桂林地质构造运动进展

地质构造运动是地球内动力引起岩石圈地质体变形、变位的机械运动。构造运动产生褶皱、断裂等各种地质构造形迹，引起海、陆轮廓的变化，如地壳的隆起和凹陷以及山脉、海沟的形成等。因此构造运动在造成地壳演变的过程中起着重大作用。本节简述桂林构造运动的格局，并从几个大的构造运动来阐述桂林地质构造的特征，以及在塑造桂林青山中的作用。

（1）广西运动对桂林构造格局的影响

广西运动为志留纪与泥盆纪间的地壳运动。地质学家将其描述为“经历了从晚奥陶世至志留纪晚期漫长的抬升阶段，而最终在志留—泥盆纪之交才发生局部的造山运动”（陈旭等，2014）。其起因可能是位于南部的华夏古陆逐渐向北部的扬子地台靠近引起的。广西运动导致4.4亿年前桂林地区地壳抬升为陆地，并形成越城岭和海洋山等隆起。中间停留了约2000万年，直至4.19亿年前又成为海洋，开启了泥盆系沉积作用，并形成了连续沉积厚度达2000米的碳酸盐岩地层。以广西运动为界限，广西运动及其以前时期形成的构造为基底构造，广西运动以后形成的构造称为后期构造。桂林地区的基底构造有北东向的越城岭复背斜、桂林复向斜、大瑶山复背斜，其中桂林复向斜是晚古生代沉积的基底。

（2）桂林的弧形构造

桂林盆地的碳酸盐岩盖层在形成过程中，地壳又经历了多次的运动，致使盖层发生了褶皱和断裂破坏，并且在岩石中留下了不同方向的裂隙，为后期地下水流动提供了通道。广西山字型构造最早是由李四光和张文佑等地质学家提出来的，是广西最强烈的构造单元之一（张文佑，1942），它是在与特提斯海有关的板块俯冲动力下形成的。地质学家认为板块俯冲作用造成南北向的对冲挤压，引起盖层滑动形成弧形构造。桂林的弧形构造是广西山字型构造体系的东翼部分。其构造形成与山字型构造密不可分。张文佑论述广西山字型构造起源于广西运动，后经柳江运动、黔桂运动、东吴运动至印支运动基本成型，最剧烈的一次运动发生在2.45亿年前的印支期弧形构造。在桂林碳酸盐岩盖层沿着海洋山西侧斜坡向西滑动。受南部大瑶山和北部越城岭的限制，以及内部断裂带和驾桥岭的阻挡，致使盖层在滑动过程中产生差异运动，形成南北向的褶皱和断裂。断裂形态受到挤压而弯曲，最终发展为向西突出、南北走向的弧形构造带（图3-3）（邓自强，1998）。印支运动强烈的褶皱隆升也导致整个华南地区结束海区历史，转为山间断陷沉积。

桂林弧形构造产生的褶皱造成盆地内部地形起伏。由于地层弯曲致使碳酸盐岩下部更老的地层隆起，并在受到风化剥蚀后露出地表。如位于桂林西部的猴山就是因为地层受到挤压而抬升，形成了一个近南北向的山系，而猴山的南部冶金疗养院附近的山体则在碳酸盐岩的包围中出露了一小块砂岩地层，这是构造运动形成的背斜。砂岩属于时代较老的泥盆系中统下段，分布于背斜的核部，而两翼的碳酸盐岩则是较年轻的中上泥盆统地层（邓自强等，1988）。尧山是桂林市区最大的山体，它也是在这个时期形成的背斜构造。尧山处于背斜的核部，由中泥盆统下段的砂岩构成，并且尧山背斜向西南方向延伸，经过雁山的二塘后转为南东方向。在雁山同样可以见到同一个背斜核部出露的砂岩地层。

从以上例子可看出，盖层形成后，后期发生的褶皱与断裂对岩层的分布和盆地的地势具有重大影响，这是桂林岩溶形成不可忽略的条件。

（3）对桂林岩溶形成具有重要意义的中生代

桂林存在一个南北走向的超岩石圈断裂，曾经是扬子古陆与华夏古陆的缝合线，也有人认为缝合线的位置应该在偏西的雪峰山一带。但无论如何，与这个缝合线有关的断陷作用成为晚古生代桂林沉积碳酸盐岩盖层的原因。到了晚中生代桂林盆地沉陷的幅度变小，致使中生代地层沉积不明显。桂林有没有红层沉积，能不能称为中生代盆地？这在过去一段时间内一直是地质学家十分关注的问题。所谓红层，在我国主要是指中生代以来即白垩系和新生代古近系的湖相、河流相、河湖交替相或是山麓洪积相等陆相碎屑岩，多以砾岩、砂岩、页岩夹层或互层多次重复出现，厚度在1千米以上。从外表来看颜色主要为红色。广西有红色盆地43个，广东有108个（曾昭璇和黄少敏，1978）。大多数盆地都具有红色沉积物，沉积物的类型有砾岩、砂岩、泥岩，部分还有火山活动的痕迹。中国东南部中生代、新生代盆地规模小、成群分布，盆地形成机制和沉积物类型多样。

图3-3　桂林区域构造纲要图

1.第四系；2.石炭系；3.泥盆系；4.寒武系；5.加里东花岗岩体；6.背斜轴；7.向斜轴；8.压扭性断裂；9.性质不明及推测断层；10.航片解释线性构造性质不明断裂；11.地层界线；12.县区界线(www.xing528.com)

我国东南部地区红色盆地的发育模式是由中生代强烈的断裂活动造成的，它是中生代地壳活动的主要特征。红层一般分布在断裂带上，厚度随着沉积过程中不断地凹陷沉积而不断增加。长期的凹陷使白垩纪地层叠置在侏罗纪甚至更古老的盆地或向斜构造之上。红层的外围一般是晚古生代的地层。桂林盆地具有以上红层形成的条件，但是为什么桂林的红层没有附近的盆地明显呢？20世纪80年代一些学者对桂林中生代以及更年轻的沉积物进行研究，试图了解盆地演化经历的气候和构造运动。

自上古生代石炭纪中期，桂林就很少出现沉积地层。对比周围盆地的地层，学者普遍认为石炭纪至早三叠纪的沉积现象是普遍存在的，并且也是以碳酸盐岩沉积为主。只是中生代晚期以后导致桂林弧形构造的印支运动结束了该地区海侵的历史，华南地区地壳上升为陆地，然后在凹陷盆地内形成了以陆相碎屑岩为主、夹杂火山岩的沉积建造，但是桂林盆地没有遵循这样的演化模式。

仔细考证发现，桂林中生代沉积并非不存在，而是以洞穴沉积、山坡堆积为主的形式存在。物源是就近搬运的碳酸盐岩和碳酸盐岩风化后剩余的黏土矿物。桂林保存最完整的中生代沉积物为钙质泥岩和钙质砾岩，其他零星残留于洞穴或山坡的地层也具有同样的成分和结构。岩石中包含的花粉化石为分析岩石的沉积年代和沉积环境提供了信息。花粉种类与邻近的盆地对比显示，出现在桂林的红色岩石形成于中生代晚期的白垩纪，代表了陆相沉积环境。

桂林发现中生代红层充分表明在中生代桂林具备陆相沉积的环境。与其他盆地不同的是，桂林红层是发育在中生代以前所形成的古岩溶面上。由于溶蚀的基底表面不平，存在谷地、洼地、洞穴和溶沟等形态。根据桂林红层的产状大致还原了红层沉积以前桂林的岩溶地貌特点。红层的分布高低悬殊，既可以在山顶，例如猴山和老人山的顶部都有红层分布，也可以是洼地的底部，这表明中生代的古岩溶面同现代类似也是起伏不平的，甚至可能具有类似于现代岩溶的峰丛洼地或峰林平原等地貌类型。

红层所包含的气候信息可推测桂林中生代的气候属于湿热类型。在低洼处汇集的水流形成湖泊，湖泊中富含藻类和介形虫。桂林南郊仁头山附近钻孔取出的角砾岩的胶结物中，就含有轮藻（Atopochara sp）化石。而孢子花粉指示陆地存在针叶阔叶混交林。红层中具有流水形成的冲刷面、交错层理和粒序层，其矿物成分中含有多水高岭石、伊利石和蒙脱石。其中导致岩石呈红色的为高价氧化铁矿物，它是在潮湿环境中形成的。以上证据表明，红层形成时期，桂林地区具有水分充足的热带亚热带气候特征。

中生代以后由于喜马拉雅运动造成地壳重新抬升，结束了中生代桂林盆地沉积过程，再一次进入到风化剥蚀阶段。新生代地壳经历了多次抬升，形成了洞穴分布在几个高程平面上的现象。但是这些被抬高的洞穴还含有中生代的沉积物，说明洞穴形成的时期早于新生代，属于中生代甚至晚古生代的岩溶遗迹。对此“怪异”现象的解释是这可能是古岩溶的重新复活。

中生代所沉积的红层是钙质泥岩或者钙质砾岩。他们都是以碳酸盐为主的矿物，属于碳酸盐岩类，再加上红层的形成年代相比于古生代灰岩晚，岩石的物理强度小，而孔隙度和吸水性大，因此更容易溶蚀。随着新生代地壳抬升，红层加快风化，而且风化速度快于更老的碳酸盐岩。致使红层很快被剥蚀，中生代古岩溶面重新暴露接受溶蚀，本来被红层填充的古溶洞再次复活。因此，被新生代地壳活动抬升到山坡的洞穴兼具有多期岩溶的特点。

（4）新生代以来的构造运动

新生代以来地壳的活动特征是多次的抬升。由于抬升作用结束了自白垩纪晚期以来的沉积历史，同时使桂林的岩溶重新开始发育，因此我们现在能够看到的大部分岩溶现象是新生代以来形成的。地壳抬升的幅度对岩溶的发育也产生重要的影响。由于地壳抬升的幅度大，水流的侵蚀作用在云贵高原形成了深切的峡谷和瀑布，而地下河没有完全适应地壳的变化，从而形成了悬河。桂林地区地壳抬升的幅度不大，因此可以看到漓江岸边的冠岩地下河与漓江之间几乎无落差的情况。而位于冠岩上游的南圩谷地，被抬高的上层洞穴距离现在的地下河入口的高差达50米，这基本代表了一次地壳抬升的幅度，但并非是新生代以来地壳抬升的总体高度。

洞穴的分布高度可以用来计算地壳抬升的幅度。据统计，桂林洞穴分布的高度有3个层次。以峰林平原地区为例，最高的一层洞穴海拔180～195米，代表了第一次地壳显著的抬升，中层洞穴海拔160～175米，表示地壳又一次上升，下层洞穴海拔150～155米，是现代水流侵蚀作用的产物。例如，桂林穿山月岩洞口海拔190米左右，相对地面高度39米，属于高层溶洞。叠彩山风洞洞口海拔200米，但比旁边仙鹤峰中的高层洞仙鹤洞低50米，表示风洞属于中层洞，同时表明溶洞层的海拔在各个地方是有差异的。与地面接近或低于地表的洞穴层在石峰中较为常见，比如象鼻山水月洞、伏波山还珠洞皆属于此类。

水平洞穴的发育表明地下水的水位长期处于某一个高度。控制水平洞穴发育高度的是当地的地下水排泄基准面，即主要河流的枯季水位。现在漓江桂林市段河流的最底水位大约是海拔140米，受其控制的洞穴称为下层溶洞，是处于活跃状态正在发展的溶洞层，海拔为150～155米。以此类推，控制中层溶洞和上层溶洞发育的河流排泄基准面应该比洞穴的高度低10～15米。古老的基准面也称为河流的一级或者二级阶地。根据野外的观察，漓江的一级阶地海拔为155～175米，二级阶地海拔为180～200米。河流阶地与洞穴层之间是大致可以对应的。