山西王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園地貌景觀特征及其成因研究

張 蕾 , 張緒教, 武法東, 田 珺, 何澤新, 于 航,王春林, 劉江紅

1)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083;

2)國(guó)土資源實(shí)物地質(zhì)資料中心, 河北三河 065201; 3)山西陵川縣國(guó)土資源局, 山西陵川 048300

地質(zhì)遺跡是在地球形成、演化的漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史時(shí)期, 受各種內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)作用遺留下來(lái)的自然產(chǎn)物, 它不僅是自然資源的重要組成部分, 更是十分珍貴、不可再生的地質(zhì)自然遺產(chǎn)。地質(zhì)遺跡由地貌景觀、沉積構(gòu)造、地層剖面、構(gòu)造形跡及古生物化石等組成, 其中地貌景觀在地質(zhì)遺跡中占據(jù)主導(dǎo)地位, 具有一定的美學(xué)價(jià)值及旅游價(jià)值(張蕾等,2012)。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制著地貌景觀的形成和發(fā)展演化, 而呈層狀梯級(jí)分布的地貌景觀是對(duì)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的特殊響應(yīng), 故地貌景觀具有較高的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園發(fā)育了一系列與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相伴生的地貌景觀, 它們?cè)诖瓜蛏嫌幸?guī)律的分布,一方面可以很好地指示區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的幅度、期次, 另一方面可以反演太行山地區(qū)形成演化過(guò)程,對(duì)該地質(zhì)公園科學(xué)價(jià)值的提升、科普工作的推進(jìn)及區(qū)域旅游、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。

1 地質(zhì)公園概況

1.1 行政區(qū)劃及交通概況

王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園位于山西省陵川縣東南部 , 地 理 坐 標(biāo) 為 113°19′53″—113°38′28″E 、35°30′20″—35°44′25″N, 面積 117.33 km2, 行政區(qū)劃屬山西省晉城市陵川縣。北與長(zhǎng)治縣, 西與高平市、澤州縣毗鄰, 東、南以太行山為界分別與河南輝縣、修武縣接壤(圖 1)。該地質(zhì)公園于 2009年 8月通過(guò)國(guó)土資源部評(píng)審, 獲得國(guó)家地質(zhì)公園建設(shè)資格, 不但使地質(zhì)遺跡資源得到更好的保護(hù)和利用,而且還可挖掘其潛在的科學(xué)價(jià)值及旅游價(jià)值, 為地方旅游業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)(張國(guó)慶等, 2009)。

1.2 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)出露地層由老到新依次為: 新太古界、中元古界長(zhǎng)城系、下古生界寒武系—奧陶系及新生界第四系。其中巖性以灰?guī)r、白云巖為主的寒武系、奧陶系和以亞砂土、亞粘土為主的第四系在區(qū)內(nèi)廣泛出露, 而新太古界變質(zhì)巖(斜長(zhǎng)角閃巖、黑云母變粒巖、片麻巖)、中元古界長(zhǎng)城系石英砂巖的分布面積較小。

圖1 王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園地理位置圖Fig.1 Location of Wangmangling National Geopark

中晚元古代, 華北地臺(tái)構(gòu)造活動(dòng)性較弱, 大部分地區(qū)處于穩(wěn)定的濱淺海相沉積環(huán)境, 接受長(zhǎng)城系濱淺海相碎屑巖類沉積。中生代以來(lái), 區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形表現(xiàn)為一系列不同方向、不同性質(zhì)、不同期次的脆性斷裂和褶皺變形, 在太行山南側(cè)山前形成了一系列近東西向、北東向斷裂褶皺組合, 陵川縣即位于中生代形成的太行山復(fù)背斜西翼, 總體構(gòu)造輪廓清楚, 構(gòu)造線呈北東向。新生代以來(lái)喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分活躍, 以地殼間歇性抬升為主要運(yùn)動(dòng)形式,造就了研究區(qū)現(xiàn)今的地貌景觀和水系格局。

研究區(qū)內(nèi)出露巖漿巖面積較小, 分布在東南部與河南省交界地帶, 屬太古代深成侵入體, 巖性以黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖為主, 含斜長(zhǎng)角閃巖包體。

2 地貌景觀特征

王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園地質(zhì)遺跡類型豐富、分布廣泛、規(guī)模宏大、特征鮮明, 根據(jù)前人地質(zhì)遺跡的分類方案(李明路, 2000; 趙汀等, 2009), 結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)遺跡的形態(tài)、規(guī)模、自然屬性及分布特征, 將地質(zhì)遺跡類型劃分為地貌景觀、沉積構(gòu)造、構(gòu)造形跡、古生物化石四類。地貌景觀是地質(zhì)遺跡的重要組成部分, 具有較高的美學(xué)價(jià)值、旅游價(jià)值及科學(xué)價(jià)值。因此, 本次研究詳細(xì)調(diào)查了王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園中地貌景觀的形態(tài)及規(guī)模、分布特征, 尤其是構(gòu)成園區(qū)主體部分并與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)伴生的夷平面、峽谷(紅豆杉峽谷、錫崖溝峽谷)、巖溶(峰叢、黃圍靈湫洞)、瀑布(小壺口瀑布、黑龍瀑、錫崖溝飛瀑)等造景地貌的特征, 用以探討各類地貌景觀的成因、演化過(guò)程及區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)幅度、期次等科學(xué)問(wèn)題。

2.1 夷平面

王莽嶺地區(qū)存在兩期夷平面, 分別是形成于漸新世的太行期夷平面和形成于上新世的唐縣期夷平面, 不同期次夷平面的地貌形態(tài)、分布的海拔高度及位置、發(fā)育的古巖溶地貌有所不同。

王莽嶺園區(qū)海拔 1400～1600 m 附近大面積展布的平坦地形面為太行期夷平面(圖版Ⅰ-1), 該夷平面總體傾向西, 傾角為3°左右, 發(fā)育于奧陶系馬家溝組二段灰?guī)r中, 其上分布著大規(guī)模的巖溶峰叢地貌, 并可見(jiàn)灰?guī)r裂隙中充填殘積紅土。太行期夷平面之下發(fā)育古寬谷, 谷坡上部以巖性較硬的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r為主, 抗侵蝕能力相對(duì)較強(qiáng),易發(fā)生重力崩塌, 故坡度較陡, 而下部是以巖性較軟的泥質(zhì)灰?guī)r為主的谷坡, 抗蝕能力相對(duì)較弱, 易被流水剝蝕, 加之上部的崩積物覆蓋其上, 坡度較緩。古寬谷之下是氣勢(shì)宏偉的大峽谷, 該峽谷深約300 m, 寬約幾米至幾十米不等, 發(fā)育于元古界褐紅色石英砂巖中, 形成了獨(dú)特的赤壁丹崖景觀, 構(gòu)成了王莽嶺園區(qū)一道獨(dú)特的風(fēng)景線(圖2)。

圖2 王莽嶺園區(qū)地貌剖面示意圖Fig.2 Schematic profile of landscapes in Wangmangling

陵川至?xí)x城公路一帶海拔 1100 m左右存在唐縣期寬谷面, 該寬谷面分布在太行期夷平面的山麓地帶, 附近有較多的殘積紅土, 它們充填在灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r的裂隙中, 基巖已不同程度風(fēng)化。由于唐縣期夷平面形成后, 地殼連續(xù)抬升、河流強(qiáng)烈下切, 導(dǎo)致該夷平面被流水切割破壞嚴(yán)重, 在野外未見(jiàn)到較為典型的唐縣期夷平面觀察點(diǎn), 但根據(jù)陵川至?xí)x城公路一帶所見(jiàn)到的大面積殘積紅土和王莽嶺地區(qū) DEM 剖面圖所顯示的地形面特征, 判斷該處應(yīng)為唐縣期寬谷-山麓面。

2.2 峽谷地貌

王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園峽谷地貌景觀豐富, 高差在100～300 m的懸崖峭壁比比皆是, 有發(fā)育于元古界褐紅色石英砂巖中的錫崖溝大峽谷, 還有發(fā)育于下古生界寒武系—中奧陶系馬家溝組地層中的紅豆杉大峽谷、十里河大峽谷、門河峽等。這些峽谷地貌占園區(qū)面積的25%左右, 具有“雄、奇、秀、險(xiǎn)、幽”的景觀特征, 構(gòu)成了研究區(qū)主要的造景地貌。

紅豆杉大峽谷長(zhǎng)約 32 km, 蜿蜒曲折, 形成“之”字形峽谷, 由于氣候溫暖濕潤(rùn), 峽谷內(nèi)生長(zhǎng)了數(shù)萬(wàn)棵國(guó)家一級(jí)保護(hù)植物——紅豆杉, 峽谷由此得名。該峽谷高差 100～400 m, 谷底寬度一般數(shù)十米至百余米, 崖壁基巖以鮞?；?guī)r為主, 產(chǎn)狀近水平(圖版Ⅰ-2)。峽谷中現(xiàn)代河流水量一般, 一些河段的河漫灘基巖裸露, 礫石磨圓程度一般。河道兩岸偶見(jiàn)2級(jí)河流階地, 一級(jí)階地(T1)為堆積階地, 階坡由粘土質(zhì)粉砂、細(xì)砂、礫石組成, 拔河約5 m; 二級(jí)階地(T2)為基座階地, 拔河約 27 m。河床中發(fā)育 3級(jí)裂點(diǎn), 一級(jí)裂點(diǎn)高出河床約 2 m, 裂點(diǎn)處存在截彎取直現(xiàn)象; 二級(jí)裂點(diǎn)高出河床 2～3 m, 裂點(diǎn)處發(fā)育壺穴; 三級(jí)裂點(diǎn)高出河床約 6 m, 形成小壺口瀑布。

錫崖溝谷中谷上部是高差500～600 m的巖溶峽谷, 谷底出露寒武系饅頭組頁(yè)巖, 峽谷寬緩、平直,而下部是發(fā)育于長(zhǎng)城系褐紅色石英砂巖中的嶂谷,谷深約300 m, 寬幾米至幾十米不等, 谷壁陡直、谷底深邃, 崖壁多處飛瀑懸掛, 氣勢(shì)恢宏(圖版Ⅰ-3)。

2.3 巖溶地貌

本區(qū)巖溶地貌包括地表巖溶(峰叢、孤峰、溶溝、石芽、落水洞)和地下巖溶(巖溶洞穴及其內(nèi)部石筍、石幔、石柱、石鐘乳等)兩類。峰叢、溶溝、石芽、落水洞等地表巖溶地貌主要分布于王莽嶺園區(qū), 且以太行期夷平面上大面積發(fā)育的峰叢地貌為代表,而垂向上成層分布的靈湫洞、牛鼻洞、怪窟窿等巖溶洞穴主要分布于黃圍山—門河園區(qū), 其中規(guī)模較大、發(fā)育程度較高的靈湫洞較為典型。

王莽嶺園區(qū)山頂平臺(tái)處, 可見(jiàn)到巖溶作用初期形成的小型溶溝、石芽, 還可見(jiàn)到溶蝕作用達(dá)一定程度形成的平面上呈圓形的落水洞, 其外壁垮落后只留下半圓形內(nèi)凹柱狀巖壁, 高數(shù)十米至上百米,直徑5～20 m。高差700～800 m形態(tài)各異的巖溶峰叢,它們下部尚有未完全分離的基座相連, 極目遠(yuǎn)眺,仙駝峰巍峨矗立于山巒之間, 好似一匹昂首闊步的神駝(圖版Ⅰ-4)。

黃圍山—門河園區(qū)的靈湫洞現(xiàn)今海拔 1211 m,溶洞發(fā)育于馬家溝組灰白色厚層角礫狀灰?guī)r中, 洞穴沿巖層的層面和節(jié)理擴(kuò)展, 形成廳堂式洞體, 產(chǎn)狀 為 170°∠24°, 面 積 約 4000 m2, 體 積 約17400 m3(圖版Ⅰ-5)。洞內(nèi)類型豐富的次生化學(xué)沉積物主要有滴水沉積(石筍、石鐘乳、石柱)、流水沉積(石幔、石簾)、凝結(jié)水沉積(石瘤、石葡萄)。溶洞最高處發(fā)育高約 18 m的落水洞, 表面形態(tài)與漏斗相似, 是靈湫洞形成后, 流水沿垂直裂隙進(jìn)行溶蝕、沖蝕并伴有重力垮塌作用的產(chǎn)物, 洞口下方堆積有地表水?dāng)y帶進(jìn)來(lái)的泥沙、礫石和紅土。

2.4 河流階地

通過(guò)大磨河至平甸河河流階地的詳細(xì)調(diào)查及河谷橫、縱剖面圖的繪制, 筆者認(rèn)為這兩條河流均發(fā)育4級(jí)河流階地, 其中大磨河兩岸保留2級(jí)階地,平甸河兩岸保留4級(jí)階地。

由于紅豆杉大峽谷所在地區(qū)構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)頻繁, 大磨河下切作用強(qiáng)烈, 河流在原有河曲形態(tài)的基礎(chǔ)上深切至基巖形成深切河曲, 使河流階地破壞嚴(yán)重, 故大磨河兩岸的河流階地保留較少, 一般在河床凸岸偶見(jiàn)兩級(jí)階地, 一級(jí)階地(T1)拔河約 3 m,為堆積階地, 階坡由粘土質(zhì)粉砂、細(xì)砂及礫石組成。二級(jí)階地(T2)拔河約 27 m, 為基座階地, 階坡由基巖及粉砂、細(xì)砂、礫石組成, 基巖以灰?guī)r為主, 產(chǎn)狀近于水平; 而平甸河位于大磨河流出紅豆杉大峽谷地段, 該地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不如前者強(qiáng)烈, 一般保留4級(jí)河流階地(圖3), 一級(jí)階地(T1)拔河5 m左右, 為堆積階地, 現(xiàn)已被改造為公路或莊稼地。二級(jí)階地(T2)拔河25 m左右, 一般為堆積階地, 階坡的礫石分選及磨圓程度較高, 定向排列明顯。三級(jí)階地(T3)拔河約 45 m, 一般為堆積或基座階地, 基座階地的階坡由基巖及粘土質(zhì)粉砂、細(xì)砂、礫石組成, 基巖以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主, 產(chǎn)狀近水平。四級(jí)階地(T4)拔河約 80 m, 為基座或侵蝕階地, 在土雙村的T4階坡可見(jiàn)到鈣質(zhì)膠結(jié)緊密的角礫灰?guī)r。

圖3 王莽嶺地區(qū)馬圪當(dāng)鄉(xiāng)平甸河河谷橫剖面示意圖Fig.3 Magedang terrace profile of the Pingdian River in Wangmangling area

2.5 瀑布

王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園的瀑布主要分布于黃圍山—門河園區(qū), 根據(jù)瀑布成因分類原則(賈麗云等,2012), 將研究區(qū)瀑布按照成因分為四類: 裂點(diǎn)型瀑布、侵蝕型懸瀑、巖檻型瀑布、人工型瀑布。裂點(diǎn)型以落差約6 m的小壺口瀑布為代表, 該瀑布形態(tài)上前緣呈弧狀彎曲, 由兩處高差為1 m的臺(tái)階構(gòu)成,每級(jí)臺(tái)階由軟硬相間的頁(yè)巖、灰?guī)r組成, 由于頁(yè)巖的抗蝕能力相對(duì)較弱, 在流水作用下首先被侵蝕殆盡, 故該處河床的橫剖面和縱剖面均呈臺(tái)階狀(圖版Ⅰ-6)。錫崖溝大峽谷的谷壁上懸掛有較多的侵蝕型懸瀑, 該類型瀑布發(fā)育于元古界褐紅色石英砂巖的地層中, 水流均為近東西向, 落差較大, 氣勢(shì)宏偉(圖版Ⅰ-7); 黃圍山—門河園區(qū)的黑龍瀑是一處落差達(dá)8 m的巖檻型瀑布, 陡坎處基巖以中薄層灰?guī)r為主, 而河床基巖以泥質(zhì)灰?guī)r為主。瀑布正下方的黑龍?zhí)妒橇魉疀_蝕基巖形成的深潭, 平面上呈橢圓形, 深約10 m、寬約40 m、長(zhǎng)約80 m, 進(jìn)一步加大了瀑布的落差(Ⅰ-8)。

3 地貌景觀成因分析

現(xiàn)今, 關(guān)于王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園的研究?jī)H限于客源市場(chǎng)分析(趙霞, 2011)和旅游資源類型及開(kāi)發(fā)建議(高向楠等, 2011)兩方面, 而在科學(xué)研究方面,特別是不同成因類型地貌景觀的形成機(jī)制、發(fā)展演化、形成年代及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)造景地貌的控制作用等方面尚未進(jìn)行深入探討。故本次研究以園區(qū)主要的地貌景觀為研究對(duì)象, 重點(diǎn)分析它們的成因及演化過(guò)程, 以提升王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園的科學(xué)價(jià)值。

3.1 夷平面分析

夷平面是在長(zhǎng)期地殼相對(duì)穩(wěn)定過(guò)程中, 由廣泛的夷平作用形成的, 以截?cái)嗝嫘蝿?shì)橫切一切老地層和構(gòu)造的、接近侵蝕基準(zhǔn)面的、平緩的地表形態(tài), 其上有風(fēng)化殼或其他碎屑堆積, 常遭受后期的抬升切割和埋藏, 分布于地球各緯度帶(任雪梅等, 2003)。夷平面的發(fā)育代表了地殼經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定階段, 它的解體又代表了地殼大范圍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升。因此, 夷平面的存在指示了較大尺度的構(gòu)造旋回, 而多級(jí)夷平面的存在則指示了多次構(gòu)造穩(wěn)定與抬升的交替, 具有重要的構(gòu)造指示意義。

一些學(xué)者認(rèn)為太行山南段存在 3期夷平面(吳忱等, 1996; 馬寅生等, 2007), 分別是北臺(tái)期夷平面、太行期夷平面、唐縣期寬谷-山麓面。其中北臺(tái)期夷平面形成于白堊紀(jì)末, 主要分布在海拔 1800～2200 m處; 太行期夷平面形成于漸新世, 分布于北臺(tái)期夷平面的外圍, 海拔 1500～1600 m; 唐縣期夷平面形成于上新世, 分布于山麓地帶, 海拔高度范圍較廣。由于本研究區(qū)處于太行山強(qiáng)烈隆升地段,之前形成的北臺(tái)期夷平面經(jīng)歷了喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ幕, 被河流切割破壞嚴(yán)重, 故在野外未觀察到北臺(tái)期夷平面或蝕余山, 而本次研究通過(guò)野外調(diào)查和室內(nèi) DEM 剖面圖驗(yàn)證, 判斷該區(qū)存在太行期夷平面和唐縣期夷平面。

3.1.1太行期夷平面

王莽嶺地區(qū)1400～1600 m附近存在一個(gè)大面積分布的平坦地形面, 根據(jù)該地形面的空間展布、海拔高度及發(fā)育的古巖溶地貌、殘積紅土, 并通過(guò)王莽嶺地區(qū)DEM剖面圖驗(yàn)證分析(圖4), 判斷該地形面是該區(qū)存在的最老一級(jí)夷平面——太行期夷平面。該期夷平面形成于漸新世末, 其發(fā)展演化過(guò)程為: 始新世末—漸新世地殼進(jìn)入喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)第Ⅰ幕結(jié)束后的相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期, 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)趨于寧?kù)o,河流以側(cè)方侵蝕作用為主, 將一切老地層、老構(gòu)造全部剝蝕夷平形成較大范圍的準(zhǔn)平原, 隨后發(fā)生的喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng)第Ⅱ幕、第Ⅲ幕, 使之前形成的準(zhǔn)平原被抬升至現(xiàn)今 1600 m的高度, 最終形成太行期夷平面。

圖4 王莽嶺地區(qū)DEM剖面圖Fig.4 DEM profile in Wangmangling area

3.1.2唐縣期夷平面

太行山南段王莽嶺地區(qū) DEM 剖面圖中(圖 4),海拔1400～1600 m附近可觀察到山峰的峰頂幾乎處于同一高度, 該處即是大規(guī)模展布的太行期夷平面。太行期夷平面的山麓地帶, 即陵川至?xí)x城公路一帶海拔約1100 m, 可觀察到一個(gè)內(nèi)部發(fā)育“U”形谷的古寬谷面, 在野外可見(jiàn)到該處分布有殘積紅土, 周圍還可見(jiàn)到不同程度風(fēng)化的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r, 巖石表面發(fā)育巖溶作用形成的縱向裂隙。根據(jù)以上這兩方面證據(jù), 判斷該處應(yīng)為形成于上新世的唐縣期寬谷面。唐縣期夷平面經(jīng)歷了第四紀(jì)以來(lái)的多次間歇性抬升運(yùn)動(dòng), 在河流強(qiáng)烈地溯源侵蝕過(guò)程中被破壞殆盡, 只殘留了在當(dāng)時(shí)濕熱氣候、構(gòu)造穩(wěn)定條件下發(fā)育的紅土風(fēng)化殼及古巖溶痕跡, 故野外未見(jiàn)到較好的唐縣期夷平面觀察點(diǎn), 但通過(guò)觀察到的殘積紅土及強(qiáng)烈風(fēng)化的基巖, 加之區(qū)域 DEM 剖面圖的驗(yàn)證, 筆者認(rèn)為王莽嶺地區(qū)存在唐縣期寬谷-山麓面。

3.2 錫崖溝峽谷成因

峽谷地貌的形成受到巖性、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、河流侵蝕及重力崩塌作用等因素控制。錫崖溝嶂谷的形成主要受兩個(gè)因素的控制, 一是太行山的快速隆升,二是元古代褐紅色石英砂巖。新生代以來(lái), 地殼長(zhǎng)期處于抬升狀態(tài), 河流下切作用非常強(qiáng)烈, 同時(shí)由于石英砂巖非常堅(jiān)硬, 流水下切作用過(guò)程中, 下蝕作用導(dǎo)致的河谷加深速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于側(cè)蝕作用拓寬河谷的速率, 從而形成河谷深度遠(yuǎn)大于寬度的峽谷地貌。因此, 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)峽谷地貌的控制作用占主導(dǎo)地位, 控制著峽谷的總體形態(tài), 加上巖性、河流侵蝕及重力崩塌作用等因素的共同作用, 形成了今天蔚為壯觀的錫崖溝大峽谷。

3.3 黃圍靈湫洞成因

靈湫洞位于黃圍山—門河園區(qū)海拔 1211 m處,它是研究區(qū)內(nèi)規(guī)模最大、發(fā)育程度最高的巖溶洞穴,通過(guò)對(duì)靈湫洞的海拔、規(guī)模及其內(nèi)部發(fā)育程度方面的調(diào)查, 筆者認(rèn)為靈湫洞形成于中更新世早期(約560～300 Ka期間), 該段時(shí)期內(nèi)中國(guó)經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)220 Ka溫暖濕潤(rùn)的高溫期, 只有在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的地殼穩(wěn)定及氣候暖濕的條件下, 才能形成如此大規(guī)模的溶洞, 并探討了它的形成過(guò)程: 中更新世早期, 地殼處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài), 且氣候溫暖濕潤(rùn), 巖溶作用較強(qiáng), 靈湫洞開(kāi)始沿水平方向發(fā)育。在洞穴形成的早期階段, 豐富的地下水沿巖石裂隙滲透至隔水層后,沿潛水面呈水平狀流動(dòng), 溶蝕、沖蝕、搬運(yùn)能力強(qiáng),是成洞的主要階段, 地下水將地表的粘土物質(zhì)帶進(jìn)洞穴內(nèi)堆積, 故在洞底沉積了含巖石碎屑的紅色粘土層, 洞穴形成的晚期階段, 地下水位降低,洞體上部地下水以垂直滲流為主, 該階段為重力滴水化學(xué)沉積階段, 首先在粘土層上形成鈣板, 之后在其上形成形態(tài)各異的石筍、石鐘乳等次生化學(xué)沉積物, 至此靈湫洞形成。中更新世中期之后, 靈湫洞經(jīng)歷了多次間歇性構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng), 最終被抬升至海拔1200 m的高度。

圖5 王莽嶺地區(qū)大磨河至平甸河河流階地位相圖Fig.5 Longitudinal profile of fluvial terraces along Damo-Pingdian River in Wangmangling area

3.4 河流階地分析

地殼上升引起河流下蝕作用加劇, 使之前的河漫灘超出一般洪水位, 呈階梯狀懸掛于河谷谷坡上。河流階地的發(fā)育和變形特征對(duì)構(gòu)造活動(dòng)的反應(yīng)較敏感, 對(duì)地殼的間歇性抬升有較好的指示作用。因此, 應(yīng)用階地資料分析區(qū)域構(gòu)造演化是較為可靠的研究方法。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)大磨河至平甸河河流階地位相圖的繪制(圖 5), 確定了研究區(qū)發(fā)育 4級(jí)河流階地,它們?cè)诖瓜蛏系姆植贾甘玖送趺X地區(qū)第四紀(jì)以來(lái)經(jīng)歷的 4次間歇性抬升運(yùn)動(dòng), 其中第一次構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)的幅度較大, 而最后一次抬升幅度較小。在區(qū)域整體構(gòu)造抬升的背景下, 不同河段的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)存在明顯差異: 由于秦家磨—榆樹(shù)灣村地段位于紅豆杉大峽谷中, 該處構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈, 河流深切至基巖, 致使該河段現(xiàn)代河床坡降較大; 馬圪當(dāng)鄉(xiāng)附近存在反傾斜地段, 該處發(fā)育的四級(jí)階地及現(xiàn)代河床均發(fā)生上拱變形, 說(shuō)明馬圪當(dāng)鄉(xiāng)一帶在整體隆升背景下伴隨地殼的局部隆起, 且這種變形特征一直持續(xù)到現(xiàn)在。

3.5 瀑布成因

王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園發(fā)育有眾多規(guī)模不等、成因多樣的瀑布景觀, 為瀑布的成因分類提供了很好的素材。根據(jù)園區(qū)瀑布成因類型的不同, 將其劃分為裂點(diǎn)型瀑布(小壺口瀑布)、巖檻型瀑布(黑龍瀑)、侵蝕型懸瀑(錫崖溝飛瀑)、人工型瀑布四類, 不同成因類型的瀑布, 其構(gòu)造運(yùn)動(dòng)意義不完全相同。由于巖檻型瀑布及侵蝕型懸瀑在園區(qū)中分布較少, 因此,本次研究主要對(duì)裂點(diǎn)型瀑布進(jìn)行了成因分析。

河流侵蝕基準(zhǔn)面下降引起河流下切與溯源侵蝕, 溯源侵蝕所達(dá)到的那一段河床縱向上的地貌陡坎或坡折稱為裂點(diǎn)(曹伯勛, 1995), 裂點(diǎn)型瀑布是由裂點(diǎn)導(dǎo)致河床落差增加而形成的瀑布。該類型瀑布在垂向上有規(guī)律的分布與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及溯源侵蝕作用密切相關(guān), 是反演新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期次及溯源侵蝕強(qiáng)度的證據(jù)。

前人認(rèn)為太行山和燕山一帶大河的深切曲流是在上新世曲流寬谷基礎(chǔ)上深切形成的(吳忱等,1999), 大磨河深切河曲反映了第四紀(jì)以來(lái)該區(qū)發(fā)生構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng), 導(dǎo)致河流溯源侵蝕, 在河床中形成了拔河約6 m的裂點(diǎn), 裂點(diǎn)處流水作用較強(qiáng), 加之該處河床巖性以中厚層灰?guī)r夾薄層頁(yè)巖為主, 頁(yè)巖抗蝕能力相對(duì)較弱首先被侵蝕殆盡, 使得河床的縱向和橫向上均呈現(xiàn)臺(tái)階狀, 河水順階流下形成瀑布, 由于河流主流線靠近河谷中間, 在河流侵蝕過(guò)程中, 河谷中間部位易先被剝蝕崩塌, 故小壺口瀑布在形態(tài)上呈弧狀彎曲。

4 結(jié)論與討論

本文通過(guò)對(duì)王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園的區(qū)域地質(zhì)背景、區(qū)內(nèi)地質(zhì)遺跡特征及地貌景觀的成因、發(fā)展演化及與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)關(guān)系方面的詳細(xì)地野外調(diào)查及綜合研究, 主要結(jié)論如下:

(1)本區(qū)存在2期夷平面, 分別是太行期夷平面和唐縣期寬谷-山麓面。研究區(qū)發(fā)育的峰叢地貌與太行期夷平面同時(shí)期形成, 而峽谷、靈湫洞、河流階地、瀑布等造景地貌是唐縣期寬谷面解體之后形成的, 可以說(shuō)夷平面形成和解體過(guò)程中所經(jīng)歷的外界風(fēng)化剝蝕和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)各類地貌景觀的形成發(fā)展起著決定性作用, 因此, 夷平面期次的確定為研究地貌的成因、演化過(guò)程和形成年代提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

(2)根據(jù)平甸河階地位相圖的特征, 指出王莽嶺地區(qū)第四紀(jì)以來(lái)經(jīng)歷了 4次間歇性構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng),且第一次抬升幅度最大, 并以馬圪當(dāng)鄉(xiāng)附近現(xiàn)代河床發(fā)生上拱變形為特征, 指示該區(qū)在整體抬升過(guò)程中, 伴隨有地殼的上拱。

(3)將園區(qū)眾多瀑布進(jìn)行成因?qū)W分類, 并探討了與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)的小壺口瀑布(裂點(diǎn)型瀑布)成因, 不但有利于瀑布資源潛在價(jià)值的開(kāi)發(fā)利用,而且還有利于園區(qū)造景地貌科學(xué)價(jià)值的提升。

總之, 本文依據(jù)王莽嶺國(guó)家地質(zhì)公園的地質(zhì)遺跡特征, 將其分為地貌景觀、沉積構(gòu)造、構(gòu)造形跡、古生物化石四類, 深入探討了以夷平面、錫崖溝峽谷、靈湫洞、河流階地、小壺口瀑布為代表的各類造景地貌的成因、形成年代及與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,最終確定王莽嶺地區(qū)發(fā)育2期夷平面和4級(jí)河流階地, 第四紀(jì)以來(lái)該區(qū)經(jīng)歷了 4次間歇性構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng), 且以伴隨地殼的上拱變形為特征, 為研究區(qū)乃至太行山地區(qū)的形成演化研究提供了科學(xué)依據(jù)。

圖版說(shuō)明

圖版 Ⅰ Plate Ⅰ

1-太行期夷平面;

2-紅豆杉大峽谷;

3-錫崖溝大峽谷;

4-仙駝峰;

5-靈湫洞;

6-小壺口瀑布(裂點(diǎn)型瀑布);

7-錫崖溝懸瀑(侵蝕型懸瀑);

8-黑龍瀑(巖檻型瀑布)

1-Taihang stage planation surface;

2-Hongdoushan Canyon;

3-Xiyagou Canyon;

4-Hump Peak;

5-Lingqiu Cave;

6-Xiaohukou waterfall (knick-point waterfalls);

7-Xiyagou cliff Hanging waterfall (erosion waterfalls);

8-Heilong waterfall(threshold waterfalls)

圖版 Ⅰ Plate Ⅰ