趙 汀, 彭 華, 侯榮豐

1)中國地質科學院礦產資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室, 北京 100037;

2)中國地質科學院, 北京 100037; 3)中山大學地理科學與規(guī)劃學院, 廣東廣州 510275;

4)廣東省丹霞山風景區(qū)管委會, 廣東韶關 512300

1 丹霞地貌概念的歷史沿革

自20世紀二、三十年代, 丹霞層和丹霞地貌由馮景蘭等(1928)、陳國達等(1939)教授提出, 丹霞地貌的名稱已被我國地學工作者普遍接受, 并廣泛應用。但對丹霞地貌概念的理解達數(shù)十種之多, 各有側重。1928年, 馮景蘭等在粵北仁化、南雄等縣發(fā)現(xiàn)丹霞地貌, 對丹霞地貌的特征作了生動的描述, 并把形成丹霞地貌的紅色砂礫巖層命名為丹霞層; 1939年, 陳國達把與丹霞山性質相同的地貌命名為丹霞地形, 但對其確切定義未作闡述(李佩賢等, 2007; 彭華, 2000)。

世界上的丹霞地貌約有 1200處, 主要分布在中國、美國西部、中歐和澳大利亞等地, 我國已發(fā)現(xiàn)的丹霞地貌約有780多處(圖1)。關于丹霞地貌的定義學界尚未取得一致共識。其含義目前國內有以下三種意見:①以黃進、陳致均、彭華為代表, 其中黃進等(2003)認為, 有陡崖的陸相紅層地貌稱為丹霞地貌; 彭華認為“以陡崖坡為特征的陸相紅層地貌稱為丹霞地貌”。兩者含義基本相同。②以劉尚仁等(2003)為代表的認為, 有陡崖的紅色沉積巖地貌都是丹霞地貌, 不論海相紅層還是陸相紅層形成的有陡崖的地貌都是丹霞地貌。③以陳安澤(2005)為代表的認為, 有陡崖的與丹霞山地貌相同, 由中、上白堊統(tǒng)陸相紅層形成的地貌, 才稱為丹霞地貌。其他陸相紅層所形成的有陡崖的地貌皆不能稱為丹霞地貌。

國外的地質學家也對丹霞地貌的概念作出了貢獻, 澳大利亞新南威爾士州沃龍崗大學教授、砂巖地貌方面專家羅伯特·瑞(Robert·Wray)通過澳大利亞的紅層和砂巖地貌與中國丹霞地貌的比較認為, 在澳大利亞發(fā)育的砂巖地貌, 在視覺上與中國東南地區(qū)的丹霞地貌極為相似, 但在巖石的年代、類型、板塊運動、侵蝕過程、氣候等因素方面, 與中國發(fā)育的丹霞地貌不同(歐陽杰等, 2011)。所以,他提出“類丹霞”(Danxia-like)地貌概念, 由此也從一個側面反映出中國丹霞地貌的研究已經在世界范圍內造成一定的影響。

2 我國丹霞地貌地質遺跡保護現(xiàn)狀

自 20世紀末, 地質公園這一概念的正式提出,在短短十多年時間里已在全球歐亞、澳洲和南美建立了56家世界地質公園, 在20多個國家建立了200余家國家地質公園(趙遜等, 2009), 在我國地質公園建設發(fā)展過程中, 丹霞地貌地質遺跡的保護工作一直受到廣大地質工作者的重視, 旅游開發(fā)力度也很大, 根據(jù)2009年的數(shù)據(jù), 138個國家地質公園中以丹霞地貌為主要保護對象的公園就有 14個(圖 1;表1), 占總數(shù)的10.1%(趙汀等, 2010), 其中廣東丹霞山作為丹霞地貌的命名地具有典型代表意義。在全球范圍內, 丹霞地貌也得到了世界的承認, 2010年8月5日, 廣東丹霞山(圖版I-A、B、C、D)、湖南崀山、福建泰寧、江西龍虎山、貴州赤水、浙江江郎山等六個丹霞地貌, 被聯(lián)合國世界遺產委員會一致同意列入《世界遺產名錄》。“中國丹霞”捆綁申報世界遺產的成功, 使得這一地球演化史中形成的特殊地質地貌更加為世人所矚目, 而對丹霞地貌的定義和分類也激起了更多的討論。

3 筆者對丹霞地貌的認識

從全球丹霞地貌的發(fā)育地質背景角度考慮, 筆者認為東亞的燕山運動、北美的內華達和拉拉米運動、南美的安第斯運動、歐洲的阿爾卑斯運動、非洲的阿特拉運動中形成的紅色陸相碎屑巖建造, 經阿爾卑斯后期或喜馬拉雅運動成景, 是分布相當普遍的一種特殊地貌類型。與國內的丹霞地貌發(fā)育基礎相比, 歐洲、非洲、澳洲、南美洲以及南亞是成陸時間較早的地區(qū), 大部分為老紅層, 局部或底部有不同程度變質, 但均以塊狀構造為特征, 發(fā)育的地貌與國內丹霞地貌差別不大(趙汀等, 2011)。

根據(jù)地貌形成的內外營力條件的不同(表 2),丹霞地貌可以劃分為兩大類: 典型丹霞地貌(狹義)和擴展丹霞地貌(廣義)。

圖1 我國以丹霞地貌為保護對象的地質公園(截至2009年, 公園編號對應表1)Fig.1 Distribution of China’s Danxia Landform geoparks (until 2009, geoparks number and more information see Table 1)

表1 以丹霞地貌為受保護地質景觀的國家地質公園列表(趙汀等, 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礎是紅色陸相碎屑建造, 其分布和演化受燕山運動的影響, 形成于板塊邊緣擠壓帶的山前、山間盆地或板塊內走滑、伸展帶的裂谷斷陷、拗陷盆地, 多靠近盆地邊緣發(fā)展于構造旋回早期。氣候條件干熱, 使陸相碎屑沉積物“色如渥丹, 燦若明霞”。喜山運動(可能有燕山晚期)的間歇性地殼抬升, 產狀平緩的陸相紅層受垂直節(jié)理、裂隙和斷層切割, 加上重力水、風、冰、生物等外部營力的作用, 在合適條件下形成的以丹崖赤壁, 方山寨堡、峽谷溪潭, 廊洞梁拱的景觀要素和組合。

擴展丹霞地貌(廣義)時代, 巖相、巖性、顏色,地貌景觀要素和單元組合都不嚴格受限于上述概念,成景巖層可以是非燕山期的紅色陸相碎屑建造或非陸相碎屑建造, 地貌形態(tài), 呈丘陵和堡寨及其伴生、共生的微地貌, 也有丹崖赤壁。

4 紅層-丹霞地貌形成的物質基礎

無論是狹義丹霞還是廣義丹霞地貌, 其形成的物質基礎都一定是紅色陸相(海相)碎屑巖建造。而其中狹義丹霞地貌主要指的是全球廣泛分布的燕山運動中形成的陸相碎屑巖建造。隨特提斯洋的關閉,岡瓦納大陸裂解這一全球重要構造事件在東亞的突出表現(xiàn), 各大陸都有類似的構造運動, 丹霞地貌雖定名于中國但在一定程度上可以全球對比。

全球紅層受板塊構造影響大, 歐洲的老紅砂巖的分布就是受加里東構造帶分布所控制, 南歐的中新生代紅層, 受阿爾卑斯造山帶影響。滇西—東南亞的含鹽紅層盆地也與喜山運動有關。

國內紅層的分布, 在中元古代云夢山組、串嶺溝組沿太行山東麓、燕山南中泥盆統(tǒng)下部紅色砂巖都為濱淺海相砂巖夾薄層泥巖, 呈紅色(云臺山、龍?zhí)秿{和嶂石巖、湖洞水、王屋山)寒武系的下部也有紅色礫巖含礫砂巖頁巖(嵩山、云臺山), 湘西的奧陶系灰?guī)r泥盆系石英砂巖(武陵源、大瑤山), 但多在穩(wěn)定地臺區(qū)的海進程序底部, 屬于濱淺海相。這與形成丹霞地貌的燕山運動期紅色陸相沉積大相徑庭。

燕山期紅層多分布在板塊邊緣的大陸活動帶,包括大陸邊緣活動帶、大陸地塹-裂谷帶、早期大洋裂谷帶、碰撞造山帶和褶皺帶。四川盆地J3紅層覆蓋全省; K僅限于西北, 西南部; 西昌和滇中盆地J3分布廣, K僅局部出露; 十萬大山盆地自北向南東,依次出露于 E、K1、J3時代, 前者披蓋于老的紅層之上; 南雄盆地與崇安盆地E紅層分布于K的西北側, 隨構造遷移而遷移。

燕山期紅色陸相碎屑建造粒度粗, 礫石成分與周緣母巖相同, 近源, 分選不好, 成熟度低, 磨圓度和分選差; 膠結物復雜, 以泥質、鐵質、鈣質為主, 含雜基多, 膠結不緊密。燕山期紅層礫徑變化大, 沖刷現(xiàn)象常見, 二元結構清楚, 大型板狀、斜層理、槽型層理、爬升層理、波狀層理可見, 形成狹義丹霞地貌。而老紅層沉積于長期風化剝蝕的古老穩(wěn)定地塊, 已準平原化的海侵程序底部或升降運動控制的海退程序頂部, 礫石單一, 磨圓度好, 分選好, 成熟度高, 膠結緊密; 老紅層礫徑和砂粒大小變化小, 板塊和魚骨狀層理發(fā)育, 對稱波痕, 泥裂、雨痕可見, 形成廣義丹霞地貌。

表2 狹義(典型)和廣義(擴展)丹霞地貌形成條件比較表Table 2 Comparison of geological settings between narrow sense (typical) and generalized (extensional) Danxia Landforms

5 我國中生代紅層盆地分布與丹霞地貌發(fā)育特點分析

中國紅層盆地分布以中、新生代最為廣泛, 按大地構造背景劃分, 主要有三個區(qū)帶。

①太平洋及其構造輻射區(qū)帶: 龍門山—哀牢山以東的南華板塊; 長江以南的紅層小盆地, 有黔東南, 湘西南, 湘桂邊境, 粵東北、贛東南、閩西南和浙江西部地區(qū), 泰寧、崇安, 惠東、梅縣, 永安、沙縣及珠江三角洲邊緣, 桂東南粵西南和海南島上的紅層小盆地, 分散呈北東向排列; 桂中和桂西北地區(qū), 散布于右江谷地; 在苗嶺—武陵山西北, 小型的紅層盆地, 數(shù)目多, 沉積時代 K1、K2或 E; 武夷山脈和懷玉山脈之間呈近東西向狹長展布的信江盆地白堊系沉積(朱志軍等, 2012); 浙江江山峽口盆地出露地層主要是下白堊統(tǒng)永康群(田毓仁等, 2010)。

②青藏高原特提斯構造域: 印度板塊嵌入歐亞大陸南緣, 這一重大構造熱事件, 在全球造成顯著影響, 特別是對青藏高原的形成和其周邊及內部斷裂帶的盆地的演化十分重要, 在天山、祁連山、橫斷山等山間和山前的一系列擠壓, 推覆、走滑和斷陷形成盆地群和高原內的可可西里、羌塘、藏北盆地等, 生成了紅色內陸碎屑巖建造。

③塔里木—華北板塊及其周緣區(qū)帶: 其賀蘭山、六盤山以東受太平洋板塊擠壓的影響, 其內部的大型拗陷盆地華北、陜甘寧、六盤山、燕遼、拜城等, 基底為太古—早元古代形成的褶皺結晶巖類。受西部印度板塊的向北俯沖, 東部太平洋板塊的向北西擠壓, 板塊內部繼承性深斷裂多期復活,斷塊發(fā)育, 在板塊周緣擠壓和壓扭走滑造成了這一構造單元十分有特色的中新生代陸相盆地, 受階段性的干旱氣候影響, 紅色夾層發(fā)育。

受紅層盆地要素影響、構造斷裂控制, 中國丹霞地貌空間格局表現(xiàn)為“條帶展布、斑塊鑲嵌、集中出現(xiàn)”的態(tài)勢。主要沿仙霞嶺—武夷山—南嶺弧狀地帶(東南區(qū))、四川盆地東部—南部—西部馬蹄形盆地邊緣(西南區(qū))以及隴山周圍—河西走廊 T型(西北區(qū))分布(圖 2)。

在東南區(qū)(?)內, 地殼隆升速率總體較緩慢, 但受新構造運動影響, 丹霞地貌分布區(qū)的隆升速率明顯大于區(qū)域平均速率, 造成盆地內與邊緣地帶差異抬升, 在流水侵蝕和重力崩塌等外力作用下形成險峻的千姿百態(tài)的景觀;

在西南區(qū)(II)內, 由于隆升速率較快, 河流落差大, 裂點多, 造成河谷深切劇烈, 赤壁丹崖高大宏偉;

在西北區(qū)(III)內, 地殼抬升速率呈明顯差異,構造運動強烈, 由于處干旱氣候區(qū), 小氣候現(xiàn)象突出, 且部分上覆黃土, 使本區(qū)丹霞地貌呈現(xiàn)出與其它分區(qū)不同的特色。

6 喜馬拉雅造山運動是丹霞地貌發(fā)育內營力條件

丹霞地貌發(fā)育始于第三紀晚期的喜馬拉雅造山運動。這次運動使部分紅層發(fā)生傾斜和舒緩褶曲,并使紅色盆地抬升, 地層的差異抬升使流水向盆地中部低洼處集中, 沿巖層垂直節(jié)理進行侵蝕, 形成兩壁直立的深溝, 稱為巷谷。河流深切的巖層, 可形成頂部平齊、四壁陡峭的方山, 或被切割成各種各樣的奇峰,有直立的、堡壘狀的、寶塔狀的等。在巖層傾角較大的地區(qū), 則侵蝕形成起伏如龍的單斜山脊; 多個單斜山脊相鄰, 稱為單斜峰群。巖層沿垂直節(jié)理發(fā)生大面積崩塌, 則形成高大、壯觀的陡崖坡; 陡崖坡沿某組主要節(jié)理的走向發(fā)育, 形成高大的石墻; 石墻的蝕穿形成石窗; 石窗進一步擴大,變成石橋。各巖塊之間常形成狹陡的巷谷, 其巖壁因紅色而名為“赤壁”, 壁上常發(fā)育有沿層面的巖洞。

7 中新生代古氣候是丹霞地貌形成的外營力因素

中國中新生代陸相沉積的顏色反映了當時的古氣候特征, 巖石紅色的形成與所含赤鐵礦、針鐵礦和褐鐵礦有關, 其紅色的鮮艷程度與巖石表面潤濕程度有關, 燕山期溫暖干燥或濕熱與干旱半干旱氣候交替出現(xiàn), 是紅層盆地發(fā)展的氣候條件。

中生代中國大陸的古氣候特點是干旱半干旱氣候帶向北逐漸擴大, 潮濕氣候帶不斷向北退縮。其氣候帶分布與現(xiàn)在緯度帶有一定交角。

8 國內外狹義與廣義丹霞地貌對比

圖2 中國丹霞地質遺跡點空間分布及分區(qū)Fig.2 Spatial distribution and partition of China’s Danxia geoheritages

據(jù)劉尚仁(2004)的資料, 從全球范圍來看, 國外丹霞地貌發(fā)育較為典型的地方目前已知有 73處,分布在25個國家。按本文分類原則劃分為狹義丹霞地貌和廣義丹霞地貌(表2)。以“色如渥丹、燦若明霞”、燕山期內陸紅色碎屑巖建造和丹崖赤壁為特色三大要素, 以新全球觀板塊構造運動加劇以來形成的有關盆地, 如東亞的燕山運動、北美的內華達-拉拉米運動, 南美的安第斯運動, 歐洲阿爾卑斯運動,非洲的阿特拉運動中形成的紅色陸相碎屑巖建造,經阿爾卑斯后期或喜馬拉雅運動成景形成, 分布相當普遍的一種特殊地貌類型。約旦的帕特拉和月谷,可以作為國外狹義丹霞地貌的代表, 白堊紀陸相紅色砂巖大型斜層理, 丹崖赤壁和隘谷、峰谷、天然和人工洞穴分布。美國大峽谷地區(qū)比較復雜, 因河流切割深度不同, 展示不同時代和巖性的紅層, 沿科羅拉多水系的八個國家公園中有五個可歸于狹義丹霞地貌, 巴德蘭茲造景地層為三疊系, 紅色、米黃色、灰白色互層砂巖粉砂巖泥巖, 拱門、錫安山和國會山是侏羅系紅色砂巖, 巨大交錯層理和葉形狀節(jié)理。而美國大峽谷國家公園Grand Canyon范圍內地層出露從頂部 2.6億年左右二疊紀灰?guī)r到底部18億年前的變質巖, 丹崖赤壁是大峽谷國家公園的主要景觀特點之一, 主要由中生界紅色砂巖和古生界石炭系 Redwall灰?guī)r組成, 形成紅色高峻陡崖。Redwall灰?guī)r新鮮面的真實顏色是蘭灰-米黃色, 表面的紅色是由其上具鮮艷紅色的Supai群和Hermrt組風化后沿山坡下滑渲染Redwall灰?guī)r的陡崖表面所致(圖版E、F、G、H), 由于海相和陸相中生代沉積在大峽谷公園區(qū)域內缺失, 所以被列入廣義丹霞地貌。中美兩國廣義丹霞地貌特征的不同, 外部氣候因素作用明顯。如美國干旱內陸三大國家公園巖石地貌仍以抬升-流水切割和鹽風化為主, 但降水少(降水 300～400 mm/a), 水網密度小, 切得深源于持續(xù)抬升, 但下切展不開源于水網密度小, 溶蝕作用也難展現(xiàn)(地表有蜂窩狀水溶坑)。

歐洲的紅層地貌較為著名的有英國泥盆紀老紅砂巖, 加里東運動之后形成的山前陸相盆地磨拉石建造, 紅色礫巖、含礫砂巖分布于 Midland谷地兩側, 夾巨厚火山熔巖、凝灰?guī)r, 厚度大、底部和中部都有角度不整合面, 見斷層切出的丹崖赤壁和峽谷。

德國 P1的赤底統(tǒng)紅色礫巖、砂巖和泥灰?guī)r伴有火山巖高度氧化; 西班牙和法國南部伊比利亞 T1為交錯層理發(fā)育的紅色砂巖, 英國南部K1紅色砂巖, 在萊茵河谷和巴黎盆地E2廬臺特期紅色陸相沉積?？傊?歐洲紅色巖層出現(xiàn)時代多, 相變大, 但延續(xù)時間不長,橫向延伸不廣, 難以形成大片丹霞地貌, 因加里東、華力西和阿爾卑斯構造帶由北向南遷移, 紅層形成的構造帶前緣也由北向南遷移, 其時代較晚的紅層多分布于晚期裂谷、拗陷帶或南歐如希臘、法國等。

9 結論

1)由于全球氣候的變化和氣候帶的分化, 燕山期陸相盆地沉積了紅色碎屑巖比較常見, 有時厚度巨大, 特別是K—E的紅層更為廣布。

白堊紀末喜山運動開始加強并影響本區(qū)在中新世(2300萬年)以來, 地殼多期抬升, 或掀斜抬升。中晚更新世以來, 上升速率加快, 且有西快于東的趨勢, 垂直節(jié)理裂隙發(fā)育, 在流水等外營力作用下,使砂巖、砂礫巖、礫巖厚度大的紅色沉積巖層被剝蝕雕塑成各種丹崖赤壁、峰墻、峰叢、峰柱、天生橋和穿洞、奇峰怪石, 鬼斧神工, 引人入勝。

2)依據(jù)構造背景, 盆地演化, 沉積時代, 巖性特征, 剖面結構, 顏色和地貌景觀, 丹霞地貌可劃分狹義(典型)丹霞地貌和廣義(擴展)丹霞地貌兩大類。

狹義丹霞地貌是燕山運動中在構造活動帶形成的陸相紅色碎屑巖建造, 經喜山運動的擠壓抬升和強烈的風化剝蝕造就的“色如渥丹, 燦若明霞”的以丹崖赤壁為典型代表的地貌類型, 而廣東韶關丹霞山則是這類地貌的典型代表。

而廣義(擴展)丹霞地貌則是地質歷史時期形成的以紅色沉積為主, 丹崖赤壁為代表的一種地貌類型, 其形成時代、沉積特征、顏色和地貌景觀等都不如狹義丹霞地貌典型。

世界各大洲都有這種紅色碎屑巖層形成的丹崖赤壁、奇峰怪石地貌, 有不少向游人開放成為名噪一方的旅游區(qū), 如美國的大峽谷、澳大利亞的艾爾斯巖等。

圖版說明

圖版I Plate I

A-丹霞山丹崖赤壁;

B-丹霞山僧帽群峰;

C-丹霞山茶壺峰;

D-丹霞山單斜山-扁石寨;

E-美國大峽谷中中生代紅層層狀峽谷地貌;

F-美國大峽谷頂部的方山和殘峰;

G-美國大峽谷頂部的峰墻;

H-美國大峽谷的中生界紅色砂巖

A-Mt.Danxia red cliff landscape;

B-Mt.Danxia Sengmao peaks;

C-Mt.Danxia Teapot peak;

D-Mt.Danxia monoclinic Hill-Banshi village;

E-Grand Canyon, USA, Mesozoic red layers canyon landform;

F-residual peaks on the top of Grand Canyon;

G-peak wall on the top of Grand Canyon;

H-Mesozoic red sandstone, Grand Canyon, USA

圖版I Plate I