周余國，張 帆，*，周 坤，周琛粟，王玉朝，王 健，范 凱

1. 云南大學 地球科學學院，昆明 650091；2. 云南省地理研究所 喀斯特研究與洞穴探測中心，昆明 650091；3. （香港）中國探險學會，香港 999077；4. 云南省地質調查局 區(qū)域地質調查所，昆明 650200

云南喀斯特地貌主要分布于滇東地區(qū)，類型多樣，國內外眾多學者已對其開展過大量科學考察、研究工作（張發(fā)明等，1997；劉星，1998；Knez，1998；梁永寧，1999；Sebela et al., 2001；李玉輝，2002；Knez and Slabe, 2007；張兵等，2010）。富民縣寶石洞是昆明市所有郊區(qū)縣中離主城區(qū)最近的景區(qū)，之前曾有過低水平開發(fā)。近來富民縣政府提出了“謀求建設山水園林衛(wèi)星城、昆明最美后花園”的發(fā)展目標。基于此，受富民縣人民政府和云南山高農業(yè)旅游開發(fā)有限公司的委托，2019年下半年筆者對富民縣散旦鎮(zhèn)南東側資源稟賦較好的寶石洞群進行了系統(tǒng)、科學、全面的洞穴探測與旅游資源調查。

1 區(qū)域地質背景

寶石洞地區(qū)位于揚子地塊西南緣，遠在太古代時期（約30億年前）滇中地區(qū)就出現(xiàn)不連續(xù)的島狀古陸也即康滇古陸的雛形，中晚元古代康滇古陸進一步發(fā)展，至古生代加里東早期，寶石洞周邊10千米左右皆有地層出露，可以推斷，本區(qū)早古生代加里東時期為島間凹地。

寶石洞及周邊出露地層由老到新見表1，其空間分布見圖1。由圖和表可知，漢營—寶石洞一帶主構造線為一南北向斷褶構造，主要出露晚古生代D2h、D3z、Ch、P2l、P2y、Pe和中生代J1l1+2，從D2h至P2y，巖性以淺海相碳酸鹽巖為主，間夾P2l湖沼相鋁土質、炭質泥巖，代表海西早中期海進—短暫海退—再一次海進的地史演化過程，寶石洞位于斷褶構造核部東翼P2y厚層塊狀（白云質）灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r中。Pe峨眉山玄武巖的大規(guī)陸相模噴發(fā)，標志本區(qū)海西晚期已上升為陸地。區(qū)域上有可能導致在構造薄弱地段造成差異性下陷，甚至遠在桂西的右江裂谷的形成也與此相關聯(lián)（李朝陽，1995）,而在滇中地區(qū)則可能形成中新生代斷陷盆地的雛形。

表1 寶石洞地區(qū)區(qū)域地層特征一覽表Table 1 List of regional stratigraphic characteristics in the Gemstone Cave area

印支期三疊紀時期，本區(qū)地層缺失，但P2y碳酸鹽巖為玄武巖覆蓋，斷褶不發(fā)育，巖溶作用微弱，至燕山期侏羅紀早中期，本區(qū)發(fā)育河湖相紅層，構成寶石洞地區(qū)斷褶構造兩翼最新地層，所以該區(qū)南北向主構造線應是燕山晚期產物。之后地層缺失，表明風化剝蝕時代較為久遠。

至喜山期，印度板塊、太平洋板塊、歐亞板塊的三向擠壓導致青藏高原整體抬升，形成總體上西高東低的中國三級階梯（潘桂堂等，2016），奠定了本區(qū)現(xiàn)今的地貌格局。寶石洞地區(qū)與南北向斷褶構造交切的北西向斷層應是喜山運動所致。

寶石洞南西側小水井一帶和東側劉家村斷裂以東仍以晚古生代地層為主，主構造線皆為北東向，小水井村北側出露早古生代潮坪相O1h砂頁巖，顯示古老陸緣特征，海西晚期輝綠巖是峨眉山玄武巖的淺成侵入相，零星分布于背斜核部構造薄弱地帶，顯示北東向。

綜上，寶石洞地區(qū)北東向主構造線是海西晚期構造形跡，南北向斷褶是燕山晚期構造形跡，北西向斷層則是喜山期構造形跡。

2 寶石洞旅游地質特征

旅游地質資源是自然旅游資源中，具有觀賞價值或地學科學考察價值的地質體及地質現(xiàn)象所構成的地質景觀，具有地學資源和旅游資源的雙重屬性（楊世瑜等，2001），寶石洞成景巖石為中二疊統(tǒng)陽新組（P2y）易溶的碳酸鈣為主要成分的灰?guī)r，屬淺海臺地相，其東側為大規(guī)模噴發(fā)的峨眉山玄武巖（Pe）。通過本次實地探測，整個寶石洞洞穴系統(tǒng)全長2399 m，是一個上下相鄰、主景受不同方向構造控制且既具較好貫通性而又相對獨立的由6個溶洞組成的巖溶地下河洞穴系統(tǒng)，從最上層福鄰洞至最下層水洞累計高差76 m，巖溶景觀規(guī)模適中，其景觀旅游地質特征見表2。

表2 富民縣寶石洞巖溶地下河洞穴系統(tǒng)旅游地質特征一覽表Tab 2 List of tourist geological characteristics of the karst underground river cave system in the Gemstone Cave of Fumin County

寶石洞旱洞是整個洞穴系統(tǒng)中規(guī)模最大的溶洞，明顯受喜山期北西向構造破碎帶控制，并和區(qū)域上北西向斷層連成一線（圖1；圖2）。寶石洞最下層水洞空間展布由南向北轉而向東（圖3），近南北向構造應是燕山晚期南北向斷褶構造在寶石洞的局部表現(xiàn)，往北與海西晚期北東向逆斷層交匯并有可能多次活動。

圖1 富民縣散旦鎮(zhèn)寶石洞地區(qū)地質圖Fig. 1 Geological map of the Gemstone Cave area, Sandan Town, Fumin County

圖2 富民縣寶石洞旱洞空間展布圖 Fig. 2 Space layout of Dry Cave of Gemstone Cave in Fumin County

圖3 富民縣寶石洞水洞空間展布圖Fig. 3 Space layout of Water Cave of Gemstone Cave in Fumin County

顯然，多期次斷層（破碎帶）共同控制了寶石洞主要景觀的空間展布。

巖溶地下河洞穴資源是喀斯特地貌中最為重要的旅游景觀資源，開發(fā)利用率占巖溶洞穴的9.97%（張文婷，2016）。寶石洞景區(qū)不僅有規(guī)模適中千姿百態(tài)的巖溶地下河洞穴景觀系統(tǒng)，且洞中有寶（瑪瑙），洞外有優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境和多元民族宗教文化，其北側有自然流出的溫泉，如能在景區(qū)探獲隱伏溫泉并加以利用（寶石洞水洞由兩股不同水溫的泉水匯合而成，綜合水溫15.2℃，顯示較好探查溫泉前景），加上優(yōu)越的交通區(qū)位，旅游要素集群度較高，具較高開發(fā)價值。

3 巖溶地下河洞穴成景機制探討

自19世紀中葉喀斯特（巖溶）地貌這一概念提出以來，特別是旅游地學的興起和世界地質公園、國家地質公園的申報，國內外眾多學者分別對巖溶成景機制開展了大量研究，較有代表性的如美國學者 Davis（1930）提出的“洞穴發(fā)育的雙循環(huán)”理論,朱學穩(wěn)（1994）提出的“地下河發(fā)育的系統(tǒng)演化”理論，李德倫（1998）對遼寧本溪水洞成因強調構造控制作用，近年來，巖溶成景機制的研究既注重巖溶成景作用的研究，也兼顧碳酸鹽巖的成巖作用、下伏不透水層的隔水頂托作用（王碩等，2013；韋躍龍等，2010，2018；稅偉等，2015）。從地球化學角度，巖溶成景機制包括碳酸鹽巖的成巖作用和溶蝕成景作用，前者是一定地球化學體系（海水）中，堿土金屬離子（鈣鎂離子為主）與碳酸根離子結合形成碳酸鹽巖沉淀（伴有難溶雜質）的過程。后者是碳酸鹽巖在漫長地質演化過程中可溶性巖石在地下水和地表水作用下被溶蝕、沖蝕并伴有堆積、重力崩塌的過程，是化學溶蝕作用為主的水巖反應，是水和碳酸鹽巖主導的重力作用參與的外動力地質作用。

巖溶地貌形成年代的研究也是其成景機制的重要內容。成巖作用地質年代通過區(qū)域地質資料容易獲取，巖溶作用起始年代以及成景時限的確定，目前仍是一大難點。雖然所用方法較多，如相對年代法、放射性定年法、地磁定年法、海洋地殼定年法、化石年代定年法、古氣候古降水定年法等，但所獲取的巖溶殘跡、沉積物和堆積物等是否就是巖溶作用起始時留下的，如何與地表徑流、洪水等帶來的物質區(qū)分，如何劃分成景時代與前成景時代等仍然難以使人信服，如劉功余（1984）和張美良等（2010）認為中國西南巖溶的發(fā)育始于白堊紀（1.45~0.66億年前），也有始于三疊紀、中晚更新世等不同觀點（劉星，1998；王碩等，2013；朱學穩(wěn)等，2003，韋躍龍等，2018），顯然巖溶地貌形成年代的研究尚存很大爭議。

寶石洞地區(qū)處于中國西南巖溶區(qū)西緣之巖溶斷陷盆地區(qū)西部邊緣（曹建華等，2018）。楊世瑜（2008）將云南旅游地質資源劃分為東部斑塊結構和西部廊帶結構兩個旅游地質景觀單元，寶石洞位于東部斑塊結構之古陸凹陷次級景觀區(qū)。

寶石洞地區(qū)碳酸鹽巖的成巖作用受控于前加里東期康滇古陸在滇中地區(qū)形成的島間凹地（斑塊狀古陸凹陷）這一特殊的古地理環(huán)境。本區(qū)位處印度板塊、太平洋板塊、歐亞板塊三大板塊結合部，是中國青藏高原—云貴高原—東南丘陵平原的過渡地帶，巖溶作用的形成離不開歐亞板塊與印度板塊的碰撞、俯沖、擠出等長時期多機制綜合作用。馬潤勇等（2004）認為青藏高原在印度板塊的推擠作用下具有遞進式隆升的特征，據張克信等（2013）綜合前人資料，青藏高原印度板塊—歐亞板塊碰撞時間存在70 Ma、65 Ma、55 Ma、50 Ma、45 Ma、40~34 Ma等多種觀點。近年來，國外學者Mantle和Collins（2008）、Chapman等（2015）、Profeta等（2015）等提出中性巖是研究地質歷史時期地殼增厚及隆升的重要物質記錄，胡懿靈等（2019）根據藏北雙湖地區(qū)安山巖鋯石U-Pb年齡為113.44±0.88~115.00±0.51 Ma，將青藏高原中部早期隆升時間往前推至早白堊世晚期，而在兩大板塊碰撞之前，青藏高原中部已經發(fā)生大規(guī)模的地殼縮短、增厚以及隆升（Murphy et al., 1997；Yin and Harrison, 2000；Kapp et al., 2003, 2005；王成善等，2004；Volkmer et al., 2007）。

結合前述寶石洞地區(qū)區(qū)域地質背景及其旅游地質特征的探討，將寶石洞景區(qū)巖溶地下河洞穴系統(tǒng)成景機制（控制因素）總結如下：

（1）巖性條件（賦景巖石）：寶石洞賦景巖石為P2y陽新組淺海臺地相厚層塊狀微晶灰?guī)r、白云質灰?guī)r、夾少量生物碎屑灰?guī)r，總厚達數(shù)百米，碳酸鹽巖的風化溶解速度是硅酸鹽巖的100倍（劉再華，2012），而碳酸鹽巖中灰?guī)r的可溶性更好，這為寶石洞景區(qū)的形成奠定了基礎物質條件。

（2）構造條件（控景構造）：喀斯特溶洞的方向性展布受控于不同地史時期形成的不同方向構造（斷層破碎帶）行跡。前已述及，寶石洞旱洞明顯受喜山期北西向斷層破碎帶控制，下層水洞明顯燕山晚期近南北向和更早的海西晚期北東向構造控制，且旱洞將水洞和上部龍洞貫通，共同構成寶石洞主景觀，所以多期次斷層（破碎帶）共同控制了寶石洞景觀空間格局。

（3）水文地質條件：地表水的供給、下滲受控于降雨量、巖石斷層、節(jié)理、裂隙等的發(fā)育程度，由于青藏高原的不斷隆升，直接影響滇中地區(qū)潛水面的不斷向下延拓，并且由于控干效應大大降低上部碳酸鹽巖溶蝕作用的進行，所以寶石洞景區(qū)旱洞之上的多層洞穴規(guī)模較小，巖溶作用不發(fā)育。而要阻止巖溶水進一步下滲，并將暗河與明河（富民縣兩大水系為螳螂川和款莊河，寶石洞是款莊河的源頭）連通，陽新組之下的梁山組（P2l）主要為鋁土巖、泥巖、炭質頁巖，厚度雖然不大（約30 m），但良好的隔水性致使地下水位相對固定，也是寶石洞形成的重要條件。

（4）古地理條件：本區(qū)太古代至元古代康滇古陸呈島狀不斷擴展，古生代經過多次海侵海退，二疊紀海相灰?guī)r僅僅局限于島間凹地，這一特殊的古地理條件也限制了本區(qū)巖溶景觀的大規(guī)模和集中連片發(fā)育，且遠較滇東和黔桂地區(qū)小得多。

（5）巖溶地貌形成年代：巖溶作用本質上是一種水巖反應，換言之只要本區(qū)上升為陸地，并有構造通道，巖溶作用就可以進行。海西晚期，北東向輝綠巖的侵入對之前的海相碳酸鹽巖產生了初步破壞，陸相峨眉山玄武巖的超大規(guī)模噴發(fā)對下伏可溶性碳酸鹽巖又具有較好保護作用，印支期在滇中地區(qū)可能形成中新生代斷陷盆地的雛形，巖溶作用仍不發(fā)育。

燕山晚期寶石洞地區(qū)巖溶作用已開始發(fā)育，這與劉功余（1984）和張美良等（2010）認為中國西南巖溶的發(fā)育始于白堊紀（1.45~0.66億年）前是一致的，也與胡懿靈等（2019）根據藏北雙湖地區(qū)安山巖確定的青藏高原中部早期隆升時間為早白堊世晚期（113.44±0.88~115.00±0.51 Ma）相吻合，考慮到在兩大板塊碰撞之前，青藏高原中部已經發(fā)生大規(guī)模的地殼縮短、增厚以及隆升，和碰撞之后遠離應力集中區(qū)（藏南）的中南半島板片擠出和滇中地區(qū)巖層斷褶的滯后效應，寶石洞地區(qū)巖溶作用始于燕山晚期侏羅系紅層（J1l）形成之后。這一時期地下水位較高，裂隙尚未貫通，所以上部洞穴方向性不甚明顯，規(guī)模有限，貫通性較差。

喜山期是寶石洞巖溶地下河洞穴系統(tǒng)的主要成景期。寶石洞旱洞是整個洞穴系統(tǒng)中規(guī)模最大、觀賞性最強，連通性最好的溶洞，明顯受北西向斷層破碎帶控制（圖2），與圖1北西向斷層連為一線，是喜山期青藏高原持續(xù)性隆升在本區(qū)的表現(xiàn)。

上述五個因素共同作用的結果，控制了寶石洞巖溶地下河洞穴系統(tǒng)及周邊地區(qū)的景觀地貌特征。通過本次探測，寶石洞系統(tǒng)內極少有滲透水滴下，新生的化學沉積物景觀極少，原有的沉積物風化嚴重，且洞內的空氣濕度值較低。這些現(xiàn)象一方面反映的是洞穴的“老齡化”發(fā)育階段，另一方面也反映出洞外（尤其是洞頂區(qū)域）由于長期水土流失和人為頻繁活動所造成的森林與土壤薄、持水能力弱的不良喀斯特生態(tài)環(huán)境，需要開發(fā)與保護并重。

4 寶石之謎

寶石洞確實有寶，作為“擁有寶石的洞穴”，世所罕見，這是寶石洞極具誘惑力和科普旅游價值的景觀要素之一。

寶石洞中瑪瑙，產于旱洞北側的一個小岔洞（寶石大廳）中，岔洞洞壁明顯可見大小不一的含瑪瑙礫石層，散落在地表的瑪瑙大多已被先前的游客或當?shù)鼐用裉宰?。本次實地調查過程中，為保護珍貴的瑪瑙資源，未對洞壁的含瑪瑙礫石層進行擾動，但仍在殘積的碎屑物中人工篩選出不少大小不一、色彩各異的瑪瑙（圖4），由圖可見，寶石洞瑪瑙品質尚佳，屬近年來熱度較高的南紅瑪瑙。

圖4 寶石洞巖溶地下河洞穴景觀（a、b、c、d）及寶石大廳礫石堆積中分選出的瑪瑙（e、f)Fig. 4 The landscape of karst underground river cave in Gemstone Cave（a，b，c，d）& the gem (agates) selected from the gravel accumulation in the Gem Hall（e，f）

根據區(qū)域地質資料，原生的寶石（瑪瑙）是海西晚期大規(guī)模噴發(fā)的峨眉山玄武巖氣孔狀構造中充填的綠泥石、石英、玉髓、瑪瑙等充填物，經過冷凝固化形成含鐵石英質玉髓。寶石洞中的瑪瑙應該是玄武巖經過風化、剝蝕作用后，散落在緩坡或者開闊的溝谷之中，經過長期沖積、打磨，再經沉積作用形成的殘積、坡積“次生古砂礦床”，地層層位應為二疊紀宣威組（P3x）或三疊紀飛仙關組（T1f）的“含瑪瑙礫石層”（劉德民等，2018）。這一層位在區(qū)域地質圖上尚未標識，但在寶石洞中清晰可見，該層位厚度和含瑪瑙多少以及在寶石洞周邊地區(qū)出露情況等目前尚不清楚，尚需進一步開展工作。

5 結論

（1）寶石洞景區(qū)位處康滇古陸島間凹地，成景巖石為P2y易溶的碳酸鈣為主要成分的灰?guī)r，屬淺海臺地相。根據寶石洞地區(qū)區(qū)域地質背景，寶石洞地區(qū)晚古生代以來歷經海西期海相、湖沼相沉積、基性巖侵入噴出—印支期沉積斷陷—燕山晚期侏羅系紅層和南北向斷褶—喜山期北西向錯斷等多期活動的地史演化特征。

（2）旅游地質特征表明，寶石洞景區(qū)不僅有規(guī)模適中千姿百態(tài)的巖溶地下河洞穴景觀系統(tǒng)，且洞中有寶（瑪瑙），洞外有優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境和多元民族宗教文化以及潛在的溫泉資源，加上優(yōu)越的交通區(qū)位，旅游要素集群度較高，具較高開發(fā)價值。

（3）根據前人對巖溶成景機制的探討，結合本次對寶石洞區(qū)域地質背景的分析和本次實地探測成果，從巖性、構造、水文地質、古地理和成景時代五個方面闡釋了寶石洞景區(qū)的成景機制，明確指出，多期次斷層（破碎帶）共同控制了寶石洞景觀空間格局，巖溶作用始于燕山晚期，喜山期是寶石洞巖溶地下河洞穴系統(tǒng)的主要成景期，對寶石洞巖溶地下河洞穴系統(tǒng)上部規(guī)模小、連通性差、方向性不明顯給出了合理的解釋。

（4）根據區(qū)域地質資料結合本次實地探測，對寶石洞中產出的寶石（瑪瑙）成因作了初步的推斷解釋。