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基于实验分析的乳房状石钟乳成因机理初步研究——以湖北阳新地心大峡谷洞穴沉积形态为例

段武辉 周现金 潘洋 徐柯健 郭申祥 谭明

段武辉,周现金,潘 洋,等.基于实验分析的乳房状石钟乳成因机理初步研究:以湖北阳新地心大峡谷洞穴沉积形态为例[J].中国岩溶,2021,40(6):907-913. doi: 10.11932/karst20210601
引用本文: 段武辉,周现金,潘 洋,等.基于实验分析的乳房状石钟乳成因机理初步研究:以湖北阳新地心大峡谷洞穴沉积形态为例[J].中国岩溶,2021,40(6):907-913. doi: 10.11932/karst20210601
DUAN Wuhui,ZHOU Xianjin,PAN Yang,et al.Forming mechanism of breast-like stalactites based on the experimental analysis of cave deposition from Dixin canyon, Yangxin, Hubei[J].Carsologica Sinica,2021,40(06):907-913. doi: 10.11932/karst20210601
Citation: DUAN Wuhui,ZHOU Xianjin,PAN Yang,et al.Forming mechanism of breast-like stalactites based on the experimental analysis of cave deposition from Dixin canyon, Yangxin, Hubei[J].Carsologica Sinica,2021,40(06):907-913. doi: 10.11932/karst20210601

基于实验分析的乳房状石钟乳成因机理初步研究——以湖北阳新地心大峡谷洞穴沉积形态为例

doi: 10.11932/karst20210601
详细信息
    作者简介:

    段武辉(1982-),男,副研究员,主要从事洞穴沉积与古气候研究。E-mail:duanwuhui@mail.iggcas.ac.cn

    通讯作者:

    谭明(1954-),男,研究员,主要从事岩溶水文地貌学与古气候研究。E-mail:tanming@mail.iggcas.ac.cn

  • 中图分类号: P931.5

Forming mechanism of breast-like stalactites based on the experimental analysis of cave deposition from Dixin canyon, Yangxin, Hubei

  • 摘要: 目前,关于乳房状石钟乳成因的研究仍然停留在“科学猜想”阶段。通过对湖北阳新“地心大峡谷”洞穴内采集的一对孪生乳房状石钟乳样品进行矿物构成、晶体形态以及年代学分析,获得如下新认识:乳房状石钟乳由致密—疏松互层递序生长的方解石构成。致密层方解石呈菱面体晶型,无色透明,垂直向下生长,没有横向扩张;疏松层方解石呈细小颗粒状,乳白色不透明,呈“皮壳”状聚集,有一定程度的横向扩张,是乳房状石钟乳基部和主干部位膨胀的主要原因。致密层和疏松层之间并不是连续生长的,存在显著的沉积间断。疏松层的232Th含量普遍比致密层高1~2个数量级,说明疏松层中不溶于水的杂质含量显著高于致密层。结合以上实验结果,以及洞内“皮壳”状沉积物可以在洞壁、洞顶分布的特征,推测:①“皮壳”沉积的溶液是从围岩或相关沉积物(石钟乳)基底以面状缓慢渗出的。②当溶液过饱和析出碳酸钙后,溶剂以水分蒸发的形式离开沉积界面。③“皮壳”沉积结构疏松的原因可能是由于地下河改道,洞穴密闭度变差,洞穴空气CO2浓度降低,方解石结晶速率加快,从而造成方解石晶体缺陷增多,并以微晶集合体堆积。

     

  • 图  1  阳新“地心大峡谷”洞穴平面图(左)和洞内乳房状石钟乳(右)

    Figure  1.  Plan view of Dixin canyon cave in Yangxin county, Hubei Province (left) and the breast-like stalactites in the cave (right)

    图  2  乳房状石钟乳样品的剖面及其致密、疏松层互层结构

    Figure  2.  Profile of the twin breast-like stalactite samples, with compact/porous inter-layers

    图  3  乳房状石钟乳不同层X射线粉晶衍射图谱

    Figure  3.  X-ray diffraction (XRD) spectra of the twin breast-like stalactite samples

    图  4  乳房状石钟不同层的采样点、绝对年代和致密、疏松层晶体结构

    Figure  4.  Ages and crystal structures of the compact/porous layers of the twin breast-like stalactite samples

    表  1  铀系定年结果

    Table  1.   230Th dating results with 2σ error

    Sample结构238U232Th230Th / 232Thδ234U*
    编号致密/疏松ppbppt(atomic ×10-6)(measured)
    YXRF-0疏松层349.4±0.611 303±22749.2±1.0176.8±2.5
    YXRF-1致密层322.6±0.43 195±64171.5±3.5178.4±2.2
    YXRF-2致密层326.8±0.43 278±66189.4±3.8222.7±2.1
    YXRF-3疏松层637.2±1.330 125±606107.2±2.2178.7±2.5
    YXRF-4致密层313.9±0.4389±84 855.8±98.1192.6±2.1
    YXRF-5疏松层375.5±0.616 151±324154.6±3.1204.0±2.4
    YXRF-6致密层359.6±0.63 837±77718.6±14.5148.2±2.3
    Sample结构230Th / 238U230Th Age (yr)230Th Age (yr)δ234UInitial**230Th Age (yr BP)***
    编号致密/疏松(activity)(uncorrected)(corrected)(corrected)(corrected )
    YXRF-0疏松层0.096 6±0.000 39 319±408 519±567181±38 499±567
    YXRF-1致密层0.103 0±0.000 49 954±419 710±177183±29 690±177
    YXRF-2致密层0.115 2±0.000 410 761±4210 524±173229±210 504±173
    YXRF-3疏松层0.307 5±0.001 032 703±14331 546±830195±331 526±830
    YXRF-4致密层0.364 6±0.000 939 370±14139 340±142215±239 320±142
    YXRF-5疏松层0.403 2±0.001 043 914±17642 892±743230±342 872±743
    YXRF-6致密层0.465 1±0.001 255 906±24155 641±304173±355 621±304
    234U = ([234U/238U]activity – 1)×1 000. ** δ234Uinitial was calculated based on 230Th age (T), i.e., δ234Uinitial = δ234Umeasured eλ234xT
    Corrected 230Th ages assume the initial 230Th/232Th atomic ratio of 4.4 ±2.2 ×10-6. Those are the values for a material at secular
    equilibrium, with the bulk earth 232Th/238U value of 3.8. The errors are arbitrarily assumed to be 50%***B.P. stands for "Before Present" where the "Present" is defined as the year 2000 A.D.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-30
  • 刊出日期:  2021-12-25

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    《中国岩溶》编辑部
    2022年4月20日