陳麗紅 ,張 璞,武法東,高國(guó)明

1)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100083;2)石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院,河北石家莊 050031

承德丹霞地貌國(guó)家地質(zhì)公園2011年11月由國(guó)土資源部批準(zhǔn)建立,景觀以丹霞地貌為主,熱河古生物群和清代皇家園林為輔,集自然、生態(tài)、人文于一體。地質(zhì)公園位于河北省東北部燕山腹地,地理坐標(biāo)為東經(jīng) 117°45′—118°15′,北緯 40°51′—41°03′,總面積 48.76 km2,核心區(qū)面積 24.03 km2。公園范圍主要覆蓋河北省承德市的雙灤區(qū)、雙橋區(qū)及承德縣、灤平縣的部分區(qū)域,由磬錘峰、雙塔山、雞冠山三個(gè)園區(qū)組成,包括磬錘峰、夾墻溝、朝陽(yáng)洞、唐家灣、雙塔山、雞冠山六個(gè)景區(qū)。

1 地質(zhì)公園自然概況

1.1 自然地理?xiàng)l件

公園所在的河北省承德市地處暖溫帶向寒溫帶過渡地帶,屬半濕潤(rùn)半干旱區(qū)大陸性季風(fēng)氣候。年均氣溫 7.8℃,年均降水量 587.1 mm,年均風(fēng)速1.7 m/s,風(fēng)力資源豐富。地形上位于內(nèi)蒙古高原向華北平原的過渡區(qū),以大馬群山脈尾閭的東猴頂山至塞罕壩延伸一線為界,全市分為壩上高原和冀北山地兩大地貌單元。地質(zhì)公園所處壩下山區(qū)屬侵蝕構(gòu)造山地,地形復(fù)雜,河流縱橫,流水侵蝕強(qiáng)烈,地貌形態(tài)多變,景區(qū)主要由中山、低山及河流谷地等組成。

1.2 區(qū)域地質(zhì)背景

1.2.1 地質(zhì)發(fā)育簡(jiǎn)史

據(jù)中國(guó)大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐?承德市地處華北地臺(tái)北緣,屬內(nèi)蒙地軸和燕山褶斷帶。太古代地殼大幅度下沉,處于地槽發(fā)展階段,接受了巨厚的鐵鎂質(zhì)、砂質(zhì)、粉砂質(zhì)、泥質(zhì)和泥砂質(zhì)沉積,并伴有基性巖漿活動(dòng),遭受不同程度的變質(zhì)和混合巖化作用。前震旦紀(jì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之后,進(jìn)入準(zhǔn)地臺(tái)發(fā)展階段。中元古代至古生代早二疊紀(jì)主要發(fā)育海相沉積蓋層。之后,進(jìn)入強(qiáng)烈活動(dòng)階段,發(fā)育陸相-火山沉積蓋層。侏羅—早白堊紀(jì)由于燕山運(yùn)動(dòng),本區(qū)構(gòu)造劇烈變動(dòng),新生代以來平穩(wěn)抬升(劉健,2006)。

1.2.2 地層與古生物

地質(zhì)公園所在區(qū)域自太古代至新生代地層出露較全,平泉—古北口斷裂以北廣泛出露太古宙片麻巖,以南主要是中、新元古代、古生代和中生代地層。太古界包括遵化巖群、遷安巖群,主要分布在北部及西南部;元古界主要發(fā)育長(zhǎng)城系的團(tuán)山子組、大紅峪組和高于莊組,廣泛分布于平泉—古北口斷裂以南;古生界寒武系、奧陶系地層主要分布在承德盆地與古北口盆地中間,與元古宇地層一起把兩個(gè)盆地分割開來;中生界發(fā)育三疊系石千峰群、侏羅系門頭溝群、后城群和白堊系熱河群地層,幾乎遍布承德盆地,公園內(nèi)以中生界中、上侏羅統(tǒng)地層發(fā)育較好(圖1)。

中生界侏羅系后城群地層包括九龍山組、髫髻山組和土城子組,為一套紅色礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖夾中性為主的熔巖及火山碎屑巖,是構(gòu)成公園丹霞地貌的地層基礎(chǔ)。該套巖層均呈南北向帶狀分布,地層產(chǎn)狀總體走向南北,傾角 12°～45°。其中土城子組被稱為“承德礫巖”、“熱河紅層”(趙佩心,1988)。其地層多形成奇峰、怪石、陡崖等丹霞地貌,是地質(zhì)公園最主要構(gòu)景層(表1)。

圖1 承德地區(qū)地層與構(gòu)造略圖(據(jù)渠洪杰等,2005修改)Fig.1 Stratigraphic and tectonic sketch map of the Chengde area(after QU et al.,2005)

表1 承德盆地丹霞地貌主要構(gòu)景層及其特征Table 1 Main strata and characteristics of the Danxia landform in the Chengde basin

白堊系熱河群地層是一套陸相酸性火山碎屑巖系,以富含熱河生物群化石為特征,主要產(chǎn)葉肢介:Nestoria pissov,N.caraica,N.luanping ensis;雙殼類:Fergano-concha yanshanensis;植物:Equisetites,Cladop hlebis sp;魚類:Peipiaosteus Pani,昆蟲:Epheneropsis trisetalis等(王思恩,1999;河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1996)。

1.2.3 巖漿活動(dòng)

地質(zhì)公園區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)比較強(qiáng)烈,以侵入為主,主要發(fā)生于中生代燕山期?；鹕交顒?dòng)集中在元古代和中生代,以中、晚侏羅世最為強(qiáng)烈。巖石類型包括超基性、基性、中性、酸性到堿性巖各類,產(chǎn)狀多樣。

1.2.4 地質(zhì)構(gòu)造

承德丹霞地貌國(guó)家地質(zhì)公園主要分布在灤平斷陷盆地東部和承德斷陷盆地的侏羅—白堊系地層分布區(qū)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形態(tài)以復(fù)式褶皺和斷裂為主,構(gòu)造線方向?yàn)?NE和 NNE(圖1)。控制本區(qū)盆地及地貌的主要為燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1996)。盆地中堆積的巨厚粗碎屑物,在成巖過程中由于受到新華夏系構(gòu)造活動(dòng)的作用產(chǎn)生了兩組垂直的共軛剪節(jié)理,它制約、引導(dǎo)著承德丹霞地貌的發(fā)展進(jìn)程和形態(tài)特征。

2 地質(zhì)公園的主要地質(zhì)遺跡景觀

地質(zhì)遺跡資源類型是科學(xué)研究及旅游開發(fā)的重要資源基礎(chǔ)。參考中國(guó)國(guó)土資源部下發(fā)的《國(guó)家地質(zhì)公園規(guī)劃編制技術(shù)要求》(國(guó)土資發(fā)〔2010〕89號(hào))的分類方法,承德丹霞地貌地質(zhì)公園地質(zhì)遺跡類型豐富,主要包括地貌景觀、水體景觀、地層剖面和古生物遺跡4大類(表2)。

表2 承德丹霞地貌國(guó)家地質(zhì)公園主要地質(zhì)遺跡類型與景觀Table 2 Principal geoheritages and sceneries in the Daxia Landform National Geopark

2.1 丹霞地貌景觀

丹霞地貌由我國(guó)的陳國(guó)達(dá)、馮景蘭兩位院士提出,以赤壁丹山、峰林峽谷為特征,它顏色丹紅,奇險(xiǎn)秀美,高聳難攀,是我國(guó)最有特色的一種地貌類型(彭華等,2013)。其常形成于內(nèi)陸拗陷或斷陷盆地內(nèi)的巨厚層紅色砂巖和礫巖沉積巖,反映干熱氣候條件下的氧化陸相河湖沉積環(huán)境(李霞等,2013)。丹霞地貌區(qū)奇特的風(fēng)景地貌往往具有很高的旅游開發(fā)價(jià)值,丹霞地貌是承德國(guó)家地質(zhì)公園自然景觀的主體與基礎(chǔ),其發(fā)育典型,造型豐富,類型齊全,風(fēng)景優(yōu)美,發(fā)育階段保留完整,有“中國(guó)塞北丹霞地貌”之稱。受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候條件、巖石成分等影響,承德丹霞地貌以石峰、石堡、石墻、石柱等景觀為主,象形山、石,穿山洞穴也很發(fā)育(表2)。

2.1.1 峽谷陡崖、石墻景觀

“有陡崖的陸相紅層地貌”是丹霞地貌的基本特征,公園中產(chǎn)狀平緩的紫紅色礫巖夾透鏡狀砂巖地層,由于新構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng),河谷深切,形成網(wǎng)狀峽谷與兩側(cè)的陡壁景觀,峽谷之間山崗上保留的平緩臺(tái)面形成高臺(tái)地貌。高臺(tái)四周若為懸崖陡壁則稱為城堡山,陡壁之間延伸較遠(yuǎn)的平緩山梁則為跑馬梁,如東、西龍脊、野豬嶺等。隨著侵蝕作用進(jìn)行,山谷之間的平緩臺(tái)地繼續(xù)發(fā)展則形成狹窄陡峭的夾溝墻。桲蘿樹村的溝頭橫排三堵南北向的巖墻,墻谷相間。第一道巖墻寬 1～10 m,高 80～100 m,長(zhǎng)566.69 m,墻上有5個(gè)自然形成的石窗,被稱為“中國(guó)丹霞第一墻”。

2.1.2 奇峰、怪石景觀

在風(fēng)化、風(fēng)蝕、崩塌的外力雕琢作用下,地質(zhì)公園內(nèi)形成了眾多造型奇特的石峰,大多為單體出現(xiàn)。著名景點(diǎn)磬錘峰俗名“棒槌山”,古稱“石挺”,由侏羅系土城子組紫紅色巨厚層礫巖構(gòu)成,為四條溝谷流水溯源侵蝕的中心。由于根部風(fēng)蝕作用強(qiáng)烈,形成上粗下細(xì)的奇異景觀,峰體下部直徑 l0.7 m,上部直徑15.04 m,柱高38.29 m,若包括底部突起的基座在內(nèi),通高59.42 m。雙塔山是土城子組紫紅色砂礫巖巖墻風(fēng)化崩塌的結(jié)果,僅存山體為沿垂直節(jié)理風(fēng)化剝落而成,海拔 488 m,南北兩峰陡直并立,峰上各有一座四方磚塔。南峰略小,呈圓形,高約30 m,直徑8 m,周長(zhǎng)34 m;北峰較大,上粗下細(xì),呈倒圓錐狀,高約35 m,周長(zhǎng)74 m。

區(qū)域內(nèi)由于長(zhǎng)期外力作用形成了眾多象形山石,大多體態(tài)較小,造型生動(dòng)。蛤蟆石位于磬錘峰正南1000 m的山梁上,同為土城子組紫紅色巨厚層砂礫巖的風(fēng)化殘余體,長(zhǎng)約20 m,高約14 m,神似金蟾,昂首面南。

2.1.3 洞穴、石拱景觀

公園內(nèi)的紅色砂礫巖夾泥巖、頁(yè)巖,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)、構(gòu)造與礦物的差異性,山體被侵蝕成石龕、巖槽、蜂窩穴、扁平洞、穿山洞等地貌景觀,進(jìn)一步風(fēng)化侵蝕則發(fā)展為石橋、石拱。蛤蟆石底部的風(fēng)蝕巖洞,高約0.8 m,寬3 m,縱深12 m,南北貫通。朝陽(yáng)洞是承德紅色砂礫巖層中的空中巨型穿山巖洞,發(fā)育在陡崖上,海拔720 m,洞長(zhǎng)65 m,寬17 m。巖層大致水平,約三百萬年以來,流水、風(fēng)力對(duì)礫巖中鈣質(zhì)砂巖不斷侵蝕、崩塌而成。與朝陽(yáng)洞一溝之隔的天橋山,橋長(zhǎng)180 m,有“中國(guó)丹霞第一橋之稱”。下有兩個(gè)穿山洞,南拱跨長(zhǎng)5.8 m,高2.8 m;北拱跨長(zhǎng)25.5 m,高4.7 m,也稱“天橋雙拱”。

2.2 水體景觀

公園內(nèi)的水體景觀以風(fēng)景河段和熱泉水為主,其它水景有唐家灣景區(qū)的天門湖、天龍?zhí)兜取?/p>

河流 武烈河古稱武烈水,是灤河流域的一條支流。不僅河水清澈,風(fēng)景秀麗,而且流域內(nèi)發(fā)育了典型的丹霞地貌景觀。熱水溪由避暑山莊德匯門東側(cè)流出,沿迎水壩向南匯入武烈河,全程僅 500 m,《大英百科全書》稱其為世界最短的河流。溪流細(xì)小窄淺,清澈溫?zé)?冬無結(jié)冰,承德舊稱“熱河”得名于此。

熱泉 武烈河上游多熱水泉,其成因在于巖層古老、地層破碎。位于承德縣頭溝鎮(zhèn)的湯泉水溫高達(dá)41～44℃,直徑l m,涌水量5 t/h,在清朝時(shí)就被開辟為皇家行宮。避暑山莊內(nèi)的熱河泉水溫常年保持在 8℃,屬花崗巖斷裂上升泉,曾是火山噴發(fā)點(diǎn),是研究構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與巖漿作用的理想地點(diǎn)。

2.3 地層剖面

公園內(nèi)發(fā)育有兩個(gè)區(qū)域性角度不整合面,即上侏羅統(tǒng)髫髻山組火山巖與中、下侏羅統(tǒng)角度不整合,下白堊統(tǒng)張家口組火山巖與上侏羅統(tǒng)土城子組角度不整合。其中白堊—侏羅系地層剖面出露于承德縣孟家院鄉(xiāng)一條北北西走向的溝谷中,剖面直線長(zhǎng)約1200 m,為一背斜構(gòu)造。

2.4 古生物

“熱河生物群”是近百年來國(guó)際古生物科學(xué)家對(duì)熱河地域考察、研究并命名的一億兩千萬年前的古生物化石帶,河北承德地區(qū)也有廣泛分布,化石豐富,保存完美。動(dòng)物化石有雙殼類、腹足類、葉肢介、介形蟲、狼鰭魚等,植物化石多為似木賊屬(姬書安,2001)。雞冠山盆地孟家院一帶張家口組下部,火山巖夾層中的紫灰色凝灰質(zhì)砂巖中成對(duì)出現(xiàn)雞爪狀恐龍腳印遺跡,印模直徑約 8～10 cm,經(jīng)鑒定為鳥腳亞目中的鸚鵡嘴龍。

3 地質(zhì)公園的旅游地學(xué)意義

燕山地區(qū)位于古亞洲和太平洋兩大全球性構(gòu)造域的交疊部位,燕山運(yùn)動(dòng)是全球中生代構(gòu)造演變的重大事件。承德地質(zhì)公園所處承德盆地屬于燕山褶斷帶構(gòu)造走向由東西向到北東向轉(zhuǎn)折的部位,是我國(guó)一個(gè)重要而具特殊構(gòu)造演化歷史的強(qiáng)變形帶(趙越等,2004)。保存于公園內(nèi)的地層沉積特征、生物化石、丹霞地貌都體現(xiàn)了對(duì)中生代以來構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的響應(yīng),從不同的角度指示了沉積時(shí)的條件。地質(zhì)遺跡的保護(hù)和應(yīng)用是地質(zhì)公園可持續(xù)發(fā)展的核心,因此,公園地質(zhì)現(xiàn)象及其演化過程是恢復(fù)古環(huán)境的重要依據(jù),對(duì)地質(zhì)地貌基礎(chǔ)理論研究(朱志軍等,2012)、區(qū)域旅游開發(fā)與規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面都有不可替代的科學(xué)價(jià)值。

3.1 地質(zhì)學(xué)意義

自從燕山運(yùn)動(dòng)的概念提出以來,中國(guó)東部中生代一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。燕山運(yùn)動(dòng)塑造了承德紅層丹霞地貌的雛形,承德丹霞地貌的形成階段作為燕山運(yùn)動(dòng)的例證,代表了地球演化的一個(gè)重要階段。承德盆地在燕山地區(qū)具代表性,為本區(qū)中生代發(fā)育最長(zhǎng)久的一個(gè)陸相盆地,研究盆地的發(fā)生、發(fā)展和消亡,能確定燕山板內(nèi)變形的形成過程。盆地內(nèi)下侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)層序齊全,堆積總厚度達(dá)到6600 m以上,巖性、巖相復(fù)雜,生物豐富,是研究陸相侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)地層的理想地區(qū)。其髫髻山組火山巖代表了燕山期大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)的開始(劉健,2006),土城子組主要發(fā)育一套沖積體系的粗碎屑沉積物,可作為重要標(biāo)志層進(jìn)行區(qū)域地層對(duì)比(賈建稱等,2003)。組內(nèi)沉積相分布明顯,分析其盆地沉積特征、物源對(duì)于探討盆地周緣構(gòu)造作用對(duì)盆地充填過程的響應(yīng)關(guān)系以及恢復(fù)原型盆地格架具有重要的意義(渠洪杰等,2005)。

承德—平泉地區(qū)是燕山褶斷帶中構(gòu)造最為復(fù)雜的區(qū)段之一(張長(zhǎng)厚等,2004),不同學(xué)者對(duì)本區(qū)中生代主要推覆構(gòu)造認(rèn)識(shí)不同,對(duì)這些斷裂構(gòu)造變形的時(shí)代、構(gòu)造指向、發(fā)展特征和不同期次逆沖作用的構(gòu)造疊加關(guān)系等研究直接影響到對(duì)承德地區(qū)的構(gòu)造演化、構(gòu)造特征的認(rèn)識(shí),對(duì)侏羅紀(jì)構(gòu)造變革與燕山運(yùn)動(dòng)的詮釋,在我國(guó)甚至在東亞地區(qū)具有特殊的地質(zhì)意義。

冀北、遼西地區(qū)是熱河動(dòng)物群的發(fā)源地,其早期鳥類、帶毛恐龍、原始哺乳動(dòng)物和早期被子植物的發(fā)現(xiàn)為20世紀(jì)古生物學(xué)界最重大發(fā)現(xiàn)之一。大北溝組、九佛堂組陸相沉積地層中保存的晚侏羅世—早白堊世動(dòng)植物化石,數(shù)量豐富,動(dòng)、植物各門類齊全,層位清楚,演化特征明顯,是研究中生代生物群落的理想地區(qū),涉及現(xiàn)代生物界許多重要生物門類的起源和早期演化問題。

3.2 地貌學(xué)意義

由于公園所處的特殊大地構(gòu)造和自然地理位置,發(fā)育了獨(dú)具特色的丹霞地貌。其主要成景層承德礫巖為河卵石與角礫混雜,膠結(jié)物為鐵質(zhì)和泥砂質(zhì),夾有鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖透鏡體。承德礫巖為中侏羅世陸相洪積扇堆積物,后經(jīng)過喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動(dòng),被抬升成為低山丘陵區(qū)。新生代以來經(jīng)水、風(fēng)等外營(yíng)力的作用,垂直和橫向雕塑發(fā)育,所形成丹霞地貌具備鮮明的獨(dú)特性,與南方丹霞地貌相比,在景觀特征、物質(zhì)成分、發(fā)育階段和形成時(shí)代與原因上均有所不同(張璞等,2011;趙汀等,2014),是中國(guó)丹霞地貌的一個(gè)重要組成部分和類型。中國(guó)是世界上丹霞地貌分布最廣、數(shù)量最多的國(guó)家(歐陽(yáng)杰等,2011;Zhu,et al.,2010),國(guó)內(nèi)丹霞地貌研究以南方為多,承德丹霞地貌作為北方丹霞地貌的典型代表,具有重要的科學(xué)意義和全球?qū)Ρ纫饬x。

承德盆地丹霞地貌發(fā)育演化已進(jìn)入第三階段的末期,從平臺(tái)跑馬梁、丹崖赤壁、山梁巖墻、夾墻溝、斷墻殘壁、孤峰棒槌到風(fēng)化殘余基石,各個(gè)演化階段的地貌類型均可見到(張璞等,2011),可以充分發(fā)揮其研究的地學(xué)價(jià)值,成為丹霞地貌研究及科普教育與教學(xué)實(shí)習(xí)基地。

3.3 旅游學(xué)意義

地質(zhì)公園內(nèi)丹霞地貌以其鮮明的紅色和奇特的造型具有很高的旅游觀賞和美學(xué)價(jià)值(周學(xué)軍,2003),奇峰、怪石、陡崖、洞穴、熱泉等地貌奇觀既有北國(guó)的雄渾,又有南國(guó)的秀麗。園內(nèi)的磬錘峰、天橋山、朝陽(yáng)洞、夾墻溝、熱河等一流景觀,與聞名世界的避暑山莊、外八廟皇家建筑組群,以及當(dāng)?shù)貪M蒙風(fēng)情的民俗文化等人文景觀相互映襯,實(shí)現(xiàn)了自然美景、建筑與園林藝術(shù)、佛教文化的完美融合,共同造就了承德得天獨(dú)厚的旅游資源優(yōu)勢(shì)。承德素有“紫塞明珠”之稱,為首批24個(gè)國(guó)家歷史文化名城之一,1994年又入選世界文化名城。深入開發(fā)和挖掘丹霞地貌的造景功能,以森林、草原地貌景觀為背景,以歷史文化為靈魂,以皇家園林為載體,承德這座塞外古城的旅游價(jià)值有待于更深層次地開發(fā)。

3.4 生態(tài)學(xué)意義

燕山運(yùn)動(dòng)引發(fā)的生態(tài)環(huán)境改變可能導(dǎo)致燕遼生物群滅絕和熱河生物群的更替(董樹文等,2007),可為探討地球陸相生態(tài)系統(tǒng)的演變提供重要例證。公園所屬區(qū)域水資源短缺,多裸地、荒山等難以利用的土地類型,崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害多見,屬于生態(tài)環(huán)境脆弱和敏感地帶。承德丹霞地貌的演化已進(jìn)入第三階段的末期(消亡期),是生態(tài)保護(hù)的重要景觀。而地質(zhì)公園的建立與開發(fā)可以保護(hù)地質(zhì)遺跡,恢復(fù)地質(zhì)生態(tài)環(huán)境。此外,公園內(nèi)丹霞地貌形成的深溝峽谷中水、熱等生態(tài)因子與其它開闊地帶不同,存在復(fù)雜多變的小環(huán)境和生態(tài)灶,這種特殊的丹霞地貌溝谷效應(yīng)會(huì)影響植物物種的分布范圍和演替頂級(jí)群落類型,對(duì)于生態(tài)學(xué)研究提供了自然條件(吳瑾等,2008;Hou et al.,2008)。

河北承德丹霞地貌國(guó)家地質(zhì)公園處于燕山運(yùn)動(dòng)研究的典型盆地,地質(zhì)背景復(fù)雜。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化中形成了眾多高品位的地質(zhì)遺跡景觀,其中以丹霞地貌景觀為最,并且發(fā)育完整、現(xiàn)存真實(shí)、特征典型,是研究中生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、盆地發(fā)育演化、華北丹霞地貌及其形成機(jī)制與過程、外動(dòng)力地質(zhì)作用、生態(tài)研究與保護(hù)的最佳場(chǎng)所,對(duì)地學(xué)研究及旅游開發(fā)意義重大。

圖版說明

圖版 Ⅰ Plate Ⅰ

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