广东大峡谷及其邻区砂岩峰林地貌特征与成因分析

郭超 黄嘉慧 庞立阳

广东省有色矿山地质灾害防治中心 广东 广州 510030

石英砂岩峰林地貌是岩土体地貌景观中重要的分支，是一种独特的地学旅游资源，其中以湖南张家界最为典型，兼具极高的科学研究和地质美学欣赏价值。关于砂岩峰林地貌的分类、成因、发育机理及形成时代等问题引发多次讨论[1][2][3][4]。其地貌与流水侵蚀、重力崩塌作用、岩性特征及所处构造条件密切相关。目前，国内大多有关砂岩峰林地貌特征的研究焦点主要集中在张家界世界地质公园，有关南岭地区砂岩峰林地貌研究甚少。乳源大布镇及广东石门台国家级自然保护区一带分布华南地区出露面积最大的石英砂岩，发育的砂岩峰林地貌属华南规模最大、分布最为集中。因此，本文希望在前人的研究成果基础上，通过对大峡谷及其邻区的砂岩峰林地貌的特征及成因研究，为南岭地质遗迹保护提供理论依据。

1 研究区概况

研究区处于南岭山脉的中段南麓，位于广东省北部，属于粤北弧形山地的中列西翼山地（图1）。

图1 研究区地貌（来源于GoogleEarth卫星图）

南岭地区处于欧亚板块、特提斯板块以及滨太平洋板块接合部位，大地构造位于华南褶皱系。景区内砂岩峰林地貌发育于晚泥盆世老虎头组（D2l）、杨溪组（D2y）中，区域上该组岩性主要由紫灰、灰褐、灰白、黄白色中厚层状-块状含砾长石石英砂岩、石英砂岩夹含砾砂岩、粉砂岩、泥岩等组成。含砾砂岩的砾石成分成熟度高，主要为石英质砾和石英砂岩砾，分选较好。岩层层面总体平整，发育大型平行层理，岩层走向上延伸远，层内发育有交错层理。纵向上，岩石组合相近，岩石中碎屑颗粒分选较好，底部砾岩或含砾砂岩的砾石成分较单一，以石英质砾为主，次圆—圆状，上部粒度略有变细，粉砂岩或泥质粉砂岩夹层比例增多，岩层厚度由下往上也有渐薄的趋势。

2 砂岩峰林地貌特征

区内砂岩峰林地貌雄踞于海拔千米以上的山体上部，山体边部或沟谷地带发育最好，由于沟谷的切割和山体边缘岩石的崩塌，峰林边缘一般为陡峭的崖壁。构成南岭国家公园砂岩峰林地貌的主要地貌类型有峡谷、石峰（柱）、崖壁等，此外还有构造地貌类地质遗迹—夷平面，水体地貌类地质遗迹—瀑布、水潭等。

2.1 峡谷

峡谷长度总体偏短，一般不超过3km。峡谷落差较大，个别可达1000m，主体以200-400m为主，多为深V型谷，未发现宽谷。峡谷中河流水流总体偏小，多受上游水电站影响，水质较好，河床砂砾石较多，发育潭-瀑-潭水体地貌组合，植被茂密。峡谷谷深坡陡，但河床坡降比较大，多呈近南北向或近东西向展布，，总体多径直，局部蜿蜒曲折。

2.2 石峰

石峰是砂岩峰林地貌最基本的景观，多发育于峡谷两侧谷岸上，岩石受断层、节理作用切割及后期风化剥蚀、崩塌形成砂岩峰林，峰柱或石柱多呈塔状、手指状、石笋状、厚剑状等，棱角分明，单个石柱底径最大可达5-8m，最小可达1-2m，单个石柱最高约数十米，小者亦可达2-3m之高。砂岩石柱在相对集中，排列有序，成规模的石柱有二十至上百余根，石柱表面无植被覆盖或少植被，石柱上发育大量凹槽、岩槽，可见近水平的层理，岩柱顶底植被覆盖较好，周边自然生态环境良好。部分孤峰形态多样，一步一景，具有较强的美学价值。

2.3 崖壁

崖壁是研究区内砂岩峰林地貌中最壮观、规模最大的的景观，具有与丹霞地貌相似的“赤壁丹崖”特征。崖壁位于峰林区边缘，高度达几百米，延绵数千米。其中最著名的当属广东大峡谷景区的虎啸崖。虎啸崖地处乳源大峡谷入口处，为一处天然大断面，平面上大断面呈开口的铜钟状，头小底大形态，边长长约1.37km，高差达170m。从上往下看或从下往上看，犹如深渊或天如一线，规模宏大，巍峨壮观，且在绝壁上形成白色银河瀑布，飞流而下，气势恢宏。

3 砂岩峰林地貌景观成因分析

砂岩峰林景观的形成，除受一般构造运动的影响外，还深受岩石性质、岩层组合、节理构造、地貌位置、气候、生物等因素的影响[5][6]。

3.1 砂岩峰林地貌形成的外因

（1）物质基础

特殊的地层岩性是碎屑岩地貌形成的物质基础。据调查，研究区发育砂岩峰林地貌的区域地层单位划分存在差异：其中乳源大峡谷、阎罗头、十二旗为中泥盆世老虎头组（D2l）；茶岩顶、石门台为中泥盆世杨溪组（D2y），虽然地层单位划分有所不同，但均发育在石英砂岩分布区。石英砂岩中石英含量普遍较高，胶结物多为铁质、硅质，石英和铁、硅质胶结物的化学性质在表生环境下十分稳定，具有较强的抗侵蚀性，另一方面，由于具有坚硬的物质特性，构成石峰、峰柱、崖壁的坚固的基座。

此外，地层中不同的岩性组合形成的地貌略有差异，其中以凹槽、岩槽地貌为代表。其形成是源于不同岩性的抗风化能力差异，石英砂岩中夹有的粉砂质页岩、粉砂岩相对石英砂岩、砂砾岩等，其抗风化、抗水流冲蚀程度相对较弱，在崖壁上受风化、流水作用被掏空底部部分胶结物后更易于脱落，粉砂质页岩、粉砂岩夹层的厚度、连续性决定了凹槽、岩槽的规模，由于砂岩峰林地貌区的粉砂质页岩、粉砂岩层厚均较小，因此形成的凹槽、岩槽地貌规模均较小。

③乳源大峡谷区域未见老虎头组下伏地层，即整个地层岩性以石英砂岩为主，其发育的地貌主要为深邃峡谷及峡谷陡壁和陡壁中流水沿垂直节理侵蚀、崩塌形成的山梁、峰柱、峰堡组成的砂岩峰林地貌；而石门台-茶岩顶区域杨溪组下伏为侏罗系花岗岩岩体，岩性为中粗粒斑状黑云母二长花岗岩，其抗风化剥蚀能力远远弱于石英砂岩，因此导致花岗区形成较缓的坡麓，而石英砂岩在2组垂直节理切割下，形成陡峻的山崖及由石柱、峰柱、峰塔、阶梯状陡崖等组成的砂岩峰林地貌，且底部发育大量因砂岩崩塌而形成的空腔或岩腔。

（2）地质构造

①节理裂隙

高角度的节理裂隙发育是形成砂岩峰林地貌的必要条件，中-厚层、厚层状石英砂岩由于抗剪强度低，加上地层产状平缓，整个地层板性较好，在多期地壳抬升或岩浆侵入作用下其共轭垂直裂隙节理特别发育，经历多次构造运动后，导致区内不同方向、不同性质、不同规模的节理裂隙纵横交错（图2），为之后的外应力地质作用奠定了物质基础。

图2 广东大峡谷节理

自燕山运动以来，研究区内的主体构造线没有发生过大的变动，许多构造作用往往持续影响至今。在喜马拉雅运动期间，基本没有发生褶皱变动，而是以块状构造为特征发生整体性或差异性抬升，发育大量高角度的节理。

由于节理均为高角度，使岩石上下重心基本保持在同一铅垂线上，岩块稳定不易沿层面滑落，促使所形成的岩峰石柱直立，并能维持较长的时间；高角度共轭节理系统的发育，诱导流水-重力作用不断深入开拓，加之少量薄层粘土岩的差异风化掏空，使边坡岩块失重而崩塌，多切削成棱方体壁立陡崖、石峰、石柱。

②岩层产状对坡面形态的控制

对比丹霞地貌，可以看出碎屑岩地貌与之有较多相似之处，其中山块顶面和构造坡面同样明显受岩层产状的控制，按照岩层产状可分为近水平、水平岩层和缓倾斜岩层两种，地层在抬升过程中由于层理产状平缓，使得岩层之间不易产生重力滑动，有利于峰柱地貌的稳定。在新生代的地壳运动中，该地貌区均以整体块状抬升为主，大部分岩层产状属于近水平、水平，加上山体高角度节理裂隙发育，因此如同丹霞地貌一样，自上而下发育三种坡面类型，发育的地貌具有“顶平（顶斜）、身陡、麓缓”的坡面特征。

③新构造运动对地貌发育进程的控制

古近纪以来的新构造运动差异性和间歇性抬升，导致侵蚀基准面的下降，使得区内水动力作用的加剧，水流最终切穿高角度的节理裂隙软弱带。较早抬升后保持长期稳定的区域，有利于砂岩峰林地貌按连续过程从幼年期到老年期逐步演化。

④岩浆活动对地貌发育进程的影响

侏罗纪酸性岩浆沿断层或节理侵入于泥盆系老虎头组和杨溪组中，导致此区域泥盆系地层较其他区域海拔更高，同时在后期同等风化作用下，花岗岩被风化后导致上覆石英砂岩地层发育大量卸荷节理，促进了石英砂岩峰林地貌的演化进程，同时更高的海拔也导致其受风化、夷平作用更强。

3.2 碎屑岩地貌形成的外因

影响该类地貌形成的外因主要有水动力和重力作用，其中流水是塑造地貌的主动力，石英砂岩地层被抬升后接受流水侵蚀，重力作用加速陡坡和悬空地段的崩塌，风化、生物作用起辅佐作用。

（1）水动力作用

流水侵蚀作用是砂岩峰林地貌形成的最活跃、最基本的主动外动力作用，是正在进行的最直观的外动力作用。研究区属于典型的亚热带湿润季风气候，降雨充沛，地表径流发育，常年性河流、溪流对山体的冲蚀和侧蚀作用。

砂岩峰林地貌区均为地壳相对抬升区，在地壳抬升的过程中，作为一种外在的营力，流水沿高角度节理裂隙下切，使这些节理裂隙空间加宽、加深，形成平直深窄的线谷或巷谷，河水对线谷、巷谷两侧及谷地进行侵蚀、冲刷，并在两侧岩体发生风化崩塌，使线谷、巷谷加深、加宽，形成景色优美、幽静的嶂谷、深V型谷。主河流的侧蚀作用往往在坡脚掏出水平洞穴，使上覆岩块悬空，加快重力崩塌作用的进程。

一方面，流水沿节理垂直下切和溯源侵蚀、侧蚀三种方式进行，加剧岩块分离崩塌，促使高大石峰形成，同时也为不断加大沟谷深度和长度，促使幽深峡谷的出现；另一方面，流水沿坡面不断地蚀去坡面上的风化物质，加速风化。

（2）重力作用

由于岩石中节理裂隙的发育，把地层岩石切割成各种规模不一的岩块体，给岩体崩塌创造了有利条件，因此崩塌作用也是碎屑岩地貌发育的重要因素。当大气降水和地表水沿着造景岩层层面或节理裂隙侵蚀，并伴有生物风化和植物根劈作用时，由于节理不断张开扩大，使岩块重心不断向临空面移动，逐渐失去依托，而发生崩塌。此外，软硬相间岩层由于差异侵蚀风化被掏空、凹进，也易引起重力崩塌。崩落的岩块无论大小，大多形态规则，岩块表面均比较平滑。

4 砂岩峰林地貌的发育过程

无论是湖南张家界砂岩峰林地貌，还是调查区砂岩峰林地貌形成的物质基础主要是厚层、产状平缓、高角度节理裂隙发育的石英砂岩夹薄层粘土岩或下伏为粗粒花岗岩岩体。形成动力主要来自于地壳内力的快速抬升及岩浆侵入，加上地球外部的水、重力和风化作用的侵蚀-剥蚀。所处地区为亚热带，气候温暖，降水充沛，雨量相对集中，常形成暴雨、洪水，河流的侵蚀强度大，特别是洪水时期的溯源侵蚀尤为强烈。快速的地体抬升及岩浆侵入加上河流的强烈侵蚀，造成地表深向切割，从而，使地面高差加大，加之薄层粘土岩或粗花岗岩岩体的水平掏空作用，石英砂岩沿高角度节理裂隙迅速崩塌、后退，形成了新的陡崖和陡壁上的裂隙谷。河流循新的裂隙谷再进行切割，形成新的地貌。每一次河流的溯源侵蚀都会引起谷坡的迅速后退。因而，幼年期地貌不断新生，原来的幼年期地貌演变成青年期地貌，原来的青年期地貌演变成壮年期地貌，原来的壮年期地貌则向老年期演化[7]。因此，砂岩峰林地貌形成的机理是河流强烈溯源侵蚀-岩石块体崩塌-谷坡迅速后退。

根据演化过程中地貌形态的不同，可将碎屑岩地貌的发育主要可分为5个时期：胚胎期、幼年期、青年期、壮年期、老年期。胚胎期主要地貌类型是山体顶部浅沟；幼年期主要地貌类型是裂隙谷、方山、一线天；青年期主要地貌景观是峡谷、方山、柱峰；壮年期主要地貌景观是柱峰、（柱）峰群、嶂谷；老年期主要地貌景观是孤峰、宽谷、残丘等[8]。

对比三个地貌区，其发育时期可划分为：乳源大峡谷-阎罗头-十二旗属于青年期，石门台-茶岩顶属于青年期向壮年期过渡。

其中石门台-茶岩顶片区砂岩峰林地貌发育较乳源大峡谷-阎罗头-十二旗片区更接近壮年期，其原因可能与石门台-茶岩顶片区受花岗岩岩浆侵入有关。岩浆侵入导致地层被原始抬高，加速了该区域快速形成砂岩峰林地貌。

5 结语

（1）广东大峡谷及其邻区内发育了华南规模最大、分布最集中的砂岩峰林地貌，具有典型的砂岩峰林地貌特征。主要组合为崖壁、峰林（柱）、峡谷等。

（2）砂岩峰林地貌的形成是内因与外因综合结果。其内因表现在岩性组合、构造及新构造运动等方面。外因主要体现在水动力条件及重力作用。

（3）通过对比分析，研究区内砂岩峰林地貌主要为青年期，石门台-茶岩顶片区青年期向壮年期过渡。