湖北省地貌景观主要类型和科学意义简述

赵 璧, 邹亚锐, 辛 杰, 谭秋明, 李正琪

(湖北省地质科学研究院,湖北 武汉 430034)

地貌景观是指具有观赏游憩价值的地貌[1]或因地质作用形成的具有美学观赏价值的地表形态[2]。湖北是中国中部重要省份之一,地域辽阔,山河秀丽,地貌景观复杂多样。有巍峨连绵的大巴山—神农架长江汉江分水岭,有七十二峰朝大顶的武当山变质岩峰丛,有惟妙惟肖的大别山花岗岩奇岩怪石,有错综复杂的腾龙洞立体喀斯特系统,有群山环抱千湖点缀的江汉盆地,有如大地刻刀般横切云贵高原北部的长江三峡河谷……等等。多样化的地貌景观是湖北内外地质营力长期综合作用的结果,具有重要科学价值,其也是全省各地区打造当地特色旅游服务产业的重要资源基础,具有重大开发价值。

自上世纪80年代湖北开展地质遗迹调查和保护开发工作以来,不同学者对全省各地的重要地貌景观资源开展了大量调查研究工作,积累了丰富的资料。本文基于全省27处地质公园、77处国家自然保护区、37处国家森林公园、7处国家级风景名胜区、1处世界自然遗产地以及清江流域、三峡、荆山等地区的地貌景观专题调查研究资料,结合湖北省国土资源厅和中国地质调查局陆续组织开展的全省地质遗迹调查评价项目成果,通过前人资料系统分析整理,尝试对湖北地貌景观主要类型进行概括性介绍,并重点阐述湖北地貌景观在不同学科视角下的重要科学价值。

1 发育背景和控制因素

湖北省地跨秦岭—大别造山带和扬子陆块区两个一级大地构造单元,出露太古—新生代20余个地质时代近200个岩石地层单元,发育千余个古元古代—中新生代酸性、中酸性、基性、超基性和碱性等岩浆侵入体,以及麻粒岩相、高角闪岩相、低角闪岩相、高绿片岩相、低绿片岩相、榴辉岩相、蓝片岩相等不同程度变质岩,全省经历了大别、晋宁、兴凯、加里东、华力西、印支、燕山、喜马拉雅等多期构造运动,及多次海陆变迁。自中生代初期开始,全省形成“多地块拼合”的统一地质构造单元,与邻区一起大面积构造抬升,由海转陆,接受风化剥蚀,逐步演化形成现今全省地貌景观的分布格局。

全省地貌景观的形成演化、类型特征及分布规律均受到基础地质条件制约:大地构造分区控制了不同地貌景观的集中发育,岩石成分控制了地貌景观的类型,地壳抬升切割幅度控制了地貌景观的发育强度,基础构造样式控制了地貌景观的发育范围和规模,不同地质营力则控制了地貌景观的细部特征。

2 主要类型

总体而言,湖北省已查明的地貌景观资源较丰富,并具明显多元化发育特点,中国大部分常见地貌景观类型在湖北均有相当数量的分布,但由于位于内陆和亚热带东亚季风湿润气候区,湖北省地貌景观缺乏中国沿海地区的海蚀地貌和干旱地区的风成地貌等类型。本文谨采用最新行业标准《地质遗迹调查规范》(DZ/T 0303—2017)中的地貌景观分类方案,对前人已基本查明的湖北地貌景观按照相关类型进行梳理(图1),划分为岩土体地貌等4类(湖北神农架等地的古冰川地貌遗迹学界尚存较多争议,本文暂不列入)、碳酸盐岩地貌(岩溶地貌)等14亚类(表1),简述如下。

表1 地貌景观分类一览表Table 1 List of landscape classification

注:本表据《地质遗迹调查规范》(DZ/T 0303—2017)附录A(规范性附录)。

2.1 岩土体地貌

2.1.1 碳酸盐岩地貌(岩溶地貌)

湖北碳酸盐岩裸露面积约4.5万km2[3],占全省总面积近1/4。因此,湖北碳酸盐岩地貌景观发育广泛、类型齐全。其主要位于鄂西武陵山区、长江三峡两岸分水岭、神农架等地,另在鄂中大洪山、鄂南幕阜山等地也有少量分布。景观母岩层位主要有三段,分别为中元古代神农架群、扬子区震旦系—下奥陶统以及上石炭统—下三叠统,均为海相较连续巨厚沉积。景观类型主要包括溶洞、天坑、穿洞、天生桥、落水洞、伏流、天窗、石芽、石柱林、溶丘、峰丛、岩溶洼地、坡立谷等。其中较有代表性的景观包括:五峰渔洋河及恩施云龙河谷两岸发育的柴埠溪式石柱林,是中国喀斯特石林景观八大类型之一;利川腾龙洞大型伏流—多层洞穴系统,被认为是该类景观在全球的典型代表;神农架南天门—猴子石—板壁岩石林既是罕见的地表喀斯特景观,也是神农架分水岭脊的重要组成部分;钟祥黄仙洞保留中国最大的边石次生沉积景群;竹山天台山洞保留世界最长的鹅管次生沉积景观;鹤峰东部董家河伏流—明流贯穿了九个坡立谷,世界其他地区还未有同类景观报道。

2.1.2 侵入岩地貌

湖北省侵入岩裸露面积约1.3万km2[4],占全省总面积的7%,以花岗岩类最为常见,相应地貌景观也最为多见,具有较高的科学研究—美学观赏价值。其较集中分布在鄂东北桐柏—大别山区,和鄂南九宫山等地的主峰或分水岭脊一带,母岩多形成于中生代,景观类型主要有花岗岩峰丛、石蛋、崩积巨石堆、峡谷等。大别山花岗岩峰丛地貌是湖北该类景观的典型代表,被研究者认为属于黄山花岗岩地貌类型,但因节理方向较单一,故石柱、峰林景观不多见;桐柏山在湖北范围不大,但亦构成与大别山类似的花岗岩山体;九宫山主峰亦由花岗岩构成,但剥蚀程度高,以舒缓丘状地貌为主。此外蕲春—浠水低山区花岗岩石蛋地貌较发育,在省内具代表性。宜昌黄陵花岗岩、鄂城—黄石一带花岗岩(闪长岩)和通城花岗岩尽管出露范围较大,但抬升切割不强烈,罕见精华景观。基性侵入岩造就的地貌景观报道亦较少,但湖北最高峰神农顶山体有相当部分由抗侵蚀的新元古代基性侵入岩构成。

图1 湖北主要类型地貌景观分布图(据前人资料综合)Fig.1 Distribution map of major geomorphic landscape in Hubei

2.1.3 变质岩地貌

湖北变质岩区裸露面积约5.5万km2,占全省总面积的3/10左右,其中90%位于秦岭—大别造山带地区,这也成为全省最典型的变质岩地貌发育区。尤其是在中浅变质岩类广泛发育的武当山地区,在强烈构造抬升影响下,形成保留了一系列峻峰、陡崖、岩洞、深谷等变质岩地貌景观,尤其是主峰地区,造型独特的变质岩峰丛地貌集中发育,且与当地道教文化景观有机融合,是中国变质岩地貌主要代表;另外黄陂木兰山主峰一带由于双峰式变火山岩交替展布,经差异风化形成独特的阶梯式下降的变质岩山体,较为独特;其余变质岩地貌景观还零散发现于团风大崎山、十堰伏龙山等地,随北、两郧等地变质岩尽管发育,但剥蚀强烈,多呈垄岗丘陵,尚未发现典型景观代表。

2.1.4 碎屑岩地貌

碎屑岩地貌景观主要类型中,风蚀成因的雅丹地貌在湖北不具备发育的气候环境条件。砂岩峰林(张家界地貌)代表区尽管毗邻鄂西南,但目前区内还未见该类型地貌发现报道。因此,湖北碎屑岩地貌景观以丹霞类型为主。该地貌是1939年陈国达以广东丹霞山为特征地命名,代指发育在中生代近水平红色陆相碎屑岩中具“顶平、身陡、麓缓”特征的赤壁丹崖景观。湖北晚中生代—古近纪断陷红盆较为发育,大小盆地数十个,红层堆积厚度数千米,但其位于中国东南丹霞地貌区和西南丹霞地貌区交汇部位,丹霞地貌缺乏典型性,目前仅在远安地堑南侧、南襄盆地西南缘及丹江口李官桥盆地北部、郧西盆地西北部等地区有少量发现报道,景观受控于通城河、远安、荆襄、两郧等大型断裂带,规模较局限。

2.2 水体地貌

2.2.1 河流(景观带)

湖北省水系发达,河网密布,世界第三大河长江自西向东横贯全省,其余长度>10 km以上河流1 700余条[5]。其中具重要观赏价值河段(景观带)主要发育在鄂西中低山区,主要有长江干流的巴东—宜昌段(三峡段),清江干流的建始景阳段、长阳渔峡口—磨市段,汉江干流的郧县五峰—柳陂段、丹江口老营—均县段。此外,长江左岸支流沿渡河、香溪河、黄柏河、沮漳河,清江左岸支流野三河、右岸支流贡水河,汉江左岸支流天河、右岸支流堵河、南河,沅江左岸支流酉水,乌江右岸支流郁江、唐崖河,澧水左岸支流溇水等河流的部分河段风景亦十分优美迷人。除鄂西山地河流外,长江枝江—城陵矶段俗称九曲荆江,是长江蜿蜒型河曲最发育的地段,并保留长江最大的江心洲——百里洲;长江武汉—黄石段江心洲、边滩也十分发育,且长江河流强烈侧蚀形成的龟山、蛇山、西塞山等江矶地貌景观也颇具特色。

2.2.2 湖泊、潭

湖北曾有千湖之省美誉,因多种原因,湖泊面积较过去大幅缩减,但百亩以上湖泊仍有800余个,湖泊总面积近3 000 km2,绝大部分位于江汉平原范围[6]。其中面积>100 km2的湖泊有洪湖、长湖、梁子湖、斧头湖,均为碧波千里、烟波浩渺的湖景佳地。此外,神农架大九湖是中国中东部海拔最高的高山湖泊(1 800 m左右),有学者认为其由山地冰川侵蚀形成;咸丰大路坝地震形成的小南海堰塞湖北侧部分位于湖北境内;长江下荆江段发育多个牛轭湖景观;武汉东湖一半岸线沿34座山体弯曲,有九十九弯之称;武汉汤逊湖是中国面积最大的城中湖;黄石磁湖中有中生代侵入岩构成的湖心岛,风光独特;大冶湖和阳新网湖与断陷盆地同步演化,十分典型。

2.2.3 湿地—沼泽

湖北湿地—沼泽多与河流、湖泊伴生出现,数量丰富,生物多样性突出,有重要景观价值。其可分为河流湿地、湖泊湿地、沼泽和沼泽化草甸湿地。主要分布于江汉平原东部及长江、汉江等大型河流两岸。较有代表性的有洪湖、梁子湖、网湖、龙感湖珍稀水禽湿地,长江新螺段白鳍豚湿地、石首麋鹿湿地、石首天鹅洲故道等。另外,神农架大九湖地区发育较大面积的高位沼泽(贫营养,以泥炭藓植物占优势)景观,是除东北大兴安岭、长白山地区外中国较罕见的沼泽景观类型。

2.2.4 瀑布

湖北瀑布景观主要发育于环江汉平原的各大山地构造隆升强烈部位,其中幕阜山、大别山等地以小巧秀美的跌水—小型瀑布群与V型峡谷共生景观为特色,代表景观有九宫山云龙峡—金鸡谷瀑布群、大别山龙潭河谷瀑布群等。鄂西南地区间歇抬升作用明显、河流裂点发育、岩溶化强烈、地下水系发达,天坑、障谷、陡崖地形十分常见,流水在这些地貌部位通过时常构成险峻、高落差的天然瀑床,形成“垂降式”的大中型瀑布景观,如建始清江南岸的蝴蝶岩瀑布、恩施云龙河障谷两侧的悬挂式瀑布、鹤峰溇水河谷两岸的悬挂式瀑布群、来凤的茅杆洞瀑布等。

2.2.5 泉

湖北省大气降水丰富,地貌结构复杂,泉类景观较为发育[7]。按出露方式,其可分为上升泉和下降泉,按温度又可分为温泉和冷泉。湖北泉景观大多见于山体与平原(盆地)交汇部位,大多受断层控制出露,在大别山、幕阜山、松滋—襄阳一线西部山区与江汉平原分界处最常见,另在鄂西中低山区切割强烈的大型河流两岸、山间盆地边部亦较多见。最有代表性的包括罗田—英山大别山南麓温泉群、咸宁大幕山西麓温泉群、房县盆地南缘温泉群、大洪山复背斜轴向断裂温泉群等。

2.3 火山地貌

2.3.1 火山机构

湖北省火山机构主要与早白垩世火山喷发和岩浆侵入活动有关,主要分布在鄂东南金牛火山岩盆地内[8],总体为大型多期破火山构造,其规模大、组合较复杂,但由于侵蚀剥蚀严重,机构保留完整的较少。较具代表性的有保安盘查湖火山通道,其经露天采矿形成较好的火山通道纵切面,内部结构形态较完整;此外大茗山破火山口形态结构完整,地貌上呈现等轴状正向锥状山地形,环绕山体不同火山岩相岩石同心环带状依次产出,分带明显,火山机构表征较突出。

2.3.2 火山岩地貌

湖北省不同时期火山作用频繁,尤其在秦岭—大别造山带内广泛发育相关岩类,但该区典型火山岩地貌的发现报道较少。目前已知较典型地貌景观多位于鄂东南金牛火山岩盆地内,主要发育于早白垩世大寺期火山喷溢堆积的近水平层状流纹岩地层中,景观代表地点有小雷山、大茗山、宫台山、沼山等地,可能皆与古火山口位置相关。此外,近来有研究者在神农架最高点发现原认为的新元古代侵入体岩石中含大量玻璃质成分,可能为火山堆积物剥蚀形成,但还需进一步确认。

2.4 构造地貌

2.4.1 飞来峰与构造窗

湖北该类型地貌景观较为发育,主要见于秦岭—大别造山带和扬子地块边界断裂——青峰襄广断裂带附近,因该断裂北侧地体向南逆冲推覆构造过程显著,许多部位经剥蚀后展现出“上老下新”的独特地质地貌特征。如房县陡口可见北部志留系逆掩于扬子区侏罗系之上的飞来峰构造,三里岗一带扬子区震旦系逆冲于白垩系之上,而白垩系又不整合覆盖于更早的随县群之上,形成震旦系逆冲于随县群的飞来峰、构造窗景观。此外,阳新鸡笼山也是由于南部二叠系逆掩于晚期地层之上,经风化剥蚀形成飞来峰景观。

2.4.2 峡谷(断层崖)

湖北多期构造交错,在新生代地壳强烈抬升背景下大型水系侵蚀切割作用十分强烈,形成大量峡谷地貌景观,是中国该类型地貌最集中的发育区之一。其中典型代表当属长江三峡,其作为世界第三大河改造岩石圈表层最明显的部位,世界闻名。此外清江中游峡谷切过燕子岩一带的古分水岭,形成险峻、两壁陡立的峡谷,演化机制、景观特征与北侧三峡有异曲同工之妙。此外,竹山堵河右岸支流、恩施沐抚云龙河上游、建始野三河左岸支流、鹤峰屏山一带溇水支流等切割形成的岩溶障谷落差均超过400 m,谷底望天只有一线,十分典型;清江利川段、咸丰唐崖河、来凤酉水的喀斯特峡谷与大型伏流洞穴、天生桥等相伴出现,堪称地貌奇观;丹江口石鼓北部红层形成的小型蛇曲障谷从上观如太极图案,与当地道教文化交融一体;大别山南麓、幕阜山北麓多处花岗岩峡谷切割深峻,谷底球形风化滚石堆积,风光原始而优美。还有高大山体沿断裂部分垮塌残余壮观的陡崖,如武当山南岩、五峰白溢岩等,规模巨大,令人惊叹。

除上述《地质遗迹调查规范》中确定的构造地貌类型外,湖北远安地区还发育国内罕见的教科书式地堑景观,其在通城河、远安两大平行断裂的控制下,北北西向带状展布近100 km,宽约8 km,构成被两侧地垒夹持的典型地堑,地堑地垒界线处断裂构造现象丰富,地貌差异显著,地堑内的K—P沉积序列完整,能很好指示和还原地堑盆地演化过程。尽管华南白垩纪断陷作用广泛发育,但多形成箕式盆地(一侧断层被掩),远安地堑地质地貌现象十分清晰,是一处教科书式的地堑,十分罕见。并由于其特殊的发育部位,成为研究中新生代之交滨太平洋构造域和特提斯构造域交汇区岩石圈表层变形样式的重要科学实证材料。

3 科学价值

3.1 湖北独特地质构造单元的地貌特征响应

湖北大陆岩石圈经历了多次大陆裂解、增生与重组的复杂过程,曾经发生一系列与全球构造同步的重大地质事件,中新生代以来,在欧亚—印澳—太平洋板块相互作用构成的地球动力背景下,先成构造单元又进入全新的地质演化阶段,表现出强烈的差异隆升与沉降,鄂西岩石圈挤压增厚隆升,风化剥蚀加强,东部岩石圈在中生代基础上持续伸展减薄,形成较多断陷盆地,在全省各地形成与独特地貌景观紧密契合的印记,记录了重要科学信息。譬如,三峡东部庙南宽谷段河谷表现出下方坡面缓倾、上方陡崖耸峙的地貌分野,与晋宁运动不整合面重叠,很好指示出扬子陆块的双层岩石圈结构;武当地体印支期向南强烈推覆和地块叠置导致其抬升幅度和表层构造复杂程度均远超邻区,是“七十二峰朝大顶”变质岩峰丛奇观发育的潜在地质背景[10];大别—桐柏地区丰富的花岗岩地貌景观既具极高美学价值,也彰显了中新生代大别山造山后伸展过程中的大规模岩浆侵入事件和新生代全区差异快速抬升过程;鄂东南色泽鲜红、外貌独特的火山岩地貌则反映了长江中下游地区在太平洋板块俯冲后撤影响下岩石圈拉张和岩浆喷发事件。

3.2 华中特殊地理—气候分区的地表形态证据

湖北位于中国“一带三弧”地貌总体结构[9]的中央造山带南侧,地理概念归属中国南方北缘。由于中央山系阻隔,气候温湿,降雨丰沛,流水作用异常活跃,以长江为代表的水系侵蚀和堆积作用强烈。全省以松滋—荆门—襄阳一线为界,跨越中国第二和第三个地势阶梯,自西向东,地势逐渐降低,构造抬升作用逐步减弱。同时,受气候影响,表层土壤表现由南向北酸性逐渐减弱的特征。上述地理气候背景十分明显地体现在全省地貌景观的发育和分布特点上。如长江、清江、汉江三大水系对二级地势台阶的切割强度之大在全国范围无其他河流堪与比拟;对构造抬升期次有强烈指示作用的瀑布跌水景观明显以鄂西地区为多;同为巨厚可溶岩地层发育区,长江北侧的神农架岩溶地貌景观发育强度显然远逊于长江以南地区。

3.3 长江流域自然景观区带的重要组成部分

中国位于地球上最大的大陆和最大的大洋之间,从喜马拉雅山到马尼拉海沟,垂直落差20 000 m,在亚洲季风气候控制下,产生并携带巨量水沙的长江则是连接二者最主要的物质能量通道,长江流域也因此成为地球上沉积物物流最强的部位[11]。在此背景下,长江流域各种地貌景观的发育与其他地区相比,更具多元化特征,也更加雄奇。这很好地体现在湖北地貌景观发育和保存现状方面,如长江干流三峡段对山体的强烈切割和下荆江段的强烈蜿蜒蛇曲,以及随之伴生的三峡南北侧山体强烈岩溶现象和数量庞大的江汉湖群,这些地貌景观很好地表现出长江流域从东亚西部高原进入东部平原区的过渡带特征。

3.4 世界地质奇观家族的多位重要成员

地球数十亿年的地质作用,给大自然留下了许多千奇百怪、鬼斧神功的自然奇观。湖北地处亚热带北纬30°±5°成景带内,侵蚀、岩溶等外动力地质作用结合复杂的地质体和地质构造,在中新世以来青藏高原加速隆升、云贵高原成为中国第二级地势阶梯的区域地貌演化背景下,雕铸形成一系列杰出的世界级地貌奇观:有世界第三大河长江切割地表最深的部位三峡;有地球上最大的落水洞和江河伏流洞穴——腾龙洞;世界已知最长的鹅管景观;世界最典型的岩溶石柱林景观——柴埠溪式石柱林等等;有武当山“七十二峰朝大顶”以及由天柱峰和狮子峰组合而成的天造玄武景观。

4 结论

湖北丰富多样的地貌景观特征明显,许多类型极具典型性,具有重要对比研究意义,是反映中国特殊地理区系地貌结构、还原中新生代湖北大地构造演变过程的重要实物证据。并且,湖北许多地貌景观或气势磅礴,或精巧秀美,均具有极高的观赏价值,是能为全省各地带来重大经济社会效益的珍贵旅游资源。但截至目前,全省对地貌景观的开发还处于不成熟、粗放式的阶段,不少地貌景观开发区的设施、服务、规划千篇一律,未能很好发掘相关地貌景观的独特性和吸引力。因此,应同时加强调查研究和规划开发工作,以便更好掌握资源的具体信息,并在此基础上综合考虑景观集中发育程度、地貌景观特色和相应类型景观最合适的开发途径,进行差异化开发打造,让湖北多元化的地貌景观特色得到各界充分认同并不断彰显其重要价值,为进一步推动湖北生态文明建设、全域旅游发展、科学知识普及和社会经济可持续发展作出更大贡献。