武隆县地处重庆市东南边缘、乌江下游。武隆喀斯特完美地展现了多类型、多层次亚热带深切峡谷喀斯特的典型特征。拥有罕见高度的天生桥,天生桥之间延伸着很深的无顶洞穴,代表经历显著抬升的内陆喀斯特高原,其巨大的漏斗和天生桥是中国南方天坑景观的代表。不同时代的石灰岩广泛出露,是研究世界上最大的江河系统之一长江及其支流的历史证据,是长江三峡地区地貌演化研究的重要场所。2007年,武隆喀斯特与云南石林、贵州荔波喀斯特一起作为“中国南方喀斯特”正式列入世界自然遗产名录(满足标准vii、viii)。
四川盆地及周缘盆—山边界数字高程分布图
(梁霄等,2021)
二、重庆武隆喀斯特地貌特征
乌江又称黔江,是长江上游的主要支流之一,地处四川盆地东南边缘与贵州高原过渡地带。乌江以化屋基以上为上游,化屋基至思南为中游,思南以下至涪陵为下游。芙蓉江流域位于贵州高原的东北部和四川盆地的东南部,西南部以大娄山和贵州高原相接,东南部以武陵山作为和长江的分水岭(夏凯生,2011)。
芙蓉江是乌江下游左岸的大支流,发源于大娄山脉东麓绥阳县枧坝,经正安、道真,进四川省境汇入乌江。河流全长231km,总落差1108m,河流平均比降 4.8‰,多年平均流量 169m3/s。流域面积7406km2。流域内出露地层有寒武系、奥陶系、志留系、二叠系及三叠系等,均为沉积岩,地质构造复杂,岩溶发育,多洞穴、井泉和伏流暗河段。水力资源蕴藏量49.46万kw。较大的支流有14条,主要为清溪河、三江及梅江。
乌江下游地理位置图
(夏凯生,2011)
武隆地表宏观溶蚀形态以岩溶峡谷、峰丛-洼地为主;大溶蚀形态以天生桥、天坑为主;微观形态以小的溶盘和宽浅溶痕为主。地表堆积形态以红壤土、黄色石灰土为主。地下不论是溶蚀形态还是堆积形态都十分发育,尤其是大型溶洞、地下河及次生碳酸盐沉积物特别发育。这些特征反映了在新构造运动强烈抬升背景下,亚热带湿热季风条件下岩溶峡谷地貌特征(夏凯生等,2010)。
芙蓉洞地理位置图
(李廷勇等,2008)
重庆武隆地势图( 高程单位:m)
(夏凯生,2010)
武隆喀斯特芙蓉洞
芙蓉洞(107˚54'E,29˚13'N)位于芙蓉江入汇乌江的汇合处东南4km的芙蓉江右岸岸坡上。洞穴发育在寒武系平井组白云灰岩和白云岩中,区域地层主要为中、上寒武统平井组、后坝组、毛田组,其外围则为下奥陶统桐梓组、红花园组、泥潭组。地层总体走向NNE,倾向南东。芙蓉洞位于渝黔边界大娄山褶皱带西北部,江口-旧城褶皱带北段,属芙蓉江复式褶皱带。洞穴位于芙蓉江背斜SEE翼,洞穴大体走向与背翼地层的倾向一致(陈桥等,2005)。
所在地区属大娄山与武陵山褶皱带的岩溶地区,河谷深切,山顶至河面落差大约1000m。芙蓉洞所在地层为中寒武统灰岩和白云岩;上覆山体坡度大,植被茂密,以小乔木和灌木为主,人口稀少。洞口海拔约480m,高出河水面约260m,主洞长约2700m,宽高多数在30~50m(朱学稳等,1994)。
芙蓉洞主洞长2700米,游览道1860米,底宽12-15米以上,最宽69.5米;洞高一般8-25米,最高48.3米;洞底总面积37000平方米,其中辉煌大厅面积在1000平方米以上,面积1.1万平方米,最为壮观。2007年,武隆喀斯特与云南石林、贵州荔波喀斯特一起作为“中国南方喀斯特”正式列入世界自然遗产名录。
芙蓉洞是一个大型石灰岩洞穴,形成于第四纪更新世(大约120多万年前),发育在古老的寒武系白云质灰岩中。洞内深部稳定气温为16.1度。芙蓉洞主洞长2700米,游览道1860米,底宽12-15米以上,最宽69.5米;芙蓉洞洞体高大,洞高一般8-25米,最高48.3米;洞底总面积37000平方米,其中辉煌大厅面积在1.1万平方米以上,洞内各种次生化学沉积形态琳琅满目、丰富多彩。
芙蓉洞洞穴系统分布于乌江左岸支流芙蓉江峡谷的右岸,由不同海拔高度的九个洞穴组成,洞口海拔从180~1162m,在自岸顶、岸坡至谷地一东西向条带面积约5km2范围以内集中分布着数十个竖井状落水洞,其中芙蓉洞地下喀斯特地貌最为典型。天生三桥峡谷喀斯特系统由一整套天然地物组成,展现了峡谷喀斯特发育序列,天生三桥位于羊水河中游,该河是一条深切割河流,长26 km,天然落差1415 m,因河流比降大,深切割发育成典型的喀斯特峡谷,在羊水河发育过程中,洞顶多易崩塌,残留洞顶部分就构成了天龙桥、青龙桥、黑龙桥三桥,三桥之间分布着天龙天坑和神鹰天坑,规模宏大,形态壮丽。后坪天坑喀斯特系统位于海拔1300 m的分水岭地区的喀斯特台面,因强烈的构造抬升,该台面上各种规模的喀斯特陷坑地貌十分发育,分布有众多的落水洞、竖井、塌陷漏斗,其中塌陷漏斗规模宏大,群状密集分布,地方特色明显,最典型者为箐口天坑。后坪天坑为巨大垮塌洼地。
重庆东南部武隆岩溶地处长江支流乌江下游两岸,其溶洞群(芙蓉洞)、天坑群、天生桥群、竖井群、峡谷、地缝、石林、石芽、峰丛、峰林、地下伏流、间歇泉、温泉分布十分广泛。北北东—北东向展布的褶皱背斜,核部出露地层多为二叠系、三叠系,少数为寒武系,向斜轴部为侏罗系-三叠系中上统,褶皱构造形态多为短轴构造,两翼岩层倾角差异较大。 向斜轴部多为,也有三叠系,构造形态多为不对称短轴构造,一般北西翼陡,南东翼缓。
武隆喀斯特芙蓉江峡谷
(据互联网资料)
芙蓉洞洞穴平面图
(李廷勇等,2008)
乌江下游岩溶地貌的形成经历了鄂西期、山原期和峡谷期地貌演化阶段,并形成鄂西期、山原期夷平面、盆地期剥蚀面和深切峡谷。鄂西期地面分布在海拔1700-2000m的高分水岭地区,为古近纪、新近纪夷平面的残体。山原期地面分布在1200-1500m的分水岭高地,为上新世夷平面的残体。盆地期剥蚀面在山原期地面下的剥蚀面,以峰丛-波立谷为表现形式为未完成的夷平面(夏凯生,2011)。
乌江下游岩溶地貌分布示意图
(夏凯生,2011)
最老的夷平面在三峡地区称为鄂西期,在贵州称为大娄山期,其共同特点是构成区域性最高山顶夷平面(把海拔删了,与前文重复)。鄂西期夷平面形成年代为古近纪末和新近纪初。山原期夷平面分布于海拔1100-1500m,在三峡地区本级夷平面称为山原期,在乌江上游贵州高原称为山盆期。为区域内乌江与长江及乌江内各水系的分水岭。山原期地面溶洞保留灵长类化石,山原期夷平面形成于上新世晚期,3.0-3.4Ma。盆地期剥蚀面在三峡地区广泛分布,在海拔在800-1200m地区,进入四川盆地海拔降为500-800m左右,为本区条形背斜的山顶面(夏凯生,2011)。
三、乌江下游的区域地质
武隆位于乌江下游重庆武隆及其邻近地区,属扬子板块东南褶皱带,是川东复式褶皱冲断带的一部分,处于于四川盆地和华夏地块之间。川东南-黔北属于渐变型盆‒山结构带,走向NEE-NE,长-250 km、宽-80 km,缺少山前地形地貌陡变带,具渐变性山‒盆地貌(邓宾等,2015)。本区缺乏大规模逆冲推覆负载及其相应的挠曲沉降前陆盆地,盆缘造山带NE至SN向侏罗山式向、背斜构造变形样式为主,盆内以宽缓构造变形为主、地层近水平或低角度展布(喻林等,2024)。
川东复式褶皱冲断带,东西加持于华蓥山断裂和雪峰山断裂之间,以发育一系列走向近NE-SW向褶皱冲断带为特征。以齐岳山断裂为界,川东复式褶皱冲断带中发育两种不同的构造样式,西北部以发育由紧闭背斜和宽缓向斜组成的川东“隔档式褶皱”为特征,东南部以发育由宽缓背斜和紧闭向斜组成的湘鄂西“隔槽式褶皱”为特征(喻林等,2024)。
从四川盆地-川东南地区-黔北地区-黔东南地区,构造褶皱类型依次为川中平缓带-川东南隔挡式褶皱带-川东槽挡转换带-鄂渝湘黔隔槽式褶皱带-雪峰隆起。川中平缓带、川东南隔挡式褶皱带分别属于盆内构造和盆地边缘构造;槽挡转换带、隔槽式褶皱带属于盆外构造(成鹏,2023)。
扬子地块与华夏板块新元古代碰撞拼合,之后经过长期陆内构造变形过程,燕山期以来奠定了现今的构造特征(邓宾等,2015)。中生代期间,构造带NW-SE向挤压作用,形成一系列NE-SW走向褶皱,其动力来源于古太平洋板块的俯冲作用(喻林等,2024)。古近纪末期,受NE-SW向挤压作用,早期近NE-SW向褶皱发生叠加改造,其动力来源于青藏高原初期的向外隆升扩展。新近纪末期,受E-W向挤压作用,其动力来源于青藏高原的向东逃逸扩展(喻林等,2024)。
川东-黔北-湘西地区构造地质简图
(据吴航,2019 修编;成鹏,2023)
川东-黔北-湘西地区滑脱构造剖面图
(成鹏,2023)
川东南-黔北构造带构造图
(喻林等,2024)
中三叠世末期印支运动,使本区上升为陆地,结束海相沉积历史。侏罗纪末燕山运动使本区寒武系至侏罗系地层形成北东20°~40°雁列式褶皱及断裂。新生代以地壳间歇性抬升,形成多级剥蚀面及深切的峡谷,并造就了岩溶峡谷系统(夏凯生,2010)。
四、武隆地质特征
武隆及其邻近地区构造上属扬子地台之川东南褶皱带。出露地层包括了古生代-中生代的寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系、侏罗系碳酸盐岩和碎屑岩地层,碳酸盐岩总厚度近2000m,为岩溶地貌发育提供了良好的物质条件。古生代和中生代,振荡运动强烈,沉积环境不稳定,碳酸盐类岩多和页岩、砂岩互层,砂岩、页岩往往构成局部隔水层,而砂岩区的来水构成外源水,对岩溶地貌的发育演化影响很大。这种沉积岩层垂直向上的间断性和受到构造运动影响形成的平面上的条带性,控制了岩溶的发育和分布,并使岩溶地貌的发育演化更加复杂(夏凯生等,2010)。
武隆区域地质图
(夏凯生,2010)
展示武隆向斜构造,武隆向斜位于四川盆地东南部盆缘
武隆地区位于渝东南地区,构造位置位于四川盆地东南缘利川-武隆复向斜带内,受到雪峰山以及黔中隆起分别由南东向北西方向、由南往北方向挤压推覆作用,形成 NNE 向条带状构造形态,长57km,宽27km,面积1105km2(关琳琳等,2024)。
武隆向斜为残余向斜,位于渝东齐岳山断裂带以东,为盆内“隔挡”构造带与盆外“隔槽”构造带过渡区域,其整体构造呈NE向,局部存在近SN向构造,受多期构造作用的叠加影响,地层压力系数变化大(0.8-1.2),具有常压页岩气显示(陈孔全等,2024)。
乌江下游区域地质图
(夏凯生,2011)
武隆向斜构造剖面图
(陈孔全等,2024)
武隆县东北构造剖面:G-G’、L-L’剖面为北西向,M-M’剖面为北东向
芙蓉洞区域地质简图
(陈桥等,2005)
五、乌江下游的地质演化历史
中三叠世末期的印支运动,使武隆地区上升为陆地,结束了海相沉积的历史。侏罗纪末的燕山运动使本区已有沉积(寒武系至侏罗系)形成北东20°~40°雁列式褶皱及断裂,奠定了本区的地质构造基本格局。中生代燕山运动后,形成川东南弧形构造带,构成本区现代地貌景观的骨架。武隆向斜经历燕山运动和喜马拉雅运动。白垩纪末东南-西北向的挤压作用造成上扬子地区隆坳相间的构造格局,从四川盆地外部到盆内变形具有递变特征。
新生代以来的喜马拉雅运动,以地壳的间歇性抬升为主,形成多级剥蚀面及深切的峡谷,并造就了典型岩溶峡谷系统(夏凯生等,2010)。
渝东南桑柘坪-武隆-涪陵地区构造平衡剖面
(方志雄等,2016)
古近纪初,地壳经过长期的剥蚀夷平作用,在20Ma古近纪末形成鄂西期夷平面,体现出岩溶地貌老年期的特点。随后地壳强烈抬升,古近纪鄂西期夷平面解体,到新近纪时发育山原期夷平面,此时,气候较为温暖湿润,岩溶作用强烈,发育了红色风化壳,这是夷平作用进入晚期的标志,流水侵蚀作用在本期夷平面形成中起重要作用。新近纪准平原的形成年代当是上新世晚期,其岩溶地貌表现为高大的峰丛、深陷的洼地、众多的波立谷及普遍存在的溶洞等,为岩溶壮年期地貌景观。上新世晚期至第四纪早期,本区山地强烈隆升,山原期夷平面解体,在暖湿气候条件下,岩溶作用十分强烈,形成新的落水洞、漏斗、洼地等,该时期本区未形成宽缓夷平面,仅形成一级剥蚀面,表现为以岩溶峰丛-谷地为主,形成年代早2Ma。
第四纪以来,地壳急剧抬升,本地区河流迅速下切,称之为乌江期。其间出现三次时间不等的短暂停顿,河流宽谷地带形成三级阶地与之对应,在地下则引起地下水方向多次改变,形成三层洞穴,(夏凯生,2010)。
溶洞是新构造运动的良好载体,本区溶洞分层可以和各级地貌面相对应。
长江三峡的贯通2.0Ma,乌江从水系特点来看为先成河,乌江在长江贯通水系调整后形成,在长江三峡贯通之后,其时间2.00-2.58Ma。从武隆羊水河峡谷的发育来看,长江三峡的贯通可能经历了古长江,先从地下通过溶洞袭夺峡谷西部河流的地下、地表水系,最终贯通(夏凯生,2011)。
从新近纪以来,本区气候从干热变为暖湿,虽然从热带气候转变为亚热带气候,温度有所降低,但是仍然有利于岩溶地貌的发育。因此本区的岩溶地貌的发育史可能从新近纪一直到现在(夏凯生,2011)。
第四纪以来,乌江下游的新构造运动更为强烈,地壳急剧抬升,本地区河流迅速下切,乌江干流及其支流形成雄伟壮观的乌江峡谷、芙蓉江峡谷等峡谷;但各个支流和岩溶水平溶洞、暗河等由于水量小、下切速度大大小于主流,普遍产生不协调的现象,形成许多悬挂干谷和悬挂泉等。在乌江主流和主要支流裂点以下,由于基面下降,河流为深槽急流,仍在强烈的下切中,地貌发育以深向垂直发育为主,许多水平洞穴衰亡或者被粘土充填,而乌江干流及其支流形成雄伟的乌江峡谷、芙蓉江峡谷等峡谷,称之为乌江期。其间出现三次时间短暂停顿,河流宽谷形成三级阶地,与之对应,在地下则引起地下水方向多次改变,形成三层洞穴,形成地表天生桥和地下形态复杂的洞穴系统(夏凯生,2011)。