湖北五峰地质遗迹特征及分布规律

2022-01-19许汇源刘位夷

资源环境与工程 2021年5期

何钦，许汇源，艾东，唐颖，刘位夷

(湖北省地质局第七地质大队,湖北宜昌 443100)

五峰县地处武陵山区东北边缘,湖北省西南部湘鄂交界之地,境内已建有一个国家级森林公园、一个国家级自然保护区。2018—2019年通过湖北省地质勘查基金项目“湖北省五峰土家族自治县地质遗迹调查”的实施,对区内地质遗迹开展了较全面的野外调查工作。在摸清五峰地质遗迹家底的基础上,对全域的地质遗迹特征、类型、成因及其分布等进行了分析总结[1],有利于指导区内后期地质遗迹保护和开发利用工作的开展[2]。

1 区域背景

五峰县全境皆为山区,位于中国地貌单元中山—低山的过渡带,属武陵山支脉,系云贵高原东延部分的尾部,为典型的岩溶地貌区[3]。地势由西向东逐渐降低,海拔最高2 320.3 m,最低150 m,高差超过2 000 m。区内地貌按成因和形态可划分为三类,分别为构造溶蚀侵蚀中山区、构造溶蚀侵蚀中低山区、构造溶蚀侵蚀丘陵区(图1)。区域岩性全部为沉积岩,自下古生界的寒武系至中生界的三叠系均有出露；所处大地构造位置为扬子地台北部鄂西隆起带的南段和长江中下游东西向构造西段延伸部分,二者彼此干扰,故构造格局较为复杂(图2)。

图1 五峰地貌分区图Fig.1 Geomorphic zoning map of Wufeng1.构造溶蚀侵蚀中山区；2.构造溶蚀侵蚀中低山区；3.构造溶蚀侵蚀丘陵区；4.分界线。

图2 五峰县区域构造纲要图Fig.2 Regional structure outline map of Wufeng County1.背斜；2.向斜；3.断层；4.县界；5.公路；6.乡镇机关所在地；7.地质构造编号;①.长乐坪背斜；②.太平庄背斜；③.狮子垴—白溢向斜；④.仁和坪倒转背斜；⑤.湾潭背斜；⑥.蛇口向斜；⑦.八里荒向斜；⑧.渔洋关网格状断裂带；⑨.苏家河断裂。

2 地质遗迹资源类型

本区发育的地质遗迹资源包含基础地质、地貌景观、地质灾害三个大类,进一步划分为地层剖面、构造

剖面、重要岩矿石产地、岩土体地貌、构造地貌、水体地貌、地质灾害遗迹7个类型,细分为11个亚类[4]。境内共调查地质遗迹224处，其中基础地质4处、地貌景观216处、地质灾害4处(表1),分别占地质遗迹调查点总数的1.8%、96.4%、1.8%。

表1 地质遗迹资源分类简表Table 1 Classification table of geological heritage resources

3 地质遗迹资源特征

3.1 地层剖面

桥河村五峰组层型(典型)剖面。五峰组地层是由孙云铸先生1931年发现而命名的,俗称“五峰页岩”,命名地点位于五峰县渔洋关镇桥河村省道S325北侧公路边(图3),剖面出露情况完整、连续,以一套海相泥质、粉砂质沉积为主,岩性为灰黑色硅质页岩、灰黄色页岩、含钙质粉砂质页岩的岩石组合类型。剖面内含笔石化石,是中国中部地区记录晚奥陶世钱塘江期典型的沉积剖面(五峰组现已归入志留系龙马溪组最下部)。

图3 五峰剖面位置Fig.3 Location of the Wufeng profile

3.2 构造剖面

桥河村仙女山断裂，南起五峰县渔洋关，北至秭归县长江南岸的荒口,延伸长度约80余千米[5],总体走向为北北西向,北段倾向南西,中段及南段倾向东。五峰县为断裂南端,由北至南发育于渔洋关镇北部的筲箕淌—松树包—李家坪一带,筲箕淌地段断裂两侧均为寒武系娄山关组,断层角砾岩较发育；延伸至松树包一带时,西侧为寒武系娄山关组地层,东侧为奥陶系南津关组,破碎带宽20～50 m,断层角砾岩充填其中,钙质、泥质胶结,胶结较紧密(照片1)；延伸至李家坪西侧时,断层西侧为奥陶系南津关组,东侧为志留系罗惹坪组页岩,断层角砾岩发育较弱,向南部至渔洋关附近断裂迹象逐渐尖灭,在五峰区域该断层性质为正断层。

照片1 仙女山断裂断层角砾岩Photo 1 Fault breccia of the Xiannushan Fault

3.3 重要岩矿石产地

湾潭国画石产地为五峰县湾潭镇锁金山村,主要赋存于奥陶纪地层中,包括大湾组、牯牛潭组和宝塔组。国画石由画面(纹层状方解石细脉)和基体(围岩)两部分组成(照片2),将画面石块体取出竖直放立,经过打磨后抛光等工序在方解石底面上呈现出形态各异、蕴含中国山水画特色的生动图像(照片3),其中纹层状细条纹起到“墨”或“线条”作用,而白色方解

照片2 国画石基体及画面Photo 2 Matrix and ore body of Chinese painting stone

照片3 湾潭国画石——千山暮雪Photo 3 Wantan Chinese painting stone—Mountains covered with snow

石则充当“背景画纸”的作用。国画石按方解石中细纹层的颜色可分为紫红色、灰绿色和黑色三种类型[6],其中紫红色、灰绿色主要赋存于大湾组、牯牛潭组地层,黑色多分布于宝塔组地层。宏观上纹层状方解石细脉总体厚度一般为3～15 cm,单层细纹层厚度在2～10 mm,其间被黑色、紫红色或灰绿色的泥质纹层所隔开,细纹层的颜色与围岩颜色基本一致,厚度一般<0.5 mm,方解石细脉和其他色的细纹层共同组成了画面石的纹层状结构。

3.4 地貌景观大类地质遗迹

五峰县地质条件与地理环境较为复杂,在漫长的地质历史演化过程中,内、外地质应力共同塑造了千奇百怪的地貌景观[6],本次调查地貌景观类地质遗迹216处,其中岩土体地貌187处、水体地貌19处、构造地貌10处。

3.4.1岩土体地貌

岩土体地貌地质遗迹是本区最为发育的类型,区内共调查187处岩土体地貌—碳酸盐岩(岩溶地貌)。现仅选取几个典型地质遗迹点予以介绍：

(1) 犀牛洞，位于湾潭镇茶园村1组,北距茶园村村委会约1.8 km,出露地层为下奥陶统南津关组(O1n),岩性为深灰色中层状泥质瘤状灰岩。该溶洞发育于河流西侧的山腰上,分为主洞及右侧支洞,主洞延伸长度约1 000 m,支洞延伸约300 m。洞内钟乳石极其发育,顶流石和壁流石均可见,形态各异,千姿百态,常见形态包括：海豹嬉戏(照片4)、扬帆起航(照片5)、十八罗汉(照片6)、石瀑布(照片7)、石珊瑚、棕榈柱等,丰富多彩,如梦如幻。

照片4 海豹嬉戏Photo 4 Seal is playing game

照片5 扬帆起航Photo 5 The ship set sail for departure

照片6 十八罗汉Photo 6 Stalactites look like Eighteen Arhats

照片7 石瀑布Photo 7 Stalactites look like waterfall

(2) 长生洞，位于五峰镇南西向约5.6 km。该洞名字由来有两种说法,其一是明末起义军张献忠率部进川途中遭受官兵围剿藏身于此,后时代变迁,藏身洞讹为长生洞；其二是当地人用洞中泉水和玉米酿造“土家老烧”,是人间少有的美酒,传言饮此酒后变得长生不老,故得名长生洞。

长生洞出露地层为下奥陶统南津关组,溶洞洞口位于公路西侧半山腰上,溶洞延伸1 500余米,分为上中下三层,单层高度50～100 m。洞内钟乳石极其发育,以顶流石为主，壁流石次之,奇石倒立,大小各异,蔚然壮观。景点涵盖：钟乳长廊(照片8)、石幔(照片9)、思想者(照片10)、南天一柱(照片11)、双龙盘柱、福禄寿三喜等。作为湖北省最美的天然溶洞之一,长生洞是三峡地区钟乳石最密集、保存最完好的天然洞穴景观。

照片8 钟乳长廊Photo 8 A long corridor of stalactites

照片9 石幔Photo 9 A curtain of stalactites

照片10 “思想者”Photo 10 Stalactites look like a thinker

照片11 南天一柱Photo 11 Stone column near the South Gate

(3) 吹打天坑溶洞群，位于采花乡红渔坪村,出露地层为中二叠统吴家坪组(P2w)。该溶洞可断续通行约1 200 m,洞内见多处圆形天窗(照片12),钟乳石少量发育。根据红渔坪一带地形地貌特征显示为中间低、四周高,轴线近北东—南西向的负地形为红渔坪向斜通过之处,该区后期有可能发展为超大范围天坑溶洞群(图4)。

照片12 溶洞天窗Photo 12 A skylight near the karst cave

图4 溶洞群地形简图Fig.4 A brief relief map of karst cave groupP2w.中二叠统吴家坪组；P1q.下二叠统栖霞组。

(4) 其他重要的岩土体地貌地质遗迹点简要介绍如表2所示。

表2 其他重要岩土体地貌地质遗迹特征Table 2 The characteristics of other important geotechnical geomorphological relics

3.4.2 构造地貌

该类型地质遗迹共10处,典型代表为柴埠溪大峡谷、后河峡谷及白溢寨向斜山。

(1) 柴埠溪大峡谷，地处长乐坪背斜轴部的张性断裂发育部位,总体为一条近东西向带状大峡谷,峡谷出口南距渔洋关镇约5 km,峡谷延伸长度约30 km,包含峡谷两侧1～2 km范围内的山林,面积约60 km2。

峡谷内奇峰林立,婀娜多姿,峰峦叠翠,瀑布如涓。以其特有的绝壁石林、幽谷清溪和土家风情三大亮点吸引了众多的中外游客。区内知名景点共计25处,其中较为重要的峰林景观包括：千层壁(照片13)、神笔峰(照片14)、笔架山(照片15)、雀尕石(“尕”音为“ga”,意为小鸟,照片16)等；溶洞类景观主要为苦佛洞与女儿洞(照片17),自生桥类景观包含坛口惊魂、柴埠溪天生桥；水体类景观为柴埠溪与响水泉。上述若干个不同类型地质遗迹或同类型地质遗迹的不同景观共同组成了一个特色鲜明、富有生趣的喀斯特岩溶景观体系。峡谷两岸石林密布、绝壁千重,形成了“百里幽峡柴埠溪,三千奇峰仙境地”的神奇之地,谷中集奇、秀、险、幽、野五大特色于一体,配以溪谷人家的南曲山歌、土家舞蹈,一幅人与自然和谐共处的美好画卷展现在人们眼前。

照片13 千层壁(1)黎清华、金维群、张业明等，拟建湖北五峰国家地质公园申报材料,中国地质调查局宜昌地质调查中心,2009。Photo 13 A wall of thousands of layers of rock

照片14 神笔峰(2) 黎清华、金维群、张业明等，拟建湖北五峰国家地质公园申报材料,中国地质调查局宜昌地质调查中心,2009。 Photo 14 A mountain looks like a brush

照片15 笔架山(3) 黎清华、金维群、张业明等，拟建湖北五峰国家地质公园申报材料,中国地质调查局宜昌地质调查中心,2009。 Photo 15 A mountain looks like a penholder

照片16 雀尕石(4) 黎清华、金维群、张业明等，拟建湖北五峰国家地质公园申报材料,中国地质调查局宜昌地质调查中心,2009。 Photo 16 A mountain looks like a bird

照片17 女儿洞Photo 17 A cave full of stalactites

(2) 后河峡谷。后河峡谷位于五峰镇南部,于2000年4月经国务院批准建立了国家级自然保护区,是湖北省建立的第二个森林类型国家级自然保护区。后河区域夏季空气负离子数达到世界卫生组织所规定的清新空气标准的十倍,是养身休闲的“人间仙源”,是宜居长寿的首善之地；由于植被葱茏、雨水充沛,区内平均气温远远低于其他区域,独特的生物多样性,秀丽多姿的田园风光,古朴厚重的民族风情与净洁味纯的土家美食,共同构建了人间少有的“净净的仙源,爽爽的后河”。

后河保护区内均为沉积岩,且主要发育碳酸盐岩。区内地势总体西高东低,在褶皱、断裂的共同作用下造就了群峰起伏、层峦叠嶂的地貌风光。区内海拔在1 500 m以上的山峰多达20余座,最高峰独岭海拔2 252.2 m,知名的地质景点约15处,以喀斯特峰丛、峡谷、瀑布为主，包括后河峰丛、薄刀岭、干谷、关门峡障谷、后河障谷、壶穴、虫迹(照片18)、浪成波痕(照片19)等。

照片18 虫迹(5) 黎清华、金维群、张业明等，拟建湖北五峰国家地质公园申报材料,中国地质调查局宜昌地质调查中心,2009。Photo 18 Worm trail

照片19 浪成波痕(6) 黎清华、金维群、张业明等，拟建湖北五峰国家地质公园申报材料,中国地质调查局宜昌地质调查中心,2009。 Photo 19 Traces of waves

(3) 白溢寨，位于采花乡白溢坪村,出露地层以下三叠统大冶组为主,岩性为灰色中厚层状细晶灰岩。白溢寨谷地平均高程约1 200 m,东侧是最为知名的地质奇景白溢寨向斜山,在白溢坪至天偃坪之间可见一处高约1 000 m、长约3 000 m的白崖绝壁(当地人称为白岩尖),白岩尖平均高程约2 100 m,主峰黑峰尖海拔2 320 m,为五峰第一高峰,山体总体北端地层向南倾斜,南段地层向北倾斜,向斜成山形态特征十分显著。白岩尖特殊的向斜山构造加之高高耸立的山峰,犹如在波涛大海中滚滚行进的船帆(照片20)。

照片20 白溢寨(向斜山)Photo 20 Baiyi Village(Syncline mountain)

神秘而古老的白溢寨蕴藏着无数的自然奇观,其中以世间罕有的“四大不解之谜”而成为中国境内闻名遐迩的探索圣地：一是盛夏结冰、寒冬暖巢之谜；二是“地动石”之谜;三是“冷水谷”之谜;四是岩壁上形成的“海市蜃楼”。

3.4.3水体地貌

五峰县地质遗迹调查水体地貌有19处,按出露形态分为湿地1处、瀑布15处,泉水3处,典型代表为三姊妹瀑布。三姊妹瀑布位于傅家堰乡马蹄井村,出露地层为下三叠统大冶组(T1d)。瀑布发源于半山绝壁之上,由南至北依次展开3条瀑布,瀑布出露口的水平高程大体一致,瀑布流量中间小、两端大(照片21),高差约25 m,宽约1～3 m(枯水期调查),因而称之为“三姊妹瀑布”。瀑布虽然常见,但在同一岩壁上并行排列三条瀑布的景观却实属罕见。

照片21 三姊妹瀑布Photo 21 The three sisters waterfalls

3.5 地质灾害大类地质遗迹

调查的地质灾害大类地质遗迹点有4处,其中以虎头脑滑坡规模最大,治理效果最佳。该滑坡位于渔洋关镇县人民医院后方、省道S325公路东侧(照片22),滑坡区段人流量大,危害后果严重。滑坡治理主要采用埋设抗滑桩、削坡减载、格构护坡,现坡面已整体复绿,并修建有马道、步道及人行阶梯,已作为当地政府、学校植树造林基地(照片23),滑坡西侧已完成安置小区的建设,治理完成后的滑坡已成为当地居民休闲、健身、娱乐的最佳场所。

照片22 滑坡治理前Photo 22 The landslide before treatment

照片23 滑坡治理后Photo 23 The landslide after treatment

4 成因及分布规律

4.1 成因分析

五峰县地质遗迹调查以地貌景观为主,且大都为不同类型地貌景观组成的复合体,譬如一个峡谷往往包括了岩溶地貌、峰林地貌、水体地貌等多种地质遗迹景观[6]。其形成往往受地质构造、岩性和气候条件三大因素的共同制约,岩性和地质构造是内在因素,气候条件是外在因素。地质构造起着决定性的作用,岩性是地貌形成和保持形态的物质基础,气候条件对微地貌景观的塑造起到十分重要的作用。

以柴埠溪为例，柴埠溪大峡谷发育于柴埠溪背斜核部,是背斜成谷的典型范例,背斜轴部(特别是顶部)受张力作用易破碎形成裂隙,随着降水入渗,抗风化能力较差的碳酸盐岩易被风化侵蚀,形成了早期地势较为平坦、以低丘—槽谷—洼地—落水洞为岩溶地貌特色的第二级岩溶台原,同时由于多期次构造交汇作用,网格状共轭剪切形成的垂直节理裂隙十分发育,其后在地表水溶蚀、侵蚀作用下不断扩展,形成了高矮不一的地表—地下离解石柱(林)景观体系。后期在地壳抬升的过程中,水流不断侵蚀下切,峡谷两侧的地层缓缓向山内倾斜,倾角较缓使得岩层不易顺向整体滑落。在构造应力、侵(溶)蚀及重力等地质作用下,离解崩塌的岩体不断被流水搬运带走,前期较大、稳固的石柱部分保留了下来,并沿早期柱体的控制节理继续向下崩塌—离解,成为如今可见的珍贵稀少的上部浑圆、下部棱角分明的柴埠溪石柱群景观。峡谷周边的地表水有的汇聚于岩溶槽谷或岩溶漏斗,通过岩溶洞穴汇聚于河道,使河道进一步下切,同时也加剧了汇水地带的侵蚀、溶蚀作用,而后形成了像“坛子口”、“大湾口”、“断山口”深大陡立的自身桥等自然奇景。

4.2 分布规律

图5 区域构造与地质遗迹点叠合图Fig.5 Superimposed map of regional structure and geological heritage points1.背斜；2.向斜；3.断层；4.区域分界线；5.地质遗迹点；6.地质构造编号(与图2相同)。

5 地质遗迹等级评价

本次采用对比评价和专家鉴评两种方式进行地质遗迹的等级评价[7],其中对比评价是选择与本项目地质遗迹类别、等级相同或相似的地质遗迹点进行对比；专家鉴评是邀请湖北省从事地质遗迹调查与评价工作超过十年的专家进行野外鉴定和室内点评。最终评价出国家级地质遗迹(Ⅱ级)3处,省级(Ⅲ级)15处,其余为省级以下(Ⅳ级)地质遗迹点,现将3处国家级地质遗迹(Ⅱ级)评定依据介绍如下。

(1) 柴埠溪大峡谷：①柴埠溪大峡谷形成的石林有别于云南石林,柱体之间多有一定间隔,反映出崩塌作用在成景过程中的重要性,对研究南方喀斯特地貌的形成机理具有重要意义；②柴埠溪大峡谷是由岩溶地貌、水体地貌、构造地貌等不同类型地质遗迹共同组成的一个有机整体,其发育的景观内容丰富、形象生动,观赏性极强；③石柱林与柴埠溪大峡谷南北谷肩的大片溶丘洼地共同组成的区域第四级岩溶台面,是指示清江流域新构造运动以来地壳间歇性抬升的重要地貌标志之一[8]。

(2) 后河峡谷是动植物界宝贵的“物种基因库”。珍稀的植被群落在区内发现有5类之多：如珙桐被称为“植物界的大熊猫”(照片24),区内已发现1万多株,是世界上规模最大的珙桐原种基地；水丝梨群落(照片25)是东南亚地区现存面积最大、典型性最好的物种基地等。另外在该区域已确认的维管束植物共有2 279种,其中极度濒危植物29种,国家重点保护陆生脊椎野生动物51种,包括国家Ⅰ级保护动物金钱豹、华南虎、云豹、黑麂、金雕等,以及Ⅱ级保护动物46种。区内还发现了大量典型丰富的沉积地质现象，如虫迹、浪成波痕、块状流重力沉积层，具有重要的沉积环境分析意义。

照片24 珙桐(鸽子花)Photo 24 Dove tree (dove flower)

照片25 水丝梨Photo 25 Sycopsis sinensis

(3) 白溢寨(向斜山)：①地质构造向斜成山特征鲜明，气势恢宏，规模宏大,是华中地区已发现的最大的向斜山,其较新的地层年代、山体发育的多处岩溶管道都使之成为研究清江流域南部新构造运动抬升及岩溶台面演化不可或缺的重要地貌证据；②白溢寨四面被群山环抱,仅留南西角为出入通道,自古以来作为军事重地，易守难攻。明末土司唐镇帮所建“帅府”即选择在该地,其历史文化底蕴浓厚；③现今白溢寨西侧的岩溶谷地为土家族聚集区,面积约4 km2,民俗文化特色独特鲜明。

本次地质遗迹等级评价及数量分布见表3。

由表3可知五峰县地质遗迹主要以岩土体地貌、水体地貌、构造地貌(大类均为地貌景观类)为主,国家级地质遗迹(柴埠溪大峡谷、白溢寨、后河峡谷)主要分布在构造地貌中；省级地质遗迹主要分布在岩土体地貌中,另有3处省级遗迹点为水体地貌；省级以下地质遗迹资源主要为岩溶地貌亚类。这与五峰县绝大部分发育的岩溶地貌情况相符合。