贵州溶洞成因

溶洞是一种重要的自然资源和地貌类型，具有科学研究、科普教育、历史考古、文化艺术、旅游探险、疗养居住等多方面的价值，是不可再生的国土资源。

中国是世界上洞穴资源最为丰富的国家，位于中国南方喀斯特区中心区的贵州省，碳酸盐类岩石连续成片，分布面积广，厚度大，具有喀斯特洞穴发育的良好物质基础。

贵州洞穴资源极为丰富，依托洞穴资源进行文旅深度开发，是贵州充分发挥“人无我有，人有我优”优势，打造世界级旅游目的地、国内一流的度假康养目的地的重要路径，是贵州文化旅游提升国际影响力、吸引海外游客的重要抓手，是衡量贵州山地旅游发展水平的标志性特征之一。但目前全省洞穴资源开发利用程度低、开发形式和业态单一，有影响力的文旅产品少，与资源禀赋极不相称。

本文侧重于对溶洞的形成进行讲解，让大众了解形成溶洞及溶洞沉积物的不易，让大众进一步了解“地心”景观是如何形成。

溶洞形成的四个阶段示意图

一、岩溶（喀斯特）与岩石概述

什么是喀斯特

贵州有“喀斯特王国”之说，那么，在解说溶洞形成之前，我们了解一下什么叫“喀斯特”。喀斯特（Karst）在中国称为岩溶，岩溶是指水对可溶性岩石（碳酸盐岩、石膏、岩盐等）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称，为了与国际通用，世界上发育最好的岩溶地貌位于南斯拉夫西北部一个叫喀斯特的小镇，19世纪末，南斯拉夫学者J.Cv研究了喀斯特高原奇特的石灰岩地形，并把这种地貌叫作喀斯特，以后喀斯特一词便成为世界各国通用的专门术语。1966年我国第二次岩溶学术会议决定将“岩溶”一词改为“喀斯特”。1981年在山西召开的“北方喀斯特学术讨论会”上，议定“岩溶”和“喀斯特”二者皆可通用。

2.形成溶洞的可溶性岩石是怎么来的

首先，我们在了解溶洞的形成之前，了解一下形成溶洞的物质基础——岩石。

粗略地说，形成地球的岩石类型基本分为三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。

（1）岩浆岩

是由岩浆喷出地表或侵入地底岩层冷却凝固所形成。岩浆是在地壳深处或上地幔产生的高温炽热、黏稠、含有挥发分的硅酸盐熔融体，是形成各种岩浆岩和岩浆矿床的母体。岩浆岩占地球地壳总体积的65%，总质量的95%。

地球是随小行星的撞击而逐渐壮大的，撞击释放的能量曾使地球物质大规模熔化，形成广泛的岩浆海。冷凝过程中，经重力分异，重者下沉形成地核，轻者上浮形成地幔、地壳及大气层。因此，地球上首先形成的是岩浆岩。贵州常见的岩浆岩主要为从江、梵净山周缘的花岗岩、枕状玄武岩、辉石岩、辉绿岩，清镇、盘州、水城、威宁一带的玄武岩，罗甸罗妥、罗悃及望谟一带与罗甸玉紧密产出的辉绿岩。另有少量零星分布的金伯利岩（产金刚石的母岩）。

青岩古生群附近沉积岩外观（陈明华·摄）

（2）沉积岩

沉积岩，又称水成岩，之所以称为水成岩，其主要原因是在水中（如江河湖海）形成。当其他岩石的风化产物和一些火山喷发物，经过水流或冰川的搬运在江河湖海中沉积，最后经成岩压实等作用形成的岩石就是沉积岩。由于是与水有关，所以，沉积岩石的同时，也保存了生物死亡后的遗体或生存遗迹，这些保存在岩石中的古生物遗迹即化石。

贵州被称为“沉积王国”；而这些因水沉积的岩石中，又以能烧制石灰的石灰岩及近亲白云岩类为主，其形成的地貌又称为“喀斯特地貌”，由于贵州的“喀斯特地貌”分布面积大，又有了“喀斯特王国”的美誉；在贵州，由于大部分是沉积岩，生命离不开水，最早的生命基本是在水中生存与繁衍，虽然后来逐渐进化能向陆地生存繁衍，但大部分生物还是生存于与水有关的海洋、湖泊及河流中。所以，沉积岩岩石中就保存了大量古生物化石及它们生存的痕迹。由于贵州沉积岩保存连续而完整，八亿年来地球生命的演化基本被记录了下来，且又有较多典型的古生物化石群，所以贵州又有“古生物王国”的美誉，是全世界研究地球生命演化最重要的科学场所。

灰岩习惯上又常称为石灰岩，是一种以方解石（CaCO3）为主要成分的沉积岩，外观呈灰或灰白色，性脆，摩氏硬度3左右，小刀能刻画出划痕。灰岩表面滴稀盐酸（浓度5%）会剧烈起泡。这是野外地质工作人员初步辨别灰岩与白云岩最简单与实用的方法，灰岩滴稀盐酸起泡，白云岩滴稀盐酸不起泡或微弱起泡，这是因为灰岩的主要化学成分是CaCO3 ，与盐酸反应剧烈生成氯化钙、二氧化碳和水，二氧化碳气体逸出时形成气泡，所以我们肉眼可见剧烈气泡。密度2.6-2.7吨/立方米，煅烧温度大于900℃时分解转化为石灰，即氧化钙（CaO），析出二氧化碳（CO2）。

灰岩虽然我们常见，但它的用途大家却不一定了解。石灰岩用途十分广泛，是用作制造水泥的主要原料，其加工的块石、碎石可作建筑石料，房屋、公路、桥梁多为此类岩石所建造。此外，灰岩可用于冶炼生铁、钢和有色金属中作熔剂；也用于制造纯碱、电石、氢氧化钠、碳酸钾和漂白粉、制造肥料（氮肥、磷肥）、改良土壤；也可用于制糖、石油工业中用作净化剂；在玻璃制造中也作配料，使玻璃具有相应的稳定性和机械强度；纯净的石灰岩经粉碎后可作为填料，在橡胶、塑料、造纸、制革、染料、陶瓷、印刷上有广泛的应用；用于烧制生石灰，除大量用于建筑业外，还用于炼钢，特别是氧气转炉中，可起到缩短吹氧时间，提高脱硫率、降低氟石耗量、增加钢水产量和延长炉龄的作用；花纹色泽好且有一定块度的石灰岩，可作为饰面石材；此外，我们天天离不开的牙膏，其中的摩擦剂即为灰岩加工而成。

所以，在大家印象里灰岩只是石头，与矿无关，实则不然，其广大的用途早就融入了我们的生产与生活中。

贵翠（陈明华·摄）

（3）变质岩

变质岩的原岩成分是岩浆岩或沉积岩，在地球内部力量（温度、压力、应力的变化、化学反应等）改造而成的新型岩石。在贵州，知名的三大玉种“罗甸玉”“贵翠”“紫袍玉带石”均是变质岩。简单点说，沉积岩、岩浆岩如果是豆腐，那么，变质岩就相当于臭豆腐，有新的矿物交代进行，形成变质岩。常见的变质岩有变质砂岩、板岩、千枚岩、石英片岩等，大多产于铜仁梵净山一带及从江、黎平、锦屏、台江、剑河一带。

总之，贵州出露地表的岩石，可分为碳酸盐岩类（如白云岩、灰岩）、非碳酸盐岩类（碎屑岩、浅变质岩及岩浆岩）及第四纪松散堆积层。而形成溶洞的岩石，正是可溶性碳酸盐岩类，即灰岩与白云岩。

构造运动形成的节理、断层与褶皱的关系（陈明华·绘）

二、溶洞的形成过程

第一步，形成可溶性岩石。贵州的可溶性岩石（碳酸盐岩）多是海相沉积，少部分为陆相湖相沉积。海相沉积从震旦系（距今约6.35亿年）到三叠系（距今约2亿年）均有产出，岩性多为灰岩、白云岩、白云质灰岩、泥质灰岩、泥质白云岩、生物灰岩等。此过程一般需要几千万年甚至上亿年的时间，一层厚10-20厘米的沉积岩，其形成时间一般在一万年以上，可见岩石的形成是多么的缓慢。

第二步，岩石因构造运动抬升出露地表并形成破碎及裂隙。

构造运动是由地球内力引起地壳乃至岩石圈的变位、变形以及洋底的增生、消亡的机械作用和相伴随的地震活动，岩浆活动和变质作用。构造运动产生褶皱、断裂及节理等各种地质构造，引起海、陆轮廓的变化，地壳的隆起和凹陷以及山脉、海沟的形成等。

贵州大地在形成过程中，存在多期次构造运动，大型的构造运动（造山运动），使海洋都变成了陆地，也就是说，贵州的地壳并不只是一次抬升就形成，而是经历了六次洋陆转换才形成现在的地貌样式。现在所看到的溶洞，均是燕山运动后才形成，之前有的古溶洞，也在后来沉入地底后被填平。

距今约6500万年的喜马拉雅运动时期，贵州兼受太平洋板块和印度板块俯冲的影响，主要表现为区域性抬升和断块活动。本次构造运动，形成了贵州地势西南高，东北低地貌样式。该构造阶段贵州受青藏高原隆升影响，垂直运动（地貌呈现抬升）特征明显。

在喜马拉雅构造活动基础上，新构造运动形成了贵州现今的河谷阶地、温泉、地震、地貌和水系格局。在经历多次构造运动后，很多岩石发生了褶皱、断裂等变形，导致坚硬岩石出现破碎及裂隙。构造运动是一个缓慢的过程，一般要几万年甚至几千万年才完成，因时长较为漫长，对于人类而言地球的这种运动一般感知不到。

背斜景观（陈明华·摄）

第三步，水沿破碎带或裂隙等软弱面对岩石进行溶蚀，冲蚀，形成洞穴。

自然界中，溶有二氧化碳的雨水或地下水形成碳酸溶液（HCO₃），沿破碎带或裂隙等软弱带与灰岩中的碳酸钙发生反应，使其转变成可溶性的碳酸氢钙，化学方程式为：CaCO₃+CO₂+H₂O=Ca (HCO₃)₂。溶有碳酸氢钙的溶液，随着地下水流向远方。在碳酸溶液不断的溶蚀下，原本很小的裂隙不断扩大，之后流水不断进入，在溶蚀的同时发生冲刷、坍塌等作用，加速溶洞空间的形成。这个过程需要几万年甚至上千万年时间，是一个很漫长的过程。

第四步，洞沉积物（钟乳石）形成附段。

溶洞形成后，有了一定的空间，此时，在流动过程中，随着时间的推移，从溶洞顶滴到洞底的含有碳酸氢钙的水，由于水分的蒸发、压强减少或温度的变化，二氧化碳溶解度减小，析出碳酸钙沉淀，这些沉淀经过千百万年的积聚，渐渐形成了钟乳石、石笋等。如果溶有碳酸氢钙的水从溶洞顶上滴落，随着水分和二氧化碳的挥发，析出的碳酸钙还会积聚成石幔、石花等。当洞顶的钟乳石与地面的石笋连接起来，就形成了石柱。溶在水中的碳酸氢钙就会分解，重新变成碳酸钙沉积化学方程式为：Ca (HCO₃)₂=CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O。经过长期的作用，逐渐形成了溶洞以及洞内的各种景观。

这个过程并不容易，当有些洞还有地下水流过时，形成的钟乳石会被冲刷掉无法保存，而地壳不断抬升，以前的水洞变成了旱洞，由于雨水补给不充分时，洞中没有含钙的碳酸氢钙溶液，此时也就无法形成钟乳石。这正是很多洞没有钟乳石的原因。

贵州比较知名的洞有织金洞（世界地质公园）、双河洞（国家地质公园）、九龙洞（国家风景名胜区）、九洞天（国家风景名胜区）、傩仙洞、天洞、天河潭等。旅客去旅游，最吸引人的正是经数十万、百万年甚至数亿年才形成的钟乳石景观。