江西丹霞地貌演化阶段与分布及其构造控制探讨

姜勇彪,郭福生,黎广荣,李蓉,楼法生,汪震,陈留勤,郄海满,闫罗彬,李益朝,凡秀君

1)东华理工大学核资源与环境国家重点实验室,南昌,330013; 2)江西省数字国土重点实验室,南昌,330013; 3)江西省地质调查勘查院,南昌,330030; 4)中科星图测控技术有限公司,西安,710199; 5)西南大学,重庆,400715; 6)陕西省地质调查院,西安,710054

内容提要：晚白垩世至古近纪期间,江西省内沿区域性断裂构造发育30余个断陷盆地,沉积了巨厚的红色陆相碎屑岩,为丹霞地貌的形成提供了物质基础。已发现的228处丹霞地貌点主要分布于江西东部武夷山北麓和西麓的红层盆地内。利用面积—高程积分法,对江西省9个盆地的丹霞地貌演化阶段进行了定量分析,结果表明省内丹霞地貌景区的面积—高程HI为0.17～0.52,平均为0.38,即其演化阶段处于壮年晚期至老年早期,在空间分布上具有由南向北,由壮年期转为老年期的趋势。该趋势可能与武夷山的构造隆升有关。构造分析显示,节理与武夷山的隆升对江西丹霞地貌演化起控制作用,具体表现为:① 龙虎山、九仙湖、仙岩、蛤蟆坞、赭亭山、龟峰等地发育的崖壁、一线天、巷谷、石墙、石寨、峰丛、峰林等丹霞典型景观均与节理有关。② 流水侵蚀等外营力的作用对丹霞地貌的剥露、削平起重要作用,统计表明距离武夷山越近,丹霞地貌山峰越密集、崖壁越陡峻,指示武夷山的隆升与丹霞地貌的发育有直接关系。总体来看,江西省内的红层为丹霞地貌的发育提供了物质基础,武夷山的隆升控制了丹霞地貌的分布。值得注意的是,丹霞地貌区的节理构造是否与武夷山的隆升存在直接因果关系还需进一步研究。

丹霞地貌是红层盆地隆升后经断裂切割,在流水侵蚀、溶蚀、风蚀、海蚀、风化和重力崩塌等外动力作用下形成的具有陡崖坡的地貌(曾绍璇和黄少敏,1978;彭华,2000;郭福生等,2020)。在形成丹霞地貌的内外地质作用(即丹霞作用)中(郭福生等,2020),巨厚的红层是物质基础,断裂构造对丹霞地貌的形成和演化具有重要意义,不仅在红盆形成演化过程中,影响盆地的性质、沉积特征和沉积相的时空变迁(曾绍璇和黄少敏,1978;方文琼等,1988;林畅松等,2005;朱志军等,2012;李文灏等,2018),还在后期地貌发育过程中,产生大量的节理,影响外动力地质作用,并控制丹霞地貌的演化进程(曾绍璇和黄少敏,1978;郭福生等,2011、2020;朱诚等,2005;姜勇彪等,2010、2011;杨洪玉等,2011;李霞等,2013)。同时,构造活动也使红层的产状发生改变,影响地貌的坡面性质(姜勇彪等,2013)。

近年来,DEM技术(数字高程模型)被广泛运用于分析构造运动、提取河流阶地和划分地貌发育阶段等(Demoulin et al., 2007;施炜,2008;Font et al., 2010;Roberts et al., 2013;Mazzoli et al., 2014;Zhang Huiping et al., 2014;Domeneghetti et al., 2015;苏琦等,2017)。其中,面积—高程积分值和面积—高程积分曲线常被用来揭示地貌演化进程(高明星等,2015;谢超等,2017),也运用于丹霞地貌演化的研究(章桂芳等,2018),较好地揭示了丹霞地貌各演化阶段DEM数据特征及其对应关系。本文以江西省30余个中新生代红盆及其发育的228处丹霞地貌景观为研究对象,利用面积—高程积分法分析不同盆地及丹霞地貌区的地貌演化空间差异性,结合构造特征分析,讨论构造与红盆及丹霞地貌的演化关系。

1 江西丹霞地貌分布

江西位于欧亚大陆板块东南部,临近太平洋板块,地跨扬子与华夏两个古板块(图1)。自晚白垩世开始,研究区进入燕山陆内造山后的喜马拉雅伸展期,地壳强烈伸展拉张(Charvet et al., 1994;Lapierre et al., 1997;Shu Liangshu et al., 2009;Li Jianhua et al., 2012),沿区域性断裂拉开,发育了30余个断陷盆地,晚白垩世早期,堆积了巨厚的赣州群(K2G)砖红色陆相碎屑岩系,山麓及冲、洪积物广泛发育,局部有干热湖盆相石膏层、岩盐层沉积。晚白垩世晚期,断陷盆地中沉积了巨厚的龟峰群(K2GF)陆相红色碎屑岩系。随后大陆不断向北西方向掀斜、上隆。古近纪时赣东北、武夷山一带断陷盆地已基本封闭,沉积中心移至江西中西部,主要有武宁、清江、池江等盆地。在九岭山北麓武宁盆地和南侧的锦江盆地、清江盆地,堆积洪冲积相和湖相碎屑岩系,武宁盆地沉积地层为武宁群(EW),其它盆地称为新余组(E1-2x)。古近纪以来,随着太平洋板块的不断俯冲,江西区域地壳处于差异升隆阶段,这些红盆因抬升而遭受剥蚀,在盆地边缘、河谷及断裂带附近形成大量的丹霞地貌景观。截至目前,江西省内共发现丹霞地貌228处(图1),成为国内丹霞地貌最多的省份之一。

图1 江西丹霞地貌空间分布图Fig.1 Spatial distribution of the Danxia landform in Jiangxi ProvinceⅠ—赣东北密集区;Ⅱ—赣东密集区;Ⅲ—赣东南密集区;Ⅳ—赣中南稀疏区;Ⅴ—赣西北稀疏区;Ⅵ—赣中零星区。① 萍乡—绍兴叠接断裂带;② 赣东北对接断裂带;③ 赣江断裂带;④ 抚州—遂川断裂带;⑤ 鹰潭—安远断裂带;⑥ 崇安—石城—龙南断裂带Ⅰ—Dense area in northeastern Jiangxi; Ⅱ—dense area in eastern Jiangxi; Ⅲ—dense area in southern Jiangxi; Ⅳ—sparse area in central and southern Jiangxi; Ⅴ—sparse area in northwestern Jiangxi; Ⅵ—scattered areas in central Jiangxi. ① Pingxiang—Shaoxing superimposed fault zone; ② suture zone in northeastern Jiangxi; ③ Ganjiang fault zone; ④ Fuzhou—Suichuan fault zone; ⑤ Yingtan—Anyuan fault zone; ⑥ Chong’an—Shicheng—Longnan fault zone

(1)密集分布区:沿武夷山西北侧(图1,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ),自北东至南西分布的信江、南丰、石城、宁都、瑞金、版石、于都、会昌、留车等盆地中,分布着大量的丹霞地貌,是江西丹霞地貌最集中的分布区,以高大的石峰、石柱、赤壁丹崖等景观为特色,集中分布于各红盆边缘控盆断裂带附近,龙虎山、龟峰、通天寨、翠微峰、汉仙岩等便是其中的典型代表。

(2)稀疏分布区:在赣西北的修武盆地和赣中南的吉泰盆地、赣州盆地和龙南盆地等(图1,Ⅳ,Ⅴ),也分布一些丹霞地貌景观,主要沿修水河、赣江及其支流的阶地或盆地边缘断裂带附近分布,以较低矮的石峰、石崖为代表,分布面积一般较小,仅有少数被开发,如赣州的通天岩等。

(3)零星分布区:在赣中清江—鄱阳盆地带处于萍乐凹陷带(图1,Ⅵ),大部分区域被第四系覆盖,出露的红层区大都是低矮的圆丘,仅在一些盆地带的北侧或南侧盆地边缘断裂带附近,零星发育低矮的石峰、石崖等景观。

2 江西丹霞地貌演化阶段定量研究

基于DEM数据的面积—高程积分值(HI)和面积—高程积分曲线特征,Strahler (1952) 首先运用面积—高程积分对戴维斯的地理侵蚀理论(Davis,1899)进行了定量描述,其表现形式有面积—高程积分曲线和面积—高程积分值(简称HI)两类。当面积—高程积分曲线呈凸状,则地貌发育为幼年期,侵蚀量较少;当面积—高程积分曲线为“S状,则地貌发育为壮年期;当面积—高程积分曲线呈凹状,则地貌发育为老年期,侵蚀量较多;当面积—高程积分值(以下简称HI值) >0.6,则地貌发育为幼年期,当0.4

丹霞地貌发育于盆地中特定的层位,其相对高差值一般大于10 m,因此丹霞地貌区都已将其外围非丹霞地貌低矮的丹丘地貌剔除,其面积—高程积分值大于整个盆地红层分布区的值。此外,在确定面积—高程积分区域时,应将非红层区的DEM数据排除在外,否则其结果会偏离正常值,如章桂芳等(2018)在计算龙虎山遗产地时,没有考虑南部是非红层区,且均为高山,所以造成龙虎山全区为0.24而核心区为0.47;江郞山遗产地只将丹霞地貌核心区划归遗产地范围内,而将周边非丹霞地貌的红层区排除在外,因此计算出来的值代表着丹霞地貌核心区域内的值,而不能代表其所在的金衢盆地西部江山一带的值,因此偏年轻。判断丹霞地貌演化阶段时应充分考虑景观组合特征,根据中国丹霞世界遗产地6个丹霞地貌片区面积—高程积分值的特征及其存在的实际差异(彭华等,2013),本文使用丹霞地貌区不同演化阶段的面积—高程积分值为:幼年期(HI>0.6),青年期(0.45

2.1 丹霞地貌遥感影像选择

Landsat8卫星是美国2013年2月发射的陆地卫星计划的第八颗卫星,携带有陆地成像仪(OLI)和热红外传感器(TIRS) 2个传感器,共11个波段,其中OLI包含了ETM+传感器所有波段并对波段进行了调整,光谱信息丰富,同时成像时间较早,能一定程度上降低由于近年来植被覆盖率提高引起的对丹霞地貌目视解译的难度,相较于后发射的卫星,能满足丹霞地貌目视解译的需求。Landsat8数据下载后,借助ENVI5.3,结合百度影像、1∶20万地质图H5021幅(江西省)、1∶20万地质图G5015幅(江西省)、旅游平台数据等对影像中的丹霞地貌进行特征分析。由于丹霞地貌红色砂岩的光谱曲线在750～ 950 nm、2200 nm、2300 nm处的吸收峰明显(李鹏举,2016),750～950 nm为三价铁离子吸收峰,2200 nm 是黏土矿物吸收峰,2300 nm是碳酸盐类矿物吸收峰,根据Landsat8卫星参数特征,最终确定采取7、5、4波段组合对丹霞地貌进行识别和分析。岩层、土壤、植被、建筑物、水体等都是遥感影像上常见的物体,其在影像上的色彩特征、形状特征较为固定。丹霞地貌在影像上可通过色彩、形状、轮廓等特征识别,但不同的景观类型在影像的识别特征也不同。其中色彩特征是红层反射光谱特征的一种表现方式(姜勇彪,2010),也是解译丹霞地貌的重要标志之一。在Landsat8假彩色RGB (7, 5, 4)波段组合下的遥感影像中,水体呈现紫黑色,植被为草绿色,农田为青色,丹霞地貌裸露岩体是红色,山体阴影是黑色。

2.2 典型丹霞地貌区的演化阶段

2.2.1东部丹霞地貌区

东部地区是江西省内丹霞地貌最集中发育的地区(图1,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ),已发现丹霞地貌区点150余处,沿武夷山西北侧由北向南分布于信江、南城、石城、会昌等盆地。盆地多呈峡长线型,发育有高大崖壁的丹霞地貌。由于所处空间位置的成景系统的不同,丹霞地貌演化在空间上具有差异性,总体表现为北老南新。由于各盆地内不同位置的成景系统也存在着差异,同一盆地不同部位的丹霞地貌演化进程也不一样。东部及南部红盆典型丹霞地貌区的积分值和积分曲线见表1和图2。

表1 江西省典型丹霞地貌区面积和高程及面积—高程积分值Table 1 Area, elevation and hypsometric indexes of the Danxia Landform sites in Jiangxi Province

图2 江西省丹霞地貌面积—高程积分曲线: (a) 东部北段红盆丹霞地貌区;(b) 东部南段红盆丹霞地貌区;(c) 中部红盆丹霞地貌区;(d) 西部红盆丹霞地貌区Fig.2 Hypsometric curves of the Danxia landform sites in Jiangxi Province: (a) red basin Danxia landform area in northern section of eastern Jiangxi;(b) red basin Danxia landform area in southern section of eastern Jiangxi;(c) central red basin Danxia landform area;(d) western red Basin Danxia landform area

2.2.1.1信江盆地丹霞地貌演化阶段

信江盆地是江西省内丹霞地貌发育最典型的区域之一,已发现丹霞地貌区(点)42处,其中龙虎山、龟峰是“中国丹霞”世界遗产地之一,成景地层有茅店组、河口组、莲荷组、塘边组红层。受江绍断裂及南侧武夷山隆起的影响,并且盆地内红层的沉积相存在空间上的差异,在信江及其支流的长期侵蚀作用下,盆地内形成众多类型各异的丹霞地貌景观,其演化进程也存在差异。依据实际野外考察及面积—高程积分法分析,红层盆地内丹霞地貌的演化阶段是壮年晚期至老年晚期,具体如下:

龙虎山景区位于盆地西南侧,以石墙、石峰、峰林、残丘和孤峰等地貌景观为主,其面积—高程积分值(HI)为0.31,面积—高程积分曲线呈下凹状(图2a④),演化阶段处于壮年晚期至老年早期,主要以壮年晚期为主,与其以大量石峰为主的景观类型相符,原有对其地貌演化阶段的划分偏老(彭华等,2000、2013)。

贵溪仙人桥景区位于盆地中部信江南岸,以石墙、石崖、石峰、峰林、岩洞、天生桥等为主,HI为0.43,面积—高程积分曲线呈上凹下凸的S形(图2a②),属于壮年早期,与已有划分为青年期为主的演化阶段较相符(姜勇彪,2010)。

弋阳龟峰丹霞地貌区包括龟峰景区和南岩寺景区及其周围的丹霞地貌,位于盆地中部信江南侧,地貌上以石峰、峰林、石崖、石墙、造型石为主,此外,龟峰景区多见呈带状分布的石峰、峰林及连片顶部裸露的丹霞丘陵。弋阳龟峰丹霞地貌区HI为0.17,面积—高程积分曲线呈下凹状(图2a⑥),演化阶段为老年中期,其周围发育的较为低矮的丹霞残丘处于老年晚期。

2.2.1.2南城盆地丹霞地貌演化阶段

南城盆地呈北北东向分布于武夷山中段西麓北侧,纵跨南城、南丰和广昌3县,盆地内出露白垩纪和古近纪红层,抚河由南向北从盆地中部穿过。成景地层为上白垩统河口组和古近系新余组。盆地内发育据仙庵、都军山、从姑山、横石山、滴水岩等29处丹霞地貌景观,以石墙、石寨、石峰、峰林和丹丘为主,HI范围为0.22～0.49之间(图2a①,③,⑤)。面积—高程积分曲线总体呈下凹状,地貌演化处于青年晚期至老年早期,以壮年晚期为主。位于南城醉仙湖东侧的据仙庵是其中代表,发育丹霞石峰、石梁、石崖、洞穴等景观,HI相对较大,为0.49(图2a①),属于青年晚期丹霞地貌景观。

2.2.1.3石城盆地丹霞地貌演化阶段

石城盆地位于武夷山中段西麓,呈北北东向展布,盆地东侧河源—邵武断裂为控盆断裂,赣江支流琴江自北东向南西流过盆地,通天寨、河石寨、马石寨等24个丹霞地貌区分列于两岸,94.4%的景观成景地层为河口组砾岩、含砾砂岩,茅店组仅占5.6%(姜勇彪等,2015)。典型的景观有丹霞石寨、石崖、石峰、峰林、龟裂石等,其中以盆地东北缘的通天寨最为典型,发育“斜顶”的峰林、峰丛石寨等景观。盆地中部可见一些“圆顶”丹霞景观。石城盆地各丹霞地貌HI在0.26～0.49之间(图2b),地貌演化阶段变化较大,处于青年晚期至老年早期之间,以壮年晚期和老年早期为主(图2b)。

2.2.1.4会昌盆地丹霞地貌演化阶段

会昌盆地位于武夷山南段西麓,受邵武—河源断裂带影响,盆地呈北东向狭长线状分布,盆地内河流较为发育。盆地内出露上白垩统茅店组、周田组和河口组的巨厚层砾岩、砂砾岩。茅店组红层主要分布于盆地东部,周田组主要分布于盆地西部,河口组主要分布在紫云山周围(陈姗姗和姜勇彪,2015)。丹霞地貌分列于盆内两侧边缘及中间河岸地带,已发现22处丹霞地貌区点,主要集中于盆地的中南部。典型的丹霞地貌区有汉仙岩、滴水岩、万岁岩、龙门阁、紫云山等,以石峰、石崖、嶂谷等景观为主,HI在0.27～0.42之间,面积—高程积分曲线呈上凹下凸的S形(图2b④、⑤、⑥),总体处于壮年早期至老年早期演化阶段。

2.2.2中部丹霞地貌区

江西中部由北向南分布着抚州、吉泰、赣州、信丰、龙南等盆地(图1Ⅳ—Ⅴ),发育的丹霞地貌较东部地区少,目前仅发现30处,主要分布于抚州盆地、赣州盆地和龙南盆地等,丹霞地貌演化阶段以壮年期为主,北侧抚州盆地已步入老年早期阶段,具有北老南新特征。

2.2.2.1抚州盆地丹霞地貌演化阶段

抚州盆地位于江西省中东部,受北东向的遂川—德兴断裂带影响呈北东东向展布,抚河及其支流崇仁河流经盆地,丹霞景观主要发育在崇仁盆地和宜黄等次级盆地。盆地内出露茅店组、河口组、塘边组、莲荷组等红层,发育了太极岩、仙岩山、石桥古寺、龙骨渡崖、大石楼等丹霞地貌区,以丹霞穿洞、石峰、石崖、石柱等景观为主,总体处理青年期至壮年期。

宜黄盆地内发育太极岩、仙岩山和殷坊等丹霞地貌区,成景地层为莲荷组砂砾岩,地貌景观以丹霞石拱、穿洞、石峰、造型石等为主(汪震和姜勇彪,2019)。HI为0.38～0.52,积分曲线为上凹下凸S形,地貌演化处于壮年晚期(图2c①、②、③)。

2.2.2.2赣州盆地丹霞地貌演化阶段

赣州盆地呈北东向分布于赣中南部,盆地内出露茅店组、周田组和河口组等红层。该区共发现9处丹霞地貌,在盆地北部有读书岩、宝石寨、定光山、横石寨等,南部有通天岩、狮子脑等。以丹霞石峰、石墙、石崖、石寨为主,HI处于0.34～0.44之间,地貌演化处于壮年早期至壮年晚期之间,以壮年晚期为主(图2c④⑤⑥)。

2.2.2.3龙南盆地丹霞地貌演化阶段

龙南盆地位于江西省南部的三南地区,处于南岭山脉东段,为一系列山间小型盆地,盆地内零星出露茅店组和河口组红层,发育小武当山、马头寨、九连山为代表的丹霞地貌区,以青年期至壮年期丹霞地貌为特色。小武当山丹霞地貌发育于河口组,以丹霞石峰、石墙、峰林等景观为主(管文娟等,2018),HI为0.46(图2c⑦),处于青年晚期至壮年早期之间。马头寨丹霞地貌区HI为0.51(图2c⑧),地貌演化处于青年晚期。陂头镇丹霞地貌区以丹霞石峰、残丘出露,多为地势较矮的丹霞残丘,其HI为0.37(图2c⑨),处于壮年期。

2.2.3西部丹霞地貌区

江西省西部分布着铜鼓、修水和武宁等盆地(图1),现已发现17处丹霞地貌,丹霞地貌以壮年期景观为特色。

2.2.3.1铜鼓盆地丹霞地貌演化阶段

铜鼓盆地位于西北部铜鼓县境内,盆地内沉积晚白垩世周田组、茅店组红层,发育七重门、铜鼓石和天柱峰等丹霞地貌区,以丹霞石墙、石峰为主,其HI分别为0.37和0.34(图2d①、②),其地貌演化阶段为壮年晚期。

2.2.3.2修水—武宁盆地丹霞地貌演化阶段

修水盆地和武宁盆地东西连接(常合称为修武盆地),受北东东向的修水—德安断裂带影响,盆地平面呈菱形,北东东向分布,出露地层以晚白垩世河口组、塘边组和古近纪武宁群红层为主。盆地内丹霞地貌有倒坐湾、东虎寨、十二坊—厚家源、清江—庙岭、球场峡、螺丝顶等。东虎寨丹霞地貌区位于修水盆地南部山间小盆地内,在武宁群磨下组砂砾岩、含砾岩之山发育了丹霞丘陵、石峰景观,HI为0.37,演化阶段为老年早期。倒坐湾丹霞地貌区位于修武盆地西部,成景地层为河口组砾岩、砂砾岩夹含砾岩,以丹霞石峰、丘陵景观为主,HI为0.37(图2d③),演化阶段为老年早期。螺丝顶、十二坊—厚家源、清江—庙岭、球场峡等丹霞地貌区自西向东分布在修水—武宁盆地内,成景地层主要为河口组砾岩、砂砾岩夹含砾岩,发育丹霞石峰、石墙等景观。HI为0.43～0.51,其中螺丝顶的HI为0.44(图2d,④),地貌演化处于壮年早期。

3 构造对丹霞地貌演化的影响

3.1 丹霞地貌的构造控制因素

Davis(1899)明确指出构造因素在地貌的形成过程中起重要作用,认为在构造迅速抬升之后,受河流侵蚀作用,地形要经历幼年、壮年和老年等阶段,最后发展成准平原。此后,如果再次发生构造抬升将重复上述演化过程。该模式简明实用,是地貌学发展里程碑式的成果。Thomas和Allision(1993)认为不均匀分布的河流、断裂构造及断裂活动等也会影响到地貌演化进程。从野外丹霞地貌调查的角度来看,流水冲蚀作用沿垂直节理进行冲蚀,致使崖壁和地面快速形成竖状沟槽、竖状洞穴、落水洞等景观(郭福生等,2020)。总体来看,断裂构造对丹霞地貌发育的控制作用表现为三种方式:一是区域断裂活动控制红盆地的演化,并控制盆地内沉积相的变迁,影响盆地内岩石类型的空间差异,从而影响后期地貌空间上的差异;二是红盆边界断裂的活动,引起盆地内不同部位的差异性升降,靠近盆地边缘断层带附近,断块差异抬升强烈(郭福生等,2007、2011),而远离断层的盆地中部受断层的影响较弱,差异升降较小。因此,盆地内红层的产状呈规律性变化,由盆地中心向盆地边缘,地层的倾角逐渐增大(姜勇彪,2010);三是由于边界断裂的活动,在断裂带附近产生派生节理,其节理密度常与断层的距离有关。节理构造与外动力作用共同控制盆地的不同位置形成各具特色的丹霞地貌景观类型组合。

3.2 断裂对江西丹霞地貌的控制探讨

江西红盆多数为断陷盆地(舒良树等, 2004;董长春等,2023),盆内地层的产状从边缘向盆地中部也逐渐变缓。在盆地边缘带,形成的丹霞地貌具有“顶斜”的特征,如信江盆地中部的龟峰和南岩寺丹霞地貌区,龟峰处于盆地的南缘边界地区,受白马山断裂带活动的影响,地层产状向北倾,倾角达40°,发育“顶斜”丹霞地貌,而盆地中部南岩寺地层近水平,发育“平顶”的圆丘型丹霞地貌(姜勇彪,2010)。此外,由于边界断裂活动的空间影响,丹霞地貌发育的进程也不一样,边界断层强烈的抬升作用下,盆地边缘的红层先遭受剥蚀,在差异抬升作用下,形成具有高大崖壁的丹霞地貌景观,而在盆地内部,基底抬升相对较小,在外动力作用下,形成相对矮小的“顶平”的丹霞地貌。盆地边缘的丹霞地貌在影像上呈现的特征为纹理清晰,坡面广泛裸露,顶部多被植被覆盖,岩体呈明显的长条、方块状,但也有例外,如上饶月岩岩体向南南西向、南南东向呈近90°弯曲,但崖壁和顶部罕见植被覆盖;或山体植被茂密,裸露岩体较少,但可目视解译出有数量众多的长条状、方块状岩体凸出于山体表面。而修水天柱峰丹霞地貌的影像特征不明显,无法从影像中解译。

区域控盆断裂活动不仅影响盆内红层产状的变化,也控制了节理的发育。在一些断陷盆地内,受控盆断裂的影响,在盆地边缘红层中形成大量近于平行边界断裂的节理,产状竖直,延伸远,产状稳定,形成单斜山、石墙、石梁等景观,如信江盆地的排衙石景区红层内发育两组节理(图3a),组成网格状节理系,将红层切割成大小不一的方块状,经流水等外动力作用形成峰林、石峰等景观。

图3 江西典型丹霞地貌区线性节理构造及玫瑰花图: (a) 信江盆地龙虎山;(b) 信江盆地龟峰;(c) 南丰盆地杨梅寨;(d) 兴国盆地燕子岩;(e) 石城盆地通天寨;(f) 会昌盆地紫云山Fig.3 The fault structure of the typical Danxia landform area in Jiangxi Province: (a) Longhu Mountain, Xinjiang Basin; (b) Guifeng Peak (Turtle Peak), Xinjiang Basin; (c) Yangmei Village, Nanfeng Basin; (d) Yanzi rock, Xingguo Basin; (e) Tongtian Village, Shicheng Basin; (f) Ziyun Mountain, Huichang Basin

在一些特殊构造部位,由于受多条断层活动的控制,节理不仅密度大,而且呈网格状的节理系,红层被切割成方块状,在外动力地质作用下形成峰林、峰丛型丹霞地貌,如在弋阳龟峰丹霞地貌分布区,红层内发育NE、NEE、NW向3条产状不同的主断层,受其影响,该地区也发育三组节理系(图3b),形成网格状,将红层切割成大小不一的方块状,在外动力地质作用下形成峰林、石峰等,且造型地貌特别丰富多样(姜勇彪和华琳,2018)。红层中的节理,也控制一些造型景观的发育,如石城通天寨的龟裂凸包景观,该景观在盆地东侧的NE向寻乌—瑞金断裂的作用下,在红层中产生大量的NEE、NW向节理,其中一些大型的节理,控制着石峰、石墙的崖壁走向(图3c),一些小型节理则控制龟裂凸包中龟裂纹的走向,如仙人犁田景点的龟裂纹走向(姜勇彪等,2013)。

由于断裂带空间上产状的变化,在红盆不同部位形成不同走向的节理组,如在会昌盆地的紫云山一带(图3d),寻乌—瑞金断裂带在此处产状发生变化,由北东向转为北西向,红层中的节理产状也发生规律的变化,从北向南,由NWW、NEE两组节理,向南变成NW、NE向,在断裂带附近还发育近EW向的节理,在这些节理的控制下,石墙、石峰的走向也发生相应的变化。石城盆地通天寨及会昌盆地紫云山亦是类似的情况(图3e, f)。依据摩尔—库仑的岩石破裂准则,当摩尔应力圆与摩尔包络线相割,应力超出岩体的抗剪强度,岩体发生脆性破裂,结合江西典型丹霞地貌区断裂构造发育情况,推断造景节理的发育应为近地表的脆性环境。此外,摩尔应力圆与摩尔包络线间的几何关系可得在岩石的极限平衡条件下,破坏面与最大主应力轴(σ1)作用面间的夹角αt为:

武夷山脉呈弧形,从福建凸向江西,主要的丹霞地貌分布在武夷山脉的江西一侧(图5),江西典型丹霞地貌区断裂构造的夹角为70°～110°,如果丹霞地貌中的节理受控于来自武夷山方向的挤压主应力,那么这些节理的主应力方向应指向武夷山,然而从当前的遥感分析结果来看并非如此(图3),指示节理构造的成因可能与武夷山的隆升没有必然联系。这一推论与丹霞地貌的演化受武夷山的构造隆升控制并非矛盾,具体分析如下:丹霞地貌是发育有陡崖的红色砂岩地貌(郭福生等,2020),陡崖常是剪切节理所致,流水、风等外营力沿节理作用,形成赤壁、竖状洞穴等造形景观。江西境内沿武夷山一带分布的控制丹霞地貌成景的节理是水平挤压的产物,脆性特征明显,特别是在龙虎山丹霞景区(图3a)。剪切节理与武夷山的隆升是否有直接因果关系?丹霞地貌的红色砂岩在古太平洋板块俯冲后撤引发陆内岩石圈伸展的大地构造背景下形成(周术召等,2016;Liu Jiaxuan et al., 2020;陈昌昕,2022;徐峣等,2022),但是,鹅湖岭组(K1e)大规模的岩浆作用之后, 早白垩世武夷群(K1W)与火把山岩群(K1H)之间的角度不整合指示存在一期短暂的构造挤压事件, 早白垩世晚期, 峡江—广丰一带再次进入伸展环境, 形成石溪组(K1s)和冷水坞组(K1l)沉积,之后,该地区再次受到挤压隆升, 形成K1—K2之间的角度不整合(黎广荣等,2019)。古近纪以来,华南地区缺少大规模的挤压事件(吴富江等,2017),可能存在隆升幅度较小的区域,刘国盛(2020)的研究结果显示丹霞地貌的隆升时间可能在39 Ma、21 Ma和13 Ma等时间段。

3.3 武夷山构造隆升对演化阶段的制约

江西周边的武夷山脉北高南低,北部平均海拔达1300余米,南部约650 m,平均海拔700余米,向信江盆地、石城盆地、抚崇盆地、吉泰盆地、修水盆地方向,海拔逐渐降低,高差在600 m左右。在ArcGIS10.2中设置缓冲距离为40 km,对武夷山脉作多级缓冲区分析。将分析结果和丹霞地貌叠加,得到各缓冲区距离覆盖的丹霞地貌数量(图4,图5),结果显示武夷山脉120 km内发育的丹霞地貌数量占江西省的88%,平均海拔为200～400 m。34%发育在距离武夷山40 km范围内,38%发育在40～80 km范围内。17%发育在80～120 km范围内,集中分布在抚州、宜黄、赣州一带,平均海拔较低,仅100余米。总体分布特征是自西向东呈递增趋势,在距武夷山80 km处附近达到顶峰。此处发育的丹霞地貌接近80处,占江西省的37%。

图4 江西省丹霞地貌在武夷山缓冲区内的数量分布Fig.4 The distribution of the Danxia landform of Jiangxi Province in the buffer zone of Wuyi Mountains

图5 江西省丹霞地貌的分布与武夷山脉的关系Fig.5 The relationship between distribution of the Danxia landform in Jiangxi Province and the Wuyi Mountains

依据江西省丹霞地貌点、面和对应的面积数据,使用ArcGIS10.2中的自然间断点法将丹霞地貌的面积分为5个等级(图6)。小型丹霞地貌数量最多,占江西省的78%,较大型和大型丹霞地貌最少,分别为0.05%。大型丹霞地貌仅有3处,分别是鹰潭龙虎山、贵溪仙人桥、南城里山塘—横山石。较大型丹霞地貌亦有3处,分别是石城油萝岩—木鱼寨、南城据仙庵、南城棺石寨。中型丹霞地貌分布在南城盆地中南部、赣州东北部和上饶龟峰。小型丹霞地貌和较小型丹霞地貌是江西省丹霞地貌的主要组成部分,在江西省各丹霞地貌分布区均有发育。在江西省东部,各级规模的丹霞地貌均有分布,江西省中西部地区,丹霞地貌的规模整体上小于东部(图6,图7)。

横向上,江西省发育的丹霞地貌面积大小由西向东有递增趋势,在信江盆地中西部、南城盆地、石城盆地达到大型和较大型的丹霞地貌;纵向上,江西省发育的丹霞地貌规模由南北两端向中部增加,北部信江盆地中东部和南部寻乌—瑞金盆地发育的丹霞地貌以小型和较小型为主,自石城盆地到信江盆地中西部,出现中型以上丹霞地貌(图7)。因此,江西省丹霞地貌规模的空间特征可总结为:距武夷山脉越近,发育中型及以上丹霞地貌的可能性越大,距离武夷山脉越远,更可能发育较小型和小型丹霞地貌。这种特征主要可能与武夷山隆升有关,即距离武夷山越近,地壳抬升速率较快,河流下切作用明显,为高大崖壁、峰林、峰丛、石寨等丹霞地貌景观的形成提供了条件。在远离武夷山的地区,如赣北鄱阳盆地,尽管红层面积大,但盆地属于构造沉降区,地势低洼,没有丹霞地貌发育。在赣西北地区,丹霞地貌仅在山间小盆地内有所发育。在赣中南地区,受赣江断裂带、遂川断裂带、南岭断裂带控制,发育一系列红层盆地和丹霞地貌,但丹霞地貌的规模与景观的典型性远不如武夷山西北部。

4 结论

(1)晚白垩世至古近纪,江西省内一些区域性断裂活动,形成了30余个断陷红盆,沉积了巨厚的红色陆相碎屑岩沉积,为新生代以来的丹霞地貌形成提供了物质基础。目前已发现228处丹霞地貌区(点),主要分布于武夷山北麓的信江盆地,西麓永丰盆地、瑞金盆地、会昌盆地、车留盆地、于都盆地、宁都盆地、版石盆地,以及江西西北部的修武盆地、铜鼓盆地。赣中的抚州—崇仁盆地、吉泰盆地、赣州盆地和信丰盆地只在盆地边缘带或河流阶地处发育少量丹霞地貌,处于萍乐凹陷带的萍乡—鄱阳盆地带则很少发育丹霞地貌。

(2)基于面积—高程积分方法的定量分析表明,省内丹霞地貌景区的面积—高程HI为0.17～0.52,平均为0.38,东部地区红盆丹霞地貌演化阶段主要为壮年晚期至老年早期,其在空间上具有由南向北地貌演化阶段由壮年期转为老年期,南部地貌演化较北部年轻。中部地区盆地的丹霞地貌演化阶段从壮年晚期至老年晚期,其在空间分布上与东部地区盆地一致,具有由南向北其演化阶段由年轻变老的规律。西部地区红层盆地丹霞地貌演化阶段以老年期为主。

(3)流水侵蚀等外营力的作用对丹霞地貌的剥露、削平起重要作用,统计表明距离武夷山越近,丹霞地貌山峰越密集、崖壁越陡峻,指示武夷山的隆升与丹霞地貌的发育有直接关系。总体来看,江西省内的红层为丹霞地貌的发育提供了物质基础,武夷山的隆升控制了丹霞地貌的分布。值得注意的是,丹霞地貌区的节理构造是否与武夷山的隆升存在因果关系还需进一步研究。