桓仁巖堆地貌特征與屬性初探

金 瀟，付 敏，楊 敏

(1．西南交通大學土木工程學院，四川成都611756;2．中國地質大學(武漢)工程學院，湖北武漢430074;3．沈陽鐵道勘察設計院有限公司，遼寧沈陽110013)

桓仁巖堆地貌特征與屬性初探

金 瀟1，付 敏2，楊 敏3

(1．西南交通大學土木工程學院，四川成都611756;2．中國地質大學(武漢)工程學院，湖北武漢430074;3．沈陽鐵道勘察設計院有限公司，遼寧沈陽110013)

在建的田師傅-桓仁鐵路途經過桓仁地區，發現一種奇特的地貌景觀——巖堆。圍繞巖堆地貌的特征及成因開展了野外調查，并進行了遙感解譯。結果表明:巖堆屬于冰緣地貌的一種類型，是古石河或石海;巖堆發育區與震旦系下統釣魚臺組地層分布區有對應關系;釣魚臺組地層巖性為厚層石英砂巖，發育節理裂隙，有利于凍融風化形成巖堆，且耐化學風化，有利于長久保留至今。桓仁巖堆的深入認識，不僅對涉及巖堆的工程建設有實際指導意義，也有助于豐富本溪國家地質公園的內容，推動特色景觀的建設。

巖堆;古石河;冰緣地貌;桓仁

在建的田師傅-桓仁鐵路是遼寧省連接溪田線和通灌鐵路(東北東部鐵路)的連接線，長74 km，計劃于2016年12月31日全線竣工。線路進入桓仁縣境內，遇到一種奇異的地貌現象，即在山坡地帶出現斑塊狀分布、無植被覆蓋、布滿石塊、總體呈暗灰色的地貌單元，與周圍茂密蔥翠的山坡形成截然的對照。有幸觀之，無不贊嘆大自然的神奇。此地貌現象，鐵路設計工程師們稱之為巖堆，當地老百姓稱之為亂石窖，曲景慧等［1］曾將之歸為本溪釣魚臺地貌的一種類型。對此地貌現象的成因，前人尚未開展系統研究，而李永金［2］認為是脆性巖體反復受到凍脹的風化作用而破碎，沿陡峻山坡下移形成。本文以現場考察為基礎，結合Google Earth圖像判譯，概述了桓仁巖堆的地貌特征，并分析了巖堆地貌的成因。通過對桓仁巖堆地貌特性的認識，將有助于巖堆工程性質的認識與評價;此外，該地區屬于本溪國家地質公園的范圍，巖堆地貌的科學認識對推動本溪國家地質公園的的進一步開發及旅游業的發展具有重要的現實意義。

1 巖堆類型及其特征

以上提到的給人以視覺沖擊的桓仁巖堆，表面無植被，但調查發現，該地區的一些斜坡地帶植被覆蓋之下也為巖堆結構，因此根據是否發育植被，可分為裸露型巖堆和植被覆蓋型巖堆兩種類型。

1．1 裸露型巖堆

裸露型巖堆呈大小不等、形狀不規則的斑塊狀分布在斜坡及山嶺地帶(見圖1)，其形態各異，有長條形、錐形、馬鞍形、倒三角、裙狀等，盡管形態各異，但多數巖堆長軸方向是順斜坡方向的，即長軸方向與等高線方向近于垂直;巖堆面積大小不等，大者數萬平方米，小者數十平方米;巖堆可以出現在斜坡不同部位，坡頂、坡面及坡腳均可見到;各個巖堆成分及結構特征相近，單純由塊石堆積而成，塊石成分為石英砂巖，巖石堅硬，棱角狀，塊石直徑多在0．5～1．5 m之間，大者2～3 m，小者數十厘米，塊徑總體較為均一，呈架空結構，無碎塊石及細粒土充填，無分選(見圖2);巖堆處寸草不生，但石塊表面長有青苔。

圖1 桓仁巖堆Fig．1 Talus geomorphologic landscape in Huanren

為說明裸露型巖堆塊石大小及其變化情況，選擇田師傅-桓仁鐵路大前石嶺隧道進口南側巖堆進行了塊石測量統計。巖堆塊石測量從坡腳開始，連續測量，直至近坡頂基巖面附近，坡面長度約500 m，高程差約300 m，且測量的塊石主要是巖堆最表層、能夠直接被測量到的巖塊，共測量巖塊1 068塊，并按坡面角度將巖堆坡面分下、中、上三大段進行統計。

圖2 桓仁縣大前石嶺巖堆Fig．2 Talus in hillside of Daqianshiling Mountain in Huanren

下段坡面從坡腳處開始，坡面較緩，傾角約為20°，坡長約100 m，共統計巖塊199塊，塊徑多集中在40～80 cm之間，長短邊差值很小，塊徑平均粒徑為66．7 cm。

中段坡面位于坡面中部，坡角為25°，坡長約200 m，共統計巖塊231塊，塊徑多集中在60～100 cm，塊徑平均粒徑為83．6 cm。

上段坡面位于坡面的上部，坡角為33°，坡長為180 m，共統計巖塊638個，塊徑平均粒徑為63．4 cm。

由測量統計結果可知，坡面不同部位塊徑變化不大，總體較為均勻。

1．2 覆蓋型巖堆

與裸露型巖堆相鄰的植被覆蓋斜坡地段，多數也具有塊石堆積，其與巖堆結構類似，我們稱之為植被覆蓋型巖堆，且地表生長有松樹、椴木、岳樺、花梨樹及小灌木等。植被覆蓋型巖堆表層覆蓋有薄的腐殖土，有大量的植物根系，其中含土量很少，厚度僅數十厘米;坡面上仍可見較多塊石，可清楚地分辨出塊石堆積結構(見圖3)，且塊石表面由于腐殖質的污染而呈青灰色，腐殖土覆蓋的下部巖堆結構與裸露巖堆結構具有相同的特征，塊石保留較新鮮的青灰色(見圖4)。

1．3 裸露型巖堆與覆蓋型巖堆之間的關系

不同部位所觀察到的裸露型巖堆與覆蓋型巖堆之間的關系不盡相同，大致可以分辨出4種類型:①過渡型邊界，從覆蓋型巖堆到裸露型巖堆，植被逐漸稀疏到最后消失，且塊石堆積結構及坡面形態上無明顯變化(見圖5);②蠕滑型邊界，裸露型巖堆與覆蓋型巖堆之間邊界屬于過渡型，但邊界部位的一部分樹木具有馬刀樹的形態，顯示邊界地帶巖堆具有蠕滑的性質(見圖6);③拉裂型邊界，裸露型巖堆與覆蓋型巖堆之間邊界截然，并存在拉張裂縫(見圖7);④推擠型邊界，裸露型巖堆與覆蓋型巖堆之間邊界截然，裸露型巖堆一側相對高凸或涌高，呈現流動及向外推擠的現象(見圖8)。

圖3 植被覆蓋型巖堆Fig．3 Vegetation-covered talus

圖4 植被根系下的巖堆Fig．4 Talus under the root

圖5 裸露型巖堆與覆蓋型巖堆之間的過渡型邊界Fig．5 Transition boundary between the exposed and covered type of talus

圖6 裸露型巖堆與覆蓋型巖堆之間的蠕滑型邊界Fig．6 Creep type boundary between the exposed and covered type of talus

圖7 裸露型巖堆與覆蓋型巖堆之間的拉裂型邊界Fig．7 Cracking type boundary between the exposed and covered type of talus

圖8 裸露型巖堆與覆蓋型巖堆之間的推擠型邊界Fig．8 Extruded type boundary between the exposed and covered type of talus

2 巖堆區域分布規律

裸露型巖堆地貌上醒目突出，無論在野外還是在遙感圖像上都易于分辨，本文考察巖堆的分布規律，一般指的是裸露型巖堆，除非特別說明的情況。

2．1 巖堆分布與地形地貌的關系

巖堆可以出現在不同坡度的斜坡上。裸露型巖堆多分布在較陡的斜坡地段，坡度一般在30°～38°之間(見圖9)，但巖堆內部坡面也存在起伏，有些巖堆在坡腳地帶趨于平緩，較緩處坡度在20°以內;覆蓋型巖堆多發育在相對平緩的斜坡地帶，在一些坡腳地帶坡度僅為10°～15°。

圖9 裸露型巖堆分布在較陡的斜坡地段Fig．9 Exposed talus distributed in the steep slope section

巖堆可以出現在斜坡不同高程，山頂、坡面及坡腳均可見到巖堆現象。圖10為山脊坡頂處發育的裸露型巖堆，該處為花脖山頂峰，是遼寧省最高峰，海拔約1 336 m，與圖9所示的坡腳處裸露型巖堆高程(410～420 m)相比，高程差達900余米。

圖10 山脊坡頂處發育的裸露型巖堆Fig．10 Exposed talus developed on the ridge top

裸露型巖堆往往成群集中分布在山坳地帶，一些山坳地帶裸露型巖堆的面積可達到30%～50%，且其獨立出現或相互之間局部連通，多呈向上分叉、向下匯聚的長條形態。

裸露型巖堆形態各異，有長條狀、錐形、馬鞍形及裙擺狀等，但它們有一個共同的特點，即其長軸方向一般順著縱坡方向分布，即垂直等高線方向。

巖堆分布的斜坡后緣，多數無對應的高大雄偉的陡崖，少數巖堆直接堆積在陡崖之下，這類巖堆面積一般都較小。

2．2 巖堆分布與地層的關系

根據野外調查，在遼寧省東部桓仁地區所見的巖堆巖性均為石英砂巖，巖堆的分布和巖性與震旦系下統釣魚臺組(Z1d，巖性為石英砂巖)地層具有一致性。由此推斷，巖堆分布與釣魚臺組(Z1d)地層有依存關系。

為了進一步驗證這一推斷，本文利用ArcGIS軟件平臺，并以1∶1萬呂家堡幅、腰段幅、K35幅等研究區地形圖為地理底圖，以Google earth衛星圖像為判定巖堆的依據，詳細勾勒出桓仁地區巖堆的空間分布范圍，再將得到的巖堆范圍覆于1∶20萬桓仁—朔州幅地質圖之上，獲得了研究區內大前石嶺—普樂堡一帶巖堆分布圖，見圖11。由圖11可見，巖堆只分布于震旦系下統釣魚臺組(Z1d)地層分布區，其周邊出露的元古代遼河群(Ptlh，變質巖)、震旦系下統南芬組(Z1n，頁巖)、侏羅系(J，安山質火山巖)以及各類侵入巖分布區，均未見巖堆出現。據此可以認為，巖堆分布與震旦系下統釣魚臺組(Z1d)地層分布有著密切關系，或者說巖堆與釣魚臺組地層存在淵源關系，其他地層分布區尚未見有巖堆出現。

圖11 桓仁縣花脖子山—大前石嶺—煙筒山一帶巖堆分布圖Fig．11 Distribution map of talus surrounding the Huabozishan，Daqianshiling and Yantongshan of Huanren County

3 巖堆成因分析

通過巖堆調查及一些現象的觀察，認為桓仁巖堆有崩塌和凍融裂解兩種成因。

3．1 崩塌成因

巖體的崩塌是指陡峻山坡或陡崖上被破裂面分割的巖塊在重力作用下，突然脫離母體并以垂直位移為主，以翻滾、跳躍、墜落方式運動，最終堆積于坡腳的現象和過程［3］。巖體的崩塌多發生在大于45°的斜坡上，而堆積于坡腳的崩塌物質，稱為崩塌堆積體或崩塌堆積物。崩塌堆積物大小混雜，受崩塌勢能影響，總的來說，較大石塊翻滾到較遠的部位才停積下來，因而崩塌堆積體在坡面上總體呈現高處小、低處大的特點，平面形狀大多呈半圓形或三角形，因此崩塌堆積體也稱為倒石堆。

桓仁地區巖堆，有一部分應該屬于倒石堆，如位于桓仁縣普樂堡鎮西南3 km處大青溝巖堆(見圖12)，該巖堆孤立分布于陡崖下方，平面形態呈扇形，巖石塊徑坡頂小、坡腳大，具有崩塌成因的倒石堆特征。

圖12 陡崖下的崩塌堆積體Fig．12 Colluvial deposit talus under steep cliff

3．2 冰緣作用成因

崩塌成因無法解釋桓仁地區大規模巖堆發育的特征，如斜坡地帶大面積分布，巖堆后緣無對應的陡崖，山頂出現巖堆，多數裸露型巖堆形態具有順坡方向延伸、表面塊石大小分布較為均勻等。

綜合巖堆各方面特征分析，對比公認的一些古冰緣地貌特征［4］，認為桓仁地區巖堆屬于冰緣地貌(古冰緣地貌)的一種類型。

3．2．1 巖堆屬于冰緣地貌的石海或石河

冰緣地貌是氣候嚴寒地區常見的一種地表形態，由寒凍風化和凍融作用形成。冰緣原指冰川邊緣地區，現泛指無冰川覆蓋的氣候嚴寒地區，范圍大體與多年凍土區相當。冰緣作用、凍脹作用、熱融作用、凍融蠕流作用、雪蝕作用、風力作用等都可形成冰緣地貌，其地貌形態可為石海和石河、多邊形土和石環、冰丘和冰錐雪蝕洼地、冰丘和冰錐、熱融地貌等［5］。

對照冰緣地貌，桓仁地區的巖堆現象具有冰緣地貌類型中的石海或石河的特征，而類似的被稱為石海或石河的地貌現象在我國其他地區也有所報道，如內蒙寧城縣［6］、秦嶺太白山［7］等(見圖13)。

圖13 秦嶺太白山石海Fig．13 Talus on the top of Taibaishan in Qinling Mountain

石海一般形成在坡度小于10°的平緩地帶，巖塊堆積在原地，沒有明顯的移動跡象。而石河多出現在坡度大于20°以上的斜坡地帶，呈長條帶狀順坡延伸，這是其曾發生過整體蠕動的現象。根據桓仁地區巖堆的分布及其形態特點，多數巖堆應屬于冰緣地貌的石河類型。

3．2．2 冰緣氣候條件

規模宏大的石河或石海，需要具備冰緣氣候條件。Peltter［8］研究認為，冰緣地貌產生的條件是年平均氣溫為 －15～1℃，年降雨量為127～1 397 mm［8］。東北地區現代冰緣地貌的分布從最北邊的漠河(北緯53°34'00″)到長白山區(北緯41°42' 45″)，在北部寒溫帶地區形成了緯度冰緣帶，即受緯度地帶性的支配;在南部廣大溫帶地區，由于地形、海拔高度的影響，形成了垂直冰緣帶［9］。遼寧桓仁地區地處我國東北，相對寒冷，屬于溫帶濕潤季風氣候區，四季分明，年平均氣溫為7．4℃，每年11月至次年3月日均氣溫在零度以下，可以產生凍融風化的條件，但現今的桓仁地區，并未發育廣泛的凍融風化現象，說明現在的氣溫條件不足以形成大面積的凍融風化。顯然，桓仁地區現代整體的氣候條件不屬于冰緣氣候條件，但在海拔1000m以上的高山地帶可能接近冰緣氣候條件，這說明桓仁地區大面積巖堆不是近代形成的，屬于古巖堆。

4 結論與建議

本文通過對桓仁地區巖堆的野外調查與遙感解譯分析，得到如下結論:

(1)桓仁地區巖堆可以分為裸露型巖堆和植被覆蓋型巖堆兩種類型:裸露型巖堆表面無植被，全由塊石組成，塊石成分為石英砂巖，單個巖堆的形態各異，面積數十平方米至數十萬平方米;覆蓋型巖堆表面發育植被，坡面有薄的腐殖土，巖堆組成及結構與裸露型巖堆相似。

(2)桓仁地區巖堆分布與地形地貌之間存在耦合關系。巖堆在從400余米的坡腳到1300多米的高山峰頂均有分布，但裸露型巖堆多出現30°～40°相對較陡的坡段，而覆蓋型巖堆可以出現在10°～15°較為平緩的坡段;裸露型巖堆相對集中在山坳地帶，并成群出現，且形態各異，但長軸方向多順著縱坡方向分布。

(3)桓仁地區巖堆分布與釣魚臺組(Z1d)地層有依存關系。巖堆分布區與釣魚臺組(Z1d)地層出露區具有較好的一致性;巖堆塊石成分為石英砂巖，釣魚臺組(Z1d)地層巖性也為中厚層的石英砂巖。

(4)桓仁地區巖堆主體屬于冰緣地貌的石河和石海，是第四紀某時期的古石河和石海，由寒凍風化和凍融作用形成。這是由于釣魚臺組石英砂巖巖性堅硬，發育節理裂隙，有利于凍融風化形成石河和石海，同時耐化學風化，從而有利于長期保存。

桓仁地區石河和石海是第四紀時期冰緣作用的殘留產物，目前當地已不具備冰緣的氣候條件，在自然條件下石河和石海基本不再活動。但作為斜坡地帶的一類碎石土，對切坡開挖、水庫蓄水等工程活動仍具有較大的敏感性，因此工程活動應該盡量避開巖堆或盡量減少對巖堆的擾動。

從數量上看，我國已經是一個地質公園大國，但地質公園的規劃工作一直是地質公園建設的薄弱環節［10］，本溪國家地質公園也不例外。本溪國家地質公園性質擬定為以巖溶、地層剖面、地質構造和地層接觸關系所組成的地質遺跡為主體景觀特色，顯然此前未能把冰緣作用形成的奇特地貌景觀——巖堆作為地質公園的主體特色景觀之一，因此建議將桓仁巖堆納入特色主體景觀規劃進行開發，以豐富本溪國家地質公園的內容，并以此帶動當地旅游業的發展。

［1］曲景慧，劉集偉．本溪釣魚臺地貌的分布及成因［J］．遼寧師范大學學報(自然科學版)，2011(3):383-387．

［2］李永金．巖堆區選線及勘察方法研究［J］．鐵道工程學報，2013，181(10):1-4．

［3］唐輝明．工程地質學基礎［M］．北京:化學工業出版社，2008．

［4］Cremeens D L，Darmody R G，George S E．Upper slope landforms and age of bedrock exposures in the St．Francois Mountains，Missouri:A comparison to relict periglacial features in the Appalachian Plateau of West Virginia［J］．Geomorphology，2005，70(1/2):71-84．

［5］嚴欽尚．地貌學［M］．北京:高等教育出版社，1985．

［6］央視國際．尋訪“中華第一龍”的發現者．［EB/OL］．(2007-06)．http://www．cctv．com/program/zbzg/topic/geography/C1847 7/05/22/index．shtml．

［7］單之薔．太白:中國東部可以感受雪山的地方［J］．中國國家地理，2005(6):34-47．

［8］Peltier L C．The geographic cycle in periglacial regions as it is related to climatic geomorphology［J］．Annals of the Association of American Geographers，1950，40(3):214-236．

［9］謝又予．我國東北地區的冰緣地貌與分區［J］．冰川凍土，1981，3(4):17-24．

［10］程馳，迪力沙提·亞庫甫，周愛國．地質公園規劃體系研究［J］．安全與環境工程，2013，20(3):5-9．

Preliminary Research on Characteristics and Formation of Talus Landscape in Huangren，Liaoning Province

JIN Xiao1，FU Min2，YANG Min3
(1．School of Sivil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu611756，China; 2．Faculty of Engineering，China University of Geosciences，Wuhan430074，China; 3．Shenyang Railway Survey and Design Institute Co．，Ltd．，Shenyang110013，China)

Talus，a peculiar geomorphologic landscape，is found in the Huanren section along the Tianshifu-Huanren Railway which is under construction．Focusing on the characteristics and formation of the talus landscape，this paper carries out field investigation and remote sensing interpretation．The results show that the talus may be an ancient stone river or block field which originates from periglacial landform．The distribution of the talus is closely related to the Diaoyutai Formation，Neoproterozoic．The Diaoyutai Formation is mainly composed of hard rocks of quartz sandstone with developed joint fissures，which benifits freeze-thaw weathering to form the talus．Meanwhile，quartz sandstone is resistant to chemical weathering and able to be kept for a long time until now．The research not only provides practical guiding significance for engineering construction involving talus，but also helps enrich the content of Benxi National Geological Park and promotes the construction of the characteristic landscape．

talus;ancient stone river;periglacial landform;Huanren County

X141

ADOI:10．13578/j．cnki．issn．1671-1556．2016．05．001

1671-1556(2016)05-0001-06

楊 敏(1973—)，男，碩士，高級工程師，主要從事鐵道路基設計方面的工作。E-mail:yang73min@163．com

2016-05-17

2016-07-01

中國鐵路總公司項目“田桓鐵路工程大前石嶺巖堆性質及處置技術研究”(2015056274)

金 瀟(1995—)，男，本科生，主要研究方向為土木工程。E-mail:993705971@qq．com