廣東大峽谷地質(zhì)景觀特征與形成機制

胡昆，李宏衛(wèi)，黃孝波，李媛，張健

廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080

廣東大峽谷又稱乳源大峽谷、粵北大峽谷，位于擬建南嶺國家公園的一般控制區(qū)，屬于南部門區(qū)系統(tǒng)，是擬建南嶺國家公園重要的自然生態(tài)系統(tǒng)；地處北回歸線北緣，氣候上屬南亞熱帶向中亞熱帶過渡類型。區(qū)內(nèi)地形、地貌復(fù)雜，形成南亞熱帶與中亞熱帶的過渡性氣候和大峽谷內(nèi)小氣候并存的生態(tài)環(huán)境（廣東省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1988；廣東省地質(zhì)調(diào)查院，2009）。廣東大峽谷北起南嶺山系東端的乳源瑤族自治縣大布鎮(zhèn)，終至英德市石牯塘鎮(zhèn)，自北向南呈“Z”字形延伸，長約15km，深約300m。區(qū)內(nèi)地形切割強烈、坡陡谷深、水系發(fā)育，主干河流多呈近南北向延伸，氣候溫和濕潤，年平均氣溫21.1℃，雨季多集中在5-8月份，雨量充沛，植被類型為亞熱帶常綠闊葉林，珍稀的動植物和獨特的峽谷地形地貌奠定了廣東大峽谷在擬建南嶺國家公園的地位，它是一處重要的地質(zhì)博物館和珍稀植物園（智慧科普展示園）。

近年來，眾多學(xué)者對廣東大峽谷景觀特征和地貌成因進行了報道。黃玉昆（1980）、張珂等（1992）、張珂和黃玉昆（1995）、郗增福（2007）、周尚哲等（2013）認為中新世早期是南嶺夷平面發(fā)育終結(jié)和新一輪地貌循環(huán)開始的時間，在第四紀期間廣東大峽谷地區(qū)經(jīng)歷了至少三次的間歇性抬升。王為等（2007）、Wang W et al.（2009）調(diào)查分析了大峽谷源頭河段的227處壺穴形態(tài)特征，認為壺穴的形成與發(fā)育只與河床局部的地質(zhì)、地貌、流水特征有關(guān)。黃海華（2017）簡要闡述了廣東大峽谷的成因機制，認為大峽谷的形成受中泥盆世沉積環(huán)境、燕山期構(gòu)造-巖漿事件以及新構(gòu)造時期地殼抬升所制約。郭超等（2022）介紹了廣東大峽谷及其鄰區(qū)分布的華南地區(qū)出露面積最大的石英砂巖，即華南規(guī)模最大、分布最集中的砂巖峰林地貌，指出砂巖石峰景觀的形成受巖石性質(zhì)、巖層組合、節(jié)理構(gòu)造、地貌位置、氣候等因素的影響，其發(fā)育期主要為青年期。前人多側(cè)重于峽谷的地貌描述、旅游開發(fā)等，對于峽谷景觀的地質(zhì)成因方面的研究相對薄弱。本文在“廣東1∶5萬大布公社等四幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”項目成果基礎(chǔ)上（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，2017），結(jié)合實地調(diào)查，從峽谷地質(zhì)遺跡景觀資源類型出發(fā)，綜合分析大峽谷構(gòu)造地貌形成過程與成因機制，為南嶺國家公園建設(shè)提供地質(zhì)思路和科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造上位于華夏造山系的武夷—云開造山帶，基底屬于前寒武紀—早古生代強烈褶皺變質(zhì)巖系，地層區(qū)劃屬武夷—云開地層區(qū)羅霄地層分區(qū)，區(qū)域內(nèi)主要出露泥盆紀、石炭紀地層，另有少量震旦系（廣東省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1988；張克信等，2017）。大峽谷內(nèi)以中泥盆世老虎頭組（D2l）粗碎屑巖沉積物為主，巖性為紫紅、灰褐、黃褐、黃白色中厚層狀含礫石英砂巖、巖屑石英砂巖夾粉砂巖、泥巖等，代表濱海沉積環(huán)境，角度不整合于下古生界之上。研究區(qū)斷裂構(gòu)造以北東東向為主，北北東和北西西向斷裂構(gòu)造較少發(fā)育（圖1）（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，2017）。

2 地質(zhì)遺跡景觀特征

研究區(qū)屬于廣東省級自然保護區(qū)，根據(jù)《地質(zhì)遺跡調(diào)查規(guī)范（DZ/T 0303-2017）》（國土資源部，2017），區(qū)內(nèi)地質(zhì)遺跡分為基礎(chǔ)地質(zhì)、地貌景觀2個大類，具體分為地層剖面、構(gòu)造剖面，巖土體地貌、水體地貌、構(gòu)造地貌共5類，包括典型剖面、斷裂、碎屑巖地貌、壺穴、潭、瀑布、夷平面、峽谷8個亞類，主要地質(zhì)遺跡共計31處（圖1，表1）。

表1 廣東大峽谷地質(zhì)遺跡類型劃分表Table 1 List of geological relics types of Guangdong Grand Canyon

圖1 廣東大峽谷主要景觀資源分布與地質(zhì)簡圖（據(jù)黃海華，2017修改）Fig.1 Main landscape resources distribution and geological map of Guangdong Grand Canyon(According to Huang H H,2017)

2.1 基礎(chǔ)地質(zhì)大類遺跡

2.1.1 典型剖面

老虎頭組典型剖面由1∶25萬韶關(guān)市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目實測（圖2）（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，2009），剖面位置坐標為E 113°7′50.41″，N 24°30′49.89″。與乳源桂頭楊溪組-老虎頭組剖面相比，該剖面未見頂、底，但露頭更好、層序更加清晰，原生沉積構(gòu)造保存完好。剖面中巖層總體傾向北西280°～310°，傾角3°～6°。下部巖性為礫巖、含礫石英砂巖、砂礫巖（圖3A），向上過渡為粗粒石英砂巖、含礫砂巖夾粉砂巖，自下而上顯示由粗至細的變化規(guī)律，沉積層序以砂礫巖為主向砂巖與粉砂巖互層演化（圖3B），指示濱岸環(huán)境，為海進退積型沉積，層內(nèi)發(fā)育紋層理、交錯層理等（圖3C、3D），層間發(fā)育平行層理，粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖中發(fā)育水平層理（圖3E）。

圖2 廣東大峽谷老虎頭組實測地層剖面圖（據(jù)廣東省地質(zhì)調(diào)查院，2009修改）Fig.2 The measured stratum section of Laohutou Formation in Guangdong Grand Canyon（Modified from Guangdong Geological Survey,2009）

2.1.2 斷裂

區(qū)內(nèi)構(gòu)造以北東向—北北東向斷裂構(gòu)造和北西向斷裂為主，與斷裂構(gòu)造相配套的節(jié)理裂隙較為發(fā)育，巖石中普遍發(fā)育兩組高角度節(jié)理（圖3F），節(jié)理走向以北西310～340°和北東20～50°為主，局部發(fā)育近南北和近東西向節(jié)理。

圖3 廣東大峽谷基本層序和斷裂構(gòu)造Fig.3 The basic sequence and fault structure in Guangdong Grand Canyon

閻羅頭斷裂（F1）總體傾向西，傾角較陡，切割中泥盆統(tǒng)老虎頭組，斷裂破碎帶寬度從幾十厘米到15米變化，帶內(nèi)發(fā)育淺灰、褐紅色碎粉巖和乳白色硅化巖，碎粉巖受擠壓作用片理化，硅化巖被擠壓呈透鏡狀分布，斷裂上盤巖層受斷裂牽引向上彎曲，顯示正斷層特征，形成于燕山期。

將軍潭斷裂（F2）走向30°，傾向北西，傾角70°，切割老虎頭組和春灣組，宏觀上表現(xiàn)為上、下盤地形急劇變化，呈“陡崖”狀；斷面發(fā)育階步和褐鐵礦薄膜，示下盤相對下降，為正斷層，形成于燕山期。

黃洞河斷裂（F3）走向35°，傾向北西，傾角75°，切割中泥盆統(tǒng)老虎頭組，斷裂破碎帶寬度約1～2.5 m，帶內(nèi)發(fā)育硅化巖，示張性正斷層特征，形成于燕山期。

坪址斷裂（F4）走向340°，傾向北東，傾角40°～80°，切割老虎頭組和春灣組，斷裂破碎帶寬1.5 m，斷面呈現(xiàn)褐鐵礦化或局部發(fā)育褐鐵礦化薄膜層，主要由硅化巖和脈石英組成，圍巖輕微碎裂，脈中可見石英晶簇，示張性正斷層特征，形成于燕山期。

謝家山斷裂（F5）走向310°，傾向南西，傾角60°，大致沿廣東大峽谷展布，切割泥盆紀地層。斷裂帶主要充填有碎裂巖，規(guī)模較小，一般寬幾十厘米到1米，表現(xiàn)為硅化、褐鐵礦化、綠泥石化蝕變特征，形成于燕山期。

2.2 地貌景觀大類遺跡

2.2.1 巖土體地貌

廣東大峽谷的巖土體地貌與湖南張家界地貌物質(zhì)基礎(chǔ)較相似，以砂頁巖為主，因此稱為類張家界地貌（陳銳明等，2017），分布面積大，完整程度較高，包括石峰、崖壁、石柱、線谷（巷谷）、垂直侵蝕溝（裂隙谷）、額狀巖槽6種（表1）。

姐妹峰、天蓬元帥（圖4A）和聚仙臺（圖4B）為典型的石峰地貌，姐妹峰海拔652 m，高差約14 m；天蓬元帥海拔669 m，高差約6 m；聚仙臺海拔660 m。

虎嘯崖為崖壁地貌，位于大峽谷兩側(cè)山體，高約280 m。

天燭峰（圖4C）為石柱地貌景觀。

線谷（巷谷）地貌隨著高角度節(jié)理沿裂隙面不斷加寬、加深而形成。通天梯順走向50°垂直節(jié)理修建而成，由北東向南西為上臺階，臺階1368級，平均0.2 m/級，谷底與谷頂高差約280 m，谷寬3～8 m。一線天順走向320°，產(chǎn)狀50°∠80°節(jié)理修建而成，由南東向北西為下臺階，300臺階級，平均0.25 m/級，谷底與谷頂高差約75 m，谷寬約2～4 m。

垂直侵蝕溝（裂隙谷）地貌位于峽谷兩側(cè)山體崖壁上，高度幾十厘米至幾米不等。

額狀巖槽地貌位于通天梯電站南東側(cè)引水渠，長約15 m，高約2 m，深約3 m，是水平巖層經(jīng)過長期的風(fēng)化剝蝕、水流侵蝕和重力崩塌作用形成的（圖4D）。

圖4 廣東大峽谷巖土體地貌Fig.4 The geomorphology of rock and soil mass in Guangdong Grand Canyon

2.2.2 水體地貌

研究區(qū)內(nèi)水體地貌主要有瀑布、潭和壺穴。峽谷中的高角度節(jié)理發(fā)育且縱切河床，致節(jié)理密集處或小斷裂所經(jīng)巖石較破碎而易風(fēng)化，經(jīng)年河水沖蝕崩落形成陡坎，每至豐水期，上游河水奔流至此下跌形成瀑布和水潭，在大部分水潭潭壁、潭底或潭頂都有壺穴發(fā)育（表1）。

騰龍大瀑布落差約220 m，其下的騰龍?zhí)稙閰^(qū)內(nèi)面積最大水潭，約95×105 m2（圖5A）；黃龍瀑布落差約34 m，其下的黃龍?zhí)睹娣e約40×36m2，河床呈“Z”型，發(fā)育多級跌水（圖5B）；盤龍?zhí)逗哟卜亲匀黄陆?，發(fā)育2處跌水。桃花潭瀑布落差約36 m，面積約45×35 m2（圖5C）；長青潭為寬約8～15 m的狹長條形水潭；仙女潭瀑布落差約25m，水潭面積34×25 m2（圖5D）。

騰龍?zhí)秹匮ㄈ盒螒B(tài)多樣，有圓形、橢圓形、三角形、四邊形、多邊形乃至長條形（圖5E）；盤龍?zhí)秹匮ㄒ蕴稜顗匮ǎ▓D5F）為主；鴛鴦池壺穴類型為半壁缸狀壺穴（圖5G）；桃花潭壺穴群發(fā)育位置多樣，河床上發(fā)育串珠狀壺穴，巖壁發(fā)育不規(guī)則壺穴，潭頂發(fā)育缸狀半壁壺穴，潭底發(fā)育盆狀壺穴（圖5H）。

圖5 廣東大峽谷水體地貌Fig.5 The water physiognomy in Guangdong Grand Canyon

2.2.3 構(gòu)造地貌

研究區(qū)構(gòu)造地貌為夷平面和峽谷。在大峽谷入口處，可以清楚地看到一前一后兩層起伏微緩的峰頂面，分別是大峽谷谷口廣場南東側(cè)夷平面和千米游廊北東側(cè)夷平面，海拔600～700 m，平均海拔640 m（圖6A、6B），是同一時期形成的一級夷平面。依據(jù)南嶺南坡剝蝕速率，推測其形成的時代為距今約300萬年的新近紀末期（張珂等，1992）。峽谷谷頂寬窄不一，最寬處可達千米，最窄處也有百余米，其頂部地貌平緩，內(nèi)部溝壑縱橫，奇峰林立（圖6C、6D）。石林石柱高聳入云，巖石崖縫一線天際，千丈瀑布直擊谷底，谷底溪流蜿蜒曲折。

圖6 廣東大峽谷夷平面和遠景Fig.6 The planation surface and distant view in Guangdong Grand Canyon

3 構(gòu)造地貌形成過程與機制

峽谷的形成與地球內(nèi)外營力作用密切相關(guān)，燕山運動、新構(gòu)造運動和河流下切是其形成的關(guān)鍵因素，巖性和構(gòu)造條件是必要條件：巖性堅硬而斷裂、節(jié)理發(fā)育，斷裂、節(jié)理形成巖層薄弱面，而巖性堅硬又有利于兩岸谷坡的保存；流水的切割作用形成了谷底；在各方面因素的共同作用下峽谷的秀麗景觀得以形成（唐貴智和陶明，1997；陳建軍等，2008；陳銳明等，2017）。

3.1 泥盆-石炭紀奠定物質(zhì)基礎(chǔ)

早古生代，研究區(qū)處于加里東期陸內(nèi)造山階段，海水逐漸退去，島山顯現(xiàn)。隨后區(qū)域地殼開始抬升，陸地面積擴大，正地形不斷風(fēng)化侵蝕，導(dǎo)致志留系缺失。從中泥盆世開始，研究區(qū)進入陸表海演化階段，海水開始自西向東、從北向南推進，使得自西向東發(fā)育濱海相與河流相沉積體系，巖性為碳酸鹽巖、碎屑巖等，東部的九連古陸（八面山島、諸廣山島）為主要的沉積物源區(qū)（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，2017），研究區(qū)泥盆紀為河流相粗碎屑巖建造，沉積了一套砂巖、礫巖夾頁巖組合（圖7）；石炭系主要為海相碳酸鹽巖類，偶見下石炭統(tǒng)海陸交互相煤系地層。中三疊世末，大規(guī)模海侵結(jié)束，研究區(qū)海相沉積史結(jié)束，轉(zhuǎn)入陸內(nèi)演化階段。

圖7 南嶺地區(qū)中泥盆世巖相古地理圖（據(jù)曾允孚等，1993修改）Fig.7 Lithofacies palaeogeographic map of the Middle Devonian in Nanling area（Modified from Zeng Y F et al.,2007）

不同巖性組合（巖石成分）是形成不同地貌的物質(zhì)基礎(chǔ)（田明中和程捷，2009；柴樂等，2022）。研究區(qū)內(nèi)中泥盆世老虎頭組巖層平緩，幾近水平產(chǎn)出，石英砂巖的石英含量很高，膠結(jié)物為硅質(zhì)、鐵質(zhì)，它們的化學(xué)性質(zhì)在表生環(huán)境下非常穩(wěn)定，具有較強的抗侵蝕性（楊帥東等，2021）。石英砂巖具有堅硬的物理特性，不易因重力影響產(chǎn)生層間滑動（彭劍文，2017），從而構(gòu)成石峰、石柱、崖壁（圖4A、B、C）的堅固底座，是形成廣東大峽谷的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。相較之下，巖性較細的粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等抗風(fēng)化能力差，不利于塑造峽谷地貌（賈麗云等，2014；蔣凌云等，2018）。

3.2 燕山-喜山期早期奠定構(gòu)造基礎(chǔ)

燕山構(gòu)造運動階段，大規(guī)模構(gòu)造運動使研究區(qū)泥盆—石炭紀地層被抬升并形成復(fù)式褶皺，在斷裂的多期活動影響下，泥盆紀砂巖中形成大量的垂直節(jié)理系，北西、北東向節(jié)理相互配套，局部發(fā)育近南北和近東西向節(jié)理（圖8），它們將巖層切割成菱形塊體，形成“棋盤狀”構(gòu)造，這種活動影響持續(xù)至喜馬拉雅構(gòu)造階段。在喜馬拉雅運動早期，基本沒有發(fā)生褶皺變動，而是以塊狀構(gòu)造為特征發(fā)生整體性或差異性抬升。這種高角度裂隙（節(jié)理）有利于為砂巖地貌造型，它們控制山體走向和輪廓以及峽谷的走向。同時，受流水-重力作用，少量粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖塊體受到差異性風(fēng)化作用而發(fā)生崩塌，殘留原地的石英砂巖塊體成為石峰、石柱、崖壁等。由于這些菱形塊體保持在近水平層面上，不易滑塌，因此石峰、石柱可以長期保持直立狀態(tài)，崖陡谷深的形貌也不斷形成。

圖8 廣東大峽谷節(jié)理系統(tǒng)Fig.8 The joint system of Guangdong Grand Canyon

3.3 新構(gòu)造運動以來的構(gòu)造、水文作用塑造現(xiàn)今地貌

新構(gòu)造運動以來，南嶺大幅度隆升，準平原開始解體，塊體差異性上升形成多級夷平面（熊建國等，2020），為大峽谷的形成提供動力來源，也控制了大峽谷的發(fā)育進程（黃林燕等，2006）。與此同時，大布河為了維持其基準面，不斷下蝕巖層，形成近垂直的峽谷。而高角度的節(jié)理與近水平的巖層面共同控制了大峽谷的坡面形態(tài)，使坡面由頂至底呈現(xiàn)出“頂平、身陡、麓緩”的特征（圖9）。

圖9 廣東大峽谷坡面形態(tài)特征Fig.9 Characteristics of slope morphology of Guangdong Grand Canyon

水流侵蝕作用在大峽谷微地貌形成過程中占據(jù)重要角色，與其直接相關(guān)的是瀑布、潭、壺穴（曾蘭華等，2016）。在靠近大布河源頭的大峽谷北入口和西入口處的河流流水發(fā)生下蝕，由于新構(gòu)造運動差異性升降，造成谷底在縱向上呈階梯狀。谷底的石英砂巖堅硬且抗侵蝕能力強，突起形成多級陡坎（裂點）（圖10），水流經(jīng)過陡坎后發(fā)生明顯跌水現(xiàn)象，垂直落差大的谷底之間形成瀑布。水流攜帶崩塌的巖塊、卵礫石從陡坎跌落，在谷底形成潭（圖5A、5C、5D、5F）。在河床和巖壁之上，流水侵蝕及其在河床凹坑產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)水流攜帶沙、卵石作圓周旋轉(zhuǎn)移動，以側(cè)蝕的方式磨蝕形成各式各樣的壺穴（圖5E、5G、5H）。除此之外，流水的侵蝕加劇高角度節(jié)理沿裂隙面不斷加寬、加深，形成平直的線谷（巷谷），線谷（巷谷）受到流水進一步侵蝕，演化為峽谷（圖6D）。

圖10 廣東大峽谷河谷縱剖面示意圖Fig.10 Schematic diagram of the longitudinal profile of river valley in Guangdong Grand Canyon

在塑造大峽谷地貌最初期，重力崩塌與巖性條件、高角度節(jié)理切割、流水侵蝕共同作用，完成對大峽谷地貌的多層次塑造。流水側(cè)蝕使谷坡形成凹槽，在重力作用下，谷坡部位懸空的塊體沿高角度節(jié)理面發(fā)生崩塌，同時加深凹槽（唐云松等，2005；王運生等，2008；劉凌云等，2011），堆積在谷底形成滾石堆，而谷底塊體因荷載過大出現(xiàn)裂縫，構(gòu)造層節(jié)理受到破壞，可溶物質(zhì)進一步被侵蝕、剝離，懸空后的塊體沿裂隙面滑落形成崖壁。發(fā)生重力崩塌后，新的崖壁形成。在高角度節(jié)理、水流侵蝕、重力崩塌共同作用下，新的崖壁繼續(xù)不斷進行后退式的地貌演化（孫東霞等，2009；丁鐳等，2012）（圖11）。

圖11 廣東大峽谷演化模式圖Fig.11 Evolutionary model map of Guangdong Grand Canyon

廣東大峽谷靠近疊水河上游，其下河床為線狀，河谷深切，正地形＞負地形，以發(fā)育峰叢為主要特征。根據(jù)張家界地貌的演化階段，廣東大峽谷中有柱峰從主體山脈中分離出來，處于青年期（平亞敏等，2011；何勇和許濤，2014；吳吉林等，2021）。

4 結(jié)論及建議

（1）廣東大峽谷為典型的構(gòu)造地貌類型，是受地球內(nèi)、外動力協(xié)同作用，在區(qū)域地殼抬升和水流侵蝕基礎(chǔ)上，經(jīng)過數(shù)千萬年地質(zhì)演化而形成的負地形，發(fā)育有2大類5類8亞類地質(zhì)地貌景觀。

（2）廣東大峽谷構(gòu)造地貌演化經(jīng)歷了泥盆紀石英砂巖沉積成巖、燕山-喜山早期抬升和節(jié)理形成、新構(gòu)造運動以來的差異抬升與現(xiàn)今地貌形成三大階段。線狀河床、深切河谷及少量柱峰表明廣東大峽谷正處于地貌演化的青年期，正在不斷的演化中。

（3）廣東大峽谷多樣的地質(zhì)遺跡景觀資源，為該區(qū)開展科普科研、旅游開發(fā)創(chuàng)造了有利條件。建議充分利用該區(qū)豐富的人文和自然資源，加強對“峽谷、石峰、石柱、瀑布、水潭、壺穴”等景觀資源的地質(zhì)構(gòu)造演化過程的研究，深入挖掘其科學(xué)性、系統(tǒng)性和美學(xué)價值，加強典型地質(zhì)遺跡點的保護利用，提升擬建南嶺國家公園的科學(xué)內(nèi)涵，進一步推動南嶺國家公園的申報工作。