興文石海地質(zhì)公園石芽形態(tài)特征及影響因素

舒成強，張 斌，蔣良群，羅明良，劉守江

(西華師范大學 國土資源學院，四川 南充 637009)

興文石海世界地質(zhì)公園以石海而著稱，而石海即由成片分布的石芽組成．在地質(zhì)公園內(nèi)石芽分布范圍較廣，如海浪般連綿起伏，蔚為壯觀，頗具觀賞性．隨著世界地質(zhì)公園的建立和逐步開發(fā)，這里成為休閑娛樂、地質(zhì)學習和研究的絕佳場所．對區(qū)域內(nèi)各地質(zhì)遺跡進行深入分析，了解其形成原因與發(fā)展趨勢，這對于保護珍貴的地質(zhì)遺跡資源，普及地質(zhì)知識，提升公園旅游品質(zhì)具有十分重要的意義．那么，神奇的石芽地質(zhì)景觀是怎樣形成的?其形成與發(fā)育是否蘊含某些科學因素呢?

1 研究區(qū)概況

興文世界地質(zhì)公園位于四川省宜賓市興文縣境內(nèi)，于2005年順利成為四川省第一個世界地質(zhì)公園．興文縣位于川南地區(qū)，分別與敘永縣、珙縣、長寧縣、江安縣、納溪縣以及云南省威信縣相連，交通條件便利，縣城與宜賓市和瀘州市等距．興文縣在地質(zhì)構(gòu)造上位于四川盆地與云貴高原的過渡地帶，屬于川南褶皺帶東西向構(gòu)造體系的川黔古坳陷范圍［1］．整個興文縣地勢呈現(xiàn)為北部丘陵槽壩區(qū)，中部低山中谷區(qū)，南部中山窄谷地貌［2］．區(qū)域?qū)儆诖像薨檸|西向構(gòu)造體系和南北構(gòu)造體系交匯處，并發(fā)育以長寧大背斜為主的北西構(gòu)造體系，褶皺斷裂發(fā)育［3］．研究區(qū)興文石海地質(zhì)公園分為四大園區(qū)，分布于不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域． 整個園區(qū)內(nèi)石灰?guī)r分布廣泛，特別是小巖灣園區(qū)和泰安石林園區(qū)內(nèi)石灰?guī)r不但分布范圍大，而且純度較高．興文縣常年受交替的大陸氣團影響，屬中亞熱帶濕潤季風氣候，氣候溫和，雨量充沛，無霜期長，四季分明，雨熱同季［4］，為地質(zhì)公園內(nèi)巖溶地貌的發(fā)育提供了良好的氣候條件．

2 興文石海石芽空間分布格局

2．1 碳酸鹽巖在地質(zhì)公園中的分布

興文石海世界地質(zhì)公園位于川南地區(qū)的宜賓市興文縣境內(nèi)，是四川南部與云貴高原的過渡地帶．四川南部地區(qū)巖溶地貌發(fā)育，而興文石海世界地質(zhì)公園所屬區(qū)域完整出露了自寒武系至三疊系地層，地層系統(tǒng)較為完整，其中奧陶系、二疊系碳酸鹽巖出露范圍廣，巖溶地貌最為發(fā)育．小巖灣園區(qū)基本為碳酸鹽巖所覆蓋，泰安石林園區(qū)也大部分為碳酸鹽巖所覆蓋，這兩個園區(qū)是巖溶地貌最為發(fā)育的地方，也是石芽主要分布園區(qū)．僰王山園區(qū)和凌霄山園區(qū)出露地層為寒武系、志留系泥巖層與頁巖層，碳酸鹽巖出露面積不大，巖溶地貌不甚發(fā)育．

2．2 石芽在地質(zhì)公園中的分布

興文石海世界地質(zhì)公園共分為4 個園區(qū)，總面積約150km2．4 個園區(qū)分別為小巖灣園區(qū)、泰安石林園區(qū)、僰王山園區(qū)和凌霄山園區(qū)(圖1)．其中小巖灣園區(qū)位于興文縣縣城南部的石林鎮(zhèn);泰安石林園區(qū)位于興文縣西北部的兩龍鄉(xiāng);僰王山園區(qū)位于晏陽鎮(zhèn)西北部的僰王山;凌霄山園區(qū)位于僰王山西南部的凌霄山．

四大園區(qū)地質(zhì)遺跡、生態(tài)景觀以及人文景觀各具特色，相輔相成，其中小巖灣園區(qū)是該世界地質(zhì)公園最主要和最大的地質(zhì)遺跡保護區(qū)，以石海(石芽)、石林、天坑、溶洞為特色的景區(qū)，是整個地質(zhì)公園的核心部分;泰安石林園區(qū)則為另一特色的以豹皮塔狀灰?guī)r為主的地質(zhì)遺跡園區(qū)，主要地質(zhì)遺跡及景觀為豹皮狀灰?guī)r形成的石林、石柱、石芽、天生橋以及形態(tài)優(yōu)美的川南竹海，石林與竹林交相輝映;僰王山園區(qū)是古僰人文化為主、生態(tài)竹海為輔的園區(qū);凌霄山園區(qū)是以深溝峽谷、瀑布為主的、僰人文化為輔的園區(qū)．

石芽地質(zhì)遺跡主要分布于小巖灣園區(qū)和泰安石林園區(qū)．在小巖灣園區(qū)，石芽主要分布于大小巖灣天坑周圍［5］，形成的景觀主要有小巖灣石海、群羊下山、石林翠竹、化石迷宮、石海迷宮以及蘑菇石等景點，總面積約為2．2km2．泰安石林景區(qū)以長城縮影景點為代表的石芽群為主，以及分散獨立的石芽．不論是在數(shù)量上還是規(guī)模上，泰安石林石芽都小于小巖灣景區(qū)石芽．小巖灣景區(qū)石芽或成群連片出現(xiàn)，或單獨出現(xiàn)，但整體都分布于該景區(qū)的核心景觀—大小巖灣天坑四周，鑲嵌于石林峰叢之間(圖2)．而泰安石林除單個石芽間隔分布于成片石林之間，其余石芽主要分布于一小片區(qū)域，即長城縮影景點周邊區(qū)域范圍，通常與竹林共生．

圖1 興文石海世界地質(zhì)公園園區(qū)分布圖Fig.1 Park distribution map of Xingwen Shihai Geopark

圖2 小巖灣園區(qū)石芽分布圖Fig.2 Clints distribution map of Xiaoyanwan park

3 石芽類型及特征

3．1 石芽個體形態(tài)

百度百科對石芽的定義為溶溝間突起的石脊，有裸露的，也有埋藏的．但從一般情況看，出露地表并突出一定高度但并未達到石林高度的碳酸鹽巖部分稱為石芽．根據(jù)這一特點進行分析，興文石海世界地質(zhì)公園石芽可分為兩種類型，一種為符合百度百科定義的溶溝間突起的石脊類石芽，本文稱之為“真性石芽”(圖3);另一類則表現(xiàn)為在地表上與溶溝間突起的石脊類石芽類似，僅從地表看完全符合石芽定義，但從整體看實質(zhì)為石柱，從縱剖面看，該類“石芽”小部分頂部出露于地表，但大部分柱體部分埋藏于地下，柱體之間存在一定距離，溝槽深度遠大于真石芽之間的溶溝深度，最大者可達3-4m(圖4)，這一類石芽我們稱之為“假性石芽”．

圖3 真性石芽剖面圖Fig.4 Sectional drawing of true clints

圖4 假性石芽剖面圖Fig.5 Sectional drawing of false clints

3．2 石芽群體性特征

小巖灣景區(qū)大部分的石芽連綿成片，石芽間為溶蝕溝槽相連，石芽頂部一般較為圓潤，兩側(cè)壁則較為陡峭，溝槽深度約在0．5 -1．6m 之間，且在“石海涌浪”以及“群羊下山”石芽群，溶溝具有一定的方向性，主要方向為近北向．這類石芽群往往順地勢排列，從高到低成排相連，兩排之間為溶溝凹槽相間．另外一類石芽則呈孤立狀態(tài)，獨立于石林之間或山巔，例如形象逼真的“金龜戲狗熊”石芽，則獨立形成于山體之頂部，乃為巖體差異性風化的殘余景觀．

泰安石林園區(qū)石芽類型主要分為兩類，一種為呈線性分布的石芽，例如最為典型的“長城縮影”景觀即為石芽的線性排列而成．這類石芽呈長條形，頂部相對平坦，石芽側(cè)壁由于豹紋狀特點及層間差異性而造成石芽壁成層排列、花色突出，形如古磚堆砌而成，遠遠看去猶如古代長城;另一種為石柱或石墻等高大的溶蝕石體上部分在重力作用下崩塌后殘留地表部分又受到流水的溶蝕作用而形成石芽形態(tài)．這部分石芽的形態(tài)與小巖灣“群羊下山”石芽群具有相似性，但泰安石林的這類石芽一般不具有聚集性，通常都分散于石柱與竹海之間，別有一番獨特的意境．

4 石芽形成與演化

地質(zhì)景觀的形成是在漫長的地質(zhì)歷史長河里受多種因素的影響而逐漸演化形成的，經(jīng)歷了多個發(fā)展階段．石芽的發(fā)育過程總體而言主要受內(nèi)動力和外動力地質(zhì)作用的影響，與區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的變遷有著極大的關(guān)聯(lián)，是多種因素綜合作用的結(jié)果，是地質(zhì)景觀演化過程中的一種暫時現(xiàn)象．

4．1 演化過程

4．1．1 巖體形成階段

在奧陶紀、二疊紀時期川南一帶為一片汪洋大海，在生物等作用下，海底沉積了巨厚的碳酸鈣，后經(jīng)過長期的埋藏壓實過程后形成新的碳酸鹽巖，為后期的巖溶地貌發(fā)育奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)(圖5a)．泰安石林出露巖層主要為奧陶系豹紋狀灰?guī)r;小巖灣園區(qū)主要出露巖層為二疊系茅口組、棲霞組灰?guī)r，碳酸鈣含量較高．

4．1．2 抬升破裂階段

區(qū)域經(jīng)過多期構(gòu)造運動的影響出現(xiàn)抬升與下降過程，形成褶皺與斷裂．特別是在最近一次的喜馬拉雅運動中，川南地區(qū)逐漸抬升，最終出露地表．在劇烈的構(gòu)造運動影響下，川南地區(qū)抬升褶皺，使得興文一帶位于川南褶皺帶東西向構(gòu)造體系和南北構(gòu)造體系交匯處，并發(fā)育以長寧大背斜為主的北西構(gòu)造體系［3］． 由此形成一系列次級斷裂和眾多的構(gòu)造節(jié)理，使得區(qū)域內(nèi)巖體破碎，極易發(fā)生侵蝕和溶蝕作用(圖5b)．

4．1．3 溶蝕階段

川南地區(qū)在漫長的地史時期大部分時間主要位于低緯度地帶，降水量較為充沛［6］，潮濕炎熱的氣候為碳酸鹽巖的化學風化提供了良好的自然條件．由于受構(gòu)造運動的影響，區(qū)域巖層多出現(xiàn)斷裂，節(jié)理十分發(fā)育，其中構(gòu)造節(jié)理北向為主，北東向為輔．區(qū)域降水順節(jié)理滲入巖層內(nèi)部，在二氧化碳等作用下共同參與反應(yīng)，逐漸溶蝕碳酸鹽巖，最終由于差異性風化逐漸溶蝕出高低不同、形態(tài)各異的巖溶地貌(圖5c)．

4．1．4 成型階段

隨著溶蝕作用過程的繼續(xù)，在前期溶蝕的基礎(chǔ)上，巖石表層崎嶇形態(tài)分化加劇，有的巖體由于溶蝕而變得圓潤光滑，有的則出現(xiàn)尖棱，最終形成現(xiàn)在地質(zhì)公園各類石芽形態(tài)．此時的石芽作為巖溶地貌的一種重要類型，因其形如竹筍，或大或小(圖5d)，具有很高的美學價值和科研價值而成為不可多得的地質(zhì)遺產(chǎn)．

圖5 石芽形成演化過程示意圖Fig.5 Schematic diagram of evolution process of clints

每一種事物都有一定的發(fā)展規(guī)律，都會經(jīng)歷從產(chǎn)生到消亡的過程，石芽作為巖溶地貌的一種也必將遵循這一原則．石芽形態(tài)的出現(xiàn)是巖溶地貌發(fā)育的一種暫時形態(tài)，隨著溶蝕過程的繼續(xù)，石芽終將因溶蝕作用而消亡，但這一過程在自然狀態(tài)下是十分漫長的，因此我們應(yīng)該盡可能減少對自然的干擾，遵循自然自身發(fā)展規(guī)律，讓這一寶貴的地質(zhì)遺產(chǎn)為我們的科研與社會經(jīng)濟的發(fā)展服務(wù)．

4．2 影響因素

石芽形成受多種因素的影響，但巖性是石芽形成的基礎(chǔ)，區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)活動是石芽發(fā)育的重要影響條件，氣象水文則決定了碳酸鹽巖以何種方式進行風化．

4．2．1 巖性

興文石海是以巖溶地貌為基礎(chǔ)的地質(zhì)遺跡景觀保護區(qū)，地質(zhì)遺跡形成的物質(zhì)基礎(chǔ)主要為碳酸鹽巖．碳酸鹽巖是在漫長的地史時期中逐漸形成于海洋環(huán)境的，一般巖石內(nèi)都蘊含豐富的海相生物化石．在漫長的地質(zhì)歷史長河中，包括興文在內(nèi)的川南地區(qū)在近5 億年以來大部分時間屬于海洋環(huán)境，并且較長時間內(nèi)屬于淺海環(huán)境，沉積了巨厚的含生物碎屑及化石的碳酸鹽巖．在小巖灣園區(qū)的天坑內(nèi)出露的厚約2 -3m 的風暴巖就反映了該區(qū)域在二疊紀時期曾處于淺海多風暴的環(huán)境［7］．這些多次沉積的巨厚碳酸鹽巖富含豐富的海洋生物化石，含碳酸鈣純度較高，具有極好的溶蝕性，這對于碳酸鹽巖受后期構(gòu)造與流水等的改造溶蝕，形成石柱、石芽等巖溶地貌提供了較好的物質(zhì)基礎(chǔ)．

4．2．2 構(gòu)造地質(zhì)

包括興文石海在內(nèi)的川南地區(qū)以震旦紀古構(gòu)造為基底，歷經(jīng)加里東構(gòu)造旋回、海西構(gòu)造旋回、印支構(gòu)造旋回及燕山構(gòu)造旋回的不斷改造，區(qū)域內(nèi)多次出現(xiàn)海侵現(xiàn)象，沉積了巨厚的碳酸鹽巖．幾次較大的構(gòu)造運動使得川南地區(qū)地貌出現(xiàn)多次劇烈變化，特別是在最近的喜馬拉雅運動中，受青藏高原抬升影響，川南地區(qū)出現(xiàn)強烈抬升和褶皺，最終使得興文縣位于川南褶皺帶東西向構(gòu)造體系和南北構(gòu)造體系交匯處［3］，使得區(qū)域巖層出現(xiàn)斷裂、構(gòu)造節(jié)理異常發(fā)育，為后期地下巖溶洞穴、地表巖溶地貌的發(fā)育提供了良好的構(gòu)造條件．

4．2．3 氣象水文條件

巖溶的發(fā)育離不開水，炎熱的氣候則加劇了這一過程．不管是降水還是地表水亦或是地下水，在適合的氣候條件下，不斷與碳酸鹽巖產(chǎn)生化學作用，在豐富水流條件下能迅速帶走溶蝕物質(zhì)，這為進一步溶蝕作用提供了良好的接觸條件．

我國在漫長的地史時期中均位于較低緯度帶，特別是川南地區(qū)基本都位于溫暖潮濕的氣候帶上，雨量較為充沛［6，8］．從第四紀開始中國所處經(jīng)緯度逐漸接近現(xiàn)代地理位置(北緯29°，東經(jīng)104°)，川南地區(qū)屬于亞熱帶地區(qū)，緯度低，太陽輻射較多，年均氣溫和降水量分別為25．36℃和1 333．3mm［8］．可見川南一帶不管是地史時期還是現(xiàn)代，氣候條件都十分溫暖潮濕，對于溶蝕作用過程十分有利，是巖溶地貌發(fā)育的重要條件．

在興文石海世界地質(zhì)公園區(qū)域，河流眾多，水系十分發(fā)達．在石芽極為發(fā)育的小巖灣園區(qū)和泰安石林園區(qū)內(nèi)都有河流及暗河發(fā)育．小巖灣園區(qū)基本沿順河流域發(fā)育，并在地下發(fā)育于多條暗河［9］，其中小巖灣天坑底部就有暗穴與地下暗河相連，是該天坑發(fā)育過程中物質(zhì)輸送的主要通道;泰安石林則有晏江河的兩條主要支流．優(yōu)越的水文條件是碳酸鹽巖溶蝕的重要條件，能將溶蝕物質(zhì)快速搬運離開原地，為碳酸鹽巖的進一步溶蝕提供條件．

綜上所述，興文石海世界地質(zhì)公園石芽是該地質(zhì)公園主要核心地質(zhì)景觀之一，是不可多得的重要地質(zhì)遺跡之一．石芽的形成與發(fā)育蘊含了一個區(qū)域地質(zhì)演化的歷史，是一個區(qū)域環(huán)境變遷的縮影，因而具有極高的科學研究價值．加大對這類地質(zhì)景觀的研究，了解這類地質(zhì)景觀形成的科學原理，對于更好的在開發(fā)中保護、在保護中開發(fā)具有重要的作用，也能使地質(zhì)公園成為重要的集旅游觀光、科學考察以及地質(zhì)科普為一體的目的地，這對提高當?shù)貐^(qū)域文化品味和促進經(jīng)濟發(fā)展都具有重要的意義．

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［4］ 張 斌，舒成強，稅 偉，等．云貴高原北坡石漠化地區(qū)近50a 降水波動分析-以四川省興文縣為例［J］，2009，18(12):1156 -1161．

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