云南元谋土林地貌景观初步研究

杨文礼，孙林龙，张卫锋，张世涛，刘志明

(1.云南省地质环境监测院，云南 昆明 650216，2.昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650000)

土林是一种特殊的地貌形态，全世界不少国家都有土林地貌或者类似土林地貌的报道和记录，如美国的布莱斯峡谷(MayandTraverse，1973)、土耳其的卡帕多西亚、哥伦比亚的LaPlayaBadlands(Hermelin，2016)，玻利维亚的ValleDeLuna(月亮谷)以及中国的许多地区。中国的土林地貌主要分布在西藏阿里札达盆地[6]、青海龙羊峡、山西大同[13，14]、四川西昌[10]、甘肃天水等地，但就面积、数量、密集程度和景观性来讲都不能与云南相比。云南楚雄元谋[3，8，9]、云南大理南涧[7]、云南普洱景东、云南临沧永德均分布有大大小小的土林景观，其中又以云南元谋土林最具典型性和代表性。土林地貌是指在干旱、半干旱地区，由半松散、半固结的碎屑沉积物经过流水剥蚀、堆积形成的林柱状、墙状及沟谷等一系列地貌的统称。钱方在《元谋盆地第四纪冰期与地层》[8]中将这种地貌现象命名为“土林”；钱方和凌小惠[9]等将其归类为流水地貌；谢洪忠[11]从旅游角度，将土林地貌纳入林柱状地貌范围；陈安泽从旅游地质角度，将土林归为碎屑岩(砂砾岩)景观。[2]本文将从地貌景观类型、形成演变规律、分布规律、地学意义、美学特征等分析。

元谋土林主要分布在楚雄元谋盆地西侧和南面，其地貌的形成取决于大面积成景岩组的分布，其中以班果土林、马吼土林、芝麻土林、甘棠土林等面积较大，一般超过8km2。其它土林如虎跳滩土林、湾堡土林、小雷宰土林、白泥湾土林和小石村土林等，面积1km2～2km2。土林所处的高度也不一样，大部土林顶面在海拔1100m～1380m，高出龙街金沙江面170m～450m，在元谋西面新华土林海拔1500m左右，面积约5km2。以物茂、班果、新华的最壮观、最集中、价值最大、最为典型。

1 元谋土林成因及形态

1.2 元谋土林成因条件

元谋盆地是川滇南北构造带上的构造断陷盆地，并长期接受沉积。元谋大断裂在地貌上成为东山和盆地界线，盆地西侧无明显断层，盆地内上新世至早更新世(N2～Q2)巨厚堆积。盆地海拔1050m～1380m，盆地东侧由侏罗纪和白奎纪地层组成东山山体，海拔2700m左右，西侧由昆阳群和花岗岩组成低矮山梁，海拔<1700m，龙川江纵贯盆地，自南向北在龙街流人金沙江。土林地貌形成主要受构造、岩性、流水、风化壳和气候五个因素影响。

(1)构造：磨盘江-绿汁江断裂(元谋东山断裂)是一条古老的、长期活动的、压扭性深大断裂，呈南北向延展。该断裂在元古代晋宁期就有强烈活动(潘杏南等，1987)，在中新世末，形成元谋盆地。元谋运动不但使东山的侏罗系、白奎系逆掩到第四系元谋组上，并使元谋组产生平缓的倾斜、褶皱、断裂和大量垂直节理[1]。元谋运动后，盆地也由断陷转为隆升，使上新世至早更新世(N2～Q2)抬升为盆地边缘相对高100m～300m的丘岗或盆地中龙川江及其支流各级阶地的基座，其中最高的五级阶地可高出江面200m左右。因此构造运动和新构造运动的强烈抬升，是形成土林的重要条件之一。

(2)岩性：元谋土林的母质主要为上新世至早更新世一套巨厚的半胶结河湖相，已受构造变动，产生低角度倾斜，抬升后流水切割，成为低缓丘岗或阶地基座。元谋组分为四段28层厚695m。盆地西部班果、物茂附近主要为上新世河流相砂砾层，新华一带土林主要由上新世湖相沉积粘土和粉砂组成。为元谋组下部和上新统。沉积层以河流相和三角洲相为主，砾石层、砂层夹薄层粘土和亚粘土层，砾层常为粗层状，单层厚0.5m～10m，其中部分被铁质胶结，厚达2m以上。砂层中交错层发育，并常夹连续几层厚几cm铁质胶结砂层和透镜体。粘土和亚粘土层较薄，单层厚约0.3m～2m，也常夹薄层砂砾石透镜体，局部被铁质胶结和钙质胶结。砂砾层中砾石粒径较小，一般0.2cm～2cm。砾石成分以石英砂岩、石英岩、砂岩为主，次为花岗岩、片岩、大理岩等。砾石分选较差，一般次圆状。砂质主要为石英、长石和云母。砂砾石层和粘土、亚粘土层色调鲜艳，紫红、棕红、粉红、棕黄橙黄、黄绿、褐色、白色、灰色和黑色等颜色。由于地层产状一般倾角小于8°，形成了色带明显的土林地貌。

(3)流水：地表水侵蚀是塑造土林地貌最重要的外营力。水流常沿着松散的砂层、节理面或破碎带冲刷，季节性河流下切，冲沟发育，形成土屏、土墙、土柱后从而形成了纵横交错的冲沟和土柱，发育成土林。水流侵蚀作用冲刷下来的泥沙、砾石到达平缓开阔的坳沟和平地后堆积成沙沟、沙地。在土柱侧壁和底部，从上部侵蚀下来的泥沙与雨水混合成泥浆状淋漓到土墙、土柱上形成沙幔、沙笋。土林地貌是一种流水侵蚀地貌。

由于构造抬升使地面比降加大，在金沙江强烈下切的同时，流水也加速对元谋盆地的侵蚀和切割。由于土林地区植被稀少，土壤贫膺，夏季多暴雨入渗率低，形成了大量细沟，发生强烈侵蚀作用，并使这些细沟不断加宽变深，最后形成许多土柱。旱季因干燥少雨土柱能长时间挺立，相反如盆地中常下小雨，湿度大则水分可逐渐渗透到土柱中一些粘土或亚粘土层中，粘土由于吸水膨胀，干后收缩的不均匀变化，可加速土柱倒塌。

(4)风化壳和铁质胶结砂砾层：元谋盆地在第四纪时期发育3个硅铝-铁质类型风化壳，这是在湿热气候条件下，由于不稳定元素Ca，N，K，Mg大部被淋溶，使Al，Fe和Si相对积聚而成。在平缓的丘岗上部或高阶地上形成中更新世坚硬的红色铁质风化壳，一般厚0.5m～1.0m。土林形成过程中，坚硬的风化壳和松散堆积物中透镜状铁质胶结砂砾层不易淋溶和渗透到地层中，对下部土屏、土墙、土柱等不被水流自上而下冲毁、倒塌，可保存几十年至数百年之久。而无铁质风化壳或铁质胶结砂砾层保护的土柱，经受雨水淋溶和冲刷作用后不用几年就被片蚀，逐渐刷低或倒塌，最后消失。由于各个风化壳组成母质和形态不同，加上铁质胶结砂砾层上、下层位的差别和形状厚度的不等，土林中形成许多高低参差的土柱和栩栩如生的人物形象。

(5)气候、植被、土壤：元谋盆地为南亚热带气候，雨季受季风控制，旱季受热带大陆气团控制，焚风效应明显。多年平均温度22℃。最高气温42℃，最低气温-1℃。年平均降雨量611mm，其中90%多几乎集中在6月至10月雨季。全年霜日平均为两天，降雪更为罕见。多东南风，夏季炎热，冬季温暖，干、湿两季分明，日照充足。适宜农作物生长，是一个天然温室。盆地中常见植被主要有攀枝花、酸角树、金合欢、霸王鞭、仙人掌、剑麻等，土林地区植被稀少，土壤裸露，水土流失严重。盆地土壤为燥红土，肥力低，含有机质少，土壤团粒结构差，易于砂化，雨季时易被雨水冲刷，形成细沟。

综上，元谋盆地气候、土壤和植被条件均有利于土林形成、发育和保存。元谋土林地区以前是一个广阔的河湖相沉积面。新构造抬升使其形成台地，并发育了红色风化壳。在长期暂时性流水下切、冲割和风蚀作用下，慢慢地雕刻出这种独具风采的土林地貌。

1.2 元谋土林地貌分类

按成因划分为侵蚀地貌和堆积地貌两个类型，按所处空间位置又可划分为地上土林和地下土林；根据地貌形态进一步划分为林柱地貌、堆积地貌和潜蚀地貌。

(1)林柱地貌：①柱状土柱呈圆柱状或多边形柱状土柱上部和下部大小粗细相当。此类土柱通常有砾石层或铁质层保护，常形成高大挺拔的土柱，大多相连形成组合型林状土林，也常有单独存在者；②塔状土柱为明显粗细分段的土柱，一般为平顶状或多层状，大多为组合型土林。因为成景地层中含有多层粗颗粒层或铁质胶结层而形成明显的多个分段沉积旋回；③锥状土柱顶部呈圆锥状或方锥状土柱。类似剑状土柱，因成景地层为质地较均匀的细沙、粉砂，缺乏砾石层或铁质层保护，容易受到侵蚀，保存时间相对较短，大多相连形成组合型土林，少见单独个体；④剑状土柱由于缺乏坚硬层保护，土柱往往被雨水冲刷成尖锐剑状土柱。大多相连形成组合型土林，少见单独个体；⑤蘑菇状土柱是土林的一种异形形态，顶部一般顶着一个圆盘状、斗笠状或王冠状黑色或褐色帽子，状如一朵巨型蘑菇。实际上是铁质胶结层，由于强度较高抗风化能力强，发生了较大的变形；⑥残柱指土林发育晚期，多数土柱已经倒塌，残留的较独立土柱，周围多侵蚀为平地或沙地；⑦残丘指土林发育晚期，侵蚀基准面上孤立土柱、孤峰倒塌或侵蚀殆尽的残留土丘或土堆，多为几十厘米至2m以下，周围已侵蚀为沙滩或平地；⑧墙状土林指发育初期.成熟期形成单面墙体，墙面上发育有土芽或细沟等微地貌；或是单组节理优先发育形成双面墙体，为各种形态土柱相连形成的组合型土林；⑨林状土林指各种形态土柱成片相连，无共同基座、相对独立又成片分布的组合型土林地貌；⑩丛状土林指各种形态土柱密集相连形成有共同基座的组合型土林地貌。⑾城堡状土林指在平地上由多个土柱、土墙连结共生，产出相对集中且整体性较强的组合型土林地貌，远看像一座残破的古城。

(2)潜蚀地貌：①土洞为一种垂直发育的土坑，形成于地下潜蚀和溶蚀产生的地下空腔塌陷作用，或地表水沿裂隙向下跌入地下空洞、暗沟的冲刷作用；②暗沟为地表流水或地下水沿成景岩组已有节理裂隙冲刷侵蚀，因潜蚀溶蚀作用掏空地下形成地下沟渠；③土桥为地表流水或地下水沿成景岩组已有节理裂隙冲刷侵蚀，因潜蚀溶蚀作用掏空地下形成地下沟渠，地下沟渠塌陷的残留部分，就像一座天生桥。

(3)堆积地貌：①沙地(沙滩)为地表流水对土林侵蚀后，大量流沙经流水搬运于土林周边较平缓区域堆积形成面积较大的平坦冲积扇或冲积小平原；②沙沟：地表流水对土林侵蚀后，大量沙粒经流水搬运于土林间沟槽内堆积形成的地貌，是坳沟进一步发育形态；③沙笋：地表流水对土柱或土墙上部泥沙侵蚀后与水混合形成泥浆，在重力和水力作用下沿缺口下滴，在土柱、土墙根部或中部突出部位逐渐堆积，向上生长形成笋状、锥状小土柱。成排分布，像一尊尊排列整齐的小佛像。有些成排的沙笋生长连接后可形成沙幔。沙笋的形成也对土林起到加固和保护作用；④沙幔：地表流水对土柱上部的细颗粒岩石冲刷侵蚀后，泥沙与水混合形成泥浆，在重力和水力作用下沿柱体表面向下流动，在土柱根部或中间凹陷处堆积，逐渐形成幔状泥墙将柱体底部包裹或部分包裹起来。沙幔的形成是土林地貌的自我修复，对土林起到明显的保护作用。

2 元谋土林景观类型

2.1 单体景观

土林形成分为片蚀切沟阶段、细沟冲沟侵蚀阶段、宽沟阶段、夷平阶段4个过程，土牙型、土柱型、柱堡型、残柱型4个地貌类型。土牙型高约0.5m～2m，土柱型高5m～40m。土柱型、柱堡型、残柱型容易形成柱状、锥状、塔状、蘑菇状、剑状、堡状、丛状、林状景观，单体或组合型景观。图1。

(1)城堡状土林：由多个高大土柱土墙组合而成(照片1)，外形好像一座残破的古城，十分壮观。主要由灰白色厚层状含砾砂石层夹中厚层状砾石层、薄层状砂质粘土层及薄层状黑褐色铁质氧化层组成，沉积韵律较明显，顶部铁质氧化层较薄，局部土柱已被剥蚀，柱高3m～10m。如物茂景区“佛塔”，最佳拍摄点之一。

(2)丛状土林：分布在景区上部靠近上平台边缘区域，由高矮参差不齐，造型不一柱状、锥状土柱呈指状聚合生长在土墙和土台之上(照片2)。主要由灰白色厚层状砂石层夹中厚层状砾石层、薄层状砂质粘土层及薄层状黑褐色铁质氧化层组成，顶部铁质氧化层大多已剥蚀成锥状土柱个体，仅少部分保留顶部保护层柱状土柱个体，高3m～10m，最高达15m。与林状土林区别于林状土林高大，没有统一的基座，而丛状土林相对矮小，具有统一的基座。它们代表了土林形成的不同阶段，可以说丛状土林是林状土林的中期阶段。

(3)林状土林：分布于物茂土林景区，由大量柱状土柱密集聚合而成(照片3)。主要由灰白色厚层状砂石层夹中厚层状砾石层、薄层状砂质粘土层及薄层状黑褐色铁质氧化层组成，局部土柱顶部有较厚的铁质氧化砾石层，土柱高2m～10m，最高达20m。

(4)蘑菇状土柱：常见于物茂土林景区东侧，由一系列大大小小，高低错落的蘑菇状土柱组合而成(照片4)。高度2m～20m，直径2m～5m，上部一般顶着一个圆盘状、斗笠状或王冠状的黑色或褐色帽子，状如一朵巨型蘑菇生长在山坡之上。有的像一朵黑色的木耳生长在峭壁上。这种土柱的形成得益于成景地层中夹有砾石层和铁质胶结层，抗风化能力强，雨水冲刷下不易流失，因此多残留下来，并对下部的泥沙层起到保护作用。塔状土柱的形成与蘑菇状土柱类似，只是塔状土柱比较粗大，顶部平坦，柱体呈梯形或塔形。

(5)锥状土柱：常见于物茂土林景区南侧，单个土柱顶部尖锐柱状，高2m～8m。成片集中产出(照片5)，其丰富的色彩取决于构成土柱的砂砾石颜色，有黄色、褐色、红色等，柱体表面覆盖一层金黄色泥浆身披甲胄一样。锥状土柱与塔状、柱状、蘑菇状土柱一样形成于雨水沿成景地层中不同方向节理裂隙的冲刷作用，仅因剑状土柱中没有砾石层和铁质层的坚硬层保护，在雨水冲刷下上部泥沙逐渐流失，形成尖锐柱体。

(6)沙幔：普遍分布在高大直立的土柱、土墙表面，如一层黄色的布帘包裹土林，使土柱土墙显得更加整齐庄重(照片6)。属于堆积型微型地貌，形成于土柱、土墙上部泥沙在雨水冲刷下形成泥浆，泥浆沿土柱表面向下淋漓在柱体表面而成。其形成对土柱、土墙凸凹不平的表面起到填平补齐作用，对土林景观产生修饰和加固作用。

(7)土柱、土塔、土墙：分布在景区靠近土林密集区低地平台上，呈柱状、塔状矗立于土林之中(照片7、8、9、11)，柱体腰围数米到数十米，一般高8m～25m，其中景区中部一个土柱高达42.8m，居元谋土林单体土柱之冠。在景区南部，长约300m，高约20m，近东西向展布在高平台和低平台之间，远看像一道陡立的城墙，走近土墙，可见流水冲刷切割出的道道切沟，在墙上刻画出千万尊佛像，有如走进梵界，顿感肃穆。

2.2 组合景观

(1)物茂土林：纵横捭阖、千峰林立，多城堡状土林、丛状土林(照片10)，少量土柱，形态多样，色彩丰富；身临其境，犹如仙境一般，浮想联翩。物茂土林出露一套河流相砂砾石夹铁质胶结地层，厚5m～20m，未见顶，基底为南华纪花岗闪长岩。以粗颗粒为主，主要为粗砂砾石层、铁质胶结层互层夹少量细砂砾石层、细砂层与粘土质层，砾石以石英质为主，磨圆度较好，分选性差，交错层理较发育。厚1.5cm～100cm，粗砂砾石层8层，厚15cm～105cm，细砂砾石层3层，厚28cm～76cm，砾石层5层，厚1.5cm～15cm，粘土层5层，厚2.5cm～4cm。

(2)浪巴铺土林：位于元谋县新华乡南东约7km浪巴铺村西侧，集中出露面积约0.76km2，分布在新华乡河尾水库侵蚀基准面向浪巴铺夷平面过渡斜坡之上，远看就像一个规模宏大的城堡(照片12)。各种土柱、土塔、土林、土洞环绕周围。该土林疏密有致，层次分明，地貌从低处向高处依次有平坦的冲积沙地、残丘、孤峰、峰林、峰丛、土台等地貌类型，清晰显示土林的形成演化和土林地貌生命历程。浪巴铺土林出露一套湖相或沼湖相沉积砂石建造，主要为细-中砂石层、粉砂层夹少量砾石层及粘土层。砾石多为石英质，磨圆度较好，分选性差，砾径2mm～30mm；不整合于三叠系上统舍资组一段长石石英砂岩之上，剖面出露厚约27m，未见顶。由细砂砾石层5层，厚130cm～290cm，砾石层3层，厚50cm～120cm，粉砂层5层，厚20cm～210cm，粘土层2层，厚190cm～370cm，粗砂砾石层1层，厚150cm构成。

图2 元谋土林组合景观

3 元谋土林景观价值

3.1 元谋土林对比研究

云南除了元谋土林外，相似的地貌景观有：路南石林、陆良沙林、元江膏林和老君山黎明高原丹霞地貌等。各地貌景观的形成均与自身特殊物质组分有关，陆良沙林与元江膏林与元谋土林一样，成景地层均为松散岩层，各具特色，但其发育规模远不及元谋土林；路南石林和老君山黎明丹霞地貌虽然在分布面积上远大于元谋土林，景观的壮观程度等高于元谋土林，但元谋土林成景地层为松散岩层，其风化剥蚀速率更快，相对更易受环境变化或是地壳运动产生的构造运动等影响而消亡，所以元谋土林显得更有价值。图片10-图片12。

我国土林地貌在云南、四川、西藏、吉林、新疆、甘肃、海南、山东、山西等地均有分布。通过元谋土林与西藏札达土林、乾安泥林、四川黄联土林、云南南涧土林和景东土林对比分析，均为新近纪至第四纪松散岩组形成，形成原因也不尽相同，元谋土林分布面积远大于四川黄联土林及云南南涧土林、景东土林，元谋土林有形态多样、土柱下切深、柱体高而密集分布等特点，在外观上比西藏札达土林、乾安泥林更壮观。元谋土林发育的典型度、优美度、奇特度和分布面积、密集程度均属国际国内罕见。

3.2 元谋土林的地学意义

土林是半干旱气候条件下，在地壳快速抬升地区地面流水侵蚀半固结沉积物残留的一种特殊地貌。其形成受控于特殊的地质条件，是内外地质作用联合作用的结果。元谋土林地貌分布广泛，类型多样，有大小规模不等20余处密集发育片区，由于成景地层时代、结构、成分和颜色的差异，形成的土林造型、大小和颜色也各不相同。是一种独特的地貌类型。具有极高的美学价值和科学价值，是开展地学研究和科学普及的理想场所，也是开展旅游、度假、摄影和影视创作的理想场地。

土林是这些年才认识的一种新型流水侵蚀地貌，是水土流失的表现。它是在特殊的地质结构、土壤成份、构造运动、水文气候、地形植被等多种因素相互作用条件下形成。因此，土林这种地貌形态在地质地理学科上就显得十分稀有、珍贵。元谋土林漫长的地质历史时期，从发育初期的土芽型到中期的城堡状、城垣状、柱状、塔状、蘑菇状、孤峰状、峰丛状、雪峰状、锥柱状等土林，直至发育到后期的残丘状土林均有保存，构成一部完整的、系统的土林家族发展史，对科学界研究土林这种特殊地貌的演化、发展、消亡以及防止水土流失有着重要的科学意义。元谋土林地貌成因类型及演化机理可与其他地区林柱状地貌成因类型及演化机理对比研究，是研究流水地貌类型最好的素材地。同时在研究中国南方新近系-第四系湖盆沉积地层、元谋人化石对研究古人类发展等方面具有重要意义。

3.3 元谋土林的美学价值

有人说：“元谋有绝景，景在土林”。元谋土林是中国乃至世界上一大奇妙的自然地貌景观。土林美，美在其雄伟、壮观，柱状、锥状、塔状、蘑菇状、剑状、孤立柱状、残丘等各式各样土柱单体，或相连组合成城堡状、墙状、丛状、林状等组合型土林，无比壮观；土林美，美在其绚丽的色彩，以浅灰色、灰白色为主色，褐黄色、褐红色相间其中，形成天然的彩色土林，在阳光照射下更显得五光十色、光彩照人。

白沙黄土，植被稀疏，水源奇缺，气候燥热的独特环境，给人苍凉、粗犷、豪放、原始、自然之感，沙沟、荒山、幽谷构成一个蛮荒的远古世界，自然风光别具一格，给人一种原始的美，粗犷的美，具有很强的吸引力。不仅吸引了众多画家前来创作写生，摄影师也前来捕捉闪光的一瞬。仿佛回到遥远的从前，大自然的伟力和震撼力在这里表露无遗。

由于土林极高的美学价值和艺术价值，国内外摄影艺术家和影视制作者纷至沓来，如今已经成为中国影视基地和摄影家的天堂。先后有张艺谋、高仓健、成龙等著名导演和明星演员在元谋物茂景区、浪巴铺景区及班果土林拍摄电影外景。元谋深广的谷地、辽阔的荒漠、雄伟的高山，再现了大漠的景观，神奇的地质地貌，独特的土林风光，其优美、奇特、丰富资源优势组合，使元谋成为中国电影乃至世界影视界一个重要的外景拍摄基地。

4 结 论

土林是一种流水地貌，在特定的地质背景条件下形成，具有自身的演变规律，元谋土林在规模、形态方面具有代表性，景观类型多，色彩丰富；元谋土林地貌是研究流水地貌类型最好的素材地。集突出的地学意义和形状美、色彩美一体的高价值景观资源，集规模、美学价值、科学考察价值历史文化价值等资源优势，是罕见的地质遗迹。是开展地学研究和科学普及的理想场所，也是开展旅游、度假、摄影和影视创作的理想场地。