砾岩岩溶地质公园

1. 名称术语及类型

角砾岩（breccia）一词本身没有一定的成因意义，而溶解角砾岩、崩塌角砾、卡斯特角砾岩及构造角砾岩等则都是成因术语。Stenton(1966）将那些成因上和溶解作用有关的角砾岩统称为溶解角砾岩（solution breccias）,Clifton(1969）则称为溶解-崩塌角砾岩（solution-collapse breccias）。卡斯特角砾岩（karst breccias）指的是和卡斯特作用有关的过程中形成的角砾岩（Park and Brian Jones,1985）。使用溶解角砾岩、崩塌角砾岩和卡斯特角砾岩这些术语比较困难，除非对角砾岩的成因有相当的把握。

在燕山地区中、新元古界中笔者见到两种角砾岩，一种是和卡斯特作用有关的过程中形成的，它也明显与构造有关，因此油田上称其为构造溶塌角砾岩。卡斯特角砾岩大都与构造有关，依据构造和溶解等卡斯特作用的主次关系，可以划分出构造角砾岩或卡斯特角砾岩。把和卡斯特作用有关的过程中形成的角砾岩称为卡斯特（岩溶）角砾岩。另一种角砾岩明显是由裂隙作用形成的，充填于裂隙中，溶解作用占次要地位，不妨称其为裂隙角砾岩。

喀斯特一词是世界各国通用术语，我国在1966年以前也一直使用过，1966年在桂林召开的全国喀斯特学术会议上，决定将“喀斯特”一词改称岩溶。后来有人认为岩溶不等于喀斯特，建议恢复喀斯特这一术语。事实上，在国内文献以及日常用语中“岩溶”和“喀斯特”都很经常使用，含义基本相当。凡是地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造作用都叫做岩溶作用，其中包括化学过程（溶蚀和沉淀）和机械过程（流水侵蚀和沉积、重力崩塌和堆积等）。岩溶（喀斯特）包括岩溶过程和岩溶现象两方面，即既包括作用，也包括结果，是地壳中及地面上主要由于可溶性岩石化学溶解引起的地质作用及其所产生的一些现象的总体。其表现方式多种多样，其成因除溶解外，还包括堆积、充填、沉积、沉淀、陷落、塌陷等作用。兹就中、新元古界各类角砾岩的特征、成因及其分布规律阐述如下：

2. 岩溶角砾岩体分布规律及其控制因素

燕山西段岩溶角砾岩体分布于不整合面之下的可溶性岩石之中，即分布于前寒武纪末和侏罗系不整合面之下的大套雾迷山组白云岩中，发育于断裂及裂隙较发育的地区及层位上。

岩石的可溶性是岩溶发育的基础，雾迷山组发育有巨厚的白云岩，属于可溶性岩石。下葛峪剖面雾六、七段（岩溶角砾岩发育段）燧石含量较少，燧石主要以内碎屑形式出现在其中。雾迷山组白云岩泥质含量比较少，有利于岩溶的发育。白云岩中粒屑白云岩类易发生渗流溶蚀作用。

岩石的溶蚀作用也取决于水溶液的性质，地下及地表水的化学组分不同，对碳酸盐岩溶解能力就不同。富含SiO₂的水溶液，易于在粒屑间及裂隙间发生硅质沉淀，从而封堵孔隙和裂隙，不利于岩溶发育。保持溶蚀水的畅通无阻是保证水溶液具有强大溶蚀能力的重要条件。

构造是控制岩溶发育及其空间分布的主导因素，本区部分角砾岩体延伸方向受构造断裂及裂隙的控制，宣化地区崇礼南有一组发育比较早的近东西向的断裂，某些岩溶角砾岩体的横向延伸方向与该断裂方向近乎一致。构造运动使雾迷山组地层隆起遭受风化剥蚀，为岩溶发育创造了条件。由于断裂作用，岩石破碎程度高，有利于溶洞的形成。裂隙的作用，使沿壁岩石易于塌落，角砾岩体围岩中的裂隙以及角砾岩本身的裂隙的存在证实了这一点。雾六、七段可能存在断层及小型错动，构造裂隙相当发育，对岩溶角砾岩的发育起重要作用。

气候条件也是影响岩溶发育的重要条件。干旱气候有利于洞穴内碎屑堆积，湿润气候有利于洞穴内化学沉积，下葛峪岩溶洞穴内化学沉积不多，缺乏独立的形态，只作为胶结的形式出现于岩溶角砾岩的基质中；洞穴内以角砾堆积为主，反映当时气候干旱。

研究地区岩溶发育受岩性、水溶液及气候条件、构造等因素的影响，其中最主要的可能是构造因素的影响。

3. 丹霞地貌属于喀斯特地貌吗

丹霞地貌不属于雅丹地貌。
丹霞地貌、雅丹地貌和喀斯特地貌是我国常见的三种地貌。三者的相内同点都是受外力侵容蚀而成。雅丹地貌是风侵蚀，喀斯特地貌和丹霞地貌是水侵蚀，但喀斯特地貌是在石灰岩地区才能形成，而丹霞地貌在沉积岩地区形成较多。具体来说：
1、丹霞地貌是指红色砂岩经长期风化剥离和流水侵蚀，加之特殊的地质结构、气候变化以及风力等自然环境的影响，形成孤立的山峰和陡峭的奇岩怪石。
2、雅丹地貌是一种典型的风蚀性地貌，由于风对干旱区的湖积或冲积平原吹蚀，小山包的下部往往遭受较强的剥蚀作用，并逐渐形成地面支离破碎的向里凹的垄槽形态，有些地貌外观如同古城堡，俗称魔鬼城。高起的风蚀土墩作长条形，排列方向与主风向平行。近年来研究表明，暂时性流水的冲蚀和湖水的侵蚀，也是雅丹形成的重要原因之一。雅丹地貌以我国塔里木盆地的罗布泊西北楼兰附近最典型。
3、喀斯特地貌是具有溶蚀力的水对可溶性岩石（碳酸盐岩、石膏、岩盐）进行以化学溶蚀作用为主所形成的地表和地下形态的总称，又称岩溶地貌。除溶蚀作用以外，还包括流水的冲蚀、潜蚀以及坍陷等机械侵蚀过程。

4. 砾岩岩溶与灰岩岩溶的区别

都属于沉积岩，砾岩，经过较长距离的搬运或受到海浪的反复冲击，形成版圆形或椭圆形权状，再经过胶结的岩石。区别砾岩是有较小的石英，长石等较小的沙砾胶结而成堵塞，颗粒直径很小，呈层状，和砾状，一般层理不发育，灰岩，分为石灰岩，白云岩，泥灰岩，硅质岩，石灰岩是有结晶细小的方解石组成。纯石灰岩加冷盐酸会起泡，白云岩起泡少，泥灰岩碳酸岩与黏土岩之间的过度产物。

5. 角砾岩体成因

岩溶角砾岩体的成因最主要的是溶蚀作用，依据角砾岩体的地质特征可得出角砾岩体的成因模式，并得到雾迷山组地表现代岩溶的证实。

1.岩溶作用基本机理

在含有CO₂水流的作用下，使碳酸盐岩中的矿物组分转变为离子状态而溶于水中。不同水质在不同温度、压力的状态下，其饱和的溶蚀量是不同的；已溶解的碳酸钙、镁物质，由于温度、压力及水流速度等因素的变化，又可立即沉积出碳酸盐矿物。这就是研究地区雾迷山组白云岩发生溶蚀作用、岩溶角砾岩基质中发生碳酸钙沉淀的机制。溶蚀作用最简单的化学反应式为：

CaCO₃+H₂0+CO₂=Ca(HCO₃)₂

CaMg(CO₃)₂+2H₂0+2CO₂=Ca(HCO₃)₂+Mg(HCO₃)₂

白云岩在岩溶作用过程中，有时产生去白云岩化现象：

CaMg(CO₃)₂+Ca₂→2CaCO₃+Mg^2＋

在岩溶角砾岩基质中的碎屑颗粒边缘普见这种现象。

2.成因模式

在雾迷山组时期沉积一大套白云岩之后，由于地壳运动、构造变动等因素的作用下，局部逐渐隆起上升，隆起区遭受风化剥蚀作用，与此同时，侵蚀性流水沿着可溶性良好的岩石（白云岩）的薄弱地带（如裂隙、断裂系统）进行不断循环，经过逐渐冲洗溶解作用，形成岩溶洞穴。就近的风化剥蚀作用的产物可能由流水搬运到洞穴中沉淀下来。洞穴壁也可能发生坍塌作用原地堆积，洞穴壁上还保留快要掉下来的岩块；由于构造作用形成的岩石碎块也就地堆积成洞穴堆积物。洞穴内的岩石又经过年复一年的地下水和地表水的溶蚀作用，在砾石产充填细粒碎屑物质、泥质等，并发生了化学沉淀，经胶结作用，成为岩溶角砾岩。

裂隙角砾岩主要是经过裂隙的切割作用，使原地的岩石破碎成角砾状，在地下水及地表水的作用下，发生溶蚀、充填和沉淀作用，最终固结成岩。

3.雾迷山组现代地表岩溶

我国华北太行山、燕山地区雾迷山组地层构成的山脉，山峰林立，形似犬牙，著名的狼牙山也因此而得名。在燕山西段几条剖面中雾迷山组地层构成的山均具卡斯特地貌。雾迷山组地层中溶蚀裂隙、溶洞、溶蚀孔洞、溶孔等等比比皆是。第三纪以后形成的岩溶称现代岩溶，第三纪以前形成的岩溶称古岩溶。我们现在观察到的卡斯特地貌等都是现代岩溶，而我们新发现的岩溶角砾岩则可以称为古岩溶角砾岩。现在岩溶的广泛存在为推断古岩溶的发育提供了一个证据。

6. 比较砾岩岩溶区与灰岩岩溶区的差异（从形成基岩面）、

岩溶发育规律

7. 美国二叠盆地白云岩储层特征和研究方法

美国得克萨斯州奥斯町大学经济地质局对各种类型油气储层作了大量研究，对于碳酸盐岩溶蚀地貌形成的储层也进行了深入研究，其中对二叠盆地艾伦伯格群白云岩溶蚀孔洞及其角砾岩储集空间的研究成果（Kerans，1988）比较突出。

二叠盆地位于得克萨斯州，属于早古生代克拉通盆地，以碳酸盐岩沉积为主，其中在奥陶系发生过3次规模较大的沉积间断（图1-1），并且在下奥陶统白云岩顶部（即艾伦伯格群顶部）形成风化淋滤作用带，成为重要的油气储集相带。下面就以具有古喀斯特地貌特征的艾伦伯格群白云岩为例，介绍溶蚀孔洞和裂缝等储集空间的形成特征和分布规律。

（一）艾伦伯格群白云岩地质特征

角砾岩和裂缝是艾伦伯格群（特别是上部60～120m范围内）最显著的岩石学特征，目前钻井所取岩心中有1/3是角砾岩，有人称其为“破裂白云岩”。角砾岩主要是喀斯特垮塌作用形成的，裂缝也主要是在喀斯特发育过程中形成的，当然构造活动可能引起局部的裂缝和角砾岩形成。风化淋滤作用导致角砾岩和裂缝的成因有3条依据：①精细的沉积相研究指出艾伦伯格群没有角砾岩相带；②喀斯特角砾化作用控制了艾伦伯格群白云岩的储层性质和非均质性，而构造角砾化的控制作用不很明显；③喀斯特模式成为该类储层非均质性的预测工具，而构造活动产生的裂缝则不能完全解释储集空间的分布规律。

艾伦伯格群的角砾岩可分成两种类型：①喀斯特角砾化作用原地形成的裂缝和镶嵌状角砾岩；②基质或碎屑支撑的混杂角砾岩，即由原生碎屑和重力滑塌碎屑混合形成的角砾岩。这两种类型的角砾岩有的可以进行井间对比（即艾伦伯格群上部90～120m），有的钻井厚度可达180m，但是无法跟其他井对比，说明变化很大。其中可作井间对比的储集相带是由3种岩性组成的：下部为原生白云岩，溶蚀孔洞发育；中部为两种角砾岩组成，其下段为厚度较大的具有碎屑充填的混杂角砾岩，上段为粘土等碎屑支撑的角砾岩；上部为厚度较薄的碎裂白云岩。它们的垂向变化及其电性特征见图1-2所示。其中粘土等碎屑支撑的角砾岩在自然伽马和电阻率等测井曲线上最容易识别，所以成为混杂角砾岩和碎裂白云岩的对比标志。

图1-1 美国二叠盆地下古生界简化柱状图和艾伦伯格群岩性特征图

（二）角砾状白云岩的喀斯特成因模式

上述的混杂角砾岩和碎屑支撑的角砾岩是在碳酸盐溶洞中形成的溶洞充填沉积物（图1-3），其中的粘土和硅质碎屑可能是从围岩和上覆地层中搬运而来的。溶洞充填物距离艾伦伯格群与上覆辛普森群之间的不整合面一般约30m，表明该区溶洞形成期具有一个稳定的区域潜水面，因为潜水面附近的渗流作用使碳酸盐岩快速溶蚀，溶洞可以快速扩大。

位于原生白云岩之上的碎裂白云岩和镶嵌状白云质角砾岩是溶洞顶部垮塌作用形成的（图1-3）。在此之上才形成溶洞充填物（混杂角砾岩和碎屑支撑角砾岩）。

原生白云岩的裂缝和溶蚀孔洞是在风化淋滤过程中形成的。此外，在上覆辛普森群沉积时，地下水活动及其性质变化也促使一些裂缝和溶蚀孔洞形成。同时在辛普森群沉积和埋藏过程中，由于艾伦伯格群白云岩溶蚀孔洞发育不均衡，或由于角砾充填的不均匀，它们受到的压实作用也不均衡，以致产生了更多的裂缝。因为溶洞顶层的裂缝和角砾岩中很少发现辛普森群的碎屑物质，所以溶蚀孔洞主要是在辛普森群沉积之前发育的。那些没有被艾伦伯格群或辛普森群充填的溶蚀孔洞，由风化淋滤产生的裂缝及差异压实作用而导致了溶洞顶部的垮塌，形成混杂-垮塌式角砾岩，而不是形成原地的裂缝镶嵌状白云质角砾岩。

（三）艾伦伯格群古喀斯特形成的模式

艾伦伯格群沉积后海平面下降，二叠盆地成为广泛出露的碳酸盐台地。在大气水和残余海水交互作用下，形成了由潜水面控制的区域白云岩溶蚀现象，并形成大面积的（约12950km²）喀斯特地貌。上述可以进行井间对比的角砾岩组合就是在区域喀斯特地貌中形成的。

艾伦伯格群沉积后的古喀斯特明显地受潜水面控制。根据多方面研究，其古潜水面距风化面（即现今的艾伦伯格群与辛普森群之间的不整合面）的深度约为30～60m，而且延续了相当长的时间。图1-3所示的碎屑支撑的艾伦伯格角砾岩（垮塌堆积物下部），是溶洞发育结束期沉积形成的。由于淡水和残余海水在构造裂隙中的渗流，使溶蚀作用可以深达300m。

图1-2 艾伦伯格群上部分布较广、井间可对比的含砾白云岩岩性组成及电性特征

中奥陶世初期，海平面上升，辛普森群开始沉积，艾伦伯格群白云岩的溶蚀和溶洞充填作用逐渐中止。但是，局部地区由于辛普森群的差异压实作用，造成溶洞顶部垮塌，形成垮塌角砾岩，同时形成艾伦伯格群和辛普森群混合碎屑充填物。

随着辛普森群的继续沉积，艾伦伯格群埋藏深度加大，原来没有完全充填的溶蚀孔洞周围裂缝继续发育，洞顶白云岩的垮塌作用和洞内的角砾岩继续形成。此时，即埋藏-压实作用导致的溶洞垮塌作用形成的角砾岩，是储集物性最好的溶蚀垮塌相带储层（图1-4）。其他储集物性较好的相带是靠近原生白云岩的下部垮塌角砾岩（图1-2）。

（四）构造裂缝和孔隙度的发育

艾伦伯格群白云岩的裂缝发育主要受控于自身的成岩作用史，即埋藏—抬升风化—埋藏的历史。有些研究人员认为，虽然艾伦伯格群在沉积之后的中奥陶世初期—晚奥陶世末期经历了风化淋滤，产生了许多裂缝和溶蚀垮塌现象，但是得克萨斯州中西部古生代末期（宾夕法尼亚期）的前陆造山运动产生的裂缝更加明显，而且使奥陶纪形成的白云质角砾岩孔隙得以连通、孔隙度扩大，储集性能得以改善。宾夕法尼亚期的裂缝切割了溶洞充填的角砾和白云质胶结物，也是鉴别晚期裂缝与早期裂缝的依据。

图1-3 艾伦伯格群白云质砾岩成因模式图

图1-4 艾伦伯格群溶蚀的孔洞在辛普森群沉积埋藏过程中形成储集性能很好的洞顶垮塌角

与喀斯特有成因联系的裂缝一般顺层分布，局限在角砾岩相带之上30m的厚度范围内。而与晚期构造活动有关的裂缝随机地分布在整个艾伦伯格群白云岩层之内。

（五）古喀斯特控制的储层非均质性

在地表条件下的风化和喀斯特溶蚀垮塌作用，使艾伦伯格群白云岩成为储层起了决定性的作用。由于原生的艾伦伯格群白云岩非常致密，基本上不发育粒间孔隙和晶间孔隙，而碎裂、溶蚀、垮塌形成的裂缝、溶蚀孔洞和角砾岩产生了大量储集空间。但是这种储集空间具有明显的垂向和横向非均质性：垂向非均质性主要是由溶蚀孔洞、裂隙和角砾岩垂向上分带作用造成的，与上述的角砾岩、溶洞充填物相带有关；横向非均质性主要是在喀斯特时期，地下水运动受到不渗透的垮塌物的阻拦而改变流向形成的溶蚀孔洞在水平方向不连续的现象。

利用油藏开发中的试井资料可以判断喀斯特地貌形成的储层非均质性，而岩心观察很难发现该类储层垂向和横向非均质性。但是试井资料无法区分裂缝是构造成因的，还是喀斯特成因的，只能依靠裂缝与角砾及其胶结物的切割关系判断裂缝的成因和期次。

8. 什么叫丹霞地貌和喀斯特地貌两者有什么区别

一、喀斯特地貌（英语：karst landform），是具有溶蚀力的水对可溶性岩石（大多为石灰岩）进行溶蚀作用等所形成的地表和地下形态的总称，又称岩溶地貌。除溶蚀作用以外，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。

喀斯特（Karst）一词源自前南斯拉夫西北部伊斯特拉半岛碳酸盐岩高原的名称，当地称谓，意为岩石裸露的地方，“喀斯特地貌”因近代喀斯特研究发轫于该地而得名。我国云贵高原、湖南南部郴州等地区属于典型的喀斯特地貌区。

二、丹霞地貌（Danxia landform）即以陆相为主（可能包含非陆相夹层）的红层（不限制红层年代）发育的具有陡崖坡的地貌。目前该定义被大多数学者们接受，也可表述为“以陡崖坡为特征的红层地貌”。

三、两者区别：

1、从外观上看，丹霞地貌呈红色的的景观。而喀斯特地貌呈白色的景观！

2、发育的母质不一样，丹霞地貌发育在红色的沙砾岩上所以呈现红色，而喀斯特地貌发育在石灰岩上所以呈现白色。

3、分布地区不同：丹霞地貌但相对集中分布在东南、西南和西北三个地区。除中国外，在中欧和澳大利亚等地均有分布，其中中国分布最广。我国喀斯特地貌分布区域较广，如广西、云南等地。喀斯特地貌主要特征体现在溶洞、天坑等地理现象。

(8)砾岩岩溶地质公园扩展阅读：

一、喀斯特地貌的地貌分类：

按出露条件，喀斯特地貌可划分为：裸露型喀斯特、覆盖型喀斯特、埋藏型喀斯特这三种。

按气候带分为：热带喀斯特、亚热带喀斯特、温带喀斯特、寒带喀斯特、干旱区喀斯特五种。

按岩性分为：石灰岩喀斯特、白云岩喀斯特、石膏喀斯特、盐喀斯特四种。

二、我国177处国家级风景名胜区中，就有27处全域或局部由丹霞地貌构成。2005年，在《中国国家地理》杂志举办的“选美中国”活动中，评选出了“中国最美的七大丹霞”，名称与当时标注的所属地分别如下：（标注双市名的后者为县级市）

9. 砾岩岩溶与灰岩岩溶的区别

都属于沉积岩，是经过较长距离的搬运或受到海浪的反复冲击，形成圆形或椭圆形状专，再经过胶结的岩石属。

区别：
砾岩是由较小的石英、长石等较小的沙砾胶结而成堵塞，颗粒直径很小，呈层状和砾状，一般层理不发育。
灰岩，分为石灰岩，白云岩，泥灰岩，硅质岩，石灰岩是由结晶细小的方解石组成。纯石灰岩加冷盐酸会起泡，白云岩起泡少，泥灰岩是碳酸岩与黏土岩之间的过度产物。

10. 岩溶角砾岩体与其它角砾岩体地质特征比较

岩溶角砾岩复和裂隙角砾制岩在分布层位、形态产状、与围岩的接触特点以及角砾岩本身特征均不相同，最本质的区别在于前者明显与岩溶作用有关，而后者则主要与构造裂隙作用有关。岩溶角砾岩与断层角砾岩、冰碛岩等有相似之处，容易混淆。从角砾岩所处的层位、形态与产状以及砾岩本身的综合特征等又可以将它们区分开（表4—5）。

表4—5岩溶角砾岩与断层角砾岩、冰碛砾岩特征比较