关于丹霞地貌概念和分类的探讨

2014-12-13侯荣丰

地球学报 2014年3期

关键词：红层丹霞地貌盆地

赵汀, 彭华, 侯荣丰

1)中国地质科学院矿产资源研究所, 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037;

2)中国地质科学院, 北京 100037; 3)中山大学地理科学与规划学院, 广东广州 510275;

4)广东省丹霞山风景区管委会, 广东韶关 512300

1 丹霞地貌概念的历史沿革

自20世纪二、三十年代, 丹霞层和丹霞地貌由冯景兰等(1928)、陈国达等(1939)教授提出, 丹霞地貌的名称已被我国地学工作者普遍接受, 并广泛应用。但对丹霞地貌概念的理解达数十种之多, 各有侧重。1928年, 冯景兰等在粤北仁化、南雄等县发现丹霞地貌, 对丹霞地貌的特征作了生动的描述, 并把形成丹霞地貌的红色砂砾岩层命名为丹霞层; 1939年, 陈国达把与丹霞山性质相同的地貌命名为丹霞地形, 但对其确切定义未作阐述(李佩贤等, 2007; 彭华, 2000)。

世界上的丹霞地貌约有 1200处, 主要分布在中国、美国西部、中欧和澳大利亚等地, 我国已发现的丹霞地貌约有780多处(图1)。关于丹霞地貌的定义学界尚未取得一致共识。其含义目前国内有以下三种意见:①以黄进、陈致均、彭华为代表, 其中黄进等(2003)认为, 有陡崖的陆相红层地貌称为丹霞地貌; 彭华认为“以陡崖坡为特征的陆相红层地貌称为丹霞地貌”。两者含义基本相同。②以刘尚仁等(2003)为代表的认为, 有陡崖的红色沉积岩地貌都是丹霞地貌, 不论海相红层还是陆相红层形成的有陡崖的地貌都是丹霞地貌。③以陈安泽(2005)为代表的认为, 有陡崖的与丹霞山地貌相同, 由中、上白垩统陆相红层形成的地貌, 才称为丹霞地貌。其他陆相红层所形成的有陡崖的地貌皆不能称为丹霞地貌。

国外的地质学家也对丹霞地貌的概念作出了贡献, 澳大利亚新南威尔士州沃龙岗大学教授、砂岩地貌方面专家罗伯特·瑞(Robert·Wray)通过澳大利亚的红层和砂岩地貌与中国丹霞地貌的比较认为, 在澳大利亚发育的砂岩地貌, 在视觉上与中国东南地区的丹霞地貌极为相似, 但在岩石的年代、类型、板块运动、侵蚀过程、气候等因素方面, 与中国发育的丹霞地貌不同(欧阳杰等, 2011)。所以,他提出“类丹霞”(Danxia-like)地貌概念, 由此也从一个侧面反映出中国丹霞地貌的研究已经在世界范围内造成一定的影响。

2 我国丹霞地貌地质遗迹保护现状

自 20世纪末, 地质公园这一概念的正式提出,在短短十多年时间里已在全球欧亚、澳洲和南美建立了56家世界地质公园, 在20多个国家建立了200余家国家地质公园(赵逊等, 2009), 在我国地质公园建设发展过程中, 丹霞地貌地质遗迹的保护工作一直受到广大地质工作者的重视, 旅游开发力度也很大, 根据2009年的数据, 138个国家地质公园中以丹霞地貌为主要保护对象的公园就有 14个(图 1;表1), 占总数的10.1%(赵汀等, 2010), 其中广东丹霞山作为丹霞地貌的命名地具有典型代表意义。在全球范围内, 丹霞地貌也得到了世界的承认, 2010年8月5日, 广东丹霞山(图版I-A、B、C、D)、湖南崀山、福建泰宁、江西龙虎山、贵州赤水、浙江江郎山等六个丹霞地貌, 被联合国世界遗产委员会一致同意列入《世界遗产名录》。“中国丹霞”捆绑申报世界遗产的成功, 使得这一地球演化史中形成的特殊地质地貌更加为世人所瞩目, 而对丹霞地貌的定义和分类也激起了更多的讨论。

3 笔者对丹霞地貌的认识

从全球丹霞地貌的发育地质背景角度考虑, 笔者认为东亚的燕山运动、北美的内华达和拉拉米运动、南美的安第斯运动、欧洲的阿尔卑斯运动、非洲的阿特拉运动中形成的红色陆相碎屑岩建造, 经阿尔卑斯后期或喜马拉雅运动成景, 是分布相当普遍的一种特殊地貌类型。与国内的丹霞地貌发育基础相比, 欧洲、非洲、澳洲、南美洲以及南亚是成陆时间较早的地区, 大部分为老红层, 局部或底部有不同程度变质, 但均以块状构造为特征, 发育的地貌与国内丹霞地貌差别不大(赵汀等, 2011)。

根据地貌形成的内外营力条件的不同(表 2),丹霞地貌可以划分为两大类: 典型丹霞地貌(狭义)和扩展丹霞地貌(广义)。

图1 我国以丹霞地貌为保护对象的地质公园(截至2009年, 公园编号对应表1)Fig.1 Distribution of China’s Danxia Landform geoparks (until 2009, geoparks number and more information see Table 1)

表1 以丹霞地貌为受保护地质景观的国家地质公园列表(赵汀等, 2010)Table 1 List of National Geoparks of Danxia Landform (after ZHAO Ting et al., 2010)

典型丹霞地貌形成的基础是红色陆相碎屑建造, 其分布和演化受燕山运动的影响, 形成于板块边缘挤压带的山前、山间盆地或板块内走滑、伸展带的裂谷断陷、拗陷盆地, 多靠近盆地边缘发展于构造旋回早期。气候条件干热, 使陆相碎屑沉积物“色如渥丹, 灿若明霞”。喜山运动(可能有燕山晚期)的间歇性地壳抬升, 产状平缓的陆相红层受垂直节理、裂隙和断层切割, 加上重力水、风、冰、生物等外部营力的作用, 在合适条件下形成的以丹崖赤壁, 方山寨堡、峡谷溪潭, 廊洞梁拱的景观要素和组合。

扩展丹霞地貌(广义)时代, 岩相、岩性、颜色,地貌景观要素和单元组合都不严格受限于上述概念,成景岩层可以是非燕山期的红色陆相碎屑建造或非陆相碎屑建造, 地貌形态, 呈丘陵和堡寨及其伴生、共生的微地貌, 也有丹崖赤壁。

4 红层-丹霞地貌形成的物质基础

无论是狭义丹霞还是广义丹霞地貌, 其形成的物质基础都一定是红色陆相(海相)碎屑岩建造。而其中狭义丹霞地貌主要指的是全球广泛分布的燕山运动中形成的陆相碎屑岩建造。随特提斯洋的关闭,冈瓦纳大陆裂解这一全球重要构造事件在东亚的突出表现, 各大陆都有类似的构造运动, 丹霞地貌虽定名于中国但在一定程度上可以全球对比。

全球红层受板块构造影响大, 欧洲的老红砂岩的分布就是受加里东构造带分布所控制, 南欧的中新生代红层, 受阿尔卑斯造山带影响。滇西—东南亚的含盐红层盆地也与喜山运动有关。

国内红层的分布, 在中元古代云梦山组、串岭沟组沿太行山东麓、燕山南中泥盆统下部红色砂岩都为滨浅海相砂岩夹薄层泥岩, 呈红色(云台山、龙潭峡和嶂石岩、湖洞水、王屋山)寒武系的下部也有红色砾岩含砾砂岩页岩(嵩山、云台山), 湘西的奥陶系灰岩泥盆系石英砂岩(武陵源、大瑶山), 但多在稳定地台区的海进程序底部, 属于滨浅海相。这与形成丹霞地貌的燕山运动期红色陆相沉积大相径庭。

燕山期红层多分布在板块边缘的大陆活动带,包括大陆边缘活动带、大陆地堑-裂谷带、早期大洋裂谷带、碰撞造山带和褶皱带。四川盆地J3红层覆盖全省; K仅限于西北, 西南部; 西昌和滇中盆地J3分布广, K仅局部出露; 十万大山盆地自北向南东,依次出露于 E、K1、J3时代, 前者披盖于老的红层之上; 南雄盆地与崇安盆地E红层分布于K的西北侧, 随构造迁移而迁移。

燕山期红色陆相碎屑建造粒度粗, 砾石成分与周缘母岩相同, 近源, 分选不好, 成熟度低, 磨圆度和分选差; 胶结物复杂, 以泥质、铁质、钙质为主, 含杂基多, 胶结不紧密。燕山期红层砾径变化大, 冲刷现象常见, 二元结构清楚, 大型板状、斜层理、槽型层理、爬升层理、波状层理可见, 形成狭义丹霞地貌。而老红层沉积于长期风化剥蚀的古老稳定地块, 已准平原化的海侵程序底部或升降运动控制的海退程序顶部, 砾石单一, 磨圆度好, 分选好, 成熟度高, 胶结紧密; 老红层砾径和砂粒大小变化小, 板块和鱼骨状层理发育, 对称波痕, 泥裂、雨痕可见, 形成广义丹霞地貌。

表2 狭义(典型)和广义(扩展)丹霞地貌形成条件比较表Table 2 Comparison of geological settings between narrow sense (typical) and generalized (extensional) Danxia Landforms

5 我国中生代红层盆地分布与丹霞地貌发育特点分析

中国红层盆地分布以中、新生代最为广泛, 按大地构造背景划分, 主要有三个区带。

①太平洋及其构造辐射区带: 龙门山—哀牢山以东的南华板块; 长江以南的红层小盆地, 有黔东南, 湘西南, 湘桂边境, 粤东北、赣东南、闽西南和浙江西部地区, 泰宁、崇安, 惠东、梅县, 永安、沙县及珠江三角洲边缘, 桂东南粤西南和海南岛上的红层小盆地, 分散呈北东向排列; 桂中和桂西北地区, 散布于右江谷地; 在苗岭—武陵山西北, 小型的红层盆地, 数目多, 沉积时代 K1、K2或 E; 武夷山脉和怀玉山脉之间呈近东西向狭长展布的信江盆地白垩系沉积(朱志军等, 2012); 浙江江山峡口盆地出露地层主要是下白垩统永康群(田毓仁等, 2010)。

②青藏高原特提斯构造域: 印度板块嵌入欧亚大陆南缘, 这一重大构造热事件, 在全球造成显著影响, 特别是对青藏高原的形成和其周边及内部断裂带的盆地的演化十分重要, 在天山、祁连山、横断山等山间和山前的一系列挤压, 推覆、走滑和断陷形成盆地群和高原内的可可西里、羌塘、藏北盆地等, 生成了红色内陆碎屑岩建造。

③塔里木—华北板块及其周缘区带: 其贺兰山、六盘山以东受太平洋板块挤压的影响, 其内部的大型拗陷盆地华北、陕甘宁、六盘山、燕辽、拜城等, 基底为太古—早元古代形成的褶皱结晶岩类。受西部印度板块的向北俯冲, 东部太平洋板块的向北西挤压, 板块内部继承性深断裂多期复活,断块发育, 在板块周缘挤压和压扭走滑造成了这一构造单元十分有特色的中新生代陆相盆地, 受阶段性的干旱气候影响, 红色夹层发育。

受红层盆地要素影响、构造断裂控制, 中国丹霞地貌空间格局表现为“条带展布、斑块镶嵌、集中出现”的态势。主要沿仙霞岭—武夷山—南岭弧状地带(东南区)、四川盆地东部—南部—西部马蹄形盆地边缘(西南区)以及陇山周围—河西走廊 T型(西北区)分布(图 2)。

在东南区(І)内, 地壳隆升速率总体较缓慢, 但受新构造运动影响, 丹霞地貌分布区的隆升速率明显大于区域平均速率, 造成盆地内与边缘地带差异抬升, 在流水侵蚀和重力崩塌等外力作用下形成险峻的千姿百态的景观;

在西南区(II)内, 由于隆升速率较快, 河流落差大, 裂点多, 造成河谷深切剧烈, 赤壁丹崖高大宏伟;

在西北区(III)内, 地壳抬升速率呈明显差异,构造运动强烈, 由于处干旱气候区, 小气候现象突出, 且部分上覆黄土, 使本区丹霞地貌呈现出与其它分区不同的特色。

6 喜马拉雅造山运动是丹霞地貌发育内营力条件

丹霞地貌发育始于第三纪晚期的喜马拉雅造山运动。这次运动使部分红层发生倾斜和舒缓褶曲,并使红色盆地抬升, 地层的差异抬升使流水向盆地中部低洼处集中, 沿岩层垂直节理进行侵蚀, 形成两壁直立的深沟, 称为巷谷。河流深切的岩层, 可形成顶部平齐、四壁陡峭的方山, 或被切割成各种各样的奇峰,有直立的、堡垒状的、宝塔状的等。在岩层倾角较大的地区, 则侵蚀形成起伏如龙的单斜山脊; 多个单斜山脊相邻, 称为单斜峰群。岩层沿垂直节理发生大面积崩塌, 则形成高大、壮观的陡崖坡; 陡崖坡沿某组主要节理的走向发育, 形成高大的石墙; 石墙的蚀穿形成石窗; 石窗进一步扩大,变成石桥。各岩块之间常形成狭陡的巷谷, 其岩壁因红色而名为“赤壁”, 壁上常发育有沿层面的岩洞。

7 中新生代古气候是丹霞地貌形成的外营力因素

中国中新生代陆相沉积的颜色反映了当时的古气候特征, 岩石红色的形成与所含赤铁矿、针铁矿和褐铁矿有关, 其红色的鲜艳程度与岩石表面润湿程度有关, 燕山期温暖干燥或湿热与干旱半干旱气候交替出现, 是红层盆地发展的气候条件。

中生代中国大陆的古气候特点是干旱半干旱气候带向北逐渐扩大, 潮湿气候带不断向北退缩。其气候带分布与现在纬度带有一定交角。

8 国内外狭义与广义丹霞地貌对比

图2 中国丹霞地质遗迹点空间分布及分区Fig.2 Spatial distribution and partition of China’s Danxia geoheritages

据刘尚仁(2004)的资料, 从全球范围来看, 国外丹霞地貌发育较为典型的地方目前已知有 73处,分布在25个国家。按本文分类原则划分为狭义丹霞地貌和广义丹霞地貌(表2)。以“色如渥丹、灿若明霞”、燕山期内陆红色碎屑岩建造和丹崖赤壁为特色三大要素, 以新全球观板块构造运动加剧以来形成的有关盆地, 如东亚的燕山运动、北美的内华达-拉拉米运动, 南美的安第斯运动, 欧洲阿尔卑斯运动,非洲的阿特拉运动中形成的红色陆相碎屑岩建造,经阿尔卑斯后期或喜马拉雅运动成景形成, 分布相当普遍的一种特殊地貌类型。约旦的帕特拉和月谷,可以作为国外狭义丹霞地貌的代表, 白垩纪陆相红色砂岩大型斜层理, 丹崖赤壁和隘谷、峰谷、天然和人工洞穴分布。美国大峡谷地区比较复杂, 因河流切割深度不同, 展示不同时代和岩性的红层, 沿科罗拉多水系的八个国家公园中有五个可归于狭义丹霞地貌, 巴德兰兹造景地层为三叠系, 红色、米黄色、灰白色互层砂岩粉砂岩泥岩, 拱门、锡安山和国会山是侏罗系红色砂岩, 巨大交错层理和叶形状节理。而美国大峡谷国家公园Grand Canyon范围内地层出露从顶部 2.6亿年左右二叠纪灰岩到底部18亿年前的变质岩, 丹崖赤壁是大峡谷国家公园的主要景观特点之一, 主要由中生界红色砂岩和古生界石炭系 Redwall灰岩组成, 形成红色高峻陡崖。Redwall灰岩新鲜面的真实颜色是兰灰-米黄色, 表面的红色是由其上具鲜艳红色的Supai群和Hermrt组风化后沿山坡下滑渲染Redwall灰岩的陡崖表面所致(图版E、F、G、H), 由于海相和陆相中生代沉积在大峡谷公园区域内缺失, 所以被列入广义丹霞地貌。中美两国广义丹霞地貌特征的不同, 外部气候因素作用明显。如美国干旱内陆三大国家公园岩石地貌仍以抬升-流水切割和盐风化为主, 但降水少(降水 300～400 mm/a), 水网密度小, 切得深源于持续抬升, 但下切展不开源于水网密度小, 溶蚀作用也难展现(地表有蜂窝状水溶坑)。

欧洲的红层地貌较为著名的有英国泥盆纪老红砂岩, 加里东运动之后形成的山前陆相盆地磨拉石建造, 红色砾岩、含砾砂岩分布于 Midland谷地两侧, 夹巨厚火山熔岩、凝灰岩, 厚度大、底部和中部都有角度不整合面, 见断层切出的丹崖赤壁和峡谷。

德国 P1的赤底统红色砾岩、砂岩和泥灰岩伴有火山岩高度氧化; 西班牙和法国南部伊比利亚 T1为交错层理发育的红色砂岩, 英国南部K1红色砂岩, 在莱茵河谷和巴黎盆地E2庐台特期红色陆相沉积。总之,欧洲红色岩层出现时代多, 相变大, 但延续时间不长,横向延伸不广, 难以形成大片丹霞地貌, 因加里东、华力西和阿尔卑斯构造带由北向南迁移, 红层形成的构造带前缘也由北向南迁移, 其时代较晚的红层多分布于晚期裂谷、拗陷带或南欧如希腊、法国等。

9 结论

1)由于全球气候的变化和气候带的分化, 燕山期陆相盆地沉积了红色碎屑岩比较常见, 有时厚度巨大, 特别是K—E的红层更为广布。

白垩纪末喜山运动开始加强并影响本区在中新世(2300万年)以来, 地壳多期抬升, 或掀斜抬升。中晚更新世以来, 上升速率加快, 且有西快于东的趋势, 垂直节理裂隙发育, 在流水等外营力作用下,使砂岩、砂砾岩、砾岩厚度大的红色沉积岩层被剥蚀雕塑成各种丹崖赤壁、峰墙、峰丛、峰柱、天生桥和穿洞、奇峰怪石, 鬼斧神工, 引人入胜。

2)依据构造背景, 盆地演化, 沉积时代, 岩性特征, 剖面结构, 颜色和地貌景观, 丹霞地貌可划分狭义(典型)丹霞地貌和广义(扩展)丹霞地貌两大类。

狭义丹霞地貌是燕山运动中在构造活动带形成的陆相红色碎屑岩建造, 经喜山运动的挤压抬升和强烈的风化剥蚀造就的“色如渥丹, 灿若明霞”的以丹崖赤壁为典型代表的地貌类型, 而广东韶关丹霞山则是这类地貌的典型代表。

而广义(扩展)丹霞地貌则是地质历史时期形成的以红色沉积为主, 丹崖赤壁为代表的一种地貌类型, 其形成时代、沉积特征、颜色和地貌景观等都不如狭义丹霞地貌典型。

世界各大洲都有这种红色碎屑岩层形成的丹崖赤壁、奇峰怪石地貌, 有不少向游人开放成为名噪一方的旅游区, 如美国的大峡谷、澳大利亚的艾尔斯岩等。

图版说明

图版I Plate I

A-丹霞山丹崖赤壁;

B-丹霞山僧帽群峰;

C-丹霞山茶壶峰;

D-丹霞山单斜山-扁石寨;

E-美国大峡谷中中生代红层层状峡谷地貌;

F-美国大峡谷顶部的方山和残峰;