北京西山奥陶系岩溶发育特征及成因初探.pdf

1、收 稿 日 期 : 1998204229北 京 西 山 奥 陶 系 岩 溶 发 育 特 征 及 成 因 初 探王 强(北 京 煤 炭 工 业 学 校 , 100042) 牟 慧 蓉(北 京 矿 物 局 培 中 心 , 102300)刘 太 福(北 京 煤 炭 工 业 学 校 , 100042)摘 要 通 过 对 北 京 西 山 奥 陶 系 碳 酸 盐 岩 岩 溶 的 野 外 调 查 , 取 得 了 大 量 的 第 一 手 资 料 。 经 室 内 研 究 、 整理 、 分 析 , 对 奥 陶 系 岩 溶 发 育 特 征 及 成 因 提 出 了 自 己 的 观 点 , 为 系 统 研 究 京 西

2、奥 陶 系 岩 溶 发 育 规 律 和 矿 井奥 灰 水 的 防 治 提 供 了 理 论 依 据 。关 键 词 岩 溶 岩 溶 形 态 气 候 因 素 岩 性 因 素 构 造 因 素北 京 西 山 地 区 (以 下 简 称 “ 京 西 地 区 ” ) 碳 酸 盐 岩 厚 度 大 、 分 布 广 , 特 别 是 奥 陶 系 碳 酸盐 岩 中 岩 溶 发 育 、 水 量 丰 富 , 是 北 京 矿 区 部 分 矿 井 的 主 要 水 害 之 一 。 近 年 来 , 随 着 生 产 水平 的 延 伸 , 奥 灰 水 的 威 胁 也 越 来 越 大 , 防 治 奥 灰 水 已 迫 在 眉 睫 。 笔

3、者 根 据 近 几 年 野 外 收 集的 资 料 , 就 京 西 奥 陶 系 岩 溶 发 育 特 征 及 其 成 因 谈 些 自 己 的 看 法 。1 自 然 地 理 概 况本 次 研 究 范 围 位 于 百 花 山 髫 髻 山 向 斜 以 南 。 西 起 芦 子 水 村 向 东 经 大 安 山 、 铁 坨 岭 、 潭柘 寺 、 北 车 营 、 南 窖 到 周 口 店 , 以 及 王 平 村 色 树 坟 一 带 的 奥 陶 系 碳 酸 盐 岩 分 布 区 , 面 积约 200 多 平 方 公 里 (图 1)。研 究 区 内 地 势 西 北 高 东 南 低 , 依 次 为 中 山 区 、 低 山

4、 区 、 丘 陵 区 、 山 前 倾 斜 平 原 。根 据 奥 陶 系 出 露 地 段 的 地 形 、 地 貌 特 征 , 所 处 的 构 造 部 位 以 及 各 地 段 研 究 程 度 的 不 同 ,将 工 作 区 划 分 为 五 个 不 同 的 地 貌 类 型 区 。1) 芦 子 水 红 煤 厂 断 层 (F 32) : 该 地 段 属 中 山 谷 地 , 沟 谷 发 育 , 各 沟 谷 近 南 北 向 延 伸 ,等 间 距 排 列 , 基 本 垂 直 切 割 奥 陶 系 地 层 。 沟 谷 两 侧 地 势 险 峻 , 多 为 干 谷 。2) 大 安 山 铁 坨 岭 (木 城 涧 东 )

5、: 该 地 段 属 岭 山 谷 地 , V 型 谷 发 育 。3) 王 平 村 色 树 坟 : 地 段 内 地 形 相 对 高 差 不 大 于 500 米 , 河 流 曲 折 , 阶 地 、 边 滩 发 育 ,为 山 涧 谷 地 。 属 低 山 丘 陵 岩 溶 区 。4) 铁 坨 岭 大 灰 厂 北 车 营 : 地 段 内 地 形 相 对 高 差 较 小 , 山 顶 较 为 平 坦 且 黄 土 覆 盖 ,植 被 发 育 , 沟 谷 狭 窄 , 属 岭 丘 谷 地 。5) 房 山 矿 南 窖 周 口 店 : 地 段 内 孤 峰 分 布 较 多 , 山 谷 U 型 , 岩 溶 泉 出 露 , 属

6、残 丘 谷地 。1998 年 北 京 地 质 第 3 期 图 1 京 西 溶 洞 分 布 图研 究 区 属 暖 温 带 半 干 旱 季 风 气 候 , 春 季 风 沙 弥 漫 , 夏 季 炎 热 多 雨 , 秋 季 天 高 气 爽 , 冬季 寒 冷 干 燥 。 研 究 区 水 系 呈 两 大 分 支 , 北 为 永 定 河 水 系 , 南 为 大 清 河 水 系 , 流 经 本 区 的 大石 河 属 大 清 河 水 系 , 起 源 于 百 花 山 南 麓 , 经 班 各 庄 、 河 北 到 坨 里 镇 折 向 南 进 入 北 京 平 原 , 该河 为 间 歇 河 , 最 大 流 量 为 111

7、17 108m 3 a。2 奥 陶 系 地 层 特 征为 建 立 地 层 序 列 , 确 保 奥 陶 系 碳 酸 盐 岩 有 正 确 的 命 名 , 对 区 内 几 条 奥 陶 系 地 层 剖 面 进行 了 实 测 , 其 中 木 城 涧 南 大 沟 奥 陶 系 地 层 出 露 较 为 齐 全 , 其 上 覆 地 层 为 本 溪 组 棕 褐 色 砾 岩 ,下 伏 地 层 为 寒 武 系 上 统 风 山 组 的 粒 屑 泥 晶 灰 岩 夹 竹 叶 状 砾 屑 灰 岩 。 实 测 的 奥 陶 系 地 层 序 列此 处 不 一 一 叙 述 , 现 就 各 组 地 层 的 有 关 特 征 概 述 如

8、下 :211 上 马 家 沟 组 : 分 为 三 段 , 总 厚 度 为 147154m三 段 : 上 部 浅 灰 色 含 砾 泥 晶 灰 岩 , 有 溶 孔 、 溶 隙 。 中 部 为 浅 灰 色 生 屑 泥 (微 ) 晶 灰 岩 、白 云 岩 夹 粒 屑 泥 晶 灰 岩 , 节 里 发 育 , 有 溶 隙 。 下 部 为 泥 晶 白 云 石 与 花 斑 含 泥 质 白 云 岩 互 层 。该 段 厚 为 56169m。二 段 : 上 部 浅 灰 色 花 斑 泥 晶 灰 岩 , 多 溶 孔 、 溶 隙 及 钙 华 。 中 部 为 深 灰 色 含 硅 质 结 核 、 生2 北 京 西 山 奥 陶

9、 系 岩 溶 发 育 特 征 及 其 成 因 初 探 第 3 期屑 、 粒 屑 、 泥 晶 、 微 晶 灰 岩 , 多 层 面 溶 隙 、 溶 孔 。 下 部 深 灰 色 花 斑 状 泥 晶 灰 岩 夹 细 晶 灰 岩 ,有 溶 隙 、 溶 孔 及 网 络 化 溶 隙 。 厚 度 为 56169m。一 段 : 上 部 及 下 部 均 为 黄 褐 色 灰 黄 色 膏 溶 角 砾 状 泥 质 泥 晶 灰 岩 。 中 部 为 灰 色 厚 层 状泥 晶 白 云 质 灰 岩 , 岩 溶 多 为 溶 隙 、 溶 沟 。 厚 度 34116m。212 下 马 家 沟 组 : 分 为 三 段 , 厚 度 为

10、177188m三 段 : 上 部 浅 灰 深 灰 色 粒 屑 、 生 屑 白 云 岩 、 白 云 质 灰 岩 , 岩 溶 发 育 , 有 溶 隙 、 溶 沟 、溶 龛 、 钙 华 等 。 下 部 深 灰 色 巨 厚 层 微 晶 灰 岩 、 泥 晶 灰 岩 , 花 斑 生 屑 微 晶 灰 岩 。 有 网 络 化 溶隙 、 溶 孔 。 厚 度 107112m。二 段 : 灰 黑 色 粒 屑 泥 晶 灰 岩 与 浅 灰 色 泥 晶 白 云 岩 互 层 。 层 面 有 溶 隙 、 溶 孔 。 厚 度 37117m。一 段 : 浅 灰 色 灰 黄 色 膏 溶 砾 屑 泥 质 泥 晶 灰 岩 , 多 角

11、砾 坍 塌 形 成 的 孔 洞 。 新 鲜 面 致 密 ,溶 岩 不 发 育 。 厚 度 33159m。213 亮 甲 山 组 : 厚 度 134187m上 部 浅 灰 色 灰 色 中 、 厚 层 粒 屑 细 晶 、 亮 晶 白 云 岩 , 岩 溶 不 发 育 , 只 有 溶 痕 。 中 部 为褐 黄 色 灰 黄 色 砾 屑 泥 晶 灰 岩 、 泥 晶 灰 岩 、 含 泥 质 灰 岩 , 多 溶 孔 、 溶 隙 。 下 部 为 泥 晶 白 云岩 与 细 晶 白 云 岩 互 层 , 有 溶 痕 。 底 部 深 灰 黑 灰 色 粒 屑 灰 岩 、 硅 质 粒 屑 灰 岩 、 微 晶 灰 岩 , 溶

12、隙 、 溶 孔 发 育 。214 冶 里 组 : 厚 度 95111m上 部 深 灰 色 中 厚 层 生 屑 、 砾 屑 灰 岩 夹 泥 质 条 带 灰 岩 , 有 溶 痕 。 中 部 灰 黄 深 灰 色 中 厚层 含 泥 质 泥 晶 灰 岩 夹 薄 层 白 云 岩 。 下 部 花 斑 状 砾 屑 灰 岩 、 泥 晶 灰 岩 。 底 部 为 白 色 细 中 晶灰 岩 。 少 量 溶 痕 。3 奥 陶 系 岩 溶 发 育 特 征311 地 面 岩 溶 形 态在 野 外 调 查 时 , 在 碳 酸 盐 岩 岩 石 的 沟 谷 或 山 脊 中 , 常 见 的 岩 溶 形 态 有 :溶 痕 : 区 内

13、 溶 痕 十 分 发 育 , 其 长 度 一 般 数 十 厘 米 , 宽 015 6cm , 深 几 厘 米 。 主 要 分 布在 泥 (微 ) 晶 灰 岩 表 面 。溶 穴 (溶 孔 、 孔 洞 ) : 溶 穴 主 要 发 育 在 花 斑 状 泥 (微 ) 晶 灰 岩 中 , 其 次 是 上 、 下 马 家 沟组 底 部 的 膏 溶 角 砾 状 泥 质 泥 晶 灰 岩 中 。 后 者 由 于 石 膏 的 溶 蚀 以 及 多 角 砾 坍 塌 而 形 成 的 孔 洞 ,常 密 集 成 蜂 窝 状 , 这 一 特 征 几 乎 在 全 区 范 围 内 可 见 。溶 隙 : 溶 隙 是 区 内 常 见

14、 的 岩 溶 形 态 , 它 是 水 流 沿 节 理 裂 隙 向 下 运 动 , 不 断 对 裂 隙 周 围的 可 溶 岩 进 行 溶 蚀 和 冲 蚀 而 成 。 本 区 容 隙 普 遍 发 育 , 其 空 间 分 布 常 表 现 出 不 均 一 性 , 随 岩性 的 不 同 差 异 明 显 。 一 般 在 泥 (微 ) 晶 灰 岩 中 最 为 发 育 , 其 它 岩 层 则 相 对 少 见 。洞 穴 (即 溶 洞 ) : 洞 穴 是 区 内 最 主 要 的 岩 溶 形 态 , 在 野 外 调 查 中 , 共 观 察 到 322 个 岩 溶洞 穴 , 这 些 洞 穴 具 有 以 下 特 征 :

15、31111 洞 穴 的 形 态 特 征区 内 所 观 察 的 洞 穴 , 其 个 体 大 小 不 等 , 形 态 多 样 , 差 异 明 显 。就 其 延 伸 方 向 而 言 , 可 分 为 两 种 类 型 , 一 种 是 水 平 型 洞 穴 , 另 一 种 是 垂 直 型 洞 穴 。 后者 数 量 极 其 有 限 , 除 少 数 几 个 垂 直 发 育 的 洞 穴 外 , 其 余 几 乎 全 为 水 平 洞 穴 。 垂 直 洞 穴 主 要分 布 在 芦 子 水 红 煤 厂 断 层 、 大 安 山 铁 坨 岭 一 带 。 如 小 清 山 上 发 育 的 垂 直 洞 穴 , 其 洞 口31998

16、 年 北 京 地 质 长 有 树 木 , 洞 口 直 径 有 415m , 深 度 不 详 , 据 当 地 群 众 讲 该 洞 穴 和 小 青 山 相 邻 的 河 道 相 通 。房 山 周 口 店 一 带 也 有 分 布 , 周 口 店 猿 人 洞 和 山 顶 洞 则 属 复 杂 的 垂 直 洞 穴 。图 2 五 贤 洞 形 态 实 测 简 图图 3 芦 子 水 鱼 斗 泉 南 洞 穴 形 态 实 测 简 图就 全 区 的 洞 穴 形 态 而 言 , 可 大 致 分 为 三 种 。 第 一 种 是 地 下 廊 道 式 洞 穴 , 这 种 洞 穴 区 内不 多 见 , 近 于 水 平 发 育 ,

17、 人 可 进 入 , 长 与 宽 比 例 相 差 悬 殊 (图 2) , 多 分 布 于 芦 子 水 红 煤厂 断 层 一 带 。 第 二 种 是 岩 屋 式 洞 穴 , 这 种 洞穴 区 内 极 多 , 其 形 态 简 单 , 只 有 一 个 洞 室 , 长与 宽 比 例 相 差 不 多 (图 3) , 多 处 可 见 现 代 人类 活 动 的 遗 迹 。 第 三 种 是 树 枝 式 (或 复 杂 形态 ) 洞 穴 。 洞 穴 形 态 比 较 复 杂 , 由 各 种 大 小不 同 的 洞 穴 和 管 道 联 系 起 来 , 形 成 了 洞 穴 系统 , 有 的 多 层 发 育 。 这 类 洞

18、 穴 多 分 布 于 房 山 南 窖 周 口 店 一 带 。 如 石 花 洞 、 银 狐 洞 、 万佛 堂 洞 以 及 附 近 的 一 些 洞 穴 , 它 们 多 处 于 断裂 带 附 近 , 而 且 多 数 有 外 来 流 水 补 给 , 形 成常 年 有 水 洞 (如 万 佛 堂 溶 洞 , 其 间 的 奥 灰 水是 房 山 煤 矿 井 下 生 产 和 地 面 生 活 用 水 的 主要 来 源 ) 或 季 节 性 有 水 洞 。31112 洞 穴 的 沉 积 特 征区 内 所 调 查 的 洞 穴 中 , 都 不 同 程 度 的 充填 有 堆 积 物 , 按 其 堆 积 方 式 不 同 ,

19、将 洞 穴 堆积 物 分 为 机 械 堆 积 物 、 化 学 堆 积 物 和 生 物 堆积 物 。4 北 京 西 山 奥 陶 系 岩 溶 发 育 特 征 及 其 成 因 初 探 第 3 期机 械 堆 积 物 又 可 分 为 崩 塌 堆 积 物 和 流 水 堆 积 物 。 崩 塌 堆 积 物 主 要 是 棱 角 状 、 无 分 选 、 杂乱 堆 积 的 块 石 , 其 成 分 与 洞 穴 所 在 层 位 成 分 相 同 , 主 要 分 布 在 芦 子 水 红 煤 厂 断 层 、 大 安山 铁 坨 岭 一 带 的 某 些 洞 穴 中 , 其 所 占 比 例 不 大 。 流 水 堆 积 物 以 粘

20、土 、 粉 沙 为 主 , 个 别 洞穴 中 可 见 磨 圆 度 较 好 的 砾 石 和 砂 。 如 在 金 鸡 台 洞 中 见 有 砾 石 , 在 银 狐 洞 中 见 有 中 砂 。 在 所1 石 灰 岩 ; 2 灰 质 的 砾 岩 ;3 溶 洞 充 填 物 (紫 色 细 砂 夹 随 便 球 形 结 核 )图 4 羊 圈 头 采 石 场 洞 穴 充 填 物 示 意 图调 查 的 洞 穴 中 , 流 水 堆 积 占 相 当 大 的 比 例 , 除房 山 南 窖 周 口 店 以 外 的 京 西 广 大 地 区 均有 分 布 。 多 数 洞 穴 只 是 在 洞 底 充 填 有 少 许 粘土 或 粉

21、 沙 , 个 别 洞 穴 被 全 部 充 填 。 如 三 十 亩 地南 侧 羊 圈 头 采 石 场 , 揭 露 一 洞 穴 (图 4) , 其 长13m , 宽 8m , 洞 内 全 部 为 紫 色 细 砂 充 填 , 细砂 呈 松 散 状 、 水 平 层 理 、 含 有 大 量 直 径 为 720cm 的 球 形 、 椭 球 形 结 核 。化 学 堆 积 物 在 北 岭 向 斜 周 围 的 洞 穴 中 ,可 见 千 姿 百 态 的 碳 酸 钙 质 沉 积 物 , 主 要 以 滴水 类 的 石 钟 乳 、 石 笋 、 石 柱 为 主 , 泥 石 类 有 石幔 、 石 旗 、 石 瀑 布 、 石

22、 盾 、 石 梯 田 等 , 次 生 毛细 水 类 有 石 花 、 石 毛 。 化 学 沉 积 物 主 要 分 布 于 房 山 南 窖 周 口 店 一 带 , 这 一 地 区 洞 穴 中的 化 学 沉 积 物 最 为 发 育 , 如 石 花 洞 、 银 狐 洞 等 , 已 成 为 京 西 著 名 的 旅 游 景 点 , 而 其 它 地 段洞 穴 中 化 学 沉 积 物 少 见 。生 物 化 石 堆 积 : 举 世 闻 名 的 房 山 周 口 店 猿 人 洞 , 就 是 本 区 重 要 的 灰 烬 、 生 物 化 石 堆 积地 , 其 沉 积 特 征 和 它 的 研 究 价 值 前 人 已 做

23、了 大 量 的 工 作 , 此 处 不 再 重 述 。31113 区 域 分 布 特 征区 内 洞 穴 的 区 域 分 布 特 征 表 现 为 不 均 一 性 , 不 同 地 段 的 洞 穴 分 布 情 况 见 表 1。 野 外 工 作中 常 可 看 到 , 一 些 地 方 洞 穴 非 常 发 育 , 大 小 不 等 , 成 群 出 现 。 如 靠 近 红 煤 厂 断 层 , 洞 穴 常成 群 分 布 。表 1 奥 陶 系 洞 穴 区 域 分 布 情 况 统 计 表地 段 芦 子 水 红 煤厂 断 层 大 安 山 铁 坨 岭 铁 坨 岭 北 车 营 房 山 周 口 店 王 平 村 色 树 坟洞

24、 穴 个 数 93 169 35 12 13所 占 百 分 数 2819 5215 1019 318 41031114 洞 穴 的 成 层 性区 内 洞 穴 现 存 高 程 有 高 有 低 , 规 律 不 明 显 。 初 步 统 计 , 地 表 出 露 的 洞 穴 在 550 650m高 程 较 为 发 育 , 其 次 是 300 350m 和 450 550m。 房 山 周 口 店 一 带 的 洞 穴 则 分 布 在 200 250m。31115 洞 穴 与 地 层 单 位 的 关 系本 区 所 发 现 的 洞 穴 , 从 层 位 上 看 , 奥 陶 系 各 地 层 单 位 都 不 同 程

25、度 地 有 所 发 现 。 即 使 同一 地 层 单 位 , 区 内 不 同 地 段 的 分 布 频 率 也 不 相 同 (表 2)。51998 年 北 京 地 质 表 2 各 地 层 单 位 洞 穴 分 布 频 率 统 计 表 %芦 子 水 红 煤 厂 断 层大 安 山 铁 坨 岭铁 坨 岭 北 车 营房 山 周 口 店王 平 村 色 树 坟 整 个 研 究 区上 马 家 沟 组 2019 3412 100 4519 3418 4016下 马 家 沟 组 3910 3412 0 1215 817 4216亮 甲 山 组 3012 2212 0 3313 4516 1319冶 里 组 913

26、914 0 813 1019 219在 奥 陶 系 中 统 地 层 中 , 各 层 段 洞 穴 分 布 频 率 也 不 相 同 , 上 马 家 沟 二 段 和 下 马 家 沟 组 三段 中 洞 穴 最 为 发 育 。除 以 上 介 绍 的 几 种 岩 溶 形 式 外 , 区 内 还 可 见 溶 沟 、 石 芽 、 溶 槽 、 溶 龛 等 岩 溶 形 态 , 在此 就 不 一 一 介 绍 。 调 查 中 , 还 发 现 了 12 个 陷 落 柱 , 这 些 陷 落 柱 主 要 分 布 在 下 马 沟 组 三 段 和上 马 家 沟 二 段 的 厚 层 巨 厚 层 状 泥 (微 ) 晶 灰 岩 ,

27、花 斑 状 泥 (微 ) 晶 灰 岩 中 。 从 构 造 部 位来 看 , 陷 落 柱 主 要 发 育 在 断 层 带 附 近 或 位 于 褶 曲 的 转 折 端 , 其 充 填 物 胶 结 紧 密 , 透 水 性 差 ,这 表 明 为 古 岩 溶 陷 落 柱 。312 地 下 岩 溶京 西 地 区 地 下 岩 溶 亦 较 为 发 育 , 而 且 其 连 通 性 较 好 , 具 体 表 现 在 :1) 地 表 水 漏 失 严 重 , 工 作 区 岩 溶 干 谷 十 分 发 育 。 木 城 涧 煤 矿 南 沟 , 1992 1994 年 均 没有 洪 水 下 泄 ; 芦 子 水 的 鱼 斗 泉

28、在 流 经 奥 陶 系 时 很 快 漏 失 ; 还 有 大 安 山 煤 矿 生 产 所 排 泄 出 的井 下 水 , 在 流 经 奥 陶 系 碳 酸 盐 地 层 时 很 快 消 失 。 1993 年 8 月 在 大 安 山 大 堰 台 沟 实 测 漏 失 量分 别 为 : 上 马 家 沟 组 地 段 为 519L S, 下 马 家 沟 组 地 段 为 1015L S, 亮 甲 山 组 地 段 616L S。2) 井 下 实 地 调 查 : 通 过 对 木 城 涧 煤 矿 + 380m 和 + 150m 底 板 大 巷 进 行 的 岩 溶 调 查 , 发现 有 溶 穴 、 溶 隙 、 溶 洞 等

29、 。 其 中 在 + 380 底 板 石 门 中 见 一 水 平 溶 洞 , 直 径 为 215 8m。 另 在+ 150m 底 板 石 门 中 发 现 一 溶 隙 型 溶 洞 , 洞 口 只 有 016m , 洞 内 深 7 8m , 宽 3m、 高 大 于 7m ,沿 裂 隙 向 上 延 伸 。 该 洞 为 渗 流 水 通 道 , 每 年 雨 季 流 入 巷 道 的 流 量 为 015m 3 m in。3) 钻 孔 资 料 : 据 杨 坨 煤 矿 勘 探 资 料 , 在 地 面 下 730154m 深 度 (标 高 为 - 525m ) 的 中奥 陶 统 碳 酸 盐 岩 古 风 化 面 上

30、 , 仍 见 小 型 溶 洞 、 溶 孔 。 另 据 北 京 西 郊 (门 头 沟 ) 整 形 医 院 打的 深 井 资 料 , 在 1300 161713m 深 处 的 奥 陶 系 碳 酸 盐 岩 中 打 出 了 水 温 仅 12 的 低 矿 化 地 下水 , 水 量 达 100t h, 这 意 味 着 在 深 部 仍 然 有 岩 溶 发 育 , 而 且 岩 溶 地 下 水 还 处 于 比 较 积 极 的交 替 之 中 。4 岩 溶 发 育 的 控 制 因 素岩 溶 发 育 是 岩 性 、 构 造 、 水 文 、 地 貌 、 气 候 等 因 素 综 合 作 用 的 结 果 , 就 京 西 而

31、 言 , 上述 因 素 对 岩 溶 发 育 的 影 响 都 有 不 同 程 度 的 表 现 。 但 气 候 、 岩 性 、 构 造 因 素 则 是 影 响 本 区 岩溶 发 育 的 主 要 因 素 。411 气 候 对 岩 溶 发 育 的 影 响中 奥 陶 世 后 期 中 石 炭 世 , 整 个 华 北 地 台 长 期 均 衡 上 升 遭 受 剥 蚀 , 沉 积 间 断 长 达160M a。 当 时 正 直 暖 湿 气 候 , 在 长 期 溶 蚀 作 用 下 , 于 中 奥 陶 统 顶 部 的 碳 酸 盐 岩 岩 层 中 形 成 了6 北 京 西 山 奥 陶 系 岩 溶 发 育 特 征 及 其

32、 成 因 初 探 第 3 期一 个 溶 洞 、 溶 隙 的 强 烈 发 育 带 。 由 于 后 期 构 造 变 动 , 使 原 岩 溶 层 既 可 位 于 相 当 高 处 , 也 可位 于 相 当 深 处 。新 生 代 的 第 三 纪 的 古 气 候 有 利 于 岩 溶 作 用 的 进 行 , 本 区 内 规 模 较 大 的 水 平 溶 洞 多 数 在该 期 内 形 成 。 第 四 纪 的 中 晚 更 新 世 , 其 古 气 候 属 亚 热 带 暖 湿 气 候 , 岩 溶 发 育 , 如 周 口 店龙 骨 山 新 洞 以 及 周 口 店 猿 人 洞 附 近 的 一 些 溶 洞 , 均 属 这

33、个 时 期 的 产 物 。412 岩 性 对 岩 溶 发 育 的 影 响碳 酸 盐 岩 是 岩 溶 发 育 的 基 础 和 内 在 条 件 , 本 区 主 要 岩 溶 形 态 及 其 发 育 程 度 与 岩 石 的 化学 成 分 、 矿 物 成 分 、 结 构 和 岩 层 组 合 特 征 有 密 切 的 关 系 。前 已 叙 述 , 京 西 煤 田 奥 陶 系 有 四 种 碳 酸 盐 岩 , 通 过 试 验 得 出 京 西 碳 酸 盐 岩 的 可 溶 性 为石 灰 岩 白 云 质 灰 岩 灰 质 白 云 岩 白 云 岩 。 就 碳 酸 盐 岩 的 矿 物 成 分 来 看 , 方 解 石 含 量

34、 的增 加 、 比 溶 解 度 和 比 溶 蚀 度 也 同 步 增 加 , 而 白 云 石 类 矿 物 则 随 其 含 量 的 增 加 比 溶 解 度 和 比溶 蚀 度 减 少 。 从 岩 石 结 构 来 看 , 含 有 内 碎 屑 的 泥 (微 ) 晶 灰 岩 溶 蚀 性 大 , 均 质 的 泥 (微 ) 晶灰 岩 次 之 , 结 晶 灰 岩 溶 蚀 性 最 小 ; 白 云 岩 类 的 均 质 泥 (微 ) 晶 云 岩 溶 蚀 性 大 , 而 内 碎 屑 白云 岩 和 结 晶 白 云 岩 较 小 。从 本 区 较 为 典 型 的 岩 溶 形 态 洞 穴 的 分 布 与 岩 性 的 关 系 (

35、表 3) 也 可 证 实 上 述 结 论 。表 中 可 看 出 , 在 巨 厚 层 的 微 晶 泥 晶 灰 岩 中 , 溶 蚀 作 用 普 遍 而 强 烈 , 因 而 洞 穴 出 现 的 机 率 最大 ; 而 在 其 余 种 类 的 碳 酸 盐 岩 中 , 岩 溶 作 用 相 对 较 弱 , 洞 穴 出 现 的 机 率 相 对 较 小 。 碳 酸 盐岩 种 类 和 洞 穴 之 间 的 这 种 关 系 主 要 是 由 于 岩 石 的 化 学 成 分 、 矿 物 成 分 、 结 构 、 构 造 不 同 所致 。表 3 洞 穴 分 布 与 岩 性 关 系 表 %芦 子 水 红 煤 厂 断 层大 安

36、山 铁 坨 岭铁 坨 岭 北 车 营房 山 周 口 店王 平 村 色 树 坟微 泥 晶 灰 岩 5318 5414 6219 3313 4612花 斑 灰 岩 718 711 2311膏 溶 泥 质 角 砾 岩 1914 1412 1413 813灰 云 岩 百 云 岩 312 813 3017泥 质 灰 岩 1416 717 2218其 它 碳 酸 盐 112 813 814此 外 不 同 结 构 、 构 造 的 岩 石 组 合 关 系 (即 不 同 的 岩 溶 层 组 类 型 ) 对 岩 溶 的 发 育 也 有 一定 的 影 响 。 京 西 奥 陶 系 上 马 家 沟 组 的 二 段 、

37、三 段 , 下 马 家 沟 组 的 三 段 , 亮 甲 山 组 的 中 上 部均 为 纯 碳 酸 盐 岩 连 续 类 , 由 单 一 的 碳 酸 盐 岩 组 成 , 反 映 稳 定 水 体 的 深 浅 海 相 沉 积 , 岩 溶 发育 , 洞 穴 率 占 全 部 洞 穴 总 数 的 7618%。 而 上 马 家 沟 组 一 段 , 下 马 家 沟 组 一 段 、 二 段 , 亮 甲山 组 的 下 部 和 冶 里 组 属 碳 酸 盐 岩 与 不 纯 碳 酸 盐 岩 夹 层 类 , 不 纯 碳 酸 盐 岩 (主 要 是 泥 质 灰岩 ) 占 12% 23% , 不 利 于 岩 溶 作 用 , 限

38、制 了 岩 溶 的 发 展 , 因 而 岩 溶 不 很 发 育 , 且 不 均 匀 ,洞 穴 率 仅 为 2212%。413 构 造 对 岩 溶 发 育 的 影 响地 质 构 造 在 岩 溶 发 育 的 外 在 条 件 诸 因 素 中 占 主 导 地 位 , 就 本 区 而 言 , 地 质 构 造 控 制 着71998 年 北 京 地 质 岩 溶 在 空 间 的 发 育 和 分 布 规 律 。a1 横 剖 面 图 ; b1 横 剖 面 图 ; c1 横 剖 面 图 ; d1 横 剖 面 图图 5 王 平 村 64 号 溶 洞 形 态 示 意 图1 复 盖 土 层 ; 2 花 斑 灰 岩 ; 3

39、 溶 洞 ; 4 正 断 层图 6 溶 洞 沿 断 层 发 育 示 意 图41311 构 造 控 制 岩 溶 发 育 强 度 和 部 位区 内 不 同 部 位 溶 隙 、 溶 洞 发 育 程 度 不 同 。 岩 溶 发 育 的 地 段 往 往 和 一 定 的 地 质 构 造 相 联系 , 在 断 层 附 近 和 褶 曲 轴 部 , 岩 溶 最 为 发 育 , 溶 隙 、 溶 洞 分 布 相 对 密 集 。 如 芦 子 水 一 带 的F 37走 向 压 扭 性 断 层 、 史 家 营 一 带 的 F 36大 型 压 扭 性 断 层 、 大 安 山 一 带 的 红 煤 厂 压 扭 性 断 层 ,由

40、 于 附 近 岩 石 受 到 挤 压 破 碎 有 利 于 岩 溶 发 育 , 分 布 有 大 量 的 溶 洞 、 溶 隙 , 局 部 溶 洞 成 群 。 区内 的 几 个 特 大 型 溶 洞 : 石 花 洞 、 银 狐 洞 和 万 佛 堂洞 均 发 育 在 F 7 大 断 层 的 断 层 带 上 (图 1)。 同 时从 大 安 山 木 城 涧 的 背 斜 转 折 端 , 张 性 节 理 裂隙 发 育 , 有 利 于 岩 溶 的 形 成 , 位 于 该 构 造 部 位 的岩 里 沟 和 南 布 沟 分 布 有 数 十 个 溶 洞 。41312 构 造 控 制 岩 溶 的 发 育 方 向在 断 层

41、 附 近 和 褶 曲 轴 部 , 溶 洞 、 溶 隙 分 布 较多 , 岩 溶 较 为 发 育 , 而 这 些 地 带 正 是 构 造 裂 隙 最为 发 育 的 地 段 , 增 加 了 水 与 碳 酸 盐 岩 的 接 触 , 有利 于 溶 蚀 作 用 的 进 行 和 岩 溶 的 发 育 。8 北 京 西 山 奥 陶 系 岩 溶 发 育 特 征 及 其 成 因 初 探 第 3 期王 平 村 64 号 溶 洞 , 该 洞 位 于 石 古 岩 村 紧 密 背 斜 转 折 部 位 的 倾 伏 端 。 此 处 纵 张 裂 隙 较 为发 育 , 背 斜 轴 延 伸 方 向 130 , 和 溶 洞 延 伸

42、方 向 135 基 本 一 致 (图 5)。 此 外 , 一 些 溶 洞 的 发育 还 受 断 层 的 控 制 , 并 沿 断 层 成 串 珠 状 分 布 (图 6)。笔 者 在 外 业 工 作 和 成 文 工 作 中 , 得 到 了 北 京 矿 务 局 、 煤 炭 地 质 总 局 和 本 校 部 分 同 志 的大 力 支 持 , 在 此 表 示 衷 心 的 感 谢 。参 考 文 献1 中 国 地 质 学 会 岩 溶 地 质 专 业 委 员 会 . 中 国 北 方 岩 溶 和 岩 溶 水 . 北 京 : 地 质 出 版 社 .2 任 美 锷 等 . 1988. 岩 溶 学 概 论 . 商 务

43、印 书 馆 .3 杨 景 春 . 1985. 地 貌 学 教 程 . 高 等 教 育 出 版 社 .4 高 洪 烈 . 1990. 浅 谈 岩 溶 发 育 深 度 及 深 部 岩 溶 形 成 因 素 . 煤 田 水 文 地 质 勘 探 , 总 第 8 期 .5 李 德 彝 . 1986. 西 山 奥 陶 系 水 文 地 质 条 件 与 水 文 地 质 单 元 的 划 分 . 京 煤 科 技 , 第 3 期 (总 第 9 期 ).A PR IM ARY STUDY ON THE GENESIS ANDFEATURES OF KARST FROM ORDOV IC IANSY STEM IN TH

44、E X ISHAN H ILL OF BE IJ INGW ang Q iang(B eij ing Coa l M in ing S chool, 100042)M ou H u irong(T ra in ing Cen tre of B eij ing B u reau of M inera l B usiness, 102300)L iu T aifu(B eij ing Coa l M in ing S chool, 100042)ABSTRACTA large amoun t of first2hand data have been gained by the field inve

45、stigation of thecarbonate karst of the O rdovician system in the X ishan H ill of Beijing. Based on so rt ou t,analysis and research of these data, ou r ow n po in t of view on the genesis and developm en tfeatu res of the karst in the O rdovician system have been fo rm ed. T h is w ill p rovide atheo retical basis fo r fu rther study on the karst developm en t regu larities of O rdoviciansystem in the X ishan H ill of Beijing and as w ell as the p reven tion of the m ine w h ite w ash.Key W ords: karst, karst shap e, clim at f actors, lithology f actors, structu re f actors.91998 年 北 京 地 质