楊鴻連韋京蓮劉連剛
北京市地質(zhì)研究所西城區(qū)黃寺大街24號100011
摘要：中國巖溶地貌發(fā)育非常廣泛，約占國土面積的七分之一強（125萬平方公里），但南方和北方的巖溶地貌在形態(tài)上是完全不相同的。南方的巖溶地貌纖巧秀麗，北方的則粗獷豪放，這是由巖石、氣候、構(gòu)造三大因素造成的。南方的巖溶地貌是以溶蝕作用為主形成的，而北方的巖溶地貌則是以構(gòu)造沖蝕作用為主形成的。
關(guān)鍵詞：巖溶、沖蝕、十渡地貌
我國碳酸鹽巖類巖石分布面積非常廣泛，約占國土面積的七分之一強（125km2），所以巖溶地貌在我國廣泛發(fā)育，特別是西南諸省，其中廣西、云南、貴州三省巖溶地貌占全國巖溶地貌面積的一半以上。廣西桂林山水、云南路南石林都是聞名遐邇的巖溶景觀，由此可以看出，巖溶地貌是科學(xué)性和觀賞性結(jié)合得異常完美的產(chǎn)物。但是，在中國廣袤的大地上，南方和北方的巖溶地貌無論在形成機理上，仰或在形態(tài)上都有很大的區(qū)別：南方的巖溶地貌纖巧、秀麗，北方的巖溶地貌則顯得粗獷、豪放，這種差異的出現(xiàn)是與一個地區(qū)地貌形成的控制因素有極大關(guān)聯(lián)的。
1 十渡地貌的提出
地貌是自然環(huán)境的重要組成要素，同時又是影響環(huán)境的重要條件。一種地貌類型的形成實質(zhì)上是地球內(nèi)外營力相互矛盾、相互制約的過程。一般講地貌成因類型取決于三大要素即氣候條件（外力作用）、巖石類型（物質(zhì)基礎(chǔ)）、構(gòu)造狀況（內(nèi)力作用）。筆者在全面考察了北京房山世界地質(zhì)公園十渡－河北省野三坡－白石山的地質(zhì)、地貌后，根據(jù)上述三大要素，我們提出 “十渡地貌”這一地貌理念，與各位同仁共同商榷。
“十渡地貌”的定義是指：賦存于華北地區(qū)廣泛分布的中元古界薊縣系霧迷山組燧石條帶白云巖中的地貌，地層特征是巖層厚度巨大、產(chǎn)狀平緩、垂直節(jié)理發(fā)育。這是由于自更新世開始，特別是晚更新世以來，受新構(gòu)造運動影響，在華北地區(qū)普遍出現(xiàn)的半干旱與半溫濕、冷暖頻繁交替的氣候條件下形成的一種巨型“構(gòu)造－沖蝕巖溶地貌”。
巖溶又稱“喀斯特”。喀斯特原是克羅地亞西北部石灰?guī)r高原的一個地名，那里發(fā)育著各種奇特的石灰?guī)r地貌，十九世紀末前南斯拉夫?qū)W者司威伊奇（J.Cvijic）在研究了這個石灰?guī)r高原的各種地貌特征之后，把這種奇特的地貌現(xiàn)象稱之為“喀斯特”。由此之后，喀斯特一詞便成為世界各國石灰?guī)r地貌的通用專業(yè)術(shù)語，它特指由巖溶作用形成的地形地貌。我國曾在1966年全國巖溶學(xué)術(shù)會議上，建議把喀斯特改為巖溶，但在1981年又議定“喀斯特”和“巖溶”可以通用。
實際上，巖溶是指地下水和地表水對可溶性巖石的破壞和改造作用及其所形成的水文現(xiàn)象和地貌現(xiàn)象。這里有兩點需加以注意，一是主觀上要有可溶性巖石，二是客觀上要有地表水或地下水的參與，二者缺一不可。
2 發(fā)育分布特點
“十渡地貌”發(fā)育在太行山與燕山銜接部位的中、低山區(qū)，這里是華北板塊的中部，同時也是太行山隆起、燕山型陸內(nèi)造山作用和新構(gòu)造運動表現(xiàn)強烈的地區(qū)之一。自北京房山十渡－霞云嶺地區(qū)至河北省野三坡、百里峽、白石山，在上千平方公里的范圍內(nèi)，“十渡地貌”表現(xiàn)的蔚為壯觀，這里有直立陡峻的巖壁；線條剛直、棱角分明的半面山、巖峰、塔狀山、墻狀山、板狀山、棱柱山以及兩壁對峙的峽谷、嶂谷、“一線天”巖縫等。十渡地貌的最大特點是：從正面看有如山峰林立，但從側(cè)面觀察，“峰叢”與巖壁緊貼在一起，恰似“巖壁上的浮雕”。如十渡地區(qū)的筆架山（照片1）、蝙蝠山；圣蓮山的蓮子峰；白石山的大理巖峰叢（照片2）；野三坡百里峽的嶂谷（照片3），就是這類地貌的代表?？梢哉f“十渡地貌”是太行山－燕山地區(qū)“構(gòu)造－沖蝕巖溶地貌”中非常具有特色的重要組成部分，在中國北方巖溶地貌中具有典型意義和廣泛的代表性。
3 十渡地貌形成與控制因素分析
3.1 巖性對十渡地貌的影響和控制
形成十渡地貌的地層為距今1200Ma年前沉積形成的中元古界薊縣系霧迷山組地層。巖性為中厚層狀、厚層狀含燧石條帶白云巖及硅質(zhì)白云巖，沉積厚達500m以上。地層總體產(chǎn)狀平緩，傾角一般不超過10°。
霧迷山組燧石條帶白云巖巖性致密、堅脆，是碳酸鹽巖中比較難溶蝕的巖石。在十渡地區(qū)曾對白云巖中的（Ca、Mg）CO3進行過“巖溶測試”，結(jié)果表明，園區(qū)的白云巖CaO和MgO的溶蝕量都很低，年溶蝕量普遍在100mg以下，為11.18m3/km2·a。這就表明霧迷山組燧石條帶白云巖在巖溶作用過程中，化學(xué)溶蝕不是主導(dǎo)作用。
由于出露在這里的中元古界薊縣系霧迷山組燧石條帶白云巖其巖石結(jié)構(gòu)致密、性脆，溶蝕度和溶解度均較低，巖石的力學(xué)強度低，機械破壞量較大。這些巖石特征表明了巖石因難于受化學(xué)溶解而不易被整體破壞，但另一方面卻有利于流水的沖蝕、切割作用和機械崩解作用的發(fā)生，造成局部的塊體移動。
3.2 古氣候?qū)κ傻孛驳挠绊?/p>
華北地區(qū)古氣候演化是由上新世早期“亞熱帶濕熱氣候”→上新世晚期“北亞熱帶半濕潤氣候”→早更新世早期“溫暖帶氣候”→早更新世晚期“冰緣氣候”→中更新世“溫帶潮濕氣候”→晚更新世至今“溫帶半干旱氣候”環(huán)境。
古氣候?qū)Ρ緟^(qū)巖溶地貌的形成與演化至關(guān)重要，這套巖層在溫帶半干旱半濕潤氣候中，曾反復(fù)出現(xiàn)多次干冷和暖濕氣候的交替，極大地促進了巖石中的裂隙擴大和物理風(fēng)化剝落的進程。
3.3 構(gòu)造節(jié)理對地表巖溶地貌的控制
十渡地貌是由板狀山、墻狀山發(fā)展而成的。其形成機理是燕山晚期E-W向張節(jié)理導(dǎo)控形成的E-W向板狀、墻狀山，被喜馬拉雅期N-S向張節(jié)理及燕山晚期NNW向剪節(jié)理分割形成多個“巖柱”和 “峰叢”。同時喜馬拉雅期NE向剪節(jié)理與燕山早期NNE向的剪節(jié)理，也參與對峰叢地貌的塑造。
中生代以來華北地區(qū)一直處在“燕山型陸內(nèi)造山強變形帶”的范圍內(nèi)，受不同時期周鄰板塊的擠壓，巖層中產(chǎn)生了5期宏大的透入性節(jié)理，這些構(gòu)造節(jié)理對本區(qū)地表巖溶地貌的形成具有明顯的控制作用。巖石中發(fā)育的垂直共軛節(jié)理、裂隙其密度非常大，一般密度大于5條／米，最密大可達近20條／米。一個觀測點常有3～4組節(jié)理交叉，傾角一般都大于80°。密集發(fā)育的節(jié)理、裂隙為物理風(fēng)化剝蝕作用提供了極為有利的基礎(chǔ)條件，垂直節(jié)理更有利于肢解巖層，由此便形成了“十渡地貌”中極具代表性的邊坡陡崖和棱角分明的石柱、石墻、塔狀山、嶂谷等。在這些地貌形態(tài)中，可以清晰的看到在巖石表面保留著不同方向、棱角分明的解理面（照片4）。
另一個導(dǎo)致“十渡地貌”形成的構(gòu)造因素是新構(gòu)造運動。新近紀上新世以來，華北地區(qū)一直處于強烈的間歇性抬升過程之中，有資料顯示，新構(gòu)造運動以來北京西山地區(qū)的抬升幅度在500m以上。如此大的抬升幅度使巖石的崩塌作用更易發(fā)生，同時流水的沖蝕切割作用也會十分強烈，在大量節(jié)理裂隙的配合下，非常有利于深切峽谷的形成。
我們從溝谷堆積、坡積物中也可得到構(gòu)造影響的佐證，在“十渡地貌”發(fā)育的地區(qū)，堆積和坡積物主要是以崩塌、垮落的巖屑、巖塊為主。
3.4河流侵蝕作用對十渡地貌的影響
流經(jīng)華北地區(qū)的河流具有相當(dāng)多的共性，即化學(xué)逕流模數(shù)與年侵蝕模數(shù)之比均較低。以流經(jīng)白石山、野三坡、十渡地區(qū)的拒馬河為例：拒馬河在十渡地段年化學(xué)逕流模數(shù)與年侵蝕模數(shù)之比僅為“0.11:1”，這是因為拒馬河從源頭開始，大多在碳酸鹽巖地區(qū)流動。干旱季節(jié)，河水中方解石和白云石離子含量已基本達到飽和狀態(tài)，進入十渡地段后，已不再具有溶蝕能力，進而以侵蝕—沖蝕作用為主。進入雨季后，拒馬河侵蝕能力加強，對本區(qū)白云巖地形沖刷切割起重要作用。尤其是山洪瀑發(fā)時，對巖石的沖刷切割更為強烈，拒馬河兩岸的陡壁就是在河流強烈沖蝕切割下形成的。
奔流在太行山間的拒馬河及其支流由于受優(yōu)勢節(jié)理裂隙方位的控制形成了一個格狀水系，支流水系常與主流干道成直角或逆流相交。順直的河谷具有更加強烈的下切侵蝕動力，所以常導(dǎo)致支流水系兩側(cè)的山體崩塌形成陡壁。由于受優(yōu)勢節(jié)理方位的控制，拒馬河干流發(fā)育為一條蜿蜒曲折的蛇形河曲，而且曲流的曲率很大。這種作用的結(jié)果是在河流的凹岸由于沖刷侵蝕使巖石產(chǎn)生崩塌，形成高大陡峻的懸崖，凸岸則形成淺灘。
綜上所述，“十渡地貌”是在更新世以來，尤其是晚更新世以來地殼多次間歇性快速抬升和古氣候環(huán)境冷暖頻繁交替的條件下，物理風(fēng)化＞化學(xué)風(fēng)化作用的結(jié)果。
在華北地區(qū)也發(fā)育眾多的巖溶洞穴，這些溶洞群與廣泛發(fā)育在地表的十渡地貌在形成機理、形成時間上都有明顯的不同：（1）溶洞群大都發(fā)育在寒武－奧陶系石灰?guī)r和鐵嶺組灰質(zhì)白云巖中，這些巖石的溶蝕度和溶解度都大于形成“十渡地貌”的霧迷山組燧石條帶白云巖。（2）溶洞群發(fā)育在唐縣期之前（即2.60MaBp），那時整個華北地區(qū)長時間處于亞熱帶溫?zé)釢駶櫟臍夂驐l件下，構(gòu)造相對比較穩(wěn)定，這與早更新世以后尤其是晚更新世時期形成“十渡地貌”時的溫帶半干旱并歷經(jīng)數(shù)次冷暖變化的氣候條件有極大的區(qū)別。同時，形成“十渡地貌”時期地殼處于不穩(wěn)定的頻繁間歇性抬升階段。
從嚴格意義上講，“十渡構(gòu)造－沖蝕巖溶地貌”不具備真正的 “峰林”的特征，而是處于“峰叢”發(fā)展階段，它與中國南方以及世界各地?zé)釒?、亞熱帶潮濕氣候條件下形成于顯生宇（543MaBp以來）石灰?guī)r中的，表面布滿溶蝕溝槽、形狀千姿百態(tài)的成熟型峰叢、峰林地貌有明顯的不同。這是由于那些地區(qū)在形成峰叢、峰林地貌時氣候濕熱，石灰?guī)r溶蝕速度快，因此早期喀斯特地貌在這些地區(qū)保留時間不會太長，這是中國南方早期構(gòu)造－沖蝕地貌保存不多的原因，也是中國南、北方喀斯特地貌的差異之處。
[1] 楊景春，《地貌學(xué)教程》1985，高等教育出版社
[2] 蔣忠誠等，《北京西山巖溶》1996，廣西師范大學(xué)出版社
[3] 鮑亦岡等，《北京百年地質(zhì)研究》 2001，地質(zhì)出版社
