大自然的杰作——冰沟丹霞地貌

距今7000万年以前的白垩纪,在广东北部和江西、湖南交界一带沉积了一套数千米厚的红色砂砾岩。几百万年前,强烈的构造活动使这些深埋地下的石头迅速抬升。之后,漫长的侵蚀、风化等外动力地质作用,犹如鬼斧神工般把这些红色砂砾岩层“凿刻”成雄伟的赤壁丹崖和千姿百态的石墙、石柱、天生桥等绝美景观,雄奇秀美的丹霞山由此形成。这种以红色砂砾岩为主要成分、以赤壁丹崖为典型特征的类似景观被地质学家统称为“丹霞地貌”。 根据最新的资料,至2013年3月,在中国境内共发现丹霞地貌995处,绝大部分省区都有分布,但著名的丹霞景区集中出现在中国的南方和西北地区。 位于甘肃省张掖市临泽县和肃南县交界地带有一个特殊的丹霞地质公园,它由两个核心景区组成:其一是由位于临泽县南台子村的彩色丘陵景观区,吕洪波老师已经在科学画报2013年第11期对其做了介绍;其二是位于肃南县康乐乡的冰沟丹霞景区,张掖丹霞地质公园即得名于此。

2013年8月18日,恰逢雨过天晴,太阳升起前,笔者独自登上了景区内海拔2000多米的制高点。伴随着初升的太阳,极目远望,大片大片数十米高的红色岩柱或岩块错落有致地排列山中。或傲然挺立,如镇山宝塔、如擎天之柱;或三五成群,如城堡宫殿;或一排排,如红色的岩墙。最引人注目的当属景区入口附近的一处景观,犹如一只可爱的山鸡,自然而然被人们当作了冰沟景区的吉祥物。当时,天上朵朵白云飘忽不定,地上霞光幻影变化莫测。坡地上绿草如茵,耳边百鸟欢歌。置身其中,如临仙境。

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图1 太阳初升时的冰沟丹霞

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图2 俯瞰柱状丹霞(图1的前景)

差异性风化作用在前排左侧的石柱顶端形成了帽子状突起。前排右侧巨大石柱的顶端因风蚀和崩塌共同作用形成穿洞,两个红色箭头分别指示了穿洞及其阴影的位置。图中左侧的红色虚线表示岩层的原始层面,白色虚线表示地平线。可以看出冰沟地区的岩层并非水平的,而是与水平方向构成大约10度的夹角,但岩柱与地平线近于垂直。

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图3 城堡状丹霞地貌(图1的远景部分)

红色的砂砾岩整体呈块状被剥蚀出地面,不同层位的岩石在裂隙和流水侵蚀的共同作用,自上而下被剥蚀风化,形成阶梯状地形,貌似城堡。“城堡”外围的岩石已经发育成柱状。

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图4 近乎等间隔出现的柱状和方块状丹霞地貌,好似相间出现的潜水艇

这种现象主要是因为岩层受近水平方向的挤压后产生的等间距的裂隙被后期流水侵蚀。

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图5 等间隔岩墙状丹霞地貌,注意右侧岩块顶端也有风成穿洞(右上角红色箭头所示)。
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图6 不同形成阶段的岩柱

图中自右向左可以清晰观察到4个石柱,其中1和2已基本形成,3和4正在形成过程中。这片岩石在不远的未来还会形成更多的石柱。

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图7不同形成阶段的岩柱

这是另一组岩柱的照片,左前方的三根岩柱已经形成,并经受风化剥蚀,右侧显示的是即将形成的岩柱。

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图8 柱状与块状地貌(三根岩柱围绕一长方体岩块发育,其根部紧密相联)

不同岩层的物质成分与物理化学性质经常是不同的,抵抗风化作用的能力差异往往很大,结果会形成奇形怪状的风化产物。本图是冰沟景区的标志性景观之一—— “石鸡”,它就是差异风化作用的产物。祁连山脉海拔1500~3500 米的山地及丘陵地带经常见到野生的石鸡,经常数十只甚至上百只成群出现,雄性石鸡遇到紧急情况时会发出“嘎嘎”、“嘎嘎嘎”的叫声,又称“嘎嘎鸡”或“尕拉鸡”,是冰沟景区常见的鸟类之一。几乎每天野外考察中都会见到。这种鸡的警惕性很高,野外很难拍到清晰的照片,图右下角即是笔者在当天考察时拍到的一只石鸡照片。对比一下,是否相似?

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图9 景区的吉祥物—山鸡
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图10 窗棂宫殿式丹霞地貌(远景,侧向)

当河流侵蚀和风化作用沿红色砂砾岩区的某个主要的构造线方向进行时,会形成“宫殿式”景观。本图显示的这种宫殿式景观出现于冰沟丹霞地貌景区南西方向约 5 km处,同在肃南县的康乐乡境内。

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图11 窗棂宫殿式丹霞地貌(近景,正面照)

裕固族总人口只有15000人左右,其中90%以上聚居在祁连山北麓的肃南县。相传裕固族是古代高车人的后裔,高车古国早已不复存在,人们把这种宫殿式景观戏称为“高车王宫”。

冰沟景区和彩色丘陵景区相距仅10余千米,大的构造背景和地理环境基本相同。为什么只有在冰沟才形成丹霞景观? 根据前人的地质资料和我们实际考察的结果,构成冰沟丹霞景区的岩石与彩色丘陵景区的岩石在地质上同属于白垩系,但形成时间和环境略有区别。冰沟丹霞景区的岩石形成稍早一些,属于白垩系的下沟组,主要的岩石类型为砾岩、砂砾岩和含砾砂岩,以河流相为主。彩色丘陵景区的岩石属于白垩系的中沟组,主要为河流相和湖相产物,岩石类型有砂岩、砾岩和泥岩,最上部有厚层的石膏,是典型的蒸发沉积产物。 冰沟景区与彩色丘陵景区的岩石成分虽然略有差异,但这并不是两个景区地貌景观截然不同的主要因素。冰沟景区能够形成丹霞地貌的最主要原因一是冰沟的岩层中发育了两组垂直于地面的裂隙,彩色丘陵景观区基本没有;二是冰沟的岩层产状平缓,岩石的层面与水平面交角大多在10度左右,而彩色丘陵景观区的岩层面与水平面的交角一般在40度左右(图12)。在岩层陡倾的彩色丘陵景区,纵使有垂直于地面的节理,也会因为重力因素而使岩层快速崩塌,很难形成柱状或巷谷式的丹霞地貌。

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图12 临泽县境内的彩色丘陵景观

图13为冰沟丹霞地貌形成过程的简要图示。对于已经抬升并发育了断裂或裂隙的地层,如果后期剥蚀、风化作用主要沿着一组裂隙方向进行,则会形成巷谷式或宫殿式景观。如果后期的剥蚀和风化作用同时沿着两组裂隙方向进行,则最容易形成柱状式景观(图13B)。集冰沟丹霞与彩色丘陵于一身的张掖丹霞地质公园是国内不可多得的旅游观光与科学考察的宝地。

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图13 柱状和城堡状丹霞景观形成示意图

图13A表示对于已经抬升并发育了断裂或裂隙的地层,图13B为丹霞地貌形成后的示意图,图13C为冰沟柱状景观的实例。图13C为冰沟丹霞的梯状景观实例:图13C中的两条红线a和b分别代表地层中两组与地面垂直的解理,在流水等外动力作用下,发生风化剥蚀和崩塌,形成左右两个直径不同的岩柱。仔细观察,两个岩柱都是上细下粗、上圆下方,说明风化作用是自上而下进行的,岩柱下方还基本保留原始节理切割地层后留下的棱角。

参考:“雅丹地貌”及其与“丹霞地貌”的区别
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