露头调查与井下岩心观察表明，塔里木盆地古岩溶缝洞充填物主要有机械沉积充填物、塌积充填物、化学淀积充填物和风化残积充填物四大类型。在不同岩溶期，受岩溶发育和充填条件控制，充填物的类型、性质与结构具有不同的特征。

（一）机械沉积充填物

机械沉积充填物主要是流水带入岩溶空间并在重力作用下沉积形成的充填物质，具有流水冲洪积和重力分异作用产生的层理以及分选性结构特征；成分复杂，以钙泥质和碳酸盐岩角砾、岩屑为主，有的还含有外来岩石碎屑、泥、砂等。

机械充填物的化学成分复杂，明显不同于基岩（表5-1）。充填物除钙泥、碳酸盐岩角砾外，还有大量的泥、砂和岩屑，部分发育微层理。此类充填物常见于地下河溶洞系统以及与其相连的层间溶缝、溶蚀裂缝体系，主要发育于裸露岩溶期和埋藏岩溶早期。如塔北露头区硫黄矿西1号沟（图5-1）和一间房南7km沟（图5-2）古地下河溶洞系统，充填物除钙泥、碳酸盐岩角砾外，还充填有方解石和大量来自于志留系砂页岩的泥、砂和岩屑，微层理发育；洞穴内泥质充填物胶结程度一般较差，尤其是纯泥质的充填物（图5-3）。

表5-1 基岩及充填物的化学成分对比（wB/%）

据岩心观察，发育于不同深度的溶洞、溶缝及部分与溶缝连通的溶孔大多被泥质、少量砂质及有机质充填。如BG208井5356.0～5365.0m井段发育溶洞2个，规模0.3～1.0m，洞内充填灰质粉砂岩、钙泥质岩（图5-4）；BT416井，井深5553.48～5555.62m为缝洞发育段，小溶洞内充填钙泥质胶结粉砂岩（图5-5）；BT403井，井深5538.85～5542.64m钻遇溶洞，溶洞底部充填钙泥质胶结角砾岩，灰绿色钙质泥岩胶结（图5-6）；中上部充填灰绿色钙质胶结砂质泥岩，具沉积微层理。

图5-1 硫黄矿西1号沟溶洞充填物特征

钙质胶结的砂泥质沉积，流水沉积微层理清晰；沿沉积物层面发育方解石晶层，厚3～15mm

图5-2 一间房南7km沟地下河管道充填物特征

钙质胶结的砂泥质沉积，具明显流水沉积微层理；沿沉积物层面发育微晶方解石

图5-3 五道班1258km台原风化壳顶部溶洞充填物特征

黄色泥质，胶结程度差

图5-4 BG208井溶洞充填物特征

灰质粉砂

图5-5 缝洞钙质砂泥充填物

图5-6 溶洞角砾岩

在小型的未充填溶洞底部一般会充填有少量以碳酸盐岩角砾为主的沉积物，如一间房21号洞、硫黄矿西1号沟1号洞。洞穴规模小，形态呈矩形和廊道状，反映气候转干燥、水量减少的岩溶环境。

在溶缝充填物中以颗粒细小的灰绿色钙泥质为主（图5-4），含有少量碳酸盐岩的细砾和岩屑，受渗流条件控制，主要发育在邻近古岩溶面的浅部，叠加在裸露期岩溶之上。充填物主要有粘性土、砂、铝土质泥、碳酸盐岩岩屑、碳质泥，主要产生于沉积埋藏初期。随着埋深增大，静地压力和静水压力促使其释水和致密化，环境变为还原状态，硫还原细菌作用产生大量H2S，与富集在表层岩溶带的铁质化合。产生具有生物结构特征的黄铁矿，呈脉状、团块状、星点状分布于溶蚀孔缝中，伴有泥质和有机质充填物。

（二）塌积充填物

塌积充填物主要位于溶洞系统内，为洞顶破碎带岩块垮塌而成。当岩块较大时仍残余岩层层理，垮塌体的上部多充填钙泥，下部则在钙泥中夹有大量原岩角砾。如一间房南1号沟1号洞主体段，洞顶塌积充填物发育（图5-7）。在BN12井5312.85～5342.39m井段钻遇溶洞（洞高29.54m），洞内充填灰绿色、褐色钙泥质胶结的灰岩角砾及灰绿色钙质胶结粉砂岩，显示明显的塌积充填特征（图5-8）。

图5-7 一间房南溶洞内的塌积充填物

图5-8 BN12井溶洞内塌积充填物

（三）化学淀积充填物

化学淀积充填物主要形成于水流滞缓的水动力环境，由于物源条件的不同，充填物的成分也不同。在塔北露头区硫黄矿西一带，岩溶系统的物源区主要为志留纪泥砂岩系，硫酸盐较丰富，降水和渗滤水将硫酸盐带入岩溶空间；随着水中溶解质饱和度的增大，形成方解石和石膏的沉淀充填，在洞壁边沿方解石与石膏共生，沉积体中部为质纯的石膏（图5-9）。随着气候变干、环境向还原状态转化，硫酸盐沉积物，分异出单质硫，在后期的孔洞、溶缝中充填，形成硫黄矿体（图5-10）。一间房南11km沟地下河系统内发育两期充填物，早期充填泥质，在其孔隙间晚期再次充填方解石和萤石（图5-11）。

在塔北露头区一间房南部一带，岩溶系统受到区域性大断裂和岩浆侵入活动的影响，溶洞系统的化学淀积充填物主要有巨晶方解石、紫色萤石、冰洲石、方铅矿等，反映了晚期地热活动的影响，多形成致密的结晶充填体（图5-12～图5-17）。

图5-9 硫黄矿西3号沟古溶洞充填特征

洞壁边沿方解石与石膏共生，沉积体中部为质纯的石膏

图5-10 硫黄矿西4号沟古溶洞充填特征

白色为硬石膏，黄色为硫黄

图5-11 一间房南1lkm沟地下河系统内溶洞充填特征

两期充填及其组构关系

图5-12 溶洞内发育的巨晶方解石与共生的

紫色萤石

图5-13 一间房大型溶洞系统内充填的紫色萤石和方解石

图5-14 溶洞内发育的巨晶方解石结晶时形成的晶洞

图5-15 溶洞内沉积的方铅矿

图5-16 溶洞内沉积的重晶石

图5-17 溶孔内生长的石英晶体

根据钻孔岩心观察，古溶洞系统中化学沉积充填主要为方解石或钙质胶结物，一般发生于溶洞充填的中后期。其充填特点为：在早期，钙泥质、岩屑角砾等水流强度较大条件下的机械沉积充填物，在中期再次经历溶蚀或冲蚀；在晚期，原充填物部分或全部被化学淀积物替代。如BG117井5224.0～5237.55m井段的古岩溶缝洞系统，早期为灰绿色钙泥质充填，后期为方解石充填（图5-18）。当溶洞内空间较大时，可发育巨晶方解石；在经历后期构造过程中，方解石内可发育构造缝，并被后期的钙泥质充填（图5-19）。在大型溶洞内还可见到具有微层理的钙化沉积（图5-20）。

图5-18 BG117井溶洞充填特征

早期灰黄色钙泥质充填，后期方解石充填

图5-19 BS175井溶洞充填特征

巨晶方解石，后期发育构造缝，钙泥质充填

图5-20 BT501井溶洞充填特征（具有微层理的钙华沉积）

风化壳溶蚀裂缝中，化学沉积充填主要见于次级裂缝及微裂缝，充填物主要为方解石（含少量钙泥质）；大溶蚀裂缝则以机械充填为主，部分被化学沉积充填，钙泥质充填物中含少量方解石、黄铁矿可说明这一点（图5-21）。

（四）风化残积充填物

风化残积物一般分布于风化壳表层的溶沟、溶槽或落水洞、竖井的底部及浅部的溶蚀裂缝中，其颜色一般为褐红色，其主要形成于风化壳氧化环境，属基岩溶蚀、风化残留下来的物质。如BN110井5275.53～5280.36m井段，岩溶缝洞系统充填褐红色泥质及灰绿色钙泥质（图5-22a）;BN40井5478.74～5487m井段，溶蚀裂缝为褐红色泥质充填（图5-22b）。

图5-21 BN19井溶缝充填特征

溶蚀裂缝为灰绿色钙泥质充填，含少量方解石、黄铁矿

图5-22 风化壳缝洞内风化残积充填物特征