典型景观地貌成因分析
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发布时间：2022-04-25 08:38
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时间：2022-06-18 15:05
云台山地区最典型、最具代表性的地貌景观，基本上可用云台八景来概括。即云台山之红石峡、青龙峡之幽谷叠瀑、峰林峡、神农山之龙脊长城、云台天瀑、云台山之赤壁丹崖与天门瀑、青天河之鲸鱼湾和云台山之龙凤壁。如前所述，影响地貌景观形成的因素有很多，但各类景观的形成实际上都是多重地质因素共同作用的结果。下面以上述地貌景观为主来重点，探讨该区典型造景地貌的成因，并对其他类似或相关的地貌景观的成因给予初步说明。
1.山地抬升与“赤壁丹崖”和“龙脊长城”景观的成因分析
在云台山一带进行的地表观察发现，该区在晚新生代期间经历了阶段性的隆升过程，从而形成了山前的阶梯式地貌景观。发育在云台山地区的高耸的“卧虎崖”(属于深切嶂谷的谷壁)、“赤壁丹崖”(属于断层崖的崖坡)和“龙脊长城”(属于峡谷上部的陡峭谷壁)等极为壮观的地貌景观，都是在山地隆升的背景下经河流下切、重力崩塌和斜坡后退等过程逐渐塑造而成的(图4-4)。
在云台山山麓地带至少可以观察到两条*行分布的北东东—北东走向、倾向南侧的正断层，分别是位于峰顶面平均海拔分别为1200m左右的中山与600m左右的低山分界处的黑龙王庙断层和位于山前的方庄断裂。从断裂的分布和所错动的地貌面分析，前者在黑龙王庙一带向北东与薄壁—上八里一带的山前断裂斜接，向西斜列、断续延伸至沁阳北部山麓的常平乡和逍遥水库一带。其活动主要集中在太行期夷平面形成之后和唐县期夷平面解体之前，垂直活动幅度可达500m左右。后者从方庄北侧山前一带向西沿山前延伸与盘古寺断裂斜接，构成目前南太行山与山前盆地的主要边界。其垂直活动主要发生在唐县期夷平面形成之后的上新世—第四纪期间，垂直活动幅度在300～400m之间。平行分布的正断裂的垂直活动，将该区分割成地势从西北向东南降低、宏观上呈阶梯式分布的三个地貌单元。其中分布在黑龙王庙的北侧的峰顶面海拔集中在1200～1400m之间，构成了该区最高一级地貌台阶；在黑龙王庙断裂和方庄断裂之间是峰顶面海拔集中在500～700m之间的低山区，构成了该区中间一级地貌台阶；在方庄断裂南侧是海拔在200m以下的平原或盆地面，其中零星分布着海拔150m左右的孤山，属于该区最低的地貌台阶。
前述的“卧虎崖”、“赤壁丹崖”和“龙脊长城”等地貌景观虽然属于不同的地貌形态，但无一例外都发育在黑龙王庙断裂北侧的最高一级地貌台阶中。可以说黑龙王庙断裂的垂直活动是它们形成的基础。因为该断裂的垂直活动造成了两种效应：首先，断裂活动促使了与断裂带近于直交的河流水系的发育、河流的强烈下切以及上游河谷中高度不等的河流裂点的发育；其次，北侧地层抬升所造成的中元古界和寒武系与中奥陶统的断层接触关系，使得该断裂带北侧河谷中得以出露中元古界厚层的相对坚硬的石英砂岩和以下部发育中薄层泥灰岩、砂页岩、中—上部发育厚层的灰岩、白云岩为特征的寒武系，而南侧仅仅分布以相对均匀的中厚层灰岩和白云岩为主的中奥陶统(图4-4)。也正是由于上述因素造成了断裂南北两侧地貌发育方式以及所形成的地貌景观的不同(图4-4)。如在黑龙王庙断裂的南侧，由于地表分布厚度为400m左右、岩性相对均一的碳酸盐岩，因此山地河谷和坡地在后期的侵蚀过程中，主要倾向于以坡面的平行下降和相对均匀的后退形式为主进行，即山坡演化中的坡面平行下降模式，形成了该区相对宽缓的谷底、地势起伏相对均一的山地和区域均衡的斜坡等地貌景观。在断裂北侧的上升盘，由于岩性的明显差异和抗侵蚀能力的不同，在河流的下切或侧蚀过程中，山地剥蚀以侧向不均匀侵蚀和纵向不均匀下切为特征，坡地的发育以伴随崩塌作用和河流溯源侵蚀的山坡平行后退模式为主(图4-4)。此时常形成河床裂点发育的深切峡谷、谷坡两侧的陡峭崖壁和山前高耸的断层崖等壮观的地貌景观。云台山红石峡沟口高20多m的河流裂点和百家岩高100多m的赤壁丹崖，即是在断层崖基础上发育起来的河流裂点型地貌景观。子房河谷地两侧的卧虎崖和神农山的龙脊长城则是在断裂上升盘一侧，在河流下切过程中伴随谷壁斜坡的平行后退过程发育而成的地貌景观。
图4-4 云台山山前地貌演化示意图
1—太古宙变质岩；2—中元古代石英砂岩；3—下-中寒武统砂页岩与灰岩互层；4—上寒武统厚层白云岩；5—中奥陶统灰岩和白云岩；6—石炭—二叠系泥页岩；7—更新统砂砾石层；8—上更新统砂砾石层；9—正断层
2.深切曲流的发育与“鲸鱼湾”和峰林峡景观的成因分析
曲流河的发育主要有几种原因(杨景春等，2001)：①河流的侧向侵蚀作用造成河岸一侧侵蚀、另一侧堆积，形成曲流；②河岸两侧由于岩石抗侵蚀能力的差异或河流迁就构造节理或构造破裂带，造成两岸差异侵蚀而形成曲流；③河床底部泥沙逐渐堆积迫使水流向一侧偏移形成曲流。在隆升山地中，由于河流多以侵蚀作用为主，因此曲流的形成主要是河流侧向侵蚀、地质构造及岩石分布等因素共同作用的结果。根据地质条件和曲流发育状况，曲流可划分为自由曲流(迂回曲流)和深切曲流。前者主要发育于经过河流长期侧向侵蚀夷平之后的宽谷中或呈现出老年期地貌特征的夷平面上，后者是由于地壳抬升或基准面下降在深切入基岩之中的河谷中所形成的。由于它们常在山地隆升的背景下形成，因此也是新构造运动的重要标志。
根据深切曲流的下切和侧蚀情况，可将其分为嵌入式曲流(图4-5B)和内生曲流(图4-5C)。前者是指夷平面上发育而成的自由曲流，在河流强烈下切过程中基本保持原形切入基岩中形成的；后者是指河流在下切入基岩之后，由于河流持续较长期的侧向侵蚀和迁移而形成的曲流或使原来的曲流更加弯曲、曲流颈愈来愈窄的曲流发育阶段。内生曲流可以在深切曲流的基础上，由于河流进一步侧向侵蚀发育而成，也可以是原来相对顺直的河流在下切入基岩之后，在河流基准面保持长期相对稳定的情况下，由于岩石的抗侵蚀能力的差异或地质构造因素的影响再经长期侧向侵蚀作用而形成。前一种情况下，随着曲流河的进一步发展，曲流颈的变窄，当洪水期来临时，河流可能漫溢过曲流颈而导致河流的截弯取直，使原来的弯曲河道被废弃，形成牛轭湖和离堆山(图4-5C)；后一种情况下，内生曲流发生在曲流河发育的初期，在河谷中软弱岩层出露的地段或构造破碎强烈的部位最为发育，因此常形成局部极为发育的曲流。总的来看，内生曲流常表现为弯曲度较小的顺直型河谷与曲度较大的曲流交替分布的特点。如子房河上游段发育在裂点之上的长1～2km的曲流段和下游近出山口一带的曲流段，以及青龙峡和峰林峡谷地中的局部发育的曲流形态，大都属于此类。嵌入曲流的发育由于主要经历了两个阶段(图4-5A、B)，并能够保持原生的曲流形态，因此常表现为蜿蜒迂回的河曲形态，即常说的“九曲十八弯式”的河流峡谷地貌。沁河、丹河和峪河中的曲流形态基本上都属于该类，其中丹河流域青天河景区的鲸鱼湾则是该类地貌景观的典型代表。
在深切曲流发展过程中，伴随河流的侧向侵蚀和迁移，不仅直接形成了像鲸鱼湾一类的迂回弯曲的峡谷地貌，而且还会在河谷中及其两侧形成离堆山、牛轭湖和形态各异的石峰、峰墙和一些类似峰林的地貌景观(图4-5C)。如在以发育类似峰林-峰丛的石峰-石墙类地貌景观为特征峰林峡景区，河谷呈现出内生曲流形态，在河流的中上游相对顺直的河谷与弯曲度很大的河谷相间分布，并且在上游的影寺一带可以见到典型的高位废弃曲流和离堆山。地表调查可知，该区景观的发育主要与曲流河下切之后的侧蚀、下切和迁移密切相关，同时受到了岩层分布和构造节理发育的影响。因为该区主要分布寒武纪—奥陶纪地层，以相对软弱的中薄层的页岩、泥岩和泥灰岩与相对坚硬但构造裂隙发育的厚层灰岩与白云岩相间分布为特点。在内生曲流发育的中、后期，当河流下切至软弱岩层中时，河流转为以侧向侵蚀作用、河流曲度增加为主的阶段。河流对软弱岩层的侧向侵蚀或掏蚀，会促使上层岩块的崩塌，同时再加上地表水沿岩层中近东西向和近南北向两组构造节理的侵蚀、切割，便在河谷中及其两侧塑造出形态各异的、类似峰林-峰从的多种石峰-石墙类地貌景观。如果河流继续下切，早期形成的石峰、石墙等便会遗留在高出河谷数十至数百米的地貌部位，便成为高位的石峰-石墙类地貌景观。类似的地貌景观在青龙峡、青天河都有不同规模的发育。当然发育在一些山脊长崖或绝壁之上的石峰、石柱和石墙大都是在河流下切之后，地表水沿构造节理的侵蚀、切割及诱发的崩塌作用的结果。
图4-5 深切河曲形成过程示意图
(据杜恒俭、陈华慧等，1981，改绘)
3.河流裂点和“云台天瀑”、“赤壁丹崖”和“幽谷叠瀑”等景观的成因分析
河流裂点，是指由于河流基准面下降所引起的河流下切和溯源侵蚀过程中，溯源侵蚀所达到的那一段河床纵向上的地貌陡坎或坡折(图4-6)。它在地貌上一般表现为河床纵向上的高数米至数百米、甚至上千米不等的陡坎地貌。影响河流裂点形成因素，主要包括河床上基岩岩性的差异、构造活动和溯源侵蚀过程中的岩块崩塌等。在云台山地区，不同类型的河流裂点地貌极为发育，并形成了独具特色的地貌景观。根据成因不同，可初步归结为岩坎型裂点、断裂型裂点和崩塌型裂点三类。虽然裂点的直接成因不同，但实际上它们都是构造活动、岩性差异、溯源侵蚀和崩塌等因素综合作用的结果。
云台山地区最为壮观的是崩塌型裂点，以子房河上游各支流深达500～600m之间的嶂谷沟头高260～360m不等的高大河流裂点为代表，河流从裂点之上飞泻而下便形成了所谓的“云台天瀑”奇观。该裂点的形成是河流在溯源侵蚀过程中岩块崩塌的结果，至今仍可见到沟谷中分布着许多从上部崩落下来的巨大岩块。同时，沟谷溯源侵蚀与岩块崩塌的发生又与该区的构造活动和岩层分布特点密不可分，因为裂点发育的沟谷中主要出露的是寒武纪地层，其下部为抗侵蚀能力较弱的中薄层的砂岩、泥岩或页岩与灰岩、白云岩互层，而中、上部以抗侵蚀能力较强、近直立的构造裂隙比较发育的厚层白云岩和灰岩为主。如前所述，在太行期夷平面形成之后，该区的黑龙王庙断层曾经有过幅度至少为300m的垂直活动，必然会造成上升盘一侧河流的强烈下切。子房河上游各支谷即在此构造背景下开始强烈下切，同时河流发生溯源侵蚀。当河流下切至相对较软弱的寒武系下部地层中时，河流的侧向侵蚀或掏蚀作用和地表水沿近垂直裂隙的侵蚀，会促使上部厚层岩块的崩塌，进而加速河流侧蚀和溯源侵蚀速度，并形成高数百米的陡峭嶂谷以及沟头的高大裂点和从裂点之上飞流直下的“天瀑”(图4-3，图4-4，图4-5)。
图4-6 河流裂点形成示意图
图4-7 青龙峡谷地中层层叠瀑的成因示意图
1—薄层泥灰岩层；2—中厚层叠层石地层；3—中厚层白云岩夹泥灰岩；4—河流
断裂型裂点主要以红石峡沟口白龙潭处高20多m的裂点和百家岩孝女塔北“天门瀑”所在的高120m左右的赤壁丹崖为代表。该类型裂点之形成与断裂活动的关系最为密切，因为裂点南侧或不远处即为倾向南侧的北东东向黑龙王庙正断层通过之处。正是该断裂在晚新生代的垂直活动，造成了北侧坚硬的中元古界厚层石英砂岩与南侧相对软弱的中厚层灰岩、白云岩夹薄层泥灰岩的中奥陶统呈并列式的断层接触，而断层两侧抗侵蚀能力的显著差异直接导致了云台山红石崖和天门瀑一带发育在厚层紫红色石英砂岩中的河流裂点及其相关景观，因此称其为断裂型裂点。
岩层抗侵蚀能力的差异所直接导致的岩坎型裂点在云台山的小寨沟和青龙峡景区都很发育。其中一级级高1～3m乃至5～10m的河床岩坎，时而集中分布，时而分散出现，形成了河谷中精巧雅致的崖台梯叠、层层叠瀑、潭瀑相连的景观。这些景观都发育在厚度为200m左右的中寒武统张夏组中。以青龙峡景区为例(图4-7)，从海拔600m左右的河床向上游沿沟谷观察可以发现，在海拔600～750m之间的河谷段，主要发育了以厚层叠层石与中薄层的泥灰岩互层为特征的中寒武统张夏组。由于前者抗剥蚀能力相对较强，而后者相对较弱，因此在河流下切过程中，当遇到软弱岩层时，便会促使河谷加宽和溯源侵蚀的发生，容易形成平坦和较为开阔的河滩；而一旦遇到相对坚硬的厚层叠层石，便会阻碍溯源侵蚀的进行，从而形成岩坎型的河流裂点。由于张夏组厚度可达190m左右，其中包含了众多厚度不等的软、硬地层，因而在河谷中形成了现在所见到的由多达数十个大小不同的岩坎和瀑布所构成的层层叠瀑景观(图4-7)。
4.岩溶景观(悬泉、洞穴和钙华堆积)的成因分析
分布在云台山世界地质公园中总厚度达1000m左右的可溶性岩层——寒武纪—奥陶纪碳酸盐岩和丰富的水资源及有利的构造条件，为该区众多大小不同的岩溶洞穴、形态各异的岩溶堆积物和巨大的岩溶裂隙的发育提供了良好的环境。其中岩溶洞穴和岩溶堆积物构成了该区主要的岩溶地貌景观。目前已查明的岩溶洞穴共30余个，其中有20多个分布于各景区中(表4-1)。由于该区位于半湿润—半干旱的暖温带气候区，且地形切割强烈，因而景区中的大型洞穴较少，主要是沿岩层层面发育的中、小型的简单廊道式水平洞穴。初步的地表调查和总结表明(刘新号等，2004)，该区的岩溶洞穴多发育在中奥陶统的马家沟组第三段和第五段、下奥陶统和寒武系的张夏组等地层中，洞口多呈悬挂式出露于河谷两侧的谷坡上，并且主要集中在海拔1100～1200m、750～850m和340～450m左右三个高度范围内。
表4-1 云台山世界地质公园内主要岩溶洞穴一览表
续表
(据刘新号等，2004)
一般来讲，在厚层、较均一的可溶性岩层的内部，往往存在着岩溶水垂直分带现象(图4-8)。根据岩溶水与潜水带的关系，从上到下可划分为饱气带(或垂直循环带)、季节变化带、饱水带(包括了水平循环带和虹吸管式循环带)和深部循环带等4个岩溶水循环带。不同循环带中的岩溶，在发育的程度、规模和形态上往往不同。随着潜水面的位置和可溶性岩层的厚度的不同，各岩溶水循环带的位置、深度和厚度也会有所不同。其中，水平循环带在岩溶发育中起着最重要的作用，众多形态复杂的巨大的溶洞往往总是形成在该带之中。当岩溶水的垂直循环带中发育隔水层时，特别是在可溶性岩层为近水平分布的地区，岩溶水在向下运动过程中，因受隔水层的阻碍，常会转为作水平运动，形成局部的上层滞水，进而发育成为悬挂于当地排水基面之上的水平岩溶带，并在可溶性岩石与隔水层接触的界面上发育水平溶洞。当岩溶水从河谷的谷坡上排除时，即形成了所谓的悬挂泉(图4-8)。
综合分析云台山各景区岩溶洞穴的发育和分布特点、各岩层的可溶性及其分布特点和岩溶洞穴与岩层分布的关系等可以发现，分布于现今河谷谷坡之上的绝大多数水平岩溶洞穴都是因为不同海拔高度的隔水层的存在，在岩溶水的垂直循环带(饱气带)中所形成的上层滞水水平流动的结果，而不是所谓的地壳阶段性抬升而造成的。在青龙峡和云台山景区，一些岩溶洞穴至今仍以悬挂泉的形式分布在谷坡之上，尤以青龙峡景区以悬挂泉形式发育的水平岩溶洞穴最为典型(图4-9)。该区主要发育海拔700～850m和1000～1100m的水平岩溶洞穴和悬挂泉，高出河谷百米至数百米。岩溶洞穴堆积物的测年结果表明，它们主要形成于距今约0.8Ma的中更新世早期以来。岩溶洞穴的年龄和高海拔表明，其应该形成于明显高出河床基准面的岩溶垂直循环带中，即应属于上层滞水型的水平岩溶洞穴。岩层露头表明，该区海拔800m以上发育近水平产状的、以中厚层的白云岩和灰岩夹中薄层的页岩、泥岩和泥灰岩为特征的中奥陶统马家沟组。由于较坚硬的白云岩或灰岩厚度大、可溶性强、构造裂隙发育，构成了有利于岩溶洞穴发育的层位。而较软弱的泥岩、泥灰岩和页岩等透水性弱的岩层往往构成隔水层。因此，当大气降水和地表水顺着构造裂隙或岩石孔隙向下运动过程中，一旦遇到由泥灰岩或页岩所构成的隔水层，必然转为水平运动，并在可溶的白云岩与相对不透水的泥灰岩之间的界面附近形成近水平溶洞。当岩溶水从溶洞中排出时，即形成了河谷谷坡上的悬挂泉(图4-9)。由于该区地层几乎都是近水平分布，其中的隔水层也常常集中。在相似的海拔高度上，因此造成了溶洞在类似海拔高度集中出现的现象。类似成因的溶洞实际上在云台山、峰林峡、神农山和青天河景区都有发育，如云台山的药王洞和神农山的玉石洞和司马懿藏兵洞等。前两者都发育在地层层位高(或分布海拔高)、以可溶性强的中厚层白云岩夹中薄层不透水的泥灰岩为特征的中奥陶统马家沟组第五段地层中，后者则发育在层位相对低、以厚层白云岩夹泥灰岩为特征的中寒武统张夏组中。“龙凤壁”即为悬挂泉从陡峭的谷壁上飞泻而下所形成的一类典型的地貌景观。
图4-8 山地岩溶水的垂直分带图
(引自曹伯勋，1995，改绘)
1—溶性岩层；2—隔水层；3—洪水期的潜水面；4—枯水期潜水面；5—水流方向；6—最高岩溶水位；7—最低岩溶水位
图4-9 青龙峡景区悬挂泉的形成模式图
1—厚层叠层石与泥灰岩互层；2—厚层灰岩或白云岩；3—薄层泥灰岩夹层；4—岩石裂隙与地下水运移方向；5—溶洞及洞内水流方向；6—地层界线
岩溶堆积物是以化学沉积为主的复杂堆积物。在云台山地区可以观察到多种类型的岩溶堆积，往往充填在地表岩溶负地形、地下岩溶洞穴与裂隙中和岩溶泉水出口附近的山坡与山谷中。碳酸盐岩分布区的岩溶作用一般遵循以下公式：
云台地貌特征及区域对比研究
岩溶作用的方式主要取决于岩溶水中的CO2浓度。当岩溶水中溶解的CO2不断增加时，其溶蚀力就越大，此时便主要表现为岩溶水对可溶性岩石的不断溶蚀。当因为压力、温度和水分蒸发等因素造成其中的CO2溶解度降低而不断逸出时，岩溶水中则以发育碳酸钙沉淀为主，此时便形成形态各异的钙华堆积。在青龙峡、青天河和云台山等景区内都可发现，与水平溶洞有关的层状钙华沉积物，主要堆积在洞口附近或洞口外侧的谷坡上，而河谷中的钙华沉积或分布在距离岩溶泉水不远的河床岩坎附近构成坝状钙华堆，或分布于河谷展宽的地段构成钙华滩。层状的钙华堆积物主要发育在气候的暖湿阶段，表明了暖湿气候条件下有利于岩溶作用的发生。而钙华堆积物在特殊的地貌部位的出现是与岩溶水中CO2浓度的变化密切相关的。因为在溶洞出口附近、河谷的岩坎处和泉水外流的谷坡地段，由于水流速度的突然加快会造成压力突然减弱进而降低了岩溶水的CO2浓度，使得其中的重碳酸钙过饱和而逸出CO2，造成碳酸钙沉积。在河谷展宽的地段也主要是因为岩溶水压力减小，同时水分蒸发加强，造成碳酸钙沉积。在上述可造成岩溶水中CO2浓度降低的不同地貌部位，便形成了在各景区中所见到的规模不等的钙华坝、钙华滩、钙华锥和钙华台地等景观。
