碳酸盐岩的分布与特征

2.1.1 中国西南岩溶地区碳酸盐岩分布特征

中国西南岩溶地区指滇、黔、桂、湘、川、渝、粤、鄂等8省、区、市。据李大通等（1985）的统计、归纳和分类，该区碳酸盐岩归属扬子区、江南区、华南区、巴颜喀拉-秦岭区和藏北-滇西区的滇西分区（图2-1）。以扬子区、江南区和华南区为主导。

图2-1 中国西南岩溶区碳酸盐岩分布分区示意图

2.1.1.1 扬子区

分布范围基本上与扬子准地台相当，扬子准地台固结于新元古代。扬子准地台的盖层中，自震旦系至三叠系均有不同程度的碳酸盐岩地层出露，大致可分出4个主要的碳酸盐岩沉积阶段：即元古宙末的晚震旦世、早古生代清虚洞期至红花园期、晚古生代中泥盆世至早二叠世和中生代初期的早中三叠世。

震旦系：震旦系上统陡山沱组及灯影组一般为白云岩，厚度变化大，西部康滇地轴东侧最厚，可达千米以上；江南古陆附近最薄，仅几十米，不纯碳酸盐岩比例也较大。

寒武系：下寒武统上部开始沉积清虚洞组灰岩；中、上寒武统几乎全部为碳酸盐岩沉积，贵州、川南为白云岩，向东石灰岩所占比例增加，直至全为石灰岩。寒武系碳酸盐岩厚度在湘、鄂西部和贵州达2000余米，四川一般在400～700m之间。西部的滇东及龙门山一带部分或全部缺失中、上寒武统，岩性中泥质灰岩和泥灰岩增加，厚度小于400m。奥陶系：奥陶系沉积有桐梓组和红花园组灰岩，与上寒武统白云岩呈连续过渡。四川酉阳及贵州都匀以东地区，下统以灰岩为主，可夹碎屑岩，总厚200～500m。

志留系：贵州及滇东北地区夹几十米连续厚度的灰岩、泥质灰岩或泥灰岩。

泥盆系：泥盆系在相当大的范围内缺失一部分或全部。泥盆系中统上部和上统为碳酸盐岩沉积，岩性变化较大，上统以灰岩为主，中统白云岩占主导地位。黔西南地区中、上泥盆统中多碎屑岩夹层。

石炭系：分布范围与泥盆系很相似，贵州南部、西部和滇东部分地区，下统下部多为不纯的灰岩及碎屑岩夹层，或碎屑岩夹灰岩，下统上部及中统，在全区范围有连续的沉积，厚度300～800m。滇东建水及四川龙门山一带，石炭系全为灰岩。

二叠系：下二叠统岩性几乎全部都是灰岩及燧石结核灰岩（栖霞组和茅口组），四川大巴山及贵州紫云地区夹较多硅质岩与页岩，一般厚300～600m。

三叠系：黔、川、渝，湘鄂西部下统沉积了嘉陵江组（永宁镇组）灰岩、白云岩；中统雷口坡组（关岭组或巴东组）以白云岩为主，法郎组下部以灰岩为主。

2.1.1.2 华南区

华南区的碳酸盐岩沉积比较单一，主要沉积于泥盆系至二叠系，即加里东以后的地台发育阶段。碳酸盐岩几乎是无间断的连续沉积，连续厚度可达数千米，特别是桂中及以西地区。岩性以纯灰岩为主体，局部夹不纯的碳酸盐岩及白云岩，个别层位以白云岩为主。泥盆系碳酸盐岩主要出露在桂中、桂东等地；石炭系—二叠系碳酸盐岩在本区的西北小区出露，而在东南小区零星分布；与上古生界的碳酸盐岩相比，华南区的三叠系碳酸盐岩无论分布范围、沉积厚度及稳定性都大为逊色。下三叠统主要有湘南、粤北的大冶群灰岩，厚200～700m；中三叠统有湘南永兴地区的白云质灰岩；在桂中、桂西南（上林、天等、田东等地）中三叠统的马脚岭组、北泗组、板纳组常为碳酸盐岩沉积，与下统灰岩一起，厚度可达600～1300m。

2.1.1.3 江南区

在扬子准地台与华南加里东地槽毗邻的过渡地带。其范围西起滇东南、桂西北，经黔东南、湘中。本区的碳酸盐岩沉积兼具两区碳酸盐岩的特征。

2.1.1.4 巴颜喀拉区-秦岭区

秦岭（鄂北）地区，碳酸盐岩沉积主要为中泥盆统上部开始至上二叠统为止，连续沉积厚层的灰岩、燧石灰岩、白云岩及沥青质灰岩，厚度达2900～3900m。

川西北（松潘）地区，碳酸盐岩主要有石炭系、二叠系和三叠系，岩性以灰岩为主。常有变质的大理岩。

2.1.1.5 藏北-滇西区

滇西地区，自奥陶纪至石炭纪长期发育碳酸盐岩与碎屑岩交互成层。奥陶系为扁豆状灰岩、燧石条带灰岩及泥灰岩；志留系以灰岩为主，次为泥灰岩；泥盆系至二叠系均为厚达数百米的灰岩夹泥灰岩。

2.1.2 碳酸盐岩的化学组分与酸不溶物

碳酸盐岩为可溶岩，其酸不溶物是其土壤发育的主要物质基础，土壤是岩溶生态系统中的重要组分，因此，碳酸盐岩的类型的不同、纯度的高低、酸不溶物含量的多少，对岩溶生态系统将产生重要的影响。据张寿越等（1987）的研究，华南区碳酸盐岩的成分比较简单，酸不溶物含量普遍低于5%，酸不溶物含量较低的碳酸盐岩层位为上古生界的泥盆系至二叠系，而三叠系碳酸盐岩的酸不溶物含量相对较高（表2-1）。

表2-1 华南区不同地质年代碳酸盐岩酸不溶物含量（%）

扬子准地台碳酸盐岩的成分复杂，大部分是纯碳酸盐岩，不纯碳酸盐岩以下古生界为主，且多系不纯灰质白云岩及白云岩。不同层位的碳酸盐岩化学成分有较大的差异，其中的CaO含量24.09%～55.38%，MgO含量0.18%～21.50%，酸不溶物的含量0.12%～28.18%。以震旦纪晚期及寒武纪中、晚期镁质含量最高，分布在滇东，黔中的泥盆系次之，三叠纪时镁含量又是一次峰值时期。从黔中南124块不同地质年代的碳酸盐岩化学成分的分析结果看（图2-2），碳酸盐岩中CaO和MgO的质量分数成负相关性，相关系数r=-0.94。

图2-2 黔中南岩溶区不同层位碳酸盐岩的化学成分

扬子准地台不同层位碳酸盐岩的酸不溶物含量普遍高于华南区，且变异很大（表2-2）。

表2-2 扬子地台不同层位碳酸盐岩酸不溶物含量（%）

2.1.3 西南岩溶地区部分碳酸盐岩元素特征

2.1.3.1 湘西保靖寒武系碳酸盐岩元素特点

湘西保靖地区发育寒武系碳酸盐岩。碳酸盐岩层位主要为下寒武统清虚洞组，下段由石灰岩组成，上段则由白云岩组成；中寒武统敖溪组上段（₂a²）主要为白云岩，花桥组（₂h）以灰岩、泥质条带灰岩为主；上寒武统车夫组（₃c）主要由泥质条带灰岩构成，比条组（₃b）为竹叶状灰岩，追屯组（₃z）为白云岩、白云质灰岩。部分地区中上寒武统全为白云岩，统称娄山关群（_2-3ls）。清虚洞组和敖溪组部分碳酸盐岩的元素特征分析结果见表2-3、图2-3。

表2-3 保靖地区部分碳酸盐岩元素特征（w_B/10^-6）

图2-3 保靖地区部分寒武系碳酸盐岩化学元素特征

与地壳元素克拉克值相比，碳酸盐岩中大部分元素含量都偏低，但钙镁大大高于地壳元素平均值，这反映岩溶环境富钙镁以及营养贫乏的典型特点。该地区碳酸盐岩中铅含量显著偏高，为127.4～332.0μg/g，是地壳平均值的16～42倍，这是否对植物生长和人类健康具有毒害作用，需要作进一步的工作。清虚洞组灰岩锶含量达1191μg/g，是地壳平均值的4倍，可能具有一定的生态意义。

2.1.3.2 湘西洛塔地区二叠、三叠系碳酸盐岩元素特征

湘西洛塔地区二叠系碳酸盐岩分布有下二叠统栖霞组、茅口组和上二叠统吴家坪组。栖霞组中段（P₁q²）为生物灰岩、泥质灰岩夹页岩，上段（P₁q³）为生物灰岩、泥晶灰岩夹硅质团块。茅口组下段（P₁m¹）由白云岩、生物灰岩组成，含较多硅质；上段（P₁m²）以纯生物灰岩为主。吴家坪组下段（P₂w¹）中部、下部为非碳酸盐岩，上部为生物灰岩、炭质泥质灰岩；上段（P₂w²）是白云岩、生物灰岩和白云质灰岩，含硅质团块。

湘西洛塔地区三叠系下统大冶组（T₁d）为泥晶灰岩夹页岩。

二叠、三叠系碳酸盐岩化学元素特点详见图2-4、表2-4。二叠、三叠系碳酸盐岩中Si、Al、Fe等元素含量变化都比地壳元素平均值低，唯Ca、Mg两元素例外。吴家坪组上段（P₂w²）、栖霞组中段（P₁q²）和大冶组酸不溶物含量大于5%，超过茅口组和栖霞组上段（P₁q³），说明具有相对较好的成壤条件。

表2-4 湘西洛塔地区二叠系、三叠系部分碳酸盐岩层位化学元素特征（w_B/%）

图2-4 湘西洛塔地区二叠系、三叠系碳酸盐岩元素特征

断裂带的碳酸盐构造岩与母岩相比，化学成分发生了变化（表2-5）。构造岩中CaO含量增加，而MgO减少，酸不溶物则剧减。母岩中微量元素经构造作用后表现出不规则变化特点（图2-5）。构造岩中除Al、F略有降低外，Fe、Mn、Sr、S等无明显规律可循。因此，断裂带等不同地质体边缘的生态恢复意义可能因地质、因构造而异。

表2-5 湘西洛塔岩溶地区构造岩及其母岩化学成分对比（w_B/%）

图2-5 湘西洛塔地区部分断裂带元素变化特征

2.1.4 小结

中国西南岩溶地区碳酸盐岩以台地相为主，兼有地槽型和过渡类型，时代从元古宙末至三叠纪。复杂的岩相古地理和大地构造格局形成了不同类型的碳酸盐岩组合，可分为黔南桂西纯碳酸盐岩区，黔、渝、湘西、鄂西碳酸盐岩与非碳酸盐岩互层区，湘桂覆盖碳酸盐岩区和川南、重庆、滇东埋藏碳酸盐岩区。因此，不同地区、不同时代的碳酸盐岩既具有富钙镁、营养贫乏的共性，又具有不同含量类型的微量元素，是西南岩溶地区生态环境脆弱的主要物质基础。