礦區(qū)紅層與地貌發(fā)育特征研究現(xiàn)狀及其地質(zhì)學(xué)意義

張 黎

（甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，甘肅 蘭州 730050）

“丹霞”正式被提出是在2009年，是馮景蘭學(xué)者[1]，其實(shí)“丹霞地形”最早使用是在70年代末80年代初[2]。在廣東丹霞山所召開(kāi)的丹霞層地貌研討會(huì)，在行業(yè)范圍內(nèi)引發(fā)了巨大關(guān)注。在澳大利亞墨爾本召開(kāi)的第七屆國(guó)際地貌學(xué)大會(huì)上，國(guó)際地貌學(xué)家協(xié)會(huì)(International Association of Geomorphologists,IAG)批準(zhǔn)設(shè)立“IAG丹霞地貌工作組(IAGDanxia Geomorphology Working Group)”，學(xué) 術(shù)大會(huì)開(kāi)展預(yù)示著丹霞地貌的研究進(jìn)入廣大學(xué)者的視野。在第34屆世界遺產(chǎn)大會(huì)上，貴州赤水、江西老鐵山、福建泰寧、湖南莨山、廣東丹霞山、浙江江郎山6大丹霞地貌被列入世界遺產(chǎn)名錄，引發(fā)了大量學(xué)者的關(guān)注。2010年10月，在廣東召開(kāi)第二屆丹霞地貌國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，次年4月，在波蘭舉辦了第三屆歐洲砂巖景觀學(xué)術(shù)會(huì)議，一些學(xué)者在此次研討會(huì)上做了丹霞地貌、紅層相關(guān)的報(bào)告，同時(shí)在會(huì)議上進(jìn)行了激烈的探討。由此也可以看出，我國(guó)關(guān)于丹霞地貌的研究也在逐漸向世界舞臺(tái)發(fā)展，中國(guó)丹霞地貌及紅層的研究進(jìn)入一個(gè)新階段。因全世界對(duì)丹霞及紅層的研究越來(lái)越多，“中國(guó)地理學(xué)會(huì)紅層與丹霞研究工作組”正式在2011年中國(guó)地理學(xué)會(huì)第十屆第四次常務(wù)理事會(huì)成立。

2009年在第七屆國(guó)際地貌學(xué)大會(huì)上，明確提出了丹霞地貌工作組的工作目標(biāo)：給予適用于全球的丹霞地貌科學(xué)定義；研究其發(fā)育條件和形成過(guò)程；建立科學(xué)的分類(lèi)系統(tǒng)；弄清丹霞地貌在全球的分布規(guī)律，開(kāi)展國(guó)際對(duì)比研究。2011年IAG丹霞地貌工作組第一次會(huì)議上，討論通過(guò)了IAG丹霞地貌工作組工作計(jì)劃，發(fā)表了《IAG丹霞地貌工作組第一次會(huì)議宣言》和《丹霞地貌全球研究倡議書(shū)》[3]，提出“以中國(guó)的研究為基礎(chǔ)，啟動(dòng)全球丹霞地貌研究，并逐步完善丹霞地貌的理論體系”作為工作組近期工作重點(diǎn)?？陀^上也對(duì)中國(guó)丹霞地貌的研究提出了新的要求。

在對(duì)丹霞地貌的研究中我們發(fā)現(xiàn)，紅層地貌發(fā)育良好[4]。但國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)此類(lèi)地形地貌的研究較少。從目前的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)紅層的研究的側(cè)重點(diǎn)集中在古地磁、古生物及巖石礦物的形成原因、所存在的地質(zhì)環(huán)境特征；一部分地質(zhì)學(xué)家僅關(guān)注巖石礦物形成丹霞地貌，針對(duì)其他地貌發(fā)育涉及較少[5]。在地貌分布情況研究過(guò)程中，一部分研究人員將紅層地質(zhì)地貌發(fā)育類(lèi)型和地質(zhì)特征進(jìn)行粗略總結(jié)。例如曾昭軒研究了我國(guó)東南部紅層地質(zhì)地貌發(fā)育條件及地層分布情況[6]；李廷勇等人將紅層地質(zhì)地貌類(lèi)型進(jìn)行一個(gè)劃分[7]，對(duì)于紅層的深入研究卻很少?？v觀全世界，只有個(gè)別學(xué)者對(duì)國(guó)外紅層的形成特征、形成時(shí)代、沉積環(huán)境、發(fā)育特征及分布狀況進(jìn)行研究，并與其他地區(qū)的紅層進(jìn)行對(duì)比分析。

1 中國(guó)紅層的分布及地貌發(fā)育特征

相關(guān)文獻(xiàn)表明，紅色陸相碎屑沉積是我國(guó)紅層的主要地貌發(fā)育特征[8]。郭永春等人評(píng)估我國(guó)紅層的大概面積為8.26×105平方公里[9]，這部分紅層主要分布在我國(guó)的西北、東南、西南地區(qū)[10，11]。中生代是中國(guó)紅層形成時(shí)期，在白堊紀(jì)紅層分布面積較多。

在中國(guó)的山西、塔里木盆地、等地區(qū)勘查出一部分的二疊系老紅層[12]（圖1）。

中國(guó)紅層形成的地質(zhì)構(gòu)造背景和古地理環(huán)境：印支期、燕山期和新生代喜馬拉雅期對(duì)中國(guó)構(gòu)造格局的形成和氣候環(huán)境的演化有重要影響，是紅層形成的主要階段。中國(guó)紅層形成的時(shí)期集中在晚侏羅世至白堊紀(jì)期間。

中國(guó)紅層地質(zhì)地貌發(fā)育特征：陸相碎屑沉積是中國(guó)紅層特征，主要沉積物有泥巖、砂巖、石灰?guī)r、粉砂巖、礫巖[13]。中國(guó)紅層的組成成分含有長(zhǎng)石、石英、硅質(zhì)物、鈣、鐵。從礦物組成來(lái)看，紅層主要的碎屑物是石英和長(zhǎng)石，膠結(jié)物是鐵、鈣、硅質(zhì)或泥質(zhì)。

因不同地區(qū)丹霞地貌所存在差異性，其所處地區(qū)的氣候條件和地質(zhì)結(jié)構(gòu)也有所不同，在中國(guó)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)臺(tái)地、山地、高原、丘陵都勘查出了紅層。但最具有代表性的還是丹霞地貌，對(duì)其進(jìn)行研究具有一定學(xué)術(shù)意義[14]。在地層內(nèi)外動(dòng)力效應(yīng)作用下，紅層地貌在中國(guó)分布范圍較廣，每個(gè)地區(qū)紅層差異明顯。我國(guó)東南地區(qū)屬于熱帶海洋氣候、亞熱帶季風(fēng)氣候，這種氣候特點(diǎn)對(duì)丹霞地貌的形成有一定的影響作用，丹霞地貌出露明顯。我國(guó)的西南地區(qū)板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，紅層地貌分布范圍十分廣泛，容易形成高山狀的丹霞景觀。我國(guó)的東南地區(qū)與西南地區(qū)相比較會(huì)發(fā)現(xiàn)，西南地區(qū)形成的紅層地質(zhì)結(jié)構(gòu)更加多樣化。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因?yàn)椋搮^(qū)域地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，加劇了紅層的傾斜速度，丹霞地貌應(yīng)運(yùn)而生。西南地區(qū)占據(jù)了氣候環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，受環(huán)境影響較小，粉質(zhì)紅層和淤泥質(zhì)堆積作用下出現(xiàn)了丹霞陡坡。

圖1 中國(guó)重要丹霞地貌分布圖

圖2 國(guó)外紅層分布

2 世界紅層的分布及地貌發(fā)育特征

根據(jù)目前掌握的資料顯示，紅層分布在世界各地。國(guó)外紅層分布及特征介紹如下（圖2）。

國(guó)外紅層分布及形成時(shí)代：亞洲。中國(guó)以外的亞洲各國(guó)也有很多紅層。大部分是陸相沉積，形成于比較新的時(shí)代，主要形成于白亞紀(jì)和古近紀(jì)。歐洲?？ㄅ恋賮喩矫}、比利烏斯山及阿爾卑斯周?chē)呐璧厥菤W洲陸相紅層分布區(qū)域，沉積發(fā)生的時(shí)期多為中生代和古生代。北美。在美國(guó)西部地區(qū)科羅拉多高原有紅層分布。所形成的時(shí)代為三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)。陸相是該研究區(qū)的沉積形成環(huán)境，是少量的淺海相。南美，洲南美的紅層主要分布在安第斯山脈兩側(cè)的山前盆地和穩(wěn)定的內(nèi)陸克拉頓盆地。非洲，非洲紅層主要分布在東非地溝帶、阿特拉斯山地地溝盆地和穩(wěn)定的內(nèi)陸克拉頓盆地。澳大利亞。澳大利亞大陸是南部岡瓦納大陸的一部分。紅層主要分布在北領(lǐng)地和西澳大利亞州。南極洲。從前人研究結(jié)果中可以看出，紅層在南極洲也有一定數(shù)量的分布，如早中三疊世板巖組和晚泥盆世阿茲特克組。概況來(lái)講，南極洲的紅層數(shù)量較少，因該區(qū)域被冰川覆蓋范圍較廣，紅層分布特征無(wú)法進(jìn)行深入研究。

從紅層的沉積條件方面來(lái)分析，陸相沉積是除中國(guó)以外其他地區(qū)的紅層特征，在大陸板塊的邊緣地帶，常發(fā)現(xiàn)海陸過(guò)度相及濱海相。陸相紅層發(fā)育河流相、湖泊相和風(fēng)成沉積相，特別是風(fēng)成砂沉積，具有大規(guī)模交錯(cuò)層理的特征。

從氣候環(huán)境來(lái)看，國(guó)外紅層基本形成于干旱半干旱氣候。全世界范圍內(nèi)的地質(zhì)板塊經(jīng)歷了較大的變化，這一變化過(guò)程主要發(fā)生在中生代和古生代，紅層形成時(shí)期的氣候也發(fā)生變化[15]。

在晚古生代末期，全世界范圍內(nèi)的地質(zhì)板塊發(fā)生巨大變化，一部分板塊集聚在一起形成新的板塊構(gòu)造。在南緯和北緯30°中間存在北美-歐洲古陸，此時(shí)氣候條件適合紅層地貌的發(fā)育。

這一時(shí)期東亞古陸板塊還未完全形成，在中緯度地區(qū)，因沒(méi)有適合紅層地貌發(fā)育的氣候條件，板塊變化較小。在中生代后期，泛大陸地質(zhì)構(gòu)造變化十分明顯，板塊出現(xiàn)分離狀況，主要是在大陸邊緣造山運(yùn)動(dòng)作用下[16,17]。在白堊紀(jì)時(shí)期和侏羅紀(jì)時(shí)期，褶皺帶發(fā)生上移，水汽被阻隔在外部，內(nèi)陸山間盆出現(xiàn)紅層地貌，這種干旱半干旱氣候適合紅層地貌發(fā)育。紅層廣泛分布于北美西部、中歐和南歐、印度北部、北非和南美洲。中生代是全球紅層最發(fā)育的時(shí)期。

國(guó)外紅層地貌發(fā)育特征：從巖性因素看，紅層地貌主要是由泥巖、砂巖、粉砂巖構(gòu)成，含有碎屑礦物的礫巖無(wú)法構(gòu)成紅層，經(jīng)過(guò)短時(shí)間的沉積作用，會(huì)出露在盆地的邊緣。由于古沉積環(huán)境的變化，許多紅層被灰?guī)r、灰綠色泥巖甚至火山巖覆蓋、下伏或互層。軟弱泥巖或緩坡或風(fēng)化形成的泥巖強(qiáng)度低或發(fā)育。從構(gòu)造因素看，紅層盆地抬升過(guò)程中形成的斷裂控制著紅層盆地的地貌坡度。從氣候因素看，國(guó)外紅層多為干旱半干旱，降水較少，季節(jié)分布不均。一方面，干旱氣候有利于紅層景觀的維護(hù)，使許多巖性堅(jiān)硬的紅層形成陡坡；另一方面，短期暴雨洪水沿節(jié)理裂隙切割，侵蝕紅層，形成多處峽谷、巷子和山谷。

表1 國(guó)內(nèi)外紅層特征及地貌發(fā)育的對(duì)比

3 國(guó)內(nèi)外紅層及其地貌發(fā)育的對(duì)比

全世界紅層的沉積傾向于從舊斷層擴(kuò)大到新斷層，即從古代的貢多拉大陸擴(kuò)大到北美、歐洲和中國(guó)；紅層的分布逐漸擴(kuò)大，即隨著地球陸地面積的擴(kuò)大，新紅層的分布范圍更大到第三。

在全世界地殼進(jìn)化和紅層發(fā)育的大序列中，新紅層逐漸擴(kuò)大，紅層分布比老紅層大。中國(guó)板塊紅層的大規(guī)模堆積是最新的一次，它反映了中國(guó)歐亞大陸作為一部分地殼進(jìn)化的歷史。

國(guó)內(nèi)外紅層形成的古地理環(huán)境比較：國(guó)外紅層主要為陸相沉積，有少量的濱淺海相和海陸過(guò)渡相。紅層大多繼承了紅層形成時(shí)干旱、半干旱的氣候環(huán)境，許多紅層還具有風(fēng)沙沉積的特征。

中國(guó)的紅層幾乎都是陸相的，缺乏海相。此外，中國(guó)中東部現(xiàn)今的氣候與紅層形成時(shí)的古氣候有很大不同。紅層形成過(guò)程中，該地區(qū)氣候干旱半干旱，但在上第三紀(jì)，隨著東亞季風(fēng)的加強(qiáng)，氣候發(fā)生了變化，逐漸形成了今天的季風(fēng)濕潤(rùn)氣候。

國(guó)內(nèi)外紅層巖性及地貌發(fā)育對(duì)比：國(guó)外紅層主要由砂巖、粉砂巖、泥巖組成，巖性相對(duì)均勻。此外，紅層多位于干旱半干旱氣候區(qū)，紅層侵蝕相對(duì)較弱。因此，在一些構(gòu)造穩(wěn)定地區(qū)，發(fā)育的紅層地貌相對(duì)簡(jiǎn)單，多為高原、峽谷、臺(tái)地和緩坡。但在一些結(jié)構(gòu)變化強(qiáng)烈的地區(qū)，也有峰林和峰叢景觀。

與之相比，中國(guó)的紅層巖性類(lèi)型是完全的，特別是砂礫巖等粗碎巖，是丹霞地貌急速形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。另一方面，中國(guó)位于環(huán)太平洋和提斯結(jié)構(gòu)帶的匯合點(diǎn)。強(qiáng)烈的新結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)將許多紅層盆地推到了斷層上。另外，它的寬度很大，跨越不同的結(jié)構(gòu)帶和氣候帶，形成丹霞地形、紅層高原、紅層山、紅層丘陵等紅層地形，丹霞地形是最典型的。也就是說(shuō)，中國(guó)的紅層地形覆蓋了世界上大部分類(lèi)型的紅層。是全球紅層發(fā)展的縮影（表1）。

4 存在的問(wèn)題

本文對(duì)紅層及丹霞地貌的研究也只是停留在表面，未進(jìn)行深入研究，雖然丹霞地貌在我國(guó)已經(jīng)有較長(zhǎng)的研究歷史，研究?jī)?nèi)容也只是涉及到地質(zhì)發(fā)育條件、出露形態(tài)特征、地質(zhì)演化規(guī)律等內(nèi)容。但在對(duì)國(guó)內(nèi)外丹霞地貌和紅層對(duì)比研究來(lái)看，我國(guó)在丹霞地貌研究過(guò)程中仍然存在一些問(wèn)題，研究方法僅停留在傳統(tǒng)方法，技術(shù)手段較落后，更側(cè)重于推理論證實(shí)地勘查數(shù)據(jù)較少，從外力作用因素、巖石學(xué)、礦物學(xué)等方面探討丹霞地貌和紅層的研究甚少。一些關(guān)于丹霞地貌的實(shí)驗(yàn)研究也主要是基于紅層巖體本身的理化特性來(lái)分析其抗風(fēng)化能力，尚不足以揭示不同自然條件下紅層的風(fēng)化特征及其對(duì)丹霞地貌發(fā)育的影響。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于丹霞地貌的研究沒(méi)有整體規(guī)劃，不同學(xué)科之間關(guān)聯(lián)度低，部分學(xué)者對(duì)丹霞地貌和紅層的研究只重視專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，對(duì)更深層次的地質(zhì)問(wèn)題缺乏實(shí)踐研究，存在浮于表面的研究現(xiàn)象。

對(duì)紅層的巖性特征與地貌發(fā)育的關(guān)系及過(guò)程很少涉及；在地貌學(xué)界，國(guó)內(nèi)學(xué)者大多只關(guān)注紅層中堅(jiān)硬的砂礫巖發(fā)育的赤壁丹崖景觀及其外動(dòng)力影響，忽視紅層軟巖的巖石學(xué)特性及其對(duì)地貌發(fā)育的影響；國(guó)內(nèi)外學(xué)者大多側(cè)重于單因子研究，缺少多因子關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)研究?？傮w來(lái)看，學(xué)科間的藩籬導(dǎo)致現(xiàn)有的研究缺乏融合，使紅層區(qū)地貌演化和丹霞地貌發(fā)育機(jī)制等問(wèn)題缺乏系統(tǒng)深入的闡述。

5 紅層及丹霞地貌發(fā)育的地質(zhì)學(xué)意義

紅層及丹霞地貌的形成是漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期下綜合作用的產(chǎn)物。

各類(lèi)丹霞地貌的形成演化是諸多構(gòu)造期演化的結(jié)果，研究丹霞地貌的形成，對(duì)研究形成盆地的發(fā)生、發(fā)展和消亡時(shí)期具有重要意義。如河北承德丹霞地貌形成階段是燕山運(yùn)動(dòng)的一個(gè)例子，它代表了地球演化的一個(gè)重要階段。

研究丹霞地貌形成盆地的構(gòu)造環(huán)境和古地理環(huán)境，對(duì)現(xiàn)有盆地的生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)具有重要指示意義。通過(guò)對(duì)盆地沉積特征和物源分析，探討外圍構(gòu)造對(duì)盆地充填過(guò)程的響應(yīng)，恢復(fù)盆地原型格局。