天創(chuàng)地造 鬼斧神功
——嶂石巖地貌略講之二

○李慶辰

嶂石巖地區(qū)地處太行山中段，區(qū)內(nèi)地勢西高東低，西側(cè)的太行山主脊海拔高度1 700米，其頂部平坦，兩側(cè)東陡西緩。西側(cè)連接山西高原，東側(cè)則為高達600～700 米的南北向巨大陡崖。陡崖以東的山地由西向東，海拔從1 000 米逐級降低到不足200 米，地貌類型依次為低山、丘陵和臺地。

嶂石巖地貌發(fā)育模式：崖壁平行后退

大地構(gòu)造上，嶂石巖地區(qū)位于華北準(zhǔn)地臺，地處山西臺背斜東側(cè)的太行山隆起帶中段，東部以太行山前大斷裂與華北斷拗交界。嶂石巖地區(qū)為燕山期造山運動中先折后斷的抬升區(qū)，整體為一寬緩的大型復(fù)式背斜，稱為贊皇穹折束。在穹折束的核部邊緣，華北準(zhǔn)地臺的基底層與蓋層之間為不整合接觸，不整合面形成于距今18 億年的呂梁運動期間。嶂石巖地貌主要分布在呂梁期不整合線（即不整合面與地面的交線）以西，海拔高度1 000 米以上的中山區(qū)。

發(fā)育嶂石巖地貌的主力巖層——常州溝組紅色石英砂巖，產(chǎn)狀平緩（地層傾角不超過10°），巖性堅硬，節(jié)理發(fā)育，下伏相對軟弱的趙家莊組泥、頁巖。差異侵蝕作用使得泥頁巖首先被水平掏蝕形成巖廊，而上覆的砂巖則沿節(jié)理面在重力作用下崩落。所以，嶂石巖地貌的發(fā)育過程以重力崩塌為主，坡面演化以崖壁平行后退的方式進行。

喜馬拉雅運動第Ⅱ幕以來，太行山地沿東麓山前大斷裂的強烈抬升，使其與東部平原的相對高差增大，為外營力對嶂石巖地貌的塑造提供前提。同時，太行山中段山地，地處中溫帶地區(qū)，氣候的劇烈波動和顯著的干濕交替，使山地物理風(fēng)化強烈，巖石崩塌加劇。頻發(fā)的洪水，也使地表物質(zhì)運移迅速，成為塑造嶂石巖地貌的主要動力。

（請圖片作者與本刊聯(lián)系）

嶂石巖地貌的形成機理：楔狀橫切與水平掏蝕

楔狀橫切機理：由于長城系紅色石英砂巖年代古老，巖性堅硬，在歷次的構(gòu)造運動中受到側(cè)向擠壓，巖層內(nèi)產(chǎn)生波動效應(yīng)（或稱振蕩效應(yīng)），形成節(jié)理密集帶。帶內(nèi)節(jié)理密度是普通巖層節(jié)理密度的50～100 倍。密集的節(jié)理使巖石更加破碎，成為抗蝕能力較差的軟弱帶。流水（包括水流和凍融）、重力、風(fēng)等外營力，便沿此軟弱帶向陡壁橫向切入，形成豎直的溝縫（其邊界為節(jié)理密集帶的邊界）。該溝縫可切入陡壁數(shù)米、數(shù)十米甚至上百米（一線天為112 m）。而在溝縫切入陡壁后，如與其他方向的節(jié)理密集帶交匯或抵達與之共軛的節(jié)理（共軛節(jié)理是在相同條件下同時形成的兩組相互交叉的節(jié)理，又稱X 型節(jié)理）時，在密集帶交叉處便出現(xiàn)分叉，形成次級溝縫。如此發(fā)展，逐級分叉，形成多等級的樹杈狀溝谷系統(tǒng)。該發(fā)育機理是嶂石巖地貌發(fā)育的框架，也是形成方山、排峰、塔柱的主要機制，最典型地區(qū)是凍凌背。

水平掏蝕機理：在非節(jié)理密集帶，嶂石巖地貌的發(fā)育則更多地表現(xiàn)為外營力對軟弱巖層（泥巖、頁巖及泥質(zhì)砂巖）的水平掏蝕作用，以及由此引起的上覆巖層的崩塌。

風(fēng)化侵蝕首先從底部的趙家莊組泥巖層段開始，沿著近于水平的方向，軟弱巖層被掏蝕，形成巖廊或巖洞（如回音壁下的巖廊、凍凌背的云中舞廳、鴛鴦洞等）。當(dāng)掏蝕深度（水平方向）達到一定數(shù)值時，上覆巖層開始卸荷塌落。

楔狀橫切形成的溝縫

塌落的方式包括錯落和崩塌。錯落即整個巖塊沿節(jié)理面整體塌落，但塌落的巖體整體性并未遭到破壞。崩塌即巖塊在塌落過程中解體，崩解成更小的巖塊或碎石并形成倒石堆。錯落直接導(dǎo)致陡崖后退，如正西套和小西套交界的岬角處的錯落體等。而崩塌既可以一次性快速完成（如九女峰三縣垴西北翼，在1966 年邢臺地震時的崩塌和2009年春季的崩塌），也可以逐次緩慢完成，如一線天巖廊、懸洞、云中舞廳等處。

一次大的陡崖崩塌后退發(fā)生后，整個山體處于穩(wěn)定狀態(tài)。但下伏軟弱巖層水平掏蝕作用仍在進行，達到閾值時，上覆堅硬巖層卸荷崩塌，造成陡崖又一次后退。

總之，楔狀橫切的主要作用是將大的山體進行切割、肢解；而水平掏蝕的效果就是造成各塊體崖壁的后退。二者是嶂石巖地貌發(fā)育演化的最主要機理。

水平掏蝕示意圖

水平掏蝕形成的巖廊

嶂石巖地貌的年齡

幼年期——長墻、巖縫、垂溝、巷谷形成。此階段：隨著喜馬拉雅構(gòu)造運動第Ⅱ幕的開始，太行山隆起，堅硬的石英砂巖巖層出露，并在其前緣形成陡崖。外營力沿崖面垂直節(jié)理侵蝕而發(fā)育成楔形巖縫，并向巖體內(nèi)橫向（或側(cè)向）切入，形成巖逢（如一線天、小天梯、槐泉寺、回音壁、凍凌背等崖壁上大小不等的巖縫）。巖縫進一步發(fā)育而成為巷谷。

嶂石巖三級陡崖發(fā)育過程示意圖（各級陡崖獨自發(fā)育）

青年期——方山、斷墻、Ω 型套谷形成。此階段：巷谷進一步擴大發(fā)育為障谷。障谷兩壁又生成巖縫并發(fā)育成次級巷谷，如果相鄰的巷谷間距在10～30 m 之間，則數(shù)個巷谷可組成一個套谷，即Ω 套谷。此階段由于次級巷谷的延長，山體被分割成方山，方山進一步發(fā)育為斷墻。如大王臺、仙人臺、古佛巖、噙玉崖等。

壯年期——石柱、排峰形成。此階段：一方面，障谷向下層侵蝕發(fā)育成疊套谷，另一方面，更次一級的溝縫或巷谷將方山進一步切割成排峰、石柱。如雞冠寨、九女峰等。

老年期——塊狀殘丘、孤石形成。此階段：排峰受到進一步侵蝕、分割而發(fā)育為塔柱（石柱），塔柱進一步風(fēng)化而倒塌，形成塊狀殘丘、孤石或塊石堆，如白馬垴等。這也標(biāo)志著嶂石巖地貌一個發(fā)育過程或演化旋回的結(jié)束。

根據(jù)地質(zhì)學(xué)推算：白馬垴殘丘、孤石地貌的年齡為294.7萬年，九女峰等排峰、石柱地貌的年齡是206.7 萬年，蓮頭寨方山地貌的年齡是91.5萬年，小天梯巷谷地貌的年齡是8.3萬年。

嶂石巖地貌的科學(xué)價值

頂平、崖直、塊狀造型明顯的嶂石巖地貌，成為太行山乃至整個華北地區(qū)第三紀(jì)以來的地貌演化和山體強烈隆升的地質(zhì)記錄。相對高度達600～700 米的一面紅色大墻，成為記載太行山第四紀(jì)強烈抬升的歷史豐碑。

崖頂?shù)牡樽恿浩谏降匾钠矫妫瑯?biāo)志了太行山強烈隆升的起始時間；陡崖的高度,是山地抬升的量度記錄；塊狀造型所賴以發(fā)育的節(jié)理，是太行山區(qū)曾遭受不同方向強烈擠壓的地質(zhì)痕跡。這些都成為研究太行山乃至整個華北地區(qū)地質(zhì)演化的良好素材。嶂石巖地貌所揭示的水平掏蝕坡面發(fā)育模式，使得地貌學(xué)界經(jīng)典坡面發(fā)育模式之一的Penck坡面發(fā)育模式得以在中國落地。

知識小卡片

中國砂巖地貌景觀三甲

嶂石巖地貌與丹霞地貌、張家界地貌，并稱為中國砂巖地貌景觀的三甲。

嶂石巖地貌以壯闊的長墻見長；張家界地貌以眾多的塔柱獨領(lǐng)風(fēng)騷；丹霞地貌則以圓潤的造型、景物栩栩如生而馳名。

嶂石巖地貌的發(fā)育基礎(chǔ)，是距今18 億年的長城系濱海—淺海相石英砂巖。張家界地貌的發(fā)育基礎(chǔ)，是距今4億年的古生界濱海相砂巖。丹霞地貌的發(fā)育基礎(chǔ)，是距今1 億年的中生界陸相盆地沉積的砂礫巖、砂質(zhì)泥巖，且含有可溶性鹽類。

發(fā)育機理方面，丹霞地貌、張家界地貌以垂向下切為主；而嶂石巖地貌則以橫向側(cè)切為主。地貌發(fā)育的外營力，嶂石巖地貌以重力作用為主，崩塌作用是其最主要的表現(xiàn)形式；張家界地貌由流水作用與重力崩塌作用共同塑造；而丹霞地貌則以流水作用為主，并有化學(xué)溶蝕作用的參與。