洞穴石笋地质事件的定年及意义

第81卷 第4期 2007年4月 地 质 学 报 ACTAGEOLOGICASINICA Vol.81 No.4Apr. 2007

洞穴石笋地质事件的定年及意义

林玉石1),张美良1),覃嘉铭,程海1)2),冉景丞,陈会明3)3),朱虹燕1),余登利3)

1)中国地质科学院岩溶地质研究所,国土资源部岩溶动力学重点实验室,桂林,541004

2)美国明尼苏达大学,地质与地球物理系同位素室,美国MN5545

3)国家级茂兰喀斯特森林自然保护处,荔波,558400

内容提要:本文以贵州荔波董歌洞3号石笋第6、1次和4号石笋第2次主要沉积间断为例,说明依序发生于

89.96kaBP、128.65kaBP、113.40kaBP,结束于0.32kaBP、128.21kaBP、65.50kaBP,延续时间89.65ka、0.44ka、47.90ka的沉积间断,具多级次的地质、气候演变属性,沉积间断时间长,显示度明显,气候事件复杂,间断频发,必有更丰富的气候、环境、地质内涵。贵州都匀凯酉七星洞2号石笋Q2F1、Q2F2,5号石笋Q5F3是碰断面,依序发生于74.24kaBP、60.72kaBP、36.80kaBP,彼此相间隔13.52ka、23.92ka,断面及其上、下石笋段的沉积特征,属突变(灾害)性事件,也有其古气候环境意义。系列事件的测年,须在系统测年基础上,于间断、碰断面上下加密测试,及石笋沉积特征的综合观测,以提高事件测年和定性的可信度,增加古气候环境信息量。

关键词:石笋沉积;事件;定年;华南

地质、气候事件是地球演变的主要形迹之一。

以地层、古生物化石研究为基础建立的始太古宙至

新生代地质年表(全国地层委员会办公室,1998),是

地球形成过程的时标。岩浆侵入、火山喷发、岩石变

质和断裂破碎、地壳褶皱或升降等(吴珍汉等,1998;

邓起东等,2000;袁万明等,2002),这些地质作用的

时代,都根据与地层的相关性而定,20世纪60年代

以来,有了同位素测年,使地质作用年代数字化,但

精度和起、止时间都难确切。随着测年方法的改进、

多样化及其精度的提高,有些地质作用时间的确定、

活动期的划分较确切,但时限仍很长(邓起东等,

2000;吴珍汉等,2001;袁万明等,2002),测年精度低

或方法不当,其渐变或跃变的准确时间仍难定。科

学技术的综合运用,以考古和物候、文字、仪器方法

记录气候冷热、洪泛、火灾、虫害等各类自然灾害(竺

可桢,1979)以及海啸、火山喷发、地震、山崩或滑坡、

地裂、塌陷等灾害性气候、地质事件的定年,由于有

记录的时段极短,且从现代到百年、千年前的记录渐

少,越古老可信度越低。近20年来,随着测年研究

方法的改进、增加、精度的提高,特别是放射性测年

方法精度的提高,用于气候事件测年,有很多高精度

高分辨率成果(袁道先等,1999,2002),但地质成果尤其是具体事件、气候演变或突变点的年代成果,仍很难精确测定。受地质作用慢时间长的思想影响,以往不注意对其短暂过程或突变事件的测年,岩溶地质作用的研究,特别是在岩溶动力学研究实践中,我们重视对岩石(含土)圈、水圈、生物圈、气圈等4圈层,彼此成生联系的观测,揭示事件的时空联系,无论其过程是渐变或突变都有特定意义,因此,受4圈层控制的洞穴石笋沉积界面和断面的精确测年,成为我们探索地质、气候事件的首选目标。1 石笋记录的地质、气候事件在我国南方洞穴、岩溶沉积堆积建造研究的基础上,发现桂林地区特别是盘龙洞、水南洞、罗田大岩的洞穴沉(堆)积(含次生化学沉积)物和洞外岩溶沉(堆)积建造,系统记录了区域岩溶演变史,建立前印支、印支、燕山、喜马拉雅期各地质时期的岩溶发育史(邓自强等,1988),并在西南岩溶区得到证实,其中洞内、外的沉(堆)积组成、结构构造和多旋回沉积过程等,是重要记录依据。为深入研究岩溶作用过程,我们综合研究了大量洞穴石笋纵剖面,石笋组成的碳酸盐沉积,由成分、结构变化,形成沉积纹(壳)层、纹(微)层组、多旋回。纹(微)层(组)叠复构注:本文为国家自然科学基金项目(编号90511004、40152002)资助成果。

收稿日期:2006-03-09;改回日期:2006-08-09;责任编辑:周健。

作者简介:林玉石,男,1935年生,研究员,从事区域岩溶、古气候环境研究。电话:0773-5837965;Email:[email protected]。

546地 质 学 报2007年造类型多,其中的纹层面、风化(壳)面、沉积间断面、

碰断面等,这些构造面具复杂相关性,彼此关系清

楚,是地质作用、气候演变及其过程、相关事件的记

录,易观测研究,这是洞外河流相、湖相等陆相沉积

剖面,甚至海相沉积剖面不好代替的。因此,我们反

复研究大型石笋剖面,以其记录的地质、气候表现特

征,阐明地质、气候、环境、形成石笋的滴流水动力条

件等。将石笋旋回转变、沉积中断、沉积层(组)成分

突变、沉积层结构构造突变、风化壳等,作为地质事

件;把气候旋回(含期、阶段、)转变、短暂异常高温或

低温、降水周期转变、降水量突减造成严重干旱、突

增造成严重洪涝等,作为气候事件。并以石笋物质

组成、结构构造、旋回、纹(微)层(组)、纹(微)层叠复

构造类型等记录为依据,解释地质、气候演变、环境

意义(袁道先等,2001,2002,2003;林玉石等,2003;

张美良等,1999,2001,2002;覃嘉铭等,1998,2001a,

2001b,2002)。同时指出旋回底部到顶年龄,是其

沉积时间,间断面下、上年龄,分别是地质或气候发

生、终止的时间。沉积间断分为瞬时、短期、长期3

类,以间断标志、表现特征、地质、环境、古气候综合

显示(林玉石等,2002)。以下精选董歌洞(荔波洞穴

研究)和七星洞(陈建庚,2001)石笋的部分典型沉积

间断或碰断面,侧重说明测年研究及其意义。

1.1 贵州荔波董歌洞石笋的气候地质事件

董歌洞石笋比钟乳石多,规模大,高逾1m的

大型石笋近百根,研究成果较多(张美良等,2003;林

玉石等,2003,2004;覃嘉铭等,2004)。

3号石笋(D3)是董哥洞南北向断续分布石笋群

北端的单株石笋,高210cm,直径13~18cm,顶端

仍在沉积。从石笋纵剖面观测,微晶、巨晶方解石组

成纹(壳)层,纹(微)层面上拱为主,平顶为辅,周边

向下渐收敛。由暗色、灰白色与淡黄)粉红黄色纹

(壳)层相间,组成7个沉积旋回,②~⑥旋回为主

体,③旋回以上白)灰白色间夹淡黄)红黄色纹

(微)层,粗晶)巨晶方解石,沉积厚度达183cm,时

间仅31.53ka,速率8.70~11.82mm/100a,代表

中大理冰期中期温暖气候阶段的快速沉积。①旋回

灰白、暗灰色、灰黑色微)粉粒方解石纹(微)层,厚

度24cm,沉积时间达34.50ka,速率0.44~1.05

mm/100a,平均0.70mm/100a,代表早大理冰期

晚期寒冷阶段的缓慢沉积。⑦旋回现代正沉积,方

解石呈白色,中)粗粒结构,是温凉气候的沉积。因

此,①~⑦旋回是7个地质作用期和相应的气候演,表明,3号石笋形成于162.9?4.6~0.049?0.021ka间。旋回间暗色层、风化壳等特征性纹(壳)层显示6次主沉积间断,期间无沉积记录,是气候演(突)变记录。第6次间断达89.65ka,形成1~2mm厚风化壳和2~5mm深的滴蚀穴。第1次沉积间断仅0.44ka,是温暖与寒冷气候期的转(跃)变时间。除6次主要沉积间断外,①旋回中间、②旋回底、③和④、⑤、⑥旋回结束前都有1~2次次要沉积间断,表明3号石笋形成过程曾发生十多次沉积间断,其中第6次、1次主要沉积间断是断代界线,也是冷暖气候转(跃)变的气候地质事件记录。4号石笋(D4)是NNE-NE向断续分布石笋群的单体笋,高302cm,直径由下而上14~23~5cm,长柱锥体,顶端仍在沉积。从纵剖面观测,方解石微晶)巨晶,组成纹(壳)层为灰色、灰白、白色间夹暗灰色、灰黑色,组成9旋回,沉积72.23ka,期间8次主要沉积间断累计达75.80ka,占石笋形成时间51.21%(林玉石等,2003)。第2次间断47.90ka,期间有若干沉积纹层组及次要沉积间断,组成间歇性沉积,相关特征待研究。4号石笋以9个旋回沉积特征记录地质(主)、气候事件,8次主沉积间断记录气候事件为主。沉积间断的特征纹(壳)层、风化壳、间歇沉积纹(壳)层组、旋回沉积特征等都是重要记录。特征性暗色纹层、风化壳;断面上、下的纹(壳)层组分、结构、构造类型差异明显;间歇性断续沉积纹(壳)层(组),这3类主要形迹,协调显示气候演变、滴流水动态或水动力条件转化、洞内外气候环境变化或洞穴地质条件、洞(穴)道水文地质条件变化等地质过程。1.2 贵州都匀凯酉七星洞石笋的灾变(害)地质事件 七星洞(陈建庚,2001;张美良等,2000)受S-N走向压扭挤压破裂带控制,破裂带复合在箱状背斜及其伴生的北西西、北东向网状节理裂隙上,洞穴顶板碳酸盐岩网络状裂隙、角砾化明显,利于汇水和洞穴发育、演化。洞穴温度,近洞口变化大,内部变化小。洞口海拔1100m。洞长逾250m,宽15~40m,高15~35m。洞穴钙华、粘土层、坍塌块石等沉(堆)积成垅岗,其上沉积(生长)石笋、石柱等滴石类、流(边)石类、石(晶)花等。大型石笋(柱)数百根,有单根、连生、碰断、斜歪、再(复)生等石笋,纵剖面综合研究表明,气候、地质事件记录很复杂(覃嘉铭等,2004;张美良等,2003)。

第4期林玉石等:洞穴石笋地质事件的定年及意义54714~20cm,顶端4cm。方解石微晶)巨晶,组成灰

白、白色间夹暗灰、灰黑色沉积纹(壳)层,10旋回,

生长于151.3?1.7~1.3?0.01ka间,8次主要沉

积间断,2次(F1、F2)碰断,记录9个沉积作用期的

地质事件、8次冷暖气候跃变事件、2次灾害(变)性

(碰断)事件。

5号石笋位于沉(堆)积垅西坡,于2号石笋东

南10m,高187cm,直径12~14cm,顶端上部6.5

cm。方解石微晶)粗晶,组成灰白)白色间夹灰)

灰黑色沉积纹(壳)层,叠复成拱顶、平顶构造。生长

于78.7?4.5~0.6?0.01ka间。7旋回之间6次

主要沉积间断,记录7个地质事件、6个冷暖演变气

候事件、1次(F3)突发(灾害)性(碰断)事件。

总之,Q2石笋Q2F2、Q2F1,Q5石笋Q5F3断面

均平而曲折,断面上、下的纹(微)层层理截然不同,

显示断面形成具突发(灾害)性。碰断后立即沿断面

下的纹(微)层层理、裂隙充填沉积,上、下的纹(微)

层组成、结构、构造不同,记录沉积时段的地质、气

候、环境不同,显示当时不同气候阶段冷暖转(突)

变、灾变(害)事件。起、止时间,下、上年龄差值,为间断时间。这样既确定地质、气候事件发生、结束和延续时限,又能精确确定间断年龄,进而帮助认定事件属性,探索成因和意义。2.1 石笋沉积间断的确定及其意义石笋沉积特征表明,物质组成、多旋回是地质作用、气候演变、环境条件的综合显示。旋回的形成转(跃)变常是地质、气候事件的起止,受地质、气候、环境制约的沉积间断,均发生在旋回或亚旋回间,有其特定意义。云南宣威凤巢洞2号石笋第1、2间断及其间的沉积(图版Ⅰ-f2)、董歌洞4号石笋第2间断及其间的沉积(图版Ⅰ-D4)、桂林盘龙洞1号石笋第1、2间断面及其间的②旋回、2号石笋第8、9间断面及其间的⑨旋回、都匀七星洞7号石笋的沉积间断(林玉石等,2001)。这些沉积间断曾从不同侧面作过论述(林玉石等,2002;张美良等,2001,2002),在系统测年、综合观测的基础上,择代表性、典型性断面上下加密测年,确定断面(间断)发生、延续、结束时间,对断面属性及其地质、气候的确定,很有意义。因此,断面上、下的测年样品位,应尽可能贴近断面,

为防止越层污染,距断面(界线)必须有点距离,贴近

断面两样位上下,还必须增采1~2个样,以计算断

面上、下的沉积速率,推算断面上、下的年龄或断面

年龄,分别加于、减去断面上、下的年龄值,作为间断

发生、结束时间。

董歌洞石笋沉积间断(表1):3号石笋系统测年

22个,底162.3?4.5ka,顶0.049?0.021ka,7旋

回6次主要沉积间断,主间断发生前后都有1~2次

次要间断,次间断只形成弱暗化纹(壳)层,主间断则

有明显风化壳、暗色纹(壳)层,如第6次沉积间断有

两次主要间断,发生于89.96kaBP,至0.32kaBP

结束,经89.65ka风化,形成1~2mm厚褐黑色风

化壳,5~7mm深的滴蚀穴(图版Ⅰ-D3-6)。第3次

主间断发生在119.66kaBP,119.60kaBP结束,

只延续0.06ka,形成灰黄色纹(壳)层。第1次主间

断发生在128.65kaBP,128.21kaBP年结束,延

长0.44ka,形成不足0.1mm厚暗色纹(壳)层,其

上②旋回、下①旋回组分、成色、结构构造等,彼此差

别特大(图版Ⅰ-D3-1);其余间断恕不赘述。4号石

笋系统测年37个,底147.838?2.6kaBP,顶0.128

?0.044kaBP,9旋回8次主要沉积间断,每次主间

断前后均有1~2次次要间断。第2次主间断,发生

于113.40kaBP,至65.50kaBP结束,延续

)(2 石笋间断的定年沉积、沉积间断反复重现于石笋形成过程,两者以不同形式记录不同时段的地质、气候特性,少数石笋还有突发性碰断面,记录某瞬间发生的突(灾)变性事件。石笋沉积间断的表现,取决定于沉积间断长短和地质、气候属性及转变方式:间断时间长,断面极明显,其上、下的纹(壳)层层理、组合构造不协调,纹(微)层为暗色壳,甚至形成风化壳(图版Ⅰ-D3-6),若间断期有断续沉积,则形成间歇纹(壳)层(组),如图版Ⅰ-f2、D4的②旋回;时间短,断面不明显,其上、下的纹(壳)层层理、组合较协调,面上暗色层(壳)为淡化微(纹)层(图版Ⅰ-D3-1);常态短暂(极短)沉积间断是石笋普遍存在的,只有弱化纹(微)壳层,其下、上纹(壳)层层理一致。由于沉积、沉积间断通常受气候冷暖演化的主导因素控制,有起、止、延续时间,具多级次和环境意义,沉积间断面上、下年龄必有差异(林玉石等,2002),石笋碰断面虽然极明显,其上、下的纹(微)层截然不同,组合构造极不协调,但断面清新,且有沿断面下的纹(层)理缝隙注入充填现象,属瞬间突变(碰断)事件,能确定发生时间。随着测年数据的积累和研究方法的改进,我们以断面下、上旋回的顶、底年龄,推算沉积速率,,

548地 质 学 报2007年

表1 贵州荔波董哥洞石笋沉积间断年表

Table1 ThehiatussagesfromstalagmitedepositsinDonggeCaveofLibo,Guizhou名 称样位(断面)及

距笋顶距离(cm)

D3L-25 0.5

间断 2

D3L-24 4

D3L-9 17.9

D3号石笋D3L-17 181.1

D3L-16 181.5

间断 183.0

D3L-15 185.9

D3L-14 187.3

D4-9 222

D4L-35 232.5

D4号石笋间断 234.5

D4L-36 236

D4-8 240年 龄(ka)0.079?0.011(89.65)91.0?0.498.2?0.5124.1?0.6127.8?1.0(0.44)129.5?1.8132.7?1.059.1?0.364.7?0.5(47.90)113.8?1.1114.3?0.72113.40~65.5047.90地域意义图版Ⅰ-D41128.65~128.210.44地域意义图版Ⅰ-D3-1间断序次间断发生时间(ka)起 止延 续类 比图 版689.96~0.3289.65地域意义图版Ⅰ-D3-6

注:本文测年为TIMS-U系法,由美国明尼苏达大学程海博士完成,括弧内数字为石笋沉积间断时间(ka)。

(组),由暗灰黑色夹灰白灰色方解石纹(壳)层组成,

厚2~7mm,纹(壳)层(组)顶、底是主断面,有0.5

~1.5mm厚暗色纹(壳)层,组内还有3次次间断,

断面亦很明显,间歇沉积纹(壳)层(组)轴心线与石

笋中心线呈45b交角,显示滴水向一侧位移,偏离石

笋中心,滴水离开笋体而无沉积,偏离笋体的沉积呈

偏心线与石笋中心线呈30b交角,滴落水点迅速移

向石笋中心,直至重合。

综上所述,4号石笋这些现象和间断与基本同

时段的3号石笋相比,差异甚大,显然,这时段的气

候和洞内外环境对董歌洞的影响是一样的,差异在

于洞穴地质构造控制的洞(水)道裂隙系统不同或有改变,影响了滴水、流水动态。因128.5kaBP前后

是中、晚更新世断代分界,中更新世末严寒冰期转为

晚更新世早期的间冰期(阶)温暖气候,气候环境演

变上具区域性甚至有全球意义,并以千年级、百年级

冷暖气候周期交替,气候转变影响洞(水)道的平衡

状态,温暖气候水量大,促进主挤压破碎带、裂隙密

集带洞(水)道系统发生调整,改变滴水动态,因而滴

水增大、减少变化频繁,甚至滴、停相间、停止滴水、

出现新滴水点等,地质上特别是水文地质方面具局

部意义。总之,受主挤压带裂隙滴水动态影响,旋回

是冰期气候的沉积,晚期曾有短暂回暖,水量大,滴

水沿顶板往下位移,当着落点离开笋体而停止沉积,

而水量小,滴落水点向上移,滴水落在笋体一侧,呈

偏心沉积,如此往复停、滴相间,且水量渐少,还形成

间歇沉积纹(壳)层组,其轴线与石笋中心线呈45b

,,,原处,直至晚更新世末③旋回结束。总之,4号石笋沉积过程,气候多次反复冷暖转变,特别是③与④旋回间的万年级停滴,洞(水)道仍处于平衡状态,直至全新世。而3号石笋的风化壳和沉积纹(壳)层(组)的成分,结构构造、组合类型、构造类型等特征表明,第6次主要沉积间断,停止滴水达89.65ka,形成了风化壳。之前,间冰阶滴水较大,是灰黄、暗色纹(壳)层(组),洞(水)道畅通,晚期滴水量减少,暗色沉积夹层渐多,是冰期寒冷气候的沉积特征,至洞(水)道被堵塞或改道或遭破坏,无滴水而停止沉积,直至0.316kaBP前后,基本恢复原洞穴洞(水)道系统,近期⑦旋回开始温凉气候的沉积。因此,石笋沉积、沉积间断记录的气候、环境演变特征,具区域性、地带性、甚至是全球性意义(覃嘉铭等,2001a,2001b,2004;张美良,2001,2003,2004),在其影响下的地质环境变化以区域性特征为主,而水文地质或洞穴地质、洞穴气候环境变化特征则具局部意义。2.2 石笋碰断的确定及其意义石笋沉积间断,多数是滴流水停止而无沉积,形成间断面、风化壳、间歇沉积纹(壳)层(组)等特征性结构面。但有的石笋因灾(突)变性事件,造成早成石笋打断,残留石笋段原位不变,由于滴流水不断或瞬间停止沉积,随即很快恢复正常沉积状态,形成上部晚期形成石笋段与下部早期形成石笋段界线截然明显,其上、下的纹(壳)层(组)成分、结构、构造特别是构造类型截然不同(图版Ⅱ-Q2、Q5F3),对此作者曾作过总结(林玉石等,2002),但测年不足,故表述

第4期林玉石等:洞穴石笋地质事件的定年及意义549

表2 贵州都匀七星洞石笋碰断年表

Table2 TheagesbrokebystalagmitesinQixinCaveofDuyun,Guizhou名 称样位(断面)及

距笋顶距离(cm)

Q2u-7 127

Q2u-8 157

断面 157.9

Q2u-9 158.8

Q2号石笋Q2u-

Q2u-

Q2u-101112年 龄(ka)46.9?0.260.4?0.5(60.72)(60.74)71.9?0.472.4?0.774.1?0.774.1?0.4

(74.24)

(114.16)

121.7?0.8

130.5?1.2

36.8+1.4-1.5

(36.97)

(72.73)

72.9+2.9-2.8碰断面序碰断时间(ka)碰断相隔(ka)类 比末次冰期中期温暖间冰阶照 片F2(60.72)图版Ⅱ-O2F2 159 179 183.513.52断面 184.3Q2u-Q2u-Q5号石笋Q5-8 169.1 186.5 187F1(74.24)图版Ⅱ-Q2F11314Q5-3 165.5断面 167.2末次冰期晚期F336.8023.92极冷气候频发期图版Ⅱ-Q5F3

注:括弧内数字为推算年龄(ka);Q5号石笋测年为A-U系方法,由岩溶地质研究所完成。

Q2F1、Q2F2碰断面上下加密测年,推算碰(打)断年

龄,同时与Q5石笋重现的Q5F3断面及其上下的特

征综合对比,对碰断时古气候环境的认识更趋于全

面(表2)。

2.2.1 两次碰断

2号(图版Ⅱ-Q2)石笋(Q2)发生两次碰断(图版

Ⅱ-Q2F1、Q2F2),首次(Q2F1)发生在距石笋顶184.3

cm处,二次(Q2F2)在157.9cm处。Q2F1、Q2F2断

面上、下均加密测年,确定Q2F1发生在74.24ka

BP,残存笋段断口处最小年龄为114.16ka,Q2F2

发生在60.72kaBP,残存笋段断口处最小年龄为

67.4ka,两次碰断间隔13.52ka。两断面年龄确定

之后,参照断面上下沉积纹(壳)层(组)的组成、沉积

特征,认定碰断前的古气候环境,甚至推算断落石笋

段的长度。

Q2F1断面发生在①、②旋回,③旋回底部白色

方解石微粒紧贴断面,并沿②旋回、①旋回的纹层层

理向下灌注。按③旋回中下部年龄计算沉积速率,

推算③旋回底部年龄为74.24ka,是Q2F1碰断时

间。按①旋回顶的沉积速率,推算Q2F1断面年龄

114.10ka,而断面下2cm处②旋回边部实测年龄

为121.7?0.8ka,所以至Q2F1断面的年龄宜取平

均值117.8ka,作为残存原地笋体终止沉积的年龄,

并与②、①旋回的分界年龄129.24ka计算②旋回

的速率,为0.07cm/100a,推算②旋回折断石笋段

为1(壳)层,无灰)暗色纹(壳)层,厚0.1~1mm,/S0状叠复叠柱构造,轴部重结晶细粒化,有残留纹(微)层,晶(粒)间孔发育,孔径0.2~1.2mm,个别达2~3mm,显示滴水较快,薄膜水层稍厚,往还飘落,水量缓减,这些特征和速率表明是间冰阶(期)沉积。Q2F1碰断前①旋回沉积速率为1.52~1.47mm/100a,灰黑色夹白色粉状和针状方解石组成纹(壳)层,层厚0.1~0.5mm,夹灰白色纹(壳)层(组),叠柱锥构造,示滴水缓慢减少,类似②旋回沉积特征,属冰期沉积。Q2F2断面发生在③旋回,其上④旋回底部沉积组分、特征与③旋回截然不同,底部灌注入断面下③旋回纹层层间,按④旋回沉积速率推算,Q2F2断面年龄为60.72ka,是④旋回底部年龄,也是Q2F2发生碰断时间。按③旋回残存石笋段年龄底74.1?0.4ka(183.5cm处)、顶72.4?0.7ka(158.9cm处),求得沉积速率为14.41mm/100a,推算残存笋段③旋回至Q2F2断面,年龄为72.33ka,而顶部实测年龄为71.90?0.4ka,因此,可作为③旋回的最小年龄。此年龄比Q2F2断面发生时间早11.19ka,是断落石笋段的沉积时间,求得断落石笋段161.2cm,③旋回残存26.8cm,总长达188cm,从74.25kaBP开始沉积,至60.72kaBP停止,时间13.42ka,与实测年龄符合。Q2F2后④旋回,沉积速率2.22mm/100a,暗灰、灰褐色间灰白色纹(壳)),,

550地 质 学 报2007年少,也属冰期沉积特征。

总之,2号石笋(Q2)两次碰断(Q2F1、Q2F2),

Q2F1前沉积速率0.07~1.52mm/100a、Q2F2后

2.22mm/100a和沉积特征,均呈现冰期寒冷气候

的沉积特征。74.25kaBP、60.72kaBP两次碰断

之间的13.52ka间,正值间冰阶(期),沉积速率14.

41mm/100a和上述沉积特征,则是暖气候沉积特

征。Q2F1前和Q2F2后、Q2F1至Q2F2之间石笋沉

积特征、速率,符合我国南方气候冰期(阶)、间冰期

温暖期(冰阶)石笋的沉积特征。

2.2.2 一次碰断

5号石笋(Q5)只发生一次(Q5F3)碰断,Q5F3

发生在36.8(+1.4-1.5)kaBP前后,碰断面在

167.4cm处,其下①旋回中上段距断面0.5~4cm

处为72.9(+2.9-2.8)ka,其下25cm处为78.7

(+4.5-4.4)ka,与2号石笋Q2F1至Q2F2之间的

沉积特征相似,是同时段的间冰期(阶)温暖气候的

沉积特征。同时,①旋回外壳在断面两端2~3cm

剖面段,为灰白色、灰黑色夹灰色纹(壳)层,和Q5F3

断面上④旋回的组成、结构构造、组合构造类型相

似,也是冰期(阶)沉积特征。因此,与2号石笋

Q2F1断面上、Q2F2下的沉积特征相似,显示间冰阶

(温暖期)、冰阶交替的冰期沉积。Q5F3断面上7~

18mm处36.8(+1.4-1.5)ka是③旋回底部的年

龄,也是Q5F3碰断时间,这是末次冰期冷气候事件

频发时段。

综上所述,Q2F1发生在74.24kaBP、Q2F2在

60.72kaBP,Q2F1与Q2F2间隔13.52ka,是末次

冰期间冰期(阶)较温暖气候期。Q2F1碰断于114.

16kaBP前后,正是中、晚更新世转变时,Q2F2之后

也是冷气候沉积特征。Q5F3发生在36.8kaBP前

后,正处于严寒冰期气候期,断面下①旋回、Q2F1

前、Q2F2后的沉积特征及其速率,都是冰期气候特

征。气候冷暖转化或冷事件突变前后,滴流水增大,

滴水流态失衡,导致洞顶裂隙破裂带局部岩块、水、

土匹配组合的结合力失衡而脱落,脱落岩块撞击或

滚动撞击石笋,形成3次灾害(变)性断面,这不是真

正意义上的石笋沉积间断,而是滴流水突变,诱发洞

穴顶板岩块脱落引发的地质灾害碰断面,由于不具

普遍同时性,不宜以地震诱发解释。壳、间歇沉积纹(壳)层(组)等,这些以多旋回多级次组合变化,综合记录了石笋沉积(生长)特征与过程、和气候特征与演变的协调对应关系,显示地质、气候事件的对应协调性。受局部环境、地质条件、洞穴气候的影响,记录的特征或过程及其显示度不同,但基本特征和规律性一致。董哥洞洞穴系统3、4号石笋9旋回、10多次沉积间断,8次主要沉积间断,记录了荔波地区8个地质、气候事件,以3号石笋第6次、3号和4号石笋第1、2、3次主要沉积间断最具典型性、代表性,两石笋沉积间断表现特征、显示度差异大,记录事件的侧面和意义也不同。如3号石笋第6次沉积间断,发生在89.96kaBP,延续了89.68ka,形成风化壳明显、深的滴蚀穴,第1次间断发生在128.65kaBP,延续0.44ka,风化不明显,间断面上下纹(壳)层成分、组合、构造类型差异很大,第3次间断发生在119.66kaBP,只延续0.06ka,风化更不明显,其上下纹(壳)层成分、组合、构造类型差异大,虽然都记录了气候、地质事件,但是间断时间越长,显示度越明显,地质综合显示亦然,因此,6、1、3次间断主要从记录气候事件为主。4号石笋的主要间断也记录气候事件,如第1次沉积间断,发生在128.93kaBP,延续0.11ka,其上下纹(壳)层成分、组合、构造类型差异较大,2次间断发生在113.40kaBP,延续达47.90ka,形成风化壳、间歇沉积纹(壳)层(组),风化壳上、下的纹(微)层成分、组合、构造类型等差异很大,3次间断亦然(林玉石等,2003,),明显是地质(主)、气候事件记录。若间歇沉积纹(壳)层组及其顶、底也有间断,如盘龙洞1号石笋(P1)1、2次间断及其间的②旋回,2号石笋(P2)8、9次间断及其间的⑨旋回,凤巢洞2号石笋(f2)1、2次间断及其间的②旋回,则地质、气候事件同样有明显记录。石笋除记录地质、气候事件外,还有断面平而曲折的碰断面,其上、下沉积纹(壳)层(组)、组合构造类型截然不同,记录了断面发生的时间和属性,如七星洞2号石笋Q2F2断面,发生在60.72kaBP,Q2F1发生在74.24kaBP,Q2F1与Q2F2相隔13.52ka,5号石笋Q5F3断面,发生在36.80kaBP前后,Q5F3与Q2F2相隔23.92ka,根据断面构造、断面上下纹(微)层成分、结构构造、组合构造类型的特

征、差异等,可以确定石笋断面发生具瞬时突发(变)

性,洞穴岩溶地质及其水文地质特征等显示,是顶板

脱落岩块碰断石笋,引起的地质灾害事故。总之,石

壳)3 结论洞穴石笋的组分、结构构造、纹(壳)层(组)、多

第4期林玉石等:洞穴石笋地质事件的定年及意义551类型、纹(壳)层面和断面及其构造特征等,综合记录

了石笋的沉积(生长)过程。地质、气候事件及其演

变过程、转(演)化(变)方式等,协调演变规律,受地

质作用岩溶动力过程、大气运动动力过程制约。

石笋纹(壳)层及其构造面(含断面)的测年,必

须在旋回系统测年的基础上,加密构造面上下的测

年,样品位于石笋纵剖面中(轴)心,距断面宜在毫米

级,以确保沉积间断面、碰断面测年精度和可信度。

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LINYushi,ZHANGMeiliang,QINJiaming,CHENGHai,

RANJingcheng3),CHENHuiming3),ZHUHongyan1),YUDengli3)

1)KarstDynamicsLaboratory,InstituteofKarstGeology,ChineseAcademyofGeologicalSciences,

Guilin,Guangxi,541004,China

2)GeologyandGeophysicsDepartment,MinnesotaUniversity,MN55455,USA

3)TheManagementofMaolanNationalNatureReserveinGuizhou,Libo,Guizhou,558400,China1)1)1)2)

Abstract

Thispapertookthemaindepositioninterruptionofthesixth,thirdandfirstorderfromD3stalagmiteandthesecondorderfromD4stalagmiteintheDonggecaveastheexamplestoshowthatinterruptionsoccurredin89964a,119658a,128650aand113399aandendedin316a,11960a,128211aand65500arespectivelyaccordingtotheformingorder.Theageofthedurationof89684a,58a,439aand47899arespectivelyindicatedthatthedepositioninterruptionsandsedimentarycyclesfromthestalagmiteshavethepropertyofthemultipleordersandclimateevents,andalsothatthetimeofthedepositioninterruptionisverylong,andthepropertyofclimateeventsiscomplex.Ifthereisinterruptedsedimentation,itcertainlyaddsmorecomplicatedconnotationofclimate,environmentandgeology,forinstance,theseconddepositioninterruptionfromD4stalagmiteisanintegratedindicationofclimate,environmentandgeologicalevents.ThethreecollisioneventsfromQ2stalagmiteoccurredin74253a,60738a,and36800~40000arespectivelyandtheintervaltimeis13515aand22639a.Thesedataandsedimentarycharacteristicsoftheinterruptioninterfacefromtheupperpartandlowerpartofstalagmiterepresentedthecalamitouspropertyofthecollisioninterfaceandcontainedinformationofpaleoclimateenvironment.Datingofserialeventsmustbecarriedoutontheupperpartandlowerpartofsedimentaryinterruptionandcollisioninterfacetogetherwithobservationofsyntheticsedimentarycharacteristicsofstalagmitepartsonthebasisofsystematicdating,toenhancethedatingandqualitativereliabilityandinformationofpaleoclimaticenvironment.

Keywords:stalagmitedeposit;seriesevents;datingage;SouthChina