廣東大峽谷及其鄰區(qū)砂巖峰林地貌特征與成因分析

郭超 黃嘉慧 龐立陽

廣東省有色礦山地質災害防治中心 廣東 廣州 510030

石英砂巖峰林地貌是巖土體地貌景觀中重要的分支，是一種獨特的地學旅游資源，其中以湖南張家界最為典型，兼具極高的科學研究和地質美學欣賞價值。關于砂巖峰林地貌的分類、成因、發(fā)育機理及形成時代等問題引發(fā)多次討論[1][2][3][4]。其地貌與流水侵蝕、重力崩塌作用、巖性特征及所處構造條件密切相關。目前，國內大多有關砂巖峰林地貌特征的研究焦點主要集中在張家界世界地質公園，有關南嶺地區(qū)砂巖峰林地貌研究甚少。乳源大布鎮(zhèn)及廣東石門臺國家級自然保護區(qū)一帶分布華南地區(qū)出露面積最大的石英砂巖，發(fā)育的砂巖峰林地貌屬華南規(guī)模最大、分布最為集中。因此，本文希望在前人的研究成果基礎上，通過對大峽谷及其鄰區(qū)的砂巖峰林地貌的特征及成因研究，為南嶺地質遺跡保護提供理論依據。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)處于南嶺山脈的中段南麓，位于廣東省北部，屬于粵北弧形山地的中列西翼山地（圖1）。

圖1 研究區(qū)地貌（來源于GoogleEarth衛(wèi)星圖）

南嶺地區(qū)處于歐亞板塊、特提斯板塊以及濱太平洋板塊接合部位，大地構造位于華南褶皺系。景區(qū)內砂巖峰林地貌發(fā)育于晚泥盆世老虎頭組（D2l）、楊溪組（D2y）中，區(qū)域上該組巖性主要由紫灰、灰褐、灰白、黃白色中厚層狀-塊狀含礫長石石英砂巖、石英砂巖夾含礫砂巖、粉砂巖、泥巖等組成。含礫砂巖的礫石成分成熟度高，主要為石英質礫和石英砂巖礫，分選較好。巖層層面總體平整，發(fā)育大型平行層理，巖層走向上延伸遠，層內發(fā)育有交錯層理。縱向上，巖石組合相近，巖石中碎屑顆粒分選較好，底部礫巖或含礫砂巖的礫石成分較單一，以石英質礫為主，次圓—圓狀，上部粒度略有變細，粉砂巖或泥質粉砂巖夾層比例增多，巖層厚度由下往上也有漸薄的趨勢。

2 砂巖峰林地貌特征

區(qū)內砂巖峰林地貌雄踞于海拔千米以上的山體上部，山體邊部或溝谷地帶發(fā)育最好，由于溝谷的切割和山體邊緣巖石的崩塌，峰林邊緣一般為陡峭的崖壁。構成南嶺國家公園砂巖峰林地貌的主要地貌類型有峽谷、石峰（柱）、崖壁等，此外還有構造地貌類地質遺跡—夷平面，水體地貌類地質遺跡—瀑布、水潭等。

2.1 峽谷

峽谷長度總體偏短，一般不超過3km。峽谷落差較大，個別可達1000m，主體以200-400m為主，多為深V型谷，未發(fā)現寬谷。峽谷中河流水流總體偏小，多受上游水電站影響，水質較好，河床砂礫石較多，發(fā)育潭-瀑-潭水體地貌組合，植被茂密。峽谷谷深坡陡，但河床坡降比較大，多呈近南北向或近東西向展布，，總體多徑直，局部蜿蜒曲折。

2.2 石峰

石峰是砂巖峰林地貌最基本的景觀，多發(fā)育于峽谷兩側谷岸上，巖石受斷層、節(jié)理作用切割及后期風化剝蝕、崩塌形成砂巖峰林，峰柱或石柱多呈塔狀、手指狀、石筍狀、厚劍狀等，棱角分明，單個石柱底徑最大可達5-8m，最小可達1-2m，單個石柱最高約數十米，小者亦可達2-3m之高。砂巖石柱在相對集中，排列有序，成規(guī)模的石柱有二十至上百余根，石柱表面無植被覆蓋或少植被，石柱上發(fā)育大量凹槽、巖槽，可見近水平的層理，巖柱頂底植被覆蓋較好，周邊自然生態(tài)環(huán)境良好。部分孤峰形態(tài)多樣，一步一景，具有較強的美學價值。

2.3 崖壁

崖壁是研究區(qū)內砂巖峰林地貌中最壯觀、規(guī)模最大的的景觀，具有與丹霞地貌相似的“赤壁丹崖”特征。崖壁位于峰林區(qū)邊緣，高度達幾百米，延綿數千米。其中最著名的當屬廣東大峽谷景區(qū)的虎嘯崖。虎嘯崖地處乳源大峽谷入口處，為一處天然大斷面，平面上大斷面呈開口的銅鐘狀，頭小底大形態(tài)，邊長長約1.37km，高差達170m。從上往下看或從下往上看，猶如深淵或天如一線，規(guī)模宏大，巍峨壯觀，且在絕壁上形成白色銀河瀑布，飛流而下，氣勢恢宏。

3 砂巖峰林地貌景觀成因分析

砂巖峰林景觀的形成，除受一般構造運動的影響外，還深受巖石性質、巖層組合、節(jié)理構造、地貌位置、氣候、生物等因素的影響[5][6]。

3.1 砂巖峰林地貌形成的外因

（1）物質基礎

特殊的地層巖性是碎屑巖地貌形成的物質基礎。據調查，研究區(qū)發(fā)育砂巖峰林地貌的區(qū)域地層單位劃分存在差異：其中乳源大峽谷、閻羅頭、十二旗為中泥盆世老虎頭組（D2l）；茶巖頂、石門臺為中泥盆世楊溪組（D2y），雖然地層單位劃分有所不同，但均發(fā)育在石英砂巖分布區(qū)。石英砂巖中石英含量普遍較高，膠結物多為鐵質、硅質，石英和鐵、硅質膠結物的化學性質在表生環(huán)境下十分穩(wěn)定，具有較強的抗侵蝕性，另一方面，由于具有堅硬的物質特性，構成石峰、峰柱、崖壁的堅固的基座。

此外，地層中不同的巖性組合形成的地貌略有差異，其中以凹槽、巖槽地貌為代表。其形成是源于不同巖性的抗風化能力差異，石英砂巖中夾有的粉砂質頁巖、粉砂巖相對石英砂巖、砂礫巖等，其抗風化、抗水流沖蝕程度相對較弱，在崖壁上受風化、流水作用被掏空底部部分膠結物后更易于脫落，粉砂質頁巖、粉砂巖夾層的厚度、連續(xù)性決定了凹槽、巖槽的規(guī)模，由于砂巖峰林地貌區(qū)的粉砂質頁巖、粉砂巖層厚均較小，因此形成的凹槽、巖槽地貌規(guī)模均較小。

③乳源大峽谷區(qū)域未見老虎頭組下伏地層，即整個地層巖性以石英砂巖為主，其發(fā)育的地貌主要為深邃峽谷及峽谷陡壁和陡壁中流水沿垂直節(jié)理侵蝕、崩塌形成的山梁、峰柱、峰堡組成的砂巖峰林地貌；而石門臺-茶巖頂區(qū)域楊溪組下伏為侏羅系花崗巖巖體，巖性為中粗粒斑狀黑云母二長花崗巖，其抗風化剝蝕能力遠遠弱于石英砂巖，因此導致花崗區(qū)形成較緩的坡麓，而石英砂巖在2組垂直節(jié)理切割下，形成陡峻的山崖及由石柱、峰柱、峰塔、階梯狀陡崖等組成的砂巖峰林地貌，且底部發(fā)育大量因砂巖崩塌而形成的空腔或巖腔。

（2）地質構造

①節(jié)理裂隙

高角度的節(jié)理裂隙發(fā)育是形成砂巖峰林地貌的必要條件，中-厚層、厚層狀石英砂巖由于抗剪強度低，加上地層產狀平緩，整個地層板性較好，在多期地殼抬升或巖漿侵入作用下其共軛垂直裂隙節(jié)理特別發(fā)育，經歷多次構造運動后，導致區(qū)內不同方向、不同性質、不同規(guī)模的節(jié)理裂隙縱橫交錯（圖2），為之后的外應力地質作用奠定了物質基礎。

圖2 廣東大峽谷節(jié)理

自燕山運動以來，研究區(qū)內的主體構造線沒有發(fā)生過大的變動，許多構造作用往往持續(xù)影響至今。在喜馬拉雅運動期間，基本沒有發(fā)生褶皺變動，而是以塊狀構造為特征發(fā)生整體性或差異性抬升，發(fā)育大量高角度的節(jié)理。

由于節(jié)理均為高角度，使巖石上下重心基本保持在同一鉛垂線上，巖塊穩(wěn)定不易沿層面滑落，促使所形成的巖峰石柱直立，并能維持較長的時間；高角度共軛節(jié)理系統(tǒng)的發(fā)育，誘導流水-重力作用不斷深入開拓，加之少量薄層粘土巖的差異風化掏空，使邊坡巖塊失重而崩塌，多切削成棱方體壁立陡崖、石峰、石柱。

②巖層產狀對坡面形態(tài)的控制

對比丹霞地貌，可以看出碎屑巖地貌與之有較多相似之處，其中山塊頂面和構造坡面同樣明顯受巖層產狀的控制，按照巖層產狀可分為近水平、水平巖層和緩傾斜巖層兩種，地層在抬升過程中由于層理產狀平緩，使得巖層之間不易產生重力滑動，有利于峰柱地貌的穩(wěn)定。在新生代的地殼運動中，該地貌區(qū)均以整體塊狀抬升為主，大部分巖層產狀屬于近水平、水平，加上山體高角度節(jié)理裂隙發(fā)育，因此如同丹霞地貌一樣，自上而下發(fā)育三種坡面類型，發(fā)育的地貌具有“頂平（頂斜）、身陡、麓緩”的坡面特征。

③新構造運動對地貌發(fā)育進程的控制

古近紀以來的新構造運動差異性和間歇性抬升，導致侵蝕基準面的下降，使得區(qū)內水動力作用的加劇，水流最終切穿高角度的節(jié)理裂隙軟弱帶。較早抬升后保持長期穩(wěn)定的區(qū)域，有利于砂巖峰林地貌按連續(xù)過程從幼年期到老年期逐步演化。

④巖漿活動對地貌發(fā)育進程的影響

侏羅紀酸性巖漿沿斷層或節(jié)理侵入于泥盆系老虎頭組和楊溪組中，導致此區(qū)域泥盆系地層較其他區(qū)域海拔更高，同時在后期同等風化作用下，花崗巖被風化后導致上覆石英砂巖地層發(fā)育大量卸荷節(jié)理，促進了石英砂巖峰林地貌的演化進程，同時更高的海拔也導致其受風化、夷平作用更強。

3.2 碎屑巖地貌形成的外因

影響該類地貌形成的外因主要有水動力和重力作用，其中流水是塑造地貌的主動力，石英砂巖地層被抬升后接受流水侵蝕，重力作用加速陡坡和懸空地段的崩塌，風化、生物作用起輔佐作用。

（1）水動力作用

流水侵蝕作用是砂巖峰林地貌形成的最活躍、最基本的主動外動力作用，是正在進行的最直觀的外動力作用。研究區(qū)屬于典型的亞熱帶濕潤季風氣候，降雨充沛，地表徑流發(fā)育，常年性河流、溪流對山體的沖蝕和側蝕作用。

砂巖峰林地貌區(qū)均為地殼相對抬升區(qū)，在地殼抬升的過程中，作為一種外在的營力，流水沿高角度節(jié)理裂隙下切，使這些節(jié)理裂隙空間加寬、加深，形成平直深窄的線谷或巷谷，河水對線谷、巷谷兩側及谷地進行侵蝕、沖刷，并在兩側巖體發(fā)生風化崩塌，使線谷、巷谷加深、加寬，形成景色優(yōu)美、幽靜的嶂谷、深V型谷。主河流的側蝕作用往往在坡腳掏出水平洞穴，使上覆巖塊懸空，加快重力崩塌作用的進程。

一方面，流水沿節(jié)理垂直下切和溯源侵蝕、側蝕三種方式進行，加劇巖塊分離崩塌，促使高大石峰形成，同時也為不斷加大溝谷深度和長度，促使幽深峽谷的出現；另一方面，流水沿坡面不斷地蝕去坡面上的風化物質，加速風化。

（2）重力作用

由于巖石中節(jié)理裂隙的發(fā)育，把地層巖石切割成各種規(guī)模不一的巖塊體，給巖體崩塌創(chuàng)造了有利條件，因此崩塌作用也是碎屑巖地貌發(fā)育的重要因素。當大氣降水和地表水沿著造景巖層層面或節(jié)理裂隙侵蝕，并伴有生物風化和植物根劈作用時，由于節(jié)理不斷張開擴大，使巖塊重心不斷向臨空面移動，逐漸失去依托，而發(fā)生崩塌。此外，軟硬相間巖層由于差異侵蝕風化被掏空、凹進，也易引起重力崩塌。崩落的巖塊無論大小，大多形態(tài)規(guī)則，巖塊表面均比較平滑。

4 砂巖峰林地貌的發(fā)育過程

無論是湖南張家界砂巖峰林地貌，還是調查區(qū)砂巖峰林地貌形成的物質基礎主要是厚層、產狀平緩、高角度節(jié)理裂隙發(fā)育的石英砂巖夾薄層粘土巖或下伏為粗粒花崗巖巖體。形成動力主要來自于地殼內力的快速抬升及巖漿侵入，加上地球外部的水、重力和風化作用的侵蝕-剝蝕。所處地區(qū)為亞熱帶，氣候溫暖，降水充沛，雨量相對集中，常形成暴雨、洪水，河流的侵蝕強度大，特別是洪水時期的溯源侵蝕尤為強烈。快速的地體抬升及巖漿侵入加上河流的強烈侵蝕，造成地表深向切割，從而，使地面高差加大，加之薄層粘土巖或粗花崗巖巖體的水平掏空作用，石英砂巖沿高角度節(jié)理裂隙迅速崩塌、后退，形成了新的陡崖和陡壁上的裂隙谷。河流循新的裂隙谷再進行切割，形成新的地貌。每一次河流的溯源侵蝕都會引起谷坡的迅速后退。因而，幼年期地貌不斷新生，原來的幼年期地貌演變成青年期地貌，原來的青年期地貌演變成壯年期地貌，原來的壯年期地貌則向老年期演化[7]。因此，砂巖峰林地貌形成的機理是河流強烈溯源侵蝕-巖石塊體崩塌-谷坡迅速后退。

根據演化過程中地貌形態(tài)的不同，可將碎屑巖地貌的發(fā)育主要可分為5個時期：胚胎期、幼年期、青年期、壯年期、老年期。胚胎期主要地貌類型是山體頂部淺溝；幼年期主要地貌類型是裂隙谷、方山、一線天；青年期主要地貌景觀是峽谷、方山、柱峰；壯年期主要地貌景觀是柱峰、（柱）峰群、嶂谷；老年期主要地貌景觀是孤峰、寬谷、殘丘等[8]。

對比三個地貌區(qū)，其發(fā)育時期可劃分為：乳源大峽谷-閻羅頭-十二旗屬于青年期，石門臺-茶巖頂屬于青年期向壯年期過渡。

其中石門臺-茶巖頂片區(qū)砂巖峰林地貌發(fā)育較乳源大峽谷-閻羅頭-十二旗片區(qū)更接近壯年期，其原因可能與石門臺-茶巖頂片區(qū)受花崗巖巖漿侵入有關。巖漿侵入導致地層被原始抬高，加速了該區(qū)域快速形成砂巖峰林地貌。

5 結語

（1）廣東大峽谷及其鄰區(qū)內發(fā)育了華南規(guī)模最大、分布最集中的砂巖峰林地貌，具有典型的砂巖峰林地貌特征。主要組合為崖壁、峰林（柱）、峽谷等。

（2）砂巖峰林地貌的形成是內因與外因綜合結果。其內因表現在巖性組合、構造及新構造運動等方面。外因主要體現在水動力條件及重力作用。

（3）通過對比分析，研究區(qū)內砂巖峰林地貌主要為青年期，石門臺-茶巖頂片區(qū)青年期向壯年期過渡。