湖南崀山臨水型丹霞地貌危巖體景觀巖性分析

劉江龍，胡能勇

(1.中南林業科技大學 旅游學院，長沙 410004； 2.湖南省自然資源事務中心，長沙 410007)

0 前 言

丹霞地貌是20世紀20年代以廣東丹霞山命名的一種巖石地貌類型，也是中國重要的風景地貌之一，因其特殊的地貌形態和景觀美學價值而受到國內外學者的廣泛關注[1]，大多數丹霞地貌區已經開發成旅游景區。以砂礫巖為主的丹霞地貌區，大部分地勢復雜、崖壁險峻、節理發育，形成了獨具特色的危巖體景觀[2]。危巖體景觀具有明顯的雙重屬性，即旅游開發價值和災害屬性。旅游開發價值體現在形態特征、科研科普價值和游憩觀賞價值，災害性主要體現在危巖體規模、形成機理、易發性分析和可能造成的災害損失評估[3]。

崀山丹霞地貌區位于湖南省新寧縣境內，地理坐標為E110°28′53″-110°18′34″，N26°13′06″-26°55′21″。區內地勢南高北低，海拔302-818m。以壯年期圓頂密集式丹霞峰叢峰林為最大特色，被譽為“中國丹霞地貌主要類型和基本特征的模式地”。崀山地區為中亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫15.5℃，年均降雨量1450mm，區內河流水系屬長江流域資江水系，夫夷江河流自南而北貫穿全境，強烈下切，發育三級河谷階地，切割深度超過25m[4]。湯家壩河和崀芴河呈樹枝狀匯入夫夷江，丹霞地貌景觀密集分布于兩條支流。因此，崀山地區發育的是中國東南部典型的低海拔地區臨水型丹霞地貌[5]。由于活躍的流水作用和紅層軟巖夾層的影響，危巖體景觀可能誘發的崩塌成為崀山景區的地質災害隱患。1992年12月紅瓦山峽谷的陡崖，發生崩塌，崩塌體規模約5000t碎屑巖。2009年11月2日凌晨發生崩塌的雷劈石，約48200m3紫紅色砂礫巖塊堆積在崖麓的谷底[6]。因而，在崀山旅游開發過程中，對危巖體景觀的物質組成和抗壓強度就行實驗分析，對于崀山丹霞地貌區危巖體景觀保護和可持續利用均具有重要意義。

1 崀山危巖體景觀的形成機理

1.1 地理地質條件

崀山位于中國南嶺山系的低山丘陵河谷區，屬中國第三級地形與第二級地形的過渡地帶。地質上，處于中國揚子古板塊和華南板塊交匯帶上的近南北向資(源)新(寧)斷陷盆地北段[7]。區內基底構造復雜，南北向和近南北向斷裂構造發育，白堊系巖層發育有4組節理。斷裂節理構造控制了崀山丹霞地貌的發育與展布。受中國青藏高原第四紀的快速隆升影響，區內新構造運動強烈，具有顯著的間歇性隆升特點，發現有800m、600m和400m的三級夷平面，以及距離現代河床25m、15m、9-10m的三級河流階地，釋光測年(OSL)法測年資料是25.7±8.6(萬年)(三級階地面)、21.9±4.6(萬年)(二級階地面)、16.8±3.5(萬年)(一級階地面)、11.2±2.4(萬年)。中更新世以來構造上升速率約66mm/ka[8]。

形成于早白堊世干旱炎熱古氣候下的斷陷盆地的紅色碎屑巖長期剝蝕形成古夷平面，密集節理切割形成崀山丹霞山峰雛形；上新世末期(360Ma)以來的持續多期的間歇性隆升與濕熱季風氣候加劇了丹霞峰林發育過程，地殼隆升速率超過夷平剝蝕速率，丹霞山峰高度持續增加，丹霞溝谷加深，丹霞崖壁陡峻。從白堊紀到第四紀，由于中國大陸受印度板塊及太平洋板塊雙重擠壓，地殼抬升強烈，尤其是被稱之為世界屋脊的青藏高原的隆起對中國現代大氣環流及現代地勢分布格局具有重要里程碑的作用[8]。崀山丹霞地貌正是在這一特定的地質時期內，一定的地殼運動方式及特定的區域環境、氣候環境發生轉變的條件下，形成的一種特殊生態環境變遷的標志性巖石地貌。

1.2 地層巖性

崀山丹霞地貌所處的資新盆地南北長47km、東西寬3-9km，盆地內的白堊系下統欄垅組(K1)屬于華南地層大區東南II級地層區湘中地層分區，該區包括廣西壯族自治區永福、咸水及資源-新寧等山間斷陷盆地和衡陽及湘東地區裂谷盆地[9]。崀山丹霞地貌發育地層是白堊系下統的陸相紅色碎屑巖層，下伏地層是侏羅系和前侏羅系的變質巖、碳酸鹽巖、碎屑巖和不同時代的花崗巖，上覆地層是零星分布的第四系堆積層[10]。

白堊系下統紅色碎屑巖層的厚度變化大，由南至北厚度變薄，在資源縣梅溪等地，厚達2320m，而至新寧縣厚度減少為150m。礫石成分隨地而異，南部資源、梅溪一帶，礫石成分以花崗質碎屑(花崗巖屑、石英、長石、黑云母)為主，少量硅質巖屑、變質砂巖、板巖等；而北部崀山街、新寧一帶，礫石成份以灰巖、砂巖為主，少量花崗巖[11]。屬山麓洪積、沖洪積相，由于其結構及成分成熟度低，其物質來源又以周邊的花崗巖及灰巖為主，因此，塑景巖層中普遍含不穩定礦物，其中長石含量最高可達30%以上，在風化作用下，長石極易形成高嶺土或絹云母，巖石抗風化能力也隨之減弱，巖石極易發生崩解及圓化[12]。

1.3 外動力條件

塑造崀山丹霞地貌外動力條件主要包括雨水流水的侵蝕溶蝕、物理化學生物風化和崩塌堆積等作用。其中流水侵蝕是塑造崀山丹霞地貌和形成危巖景觀最主要最活躍的外動力[13]。

1)流水侵蝕作用：包括沖蝕作用、磨蝕作用和溶蝕作用，分為下蝕、側蝕和向源侵蝕三種方式進行。從分水嶺、徑流區、排泄區的水力梯度營造多姿多彩的丹霞山峰和深切峽谷的組合。雨水拍擊和坡面徑流對裸露山石的表面破壞改造作用也不可忽視，由于砂礫巖的均一性不強，片流沿造景巖層層面巖層處進行選擇性侵蝕，鬼斧神工般的塑造崀山丹霞地貌眾多的象形景觀。

2)流水溶蝕作用：構景巖層碎屑成分在巖層中分布不均，如有些夾層灰巖砂礫較多或膠結碎屑的膠結質不均，在酸性水的作用下溶解，形成大小不等的串珠狀、透鏡狀洞穴，沿巖層層理分布，天一巷景區“七層樓”即是。

3)風化作用：在類型多樣的砂礫巖中，各種風化作用表現得十分清楚。由于巖性的差異而導致的抗風化能力不同，使丹霞地貌陡崖上的微地貌景觀出現明顯的差異，砂巖和礫巖發育的往往為正地貌，表現為凸起的巖脊；泥巖和粉砂巖更多的發育成負地貌，形態上為順層凹槽或巖洞。崀山丹霞地貌中普遍發育片狀剝落和重力崩塌，與氣溫的晝夜差異和季節差異密切相關。

4)重力崩塌作用：雨水或地表水沿著紅色碎屑巖的節理裂隙或巖層層面侵蝕后，在生物風化作用的參與下，節理裂隙不斷擴大，懸空的巖體便可能在重力的作用下，沿構造薄弱面(節理面、原生構造面)發生崩塌。同時，由于巖性軟硬夾層造成的差異風化，軟的巖層被凹進或掏空，也極易造成重力崩塌[14]。崩落在緩坡地段或者山麓的巖塊往往形成驚險刺激的危巖體景觀。

2 崀山危巖體景觀物質成分分析

2.1 巖石與礦物

采取崀山丹霞地貌區砂礫巖樣品30件，采用磨片透光分析，結果表明：崀山丹霞地貌區出露的巖石主要是紅色砂礫巖，局部出露泥盆系和石炭系的灰巖。白堊系紅色砂礫巖成分比較復雜，主要物質來源有花崗巖碎屑、灰巖碎屑、變質巖碎屑和硅質巖碎屑等；膠結物主要包括鐵質、鈣質和泥質。因為膠結物的類型特征不一樣，使得崀山丹霞地貌的微地貌景觀特征也不一樣。砂礫巖中的砂與礫的成分相近，主要是花崗巖、灰巖、變質巖等碎屑，同時包含有較多的石英、長石和云母等礦物。這些砂礫巖的組成成分與資新盆地內的出露的老地層的巖體的巖性完全相同，說明這些時代較老的地質體是資新盆地內的白堊系紅色砂礫巖地層主要的物質來源。薄片鑒定結果見圖1。從鑒定結果看，白堊系紅色砂礫巖的種類豐富，分布較多的主要為：

1)含白云母長石砂巖：主要由石英、長石顆粒等組成，其中石英含量<70%，白云母含量約占4%，大部分顆粒彼此直接接觸的孔隙式膠結，主要膠結物為長英質和微晶方解石等。

2)泥晶或結晶灰巖：方解石含量>50%，并含石英顆粒，有后期鐵錳質和碳酸鹽化。

3)含長石石英砂巖：石英碎屑的含量>75%，長石含量約3%。大部分顆粒彼此直接接觸的孔隙式膠結，膠結物主要為硅質和鐵錳質。

4)石英砂巖：主要由石英及硅質巖屑組成，孔隙式膠結，常見膠結物為硅質和鐵錳質。

薄片1 含白云母長石砂巖

薄片3 含長石石英砂巖

薄片2 泥晶或結晶灰巖

薄片4 石英砂巖

2.2 巖石化學成分

采集了崀山丹霞地貌區危巖體景觀不同部位的巖石樣品46件，選擇其中最具有代表性的8件樣品進行化學全分析。測試結果表明，各類砂礫巖的微量元素含量均很低，主要元素的氧化物含量在不同類型的砂礫巖中的差別較大。但所有砂礫巖的SiO2、Al2O3和CaO的含量均較高，尤其是灰巖角礫發育的下部層位，其CaO含量明顯增高、而容易風化流失的化學組分的K2O和Na2O含量較低。由此可以判定，崀山丹霞地貌危巖體景觀巖石組成的抗化學風化能力較強。

就砂礫巖的礦物成分而言，有的巖石長石含量較高，可達30%以上，有的長石含量較低(約15%)，在化學風化作用下，長石一旦風化成高嶺土或絹云母，巖石抗風化的能力也就會隨之減弱，會變得易于解離。

不同類型的巖石抗風化的能力是不一樣的，不同類型的巖石組合起來，在風化作用和流水的侵蝕下，會產生差異風化和差異侵蝕，容土層厚度較小，比較軟的巖層(泥巖、泥質膠結的碎屑巖)，由于風化解離，風化產物又及時地被流水侵蝕搬走，隨著時間的推移，便會逐漸向里凹進去，越凹越深；而相對膠結得較緊，較堅硬，單層厚度又較大的巖層，則會相對懸空突出來。區內的許多凹槽均是這樣形成的。典型巖石化學全分析結果，見表1。

3 崀山危巖體景觀抗壓強度分析

構成崀山丹霞危巖體景觀的礫巖、含礫砂巖和含礫粉砂質泥巖構成，前兩者巖石的礦物組成基本相似，裂隙發育程度也基本相同，基本上呈互層出現，因此，其工程地質特征也相近。但不同巖性其力學性質稍有差別。采取崀山丹霞地貌區危巖體景觀不同部位有代表性的樣品3件，均切割成50×50×50mm的立方體，在壓力儀上測定其力學性質。崀山危巖體景觀的巖性和力學特征，見表2。

表1 典型巖石化學全分析結果 %

續表1 典型巖石化學全分析結果 %

表2 崀山危巖體景觀的巖性和力學特征

從抗壓實驗來看，所有巖石的抗壓強度較大但不同類型砂礫巖的抗壓強度略有差異，其中，含礫砂巖的抗壓強度為52.15MPa，礫巖的抗壓強度為60.8MPa，粉砂質泥巖的抗壓強度為41.4MPa，礫巖的抗壓強度>含礫砂巖的抗壓強度，粉砂質泥巖的抗壓強度相對較小。抗壓強度較大的礫巖和含礫砂巖有利于丹霞地貌景觀本身的穩定，含泥質較高的巖石其抗壓強度、抗風化能力和抗水性相對較差。發育崀山丹霞地貌物質基礎的白堊系巨厚層陸相紅色砂礫巖的荷載和抗壓強度高，同時上部主要由花崗質碎屑構成，其抗化學風化能力強，密集構造陡立節理創造了丹霞地貌形態格局，多階段的間歇性隆升新構造運動與亞熱帶濕潤氣候下的獨特河流水系水力坡度的動力條件下發育的密集山峰和險峻崖壁，形成了獨特的丹霞危巖體景觀，但總體上比較穩定，發生崩塌的可能性較小。

4 結 論

1)崀山丹霞地貌危巖體景觀的形成機理主要包括區域性多期次活動大斷裂及其不同方向的節理裂隙發育的構造背景、巨厚的陸相紫紅色磨拉石碎屑巖和流水侵蝕溶蝕為主的外動力條件，其中流水侵蝕是塑造崀山丹霞地貌和形成危巖景觀最主要最活躍的外動力。南北向和近南北向斷裂構造和白堊系縱橫交錯的四組節理控制了崀山丹霞地貌的發育與展布。

2)巖礦薄片鑒定結果表明，砂礫巖類型多樣，主要包含白云母長石砂巖、泥晶或結晶灰巖、含長石石英砂巖和石英砂巖。各類砂礫巖的微量元素含量均很低，主要元素的氧化物含量在不同類型的砂礫巖中的差別較大。但所有砂礫巖的SiO2、Al2O3和CaO的含量均較高，尤其是灰巖角礫發育的下部層位，其CaO含量明顯增高、而容易風化流失的K2O和Na2O含量較低，說明崀山紅層的抗風化能力強。

3)從抗壓實驗來看，所有巖石的抗壓強度較大但不同類型砂礫巖的抗壓強度略有差異，含礫砂巖的抗壓強度為52.15MPa，礫巖的抗壓強度為60.8MPa，粉砂質泥巖的抗壓強度為41.4MPa。抗壓強度較大的礫巖和含礫砂巖有利于丹霞地貌危巖體景觀本身的穩定。