桂林山水与碳酸盐岩地层形成

前文中已述及桂林周围几座主要山脉都是在晚古生代以前加里东期褶皱隆起形成的，印支期、燕山期岩浆活动加剧了山体的抬升。泥盆纪中期开始又成为海洋，沉积作用开始。中泥盆统下部主要以硅质页岩为主。从中泥盆世上部和上泥盆世，桂林处于浅海环境，形成高纯度的碳酸盐岩。直至下石炭世以前仍以碳酸盐岩沉积为主，但碎屑物含量增加，甚至形成煤系夹层。晚三叠世之后结束海洋沉积环境。但是桂林盆地自石炭纪中期以来沉积建造不发育，当然这也有可能是地层遭受侵蚀的结果。桂林南部中泥盆系的地层厚度大于北部，说明海盆的基底不平整，具有南低北高的特点，与现在的地势变化趋势相符。至上泥盆系，盆地延续了不平整的状态，整体属于浅海台地，但局部存在较深的海沟。上泥盆系的地层分为台地相和海沟相，至下石炭系转为泥岩和泥质灰岩。此后，晚古生代中后期桂林的地层不完全，完整程度显著下降。

加里东运动在广西称为广西运动，其在形成的轻度变质的砂页岩和硅质岩基底上，沉积了一套以碳酸盐岩为主的盖层，构成了桂林岩溶发育的物质基础。如果地球演化是一本厚重的历史书，那么地层就是这本书的书页。通过测量一系列的地质剖面了解地层的岩性、厚度和接触关系，借此可以还原沉积历史。20世纪20年代开始从现代地质学的角度开展桂林地质的研究。最早提出广西运动的丁文江先生，提出广西山字型构造的李四光先生，以及最早进行广西下石炭统寺门段煤层研究并提出桂林组灰岩的冯景兰先生等地质学家都进行过零星的地质考察。1960年，原广西地质局区域地质测量队开始对桂林地区进行地质编图。但直至1980年前后才由中国地质科学院岩溶地质研究所的翁金桃进行系统的测量和岩石学研究。该次以岩溶发育为主题的地层研究，地层的命名综合了前人的成果，并且以十余条泥盆系至石炭系的实测地质剖面为基础，对桂林盆地的地层进行了一次十分详细的调查。1990年，广西壮族自治区地质矿产勘查开发局区调队开展了1∶50000城市地质调查，再一次对桂林地层进行测量。

20世纪20年代丁文江先生提出，桂林的泥盆系地层是在广西运动构造基底的基础上形成的盖层，到现在依然认可这样的看法。泥盆系地层与下伏地层属于角度不整合的接触关系，即下部的早古生代地层在泥盆系地层沉积之前发生了变形，而上部泥盆系地层与下部地层的变形方式不一致。形成角度不整合的接触关系往往代表了一次强烈的构造运动。泥盆系下统的地层在兴安一带缺失，而在阳朔的地层则厚度较大，表明位置靠南的阳朔首先进入海洋状态，同时位于北部的兴安还是陆地，显示海水推进的方向是从南向北。阳朔至兴安不过200千米的距离，而地质演化历史却有差别。中、上泥盆世桂林从碎屑沉积的陆架发展为碳酸盐台地，海洋中陆源碎屑物减少，逐渐以碳酸盐岩沉积为主。中、上泥盆统地层分为3层，分别是中泥盆系东岗岭组、上泥盆系的桂林组和融县组，这是构成桂林岩溶地貌最主要的碳酸盐岩。

同一个时期沉积形成的岩石可能因为海水环境变化而形成具有不同岩性的地层，在沉积学上称为相变。地层的沉积相对应具有一定的岩性和古生物标志的地层单元，可反映自然环境特征。桂林盆地虽然面积不大，但泥盆系沉积有2个相，即海水深度不超过几十米的台地相和台地相中的台沟相。东岗岭组在盆地内没有发生相变，它是一套厚382米的富含珊瑚、层孔虫化石的灰黑色灰岩，包含由珊瑚和层孔虫形成的生物礁。上泥盆统时由于断裂带的下陷桂林出现了台地和台沟两个相区，相区之间则形成了台地边缘生物礁相。20世纪80年代翁金桃首次在东岗岭组中发现了由珊瑚和层孔虫形成的生物礁，20世纪90年代进行的地质调查中，在上泥盆统中发现了由藻类和微生物作用形成的生物礁。造礁生物的转变代表着环境的变化。翁金桃（1987）认为东岗岭组出现的生物礁与海底的浅丘有关。上泥盆统桂林组含有丰富的层孔虫造礁生物，因此他大胆预测桂林组也应该有生物礁。后期在桂林组找到了生物礁，但是造礁生物却不是层孔虫，而是藻类和微生物。晚泥盆纪弗拉—法门期生物灭绝事件造成层孔虫消失，在桂林表现为桂林组富含层孔虫而融县组灰岩很少有生物化石。但是藻类和微生物代替珊瑚—层孔虫成为晚泥盆纪造礁生物。

桂林上泥盆统地层分为下部桂林组和上部融县组两部分，桂林组层厚394米，融县组厚397米。野外桂林组和融县组依靠颜色就可以简单区分。桂林组在融县组的下部，岩石的颜色以灰黑色或黑色为主色调，并且经常见到珊瑚或层孔虫化石；而融县组在桂林组的上部，颜色要浅些，为灰色至灰白色，基本不含化石。桂林组下部东岗岭组同样以灰黑色至黑色为主，两者在野外不好区分，需要借助放大镜来进一步辨别岩石微观结构。石炭系下部岩关阶覆盖在融县组的上部，颜色逐渐变深，且化石丰富，与桂林组区别明显。(www.xing528.com)

泥盆纪结束后桂林仍未结束海侵的历史，在融县组之上继续沉积了石炭系地层，但海水深度变浅，陆源碎屑含量增加。桂林南边村剖面是泥盆系与石炭系的分界（图3-2），即融县组与岩关阶的界线，这条界线代表了晚古生代地球重要的变化。在广西桂林至罗城的桂北地区，石炭纪早期曾经出现短暂的海退，为煤炭矿产的形成提供了条件。桂林市石炭系地层的分布只限于下部，分为石炭系下部岩关阶和大塘阶，但大塘阶不完整，只出露下部的黄金组，至此桂林市的碳酸盐岩沉积停止。桂林从中泥盆系至下石炭系以碳酸盐岩沉积为主，累积沉积厚度超过2000米。这是桂林岩溶地貌发育的物质基础。

上古生代的石炭系中、上部与二叠系在桂林盆地缺失，直至中生代才有沉积的迹象，但是地层保留不完全。三叠系则不整合于泥盆系和石炭系古岩溶之上。侏罗系地层不发育，而白垩系只有上部具有明确的存在证据。但是与桂林邻近的全州、灌阳、贺州、柳州等地，石炭系至二叠系古生代地层发育完整。至于是什么因素导致桂林地层缺失，还有待于进一步研究。

有了碳酸盐岩只是满足了岩溶形成的第一个必备条件，但是只有碳酸盐岩不一定能形成岩溶，要发育形成桂林这样具有特色的岩溶还需要更多的条件。碳酸盐岩作为岩溶的物质基础，岩石的成分、结构以及地层的组合类型都会影响岩溶发育。