滴石沉积

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第711页（2837字）

喀斯特洞穴化学沉积物中以滴石类沉积较为常见，其中主要形态类型以常见的悬挂滴石中的鹅管(straw stalactite)、钟乳石(stalactite)和站立滴石中的石笋(stalagmite)。

而滴杯(driping cup)较少见。经过土壤层和碳酸盐岩体裂隙水，从洞顶裂隙中渗出，并成悬挂的水珠时，因Co₂逸出，从水中就有碳酸钙析出并发生沉积作用，随着下渗水流的不断补给，循着已沉积的碳酸钙小突起往下加长加粗，呈管状下堕。

其中心可以有小管与端点相连，水可以从小管流出加长，其表面可因薄层水的流动、蒸发沉积加粗。

可由来水量的大小、洞顶斜度、裂隙密度不同，形成各式各样钟乳石体。

滴石沉积的研究对恢复古地理环境有重要意义。

瑞士A．Bögli(1978)认为，滴石类沉积物的形态成因是与水滴中的CO₂逸出有关，因为经过土壤层的渗流水的PCO₂较高，进入洞穴后，因洞穴空气中的PCO₂较低，水滴中的碳酸钙就发生沉积。

H．W．Franke(1965)经过实验，采用物理化学方法的计算，提出渗流水与石笋间的关系，并得出石笋的断面与来水量、石笋高度与来水中Ca²⁺浓度呈线性关系。他于1975年提出滴水滴落高度以毫米计时，石笋的直径可以到1．5cm，而Curl(1974)则认为，石笋最小的直径为3cm。R．Wells(1971)认为滴石沉积与来水量有关，如果来水量较大，水滴下滴的滴率太大，不利于碳酸钙在洞顶沉积，却有利于洞底石笋的生长。

他同时又对鹅管进行仔细观察，提出鹅管是一种快速生长的沉积物，要求碳酸钙的纯度较高，下滴率则需很慢，慢到不能使鹅端顶生长的水珠干涸或水珠倒缩入管孔中的滴率。

程星(1990)认为，水滴从洞顶板滴落到洞底，需要经3个阶段：(1)附着阶段；(2)滴落阶段；(3)地面飞溅的扩散阶段。在附着阶段中可观察水滴中CO₂的逸出量随着滴率的减慢而增加，如果滴率较快时，水滴中CO₂逸出量不大，与渗出水初始状态较为接近；当滴率很慢时，滴率的改变对水滴的CO₂影响较大。

他认为滴率快与慢直接控制着洞顶CO₂逸出量，也就影响到洞穴顶部下垂的钟乳石和洞底站立的石笋数量关系。在第2滴落阶段内表现为水滴下落过程中CO₂的逸出量是随着滴落路程的增加而加大，同时滴率越快，CO₂的逸出量越大，反之CO₂的损失量亦小，这是因为滴落时间比随着时间长；滴率很慢时，滴落时间比附着时间短。地面飞溅的扩散阶段则表现为CO₂的逸出量随水－气界面面积增大而增大，当溶液(水滴)中CO₂与外界达成平衡后，水气界面的增多复又不再影响CO₂的逸出。

他在总结时指出：滴率很慢时，CO₂的逸出主要集中在洞顶附着阶段，这时有利于在洞顶生成钟乳石；当滴率很快时，则在滴落和在洞底扩散阶段有利于CO₂逸出，因此也就在洞底生成众多的碳酸钙沉积。由此可见，从洞穴中钟乳石和石笋等形态组合特征，亦可推断来水量与滴率的关系。俞锦标(1990)指出：滴石类沉积的形成是与滴水中CO₂逸出有关，但其形成的形态类型特征与来水量、滴率、水质和洞穴环境有关。

鹅管状钟乳石是在水质洁净、每分钟一滴或3～5min一滴时形成，且数量众多。锥状钟乳石的形成是在水量增大和有杂质时，长度可达3m，基部直径可达2～3m不等。

当渗出水循洞顶斜面流动时则形成旗状和帷幕状钟乳石；在非常宁静的洞穴中，没有任何干扰时，细小裂隙中下渗的水流可生成厚度一致、却又菲薄的薄板状钟乳石，厚度为0．2～0．3cm，有层理。

当洞穴为多洞口，洞穴空气十分畅通，钟乳石向下生长重心受到不同风向偏移、产生螺旋形旋转的扭曲钟乳石。在洞口部位的钟乳石在生长过程中因受藻类尸体的叠加呈圆球形钟乳石。在洞口部位可形成向洞外翘起的钟乳石。

石笋的形成是因滴水冲击地面，PCO₂密度减小，加速石笋的生成，其形态特征也与上述原因有关。当碳酸钙沉积正好满足石笋保持一定直径向上生长，这种石笋粗细一致，呈柱状；在通风条件较好的洞穴内，时常变改空气流通方向，就可以形成不对称的轮状石笋；其生长过程中有飞溅水加入时，可以形成棕榈树形或称叶片状石笋。

袁道先、翁金桃等(1989)认为，石笋外形和规模取决于洞顶滴水的水量、数量变化、速度和高度等状况。

当均速而缓慢下滴时，形成基部与顶部直径大致相同的竹笋状石笋，如果水滴的速度较快，形成丘状石笋，高位滴水因地面飞溅形成棕榈茎状石笋，早期的滴水地段，后期又多处下滴，则形成烛台石笋丛。

石柱的形成，各学者的意见较一致，认为：(1)钟乳石与石笋相对生长而成；(2)由钟乳石生长触及洞底联结而成；(3)由石笋向上单向生长到达洞顶生成。

洞穴化学沉积物中滴石类目前作为研究洞穴环境变迁和洞穴年代的主要对象，其中含泥量的变化，可分析不同时期补给水源的多寡；沉积和再溶蚀，表明洞穴内积水与来水的变化，可重建洞穴环境；化学沉积物沉积时同时裹胁了渗流水，对此液包体的水中的稳定氧、碳同位素(δ¹⁸O、δ¹³C)的分析，广泛地作为沉积时期当地的古温度和自然地理环境标志；不同沉积的部位的¹⁴C、铀系法测年的方法，早已作为测定洞穴形成上限时沉积物生成的绝对年代。

因此，目前对于洞穴化学沉积物的成因研究，环境条件分析、旅游美学价值等评价外，已作为第四纪地质学家们研究第四纪年代、环境变化的最好实体，预计将有愈来愈多的地面野田的年代、古环境研究转向洞穴，因为洞穴内沉积物生成以后，很少受到后来各种不利因素的改造。

。【参考文献】：

1 Franke H W．Stud Speleol，1965，89～95

2 Curl R L．Deducing flow velocity in cave conduits from scallops．NSS Bull，1974，35(2)∶1～5

3 Bögli A．Karsthydrographie und physische spelaologie．Springer-Verlag，Berlin Heidelberg，New York，1978

4 朱学稳，等．桂林岩溶地貌与洞穴研究．北京：地质出版社，1988．105

5 俞锦标，等．中国喀斯特发育规律典型研究．北京：科学出版社；1990．67～68

6 俞锦标，等．黄果树区域旅游资源研究．上海：上海科技教育出版社，1990．243～250

(南京大学俞锦标教授撰)