晚古生代岩溶发育特征

如题所述

晚古生代广西地壳相对稳定,沉积巨厚的碳酸盐岩建造,其间有多次以抬升为主的造陆运动,如泥盆纪末的柳江运动、晚石炭世末的黔桂运动、早晚二叠世间的东吴运动、晚二叠世末的苏皖运动等。由于各期构造运动成陆延续时间长短不一、影响范围大小不同、可溶岩岩性差异及水文地质条件的变化等,导致各期岩溶作用除具有共同特征外,还表现有不同之处。

2.3.1.1 柳江期岩溶

见于桂西南、桂北局部上升为陆地区。此期间因柳江运动属振荡升降性质,地层基本保持水平和完整,断裂构造不发育;上泥盆统因自海底初露为陆,胶结成岩度尚欠佳,岩石渗透率较高,导致地下水具多方向流动特征;在温湿条件下,大气降水沿粒间渗流淋溶,有利于形成平缓起伏的岩溶面。上述因素是控制该期岩溶发育的主要条件,但由于各地岩性不同和间断时间长短不一,致使形成的岩溶形态和后来在岩溶面上的沉积-堆积物各有不同。如龙州、扶绥一带缺失下石炭统岩关阶(图2.1),间断时间相对较长,岩溶作用形成起伏较大的正负形态。高差5~10m,宽10~20m,其上沉积、堆积物为厚0~5m的红褐色含铁砂砾岩、含砾铁铝岩,上为含铁粘土质铁铝岩。桂北间断时间相对较短,岩关阶与上泥盆统平行不整合接触,岩溶侵蚀面微波状起伏,沉积砂质页岩(厚0.05~0.6m,东兰金谷等地)、铁锰质物(厚0.5~2cm,兴安长冲等地)。

图2.1 扶绥县渠黎乡弄烟村西南1 km处下石炭统大塘阶与上泥盆统平行不整合接触素描图

①上泥盆统灰岩夹扁豆状灰岩;②下石炭统大塘阶砾状铁质铝土岩;③下石炭统大塘阶含铁粘土质铝土岩;④下石炭统大塘阶厚层灰岩

2.3.1.2 黔桂期岩溶

见于南丹、河池及荔浦—平乐一带。由于黔桂运动为局部上升性质,且经历岩溶作用的时间相对较短,岩溶作用除在一些地区因上升较快形成背斜隆起,沿张性断裂、裂隙溶蚀扩大,并被碳酸盐化学沉积物或灰岩砾石堆积充填外,其余岩溶发育特征与柳江期岩溶基本类似。在凹凸不平的岩溶侵蚀面上沉积早二叠世栖霞期下部数至数十米厚的黑色炭质页岩夹煤层或铝土矿,底部常有砾岩或粉砂岩(图2.2)。

图2.2 平乐县二塘里结村狮子岭下二叠统栖霞组与中上石炭统壶天群平行不整合接触素描图

①中上石炭统壶天群白云岩;②栖霞组铝土矿,底为砾岩;③栖霞组灰岩

此期岩溶沉积岩脉分别见于凌云下甲深洞[5]及南丹六寨镇东侧[6]。前者沿近东西向有200余条早二叠世茅口期沉积岩脉楔于中、晚泥盆世灰岩中。脉体产状直立,宽数厘米至数十厘米,长几十米至数百米,最长达千余米,多呈线状或长透镜状延伸。岩石具与脉壁平行的条带状构造。此外,还发现20余个含角砾的沉积灰岩体,长几十米至900m,宽300余m,角砾大小悬殊,从2~3mm至2~3m不等,角砾成分有石炭系及下二叠统茅口组碳酸盐岩,并有茅口期灰质胶结,但未见有栖霞组灰岩砾石,说明栖霞期为溶蚀、剥蚀期,茅口期因海水扩张超覆而形成上述沉积“脉”体。后者早二叠世茅口期沉积岩脉已发现15条,其中3条产于丹池断裂带东部中、上石炭统碳酸盐岩中,呈近东西向,长450~670m,宽45~50m,均为角砾灰岩,角砾大小悬殊,棱角状,成分为栖霞期生物亮晶灰岩或微晶灰岩。其余12条位于断裂带旁侧,产于泥盆系及石炭系碳酸盐岩中,包括两条沉积角砾灰岩脉和10条沉积灰岩脉,呈北东向,长30~59m,宽0.3~21m。角砾灰岩脉的角砾大小不一,一般0.3~18cm,少数60cm以上,棱角状,角砾为围岩成分,胶结物为茅口期的灰泥质。沉积灰岩脉为浅灰色粒屑灰岩、含生物微晶灰岩、砂屑灰岩。上述岩脉的形成是由于黔桂运动隆起成陆的同时,丹池断裂受自东而西的逆冲作用,在背斜隆起中形成东西向横张断裂、裂隙,并派生北东及北西向断裂、裂隙,经溶蚀扩大,后在早二叠世海水自东南入侵,形成自东而西的栖霞期和茅口期沉积充填岩脉。

2.3.1.3 东吴期岩溶

由于早、晚二叠世间的东吴运动遍及全区,因而该期岩溶分布广泛。同时由于运动规模和强度相对较大,褶皱、断裂较前两期发育。故岩溶发育的构造条件相应较好。在湿热气候条件下,下二叠统碳酸盐岩中除地表岩溶发育外,尚有地下岩溶发育。地表以起伏高差数至30余米的溶丘洼地地貌为主;地下溶洞发育,如宾阳黄铁矿和东罗煤矿区中在现今地面下70~80m范围内,钻孔遇洞高度在10m左右。该期岩溶发育期间的红土风化物质,多在岩溶期后晚二叠世海侵期又重新沉积,形成数米至20m厚的铁铝岩和铝土矿层,岩溶不整合覆于下二叠统茅口组岩溶侵蚀面上(图2.3)。

图2.3 上林县塘红乡合山组与茅口组平行不整合接触素描图

①茅口组含燧石灰岩;②合山组古风化壳;③合山组铝土岩层;④合山组炭质页岩夹煤层;⑤第四系腐殖土层

2.3.1.4 苏皖期岩溶

由于晚二叠世末地壳运动极为微弱,仅见于桂西南及桂西局部地区上升为陆,且时间短暂,故上二叠统不纯灰岩中,岩溶发育不明显。

综上所述,晚古生代期间岩溶发育具有如下特征:

一是各期岩溶具有间歇性不连续特点;

二是各期岩溶作用时间相对较短,影响范围除东吴期较广外,其余较局部;

三是各期岩溶作用受相应不同时代的单一地层岩性制约,且多在地壳上升为陆后碳酸盐岩尚处于胶结不好、成岩度差、孔隙度大的情况下,岩石具高渗透性,岩溶水呈多向流动,沿粒间渗流淋溶为主,形成缓起伏的岩溶面。地表溶沟发育,深部岩溶除东吴期外,一般不发育;

四是岩溶沉积物以砂土为主,但黔桂期为碳酸盐岩角砾及钙屑砂泥质为主,与岩溶有关的矿床以沉积与淋积矿为主。

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