湖南崀山临水型丹霞地貌危岩体景观岩性分析

刘江龙，胡能勇

(1.中南林业科技大学 旅游学院，长沙 410004； 2.湖南省自然资源事务中心，长沙 410007)

0 前 言

丹霞地貌是20世纪20年代以广东丹霞山命名的一种岩石地貌类型，也是中国重要的风景地貌之一，因其特殊的地貌形态和景观美学价值而受到国内外学者的广泛关注[1]，大多数丹霞地貌区已经开发成旅游景区。以砂砾岩为主的丹霞地貌区，大部分地势复杂、崖壁险峻、节理发育，形成了独具特色的危岩体景观[2]。危岩体景观具有明显的双重属性，即旅游开发价值和灾害属性。旅游开发价值体现在形态特征、科研科普价值和游憩观赏价值，灾害性主要体现在危岩体规模、形成机理、易发性分析和可能造成的灾害损失评估[3]。

崀山丹霞地貌区位于湖南省新宁县境内，地理坐标为E110°28′53″-110°18′34″，N26°13′06″-26°55′21″。区内地势南高北低，海拔302-818m。以壮年期圆顶密集式丹霞峰丛峰林为最大特色，被誉为“中国丹霞地貌主要类型和基本特征的模式地”。崀山地区为中亚热带湿润季风气候，年均气温15.5℃，年均降雨量1450mm，区内河流水系属长江流域资江水系，夫夷江河流自南而北贯穿全境，强烈下切，发育三级河谷阶地，切割深度超过25m[4]。汤家坝河和崀芴河呈树枝状汇入夫夷江，丹霞地貌景观密集分布于两条支流。因此，崀山地区发育的是中国东南部典型的低海拔地区临水型丹霞地貌[5]。由于活跃的流水作用和红层软岩夹层的影响，危岩体景观可能诱发的崩塌成为崀山景区的地质灾害隐患。1992年12月红瓦山峡谷的陡崖，发生崩塌，崩塌体规模约5000t碎屑岩。2009年11月2日凌晨发生崩塌的雷劈石，约48200m3紫红色砂砾岩块堆积在崖麓的谷底[6]。因而，在崀山旅游开发过程中，对危岩体景观的物质组成和抗压强度就行实验分析，对于崀山丹霞地貌区危岩体景观保护和可持续利用均具有重要意义。

1 崀山危岩体景观的形成机理

1.1 地理地质条件

崀山位于中国南岭山系的低山丘陵河谷区，属中国第三级地形与第二级地形的过渡地带。地质上，处于中国扬子古板块和华南板块交汇带上的近南北向资(源)新(宁)断陷盆地北段[7]。区内基底构造复杂，南北向和近南北向断裂构造发育，白垩系岩层发育有4组节理。断裂节理构造控制了崀山丹霞地貌的发育与展布。受中国青藏高原第四纪的快速隆升影响，区内新构造运动强烈，具有显著的间歇性隆升特点，发现有800m、600m和400m的三级夷平面，以及距离现代河床25m、15m、9-10m的三级河流阶地，释光测年(OSL)法测年资料是25.7±8.6(万年)(三级阶地面)、21.9±4.6(万年)(二级阶地面)、16.8±3.5(万年)(一级阶地面)、11.2±2.4(万年)。中更新世以来构造上升速率约66mm/ka[8]。

形成于早白垩世干旱炎热古气候下的断陷盆地的红色碎屑岩长期剥蚀形成古夷平面，密集节理切割形成崀山丹霞山峰雏形；上新世末期(360Ma)以来的持续多期的间歇性隆升与湿热季风气候加剧了丹霞峰林发育过程，地壳隆升速率超过夷平剥蚀速率，丹霞山峰高度持续增加，丹霞沟谷加深，丹霞崖壁陡峻。从白垩纪到第四纪，由于中国大陆受印度板块及太平洋板块双重挤压，地壳抬升强烈，尤其是被称之为世界屋脊的青藏高原的隆起对中国现代大气环流及现代地势分布格局具有重要里程碑的作用[8]。崀山丹霞地貌正是在这一特定的地质时期内，一定的地壳运动方式及特定的区域环境、气候环境发生转变的条件下，形成的一种特殊生态环境变迁的标志性岩石地貌。

1.2 地层岩性

崀山丹霞地貌所处的资新盆地南北长47km、东西宽3-9km，盆地内的白垩系下统栏垅组(K1)属于华南地层大区东南II级地层区湘中地层分区，该区包括广西壮族自治区永福、咸水及资源-新宁等山间断陷盆地和衡阳及湘东地区裂谷盆地[9]。崀山丹霞地貌发育地层是白垩系下统的陆相红色碎屑岩层，下伏地层是侏罗系和前侏罗系的变质岩、碳酸盐岩、碎屑岩和不同时代的花岗岩，上覆地层是零星分布的第四系堆积层[10]。

白垩系下统红色碎屑岩层的厚度变化大，由南至北厚度变薄，在资源县梅溪等地，厚达2320m，而至新宁县厚度减少为150m。砾石成分随地而异，南部资源、梅溪一带，砾石成分以花岗质碎屑(花岗岩屑、石英、长石、黑云母)为主，少量硅质岩屑、变质砂岩、板岩等；而北部崀山街、新宁一带，砾石成份以灰岩、砂岩为主，少量花岗岩[11]。属山麓洪积、冲洪积相，由于其结构及成分成熟度低，其物质来源又以周边的花岗岩及灰岩为主，因此，塑景岩层中普遍含不稳定矿物，其中长石含量最高可达30%以上，在风化作用下，长石极易形成高岭土或绢云母，岩石抗风化能力也随之减弱，岩石极易发生崩解及圆化[12]。

1.3 外动力条件

塑造崀山丹霞地貌外动力条件主要包括雨水流水的侵蚀溶蚀、物理化学生物风化和崩塌堆积等作用。其中流水侵蚀是塑造崀山丹霞地貌和形成危岩景观最主要最活跃的外动力[13]。

1)流水侵蚀作用：包括冲蚀作用、磨蚀作用和溶蚀作用，分为下蚀、侧蚀和向源侵蚀三种方式进行。从分水岭、径流区、排泄区的水力梯度营造多姿多彩的丹霞山峰和深切峡谷的组合。雨水拍击和坡面径流对裸露山石的表面破坏改造作用也不可忽视，由于砂砾岩的均一性不强，片流沿造景岩层层面岩层处进行选择性侵蚀，鬼斧神工般的塑造崀山丹霞地貌众多的象形景观。

2)流水溶蚀作用：构景岩层碎屑成分在岩层中分布不均，如有些夹层灰岩砂砾较多或胶结碎屑的胶结质不均，在酸性水的作用下溶解，形成大小不等的串珠状、透镜状洞穴，沿岩层层理分布，天一巷景区“七层楼”即是。

3)风化作用：在类型多样的砂砾岩中，各种风化作用表现得十分清楚。由于岩性的差异而导致的抗风化能力不同，使丹霞地貌陡崖上的微地貌景观出现明显的差异，砂岩和砾岩发育的往往为正地貌，表现为凸起的岩脊；泥岩和粉砂岩更多的发育成负地貌，形态上为顺层凹槽或岩洞。崀山丹霞地貌中普遍发育片状剥落和重力崩塌，与气温的昼夜差异和季节差异密切相关。

4)重力崩塌作用：雨水或地表水沿着红色碎屑岩的节理裂隙或岩层层面侵蚀后，在生物风化作用的参与下，节理裂隙不断扩大，悬空的岩体便可能在重力的作用下，沿构造薄弱面(节理面、原生构造面)发生崩塌。同时，由于岩性软硬夹层造成的差异风化，软的岩层被凹进或掏空，也极易造成重力崩塌[14]。崩落在缓坡地段或者山麓的岩块往往形成惊险刺激的危岩体景观。

2 崀山危岩体景观物质成分分析

2.1 岩石与矿物

采取崀山丹霞地貌区砂砾岩样品30件，采用磨片透光分析，结果表明：崀山丹霞地貌区出露的岩石主要是红色砂砾岩，局部出露泥盆系和石炭系的灰岩。白垩系红色砂砾岩成分比较复杂，主要物质来源有花岗岩碎屑、灰岩碎屑、变质岩碎屑和硅质岩碎屑等；胶结物主要包括铁质、钙质和泥质。因为胶结物的类型特征不一样，使得崀山丹霞地貌的微地貌景观特征也不一样。砂砾岩中的砂与砾的成分相近，主要是花岗岩、灰岩、变质岩等碎屑，同时包含有较多的石英、长石和云母等矿物。这些砂砾岩的组成成分与资新盆地内的出露的老地层的岩体的岩性完全相同，说明这些时代较老的地质体是资新盆地内的白垩系红色砂砾岩地层主要的物质来源。薄片鉴定结果见图1。从鉴定结果看，白垩系红色砂砾岩的种类丰富，分布较多的主要为：

1)含白云母长石砂岩：主要由石英、长石颗粒等组成，其中石英含量<70%，白云母含量约占4%，大部分颗粒彼此直接接触的孔隙式胶结，主要胶结物为长英质和微晶方解石等。

2)泥晶或结晶灰岩：方解石含量>50%，并含石英颗粒，有后期铁锰质和碳酸盐化。

3)含长石石英砂岩：石英碎屑的含量>75%，长石含量约3%。大部分颗粒彼此直接接触的孔隙式胶结，胶结物主要为硅质和铁锰质。

4)石英砂岩：主要由石英及硅质岩屑组成，孔隙式胶结，常见胶结物为硅质和铁锰质。

薄片1 含白云母长石砂岩

薄片3 含长石石英砂岩

薄片2 泥晶或结晶灰岩

薄片4 石英砂岩

2.2 岩石化学成分

采集了崀山丹霞地貌区危岩体景观不同部位的岩石样品46件，选择其中最具有代表性的8件样品进行化学全分析。测试结果表明，各类砂砾岩的微量元素含量均很低，主要元素的氧化物含量在不同类型的砂砾岩中的差别较大。但所有砂砾岩的SiO2、Al2O3和CaO的含量均较高，尤其是灰岩角砾发育的下部层位，其CaO含量明显增高、而容易风化流失的化学组分的K2O和Na2O含量较低。由此可以判定，崀山丹霞地貌危岩体景观岩石组成的抗化学风化能力较强。

就砂砾岩的矿物成分而言，有的岩石长石含量较高，可达30%以上，有的长石含量较低(约15%)，在化学风化作用下，长石一旦风化成高岭土或绢云母，岩石抗风化的能力也就会随之减弱，会变得易于解离。

不同类型的岩石抗风化的能力是不一样的，不同类型的岩石组合起来，在风化作用和流水的侵蚀下，会产生差异风化和差异侵蚀，容土层厚度较小，比较软的岩层(泥岩、泥质胶结的碎屑岩)，由于风化解离，风化产物又及时地被流水侵蚀搬走，随着时间的推移，便会逐渐向里凹进去，越凹越深；而相对胶结得较紧，较坚硬，单层厚度又较大的岩层，则会相对悬空突出来。区内的许多凹槽均是这样形成的。典型岩石化学全分析结果，见表1。

3 崀山危岩体景观抗压强度分析

构成崀山丹霞危岩体景观的砾岩、含砾砂岩和含砾粉砂质泥岩构成，前两者岩石的矿物组成基本相似，裂隙发育程度也基本相同，基本上呈互层出现，因此，其工程地质特征也相近。但不同岩性其力学性质稍有差别。采取崀山丹霞地貌区危岩体景观不同部位有代表性的样品3件，均切割成50×50×50mm的立方体，在压力仪上测定其力学性质。崀山危岩体景观的岩性和力学特征，见表2。

表1 典型岩石化学全分析结果 %

续表1 典型岩石化学全分析结果 %

表2 崀山危岩体景观的岩性和力学特征

从抗压实验来看，所有岩石的抗压强度较大但不同类型砂砾岩的抗压强度略有差异，其中，含砾砂岩的抗压强度为52.15MPa，砾岩的抗压强度为60.8MPa，粉砂质泥岩的抗压强度为41.4MPa，砾岩的抗压强度>含砾砂岩的抗压强度，粉砂质泥岩的抗压强度相对较小。抗压强度较大的砾岩和含砾砂岩有利于丹霞地貌景观本身的稳定，含泥质较高的岩石其抗压强度、抗风化能力和抗水性相对较差。发育崀山丹霞地貌物质基础的白垩系巨厚层陆相红色砂砾岩的荷载和抗压强度高，同时上部主要由花岗质碎屑构成，其抗化学风化能力强，密集构造陡立节理创造了丹霞地貌形态格局，多阶段的间歇性隆升新构造运动与亚热带湿润气候下的独特河流水系水力坡度的动力条件下发育的密集山峰和险峻崖壁，形成了独特的丹霞危岩体景观，但总体上比较稳定，发生崩塌的可能性较小。

4 结 论

1)崀山丹霞地貌危岩体景观的形成机理主要包括区域性多期次活动大断裂及其不同方向的节理裂隙发育的构造背景、巨厚的陆相紫红色磨拉石碎屑岩和流水侵蚀溶蚀为主的外动力条件，其中流水侵蚀是塑造崀山丹霞地貌和形成危岩景观最主要最活跃的外动力。南北向和近南北向断裂构造和白垩系纵横交错的四组节理控制了崀山丹霞地貌的发育与展布。

2)岩矿薄片鉴定结果表明，砂砾岩类型多样，主要包含白云母长石砂岩、泥晶或结晶灰岩、含长石石英砂岩和石英砂岩。各类砂砾岩的微量元素含量均很低，主要元素的氧化物含量在不同类型的砂砾岩中的差别较大。但所有砂砾岩的SiO2、Al2O3和CaO的含量均较高，尤其是灰岩角砾发育的下部层位，其CaO含量明显增高、而容易风化流失的K2O和Na2O含量较低，说明崀山红层的抗风化能力强。

3)从抗压实验来看，所有岩石的抗压强度较大但不同类型砂砾岩的抗压强度略有差异，含砾砂岩的抗压强度为52.15MPa，砾岩的抗压强度为60.8MPa，粉砂质泥岩的抗压强度为41.4MPa。抗压强度较大的砾岩和含砾砂岩有利于丹霞地貌危岩体景观本身的稳定。