，巖漿的入侵使棲霞灰巖受到了熱變質和產生了新的裂隙。使得本區發育了大量節理"節理的傾角一般在750到900之間!這種垂直裂隙在地殼運動上升時期，十分有利于豎井的形成。而在地殼穩定時期，豎井在地下水的溶蝕、旁蝕作用下，被蝕穿、塌落，與水平洞穴合并，擴大了洞穴空間，這一現象在王喬洞中十分典型。3.3.4新構造運動致使洞穴發育多階段性：本區新構造運動以振蕩性差異垂直升降運動為主。本區屬于蘇皖微弱抬升區，總體趨勢是以地殼抬升為主。對早期構造具有明顯繼承性，近期相對穩定，地表剝蝕堆積作用基本達到平衡。從地貌形態和洞底坡度分析，該處經歷了多次升降旋回，紫微洞中地下河床沉積物分布特點以及溶洞變遷痕跡也顯示本處地殼多次抬升，流水繼續向下侵蝕。紫微洞的發育史探討本區巖溶洞穴的發育是在區域大地構造背景下，受新構造運動控制的地貌演化過程。燕山運動初期.進入以斷塊運動為特征的發展階段.奠定了本區構造基礎.以升降運動和巖漿活動為主.形成一系列凹陷和凸起。第三紀早，由于全區應力場由南北向壓應力轉變為東西向壓應力的結果，新生了大量北西西向和北東向斷層.裂、節理為地下水的運動％循環提供條件。第三紀末期，地殼長期相對穩定及緩慢上升，發育了標高約60-90m的夷平面1，在地殼相對穩定的條件下,，在這個夷平面上又逐漸發育了地表溶蝕洼地等巖溶景觀，同時地下水沿可溶巖的各種構造面進行溶蝕。第四紀后，新構造活動活躍，以振蕩性垂直升降運動為主，氣候冷熱交替變化，流水作用加強，是本區巖溶發育的主要時期。紫微洞的發育經歷了潛流洞穴與地下水位洞穴兩個主要階段。由紫微洞洞內景觀分析.洞頂及洞壁存在穴窩與流痕.洞壁發育有邊槽、洞底有石盾.說明洞穴在發育初始階段處于飽水帶中且屬于流入型溶洞。其中部分洞道斷面呈倒鎖孔狀.這是飽水帶洞穴承壓水流管道斷面特征之一，洞內存在的半橢圓形洞頂。表明在形成主通道之前經歷過一個潛流帶發育階段。該階段可分為裂隙水流和裂隙擴大兩個時期，由地表洼地或落水洞多點分散補給。在面狀輸入的條件下順層面沿傾向由原始裂隙逐漸溶蝕擴大成為初始管道直至發育成完全潛流管道。此階段水流的有序化程度較低，洞穴的發展速度緩慢，而區域構造運動當時也處于一個相對較長的穩定時期，在這種條件下，地下水流選擇性地繼承潛流帶管道而發育形成主流管道，徑流集中趨勢加大#通道擴展速度急劇加快#于地下水面附近流入型地下河洞穴開始形成，洞壁底部發育的邊槽則說明溶洞發育經歷過地下水面階段，繼上期貫通的主流管道形成以后，新構造運動主要表現為繼承性上升，沿其周邊洞壁于適當構造部位逐漸形成許多落水洞或豎井，紫微洞被抬升脫離潛流帶，洞體為半充水