信江盆地構造特征及其與丹霞地貌關系研究

姜勇彪, 郭福生, 劉林清, 胡中華, 吳智勇, 吳志春

(1.東華理工大學地球科學學院,江西撫州 344000;2.龍虎山風景區國土資源局,江西鷹潭 335000)

信江盆地構造特征及其與丹霞地貌關系研究

姜勇彪1, 郭福生1, 劉林清1, 胡中華2, 吳智勇2, 吳志春1

(1.東華理工大學地球科學學院,江西撫州 344000;2.龍虎山風景區國土資源局,江西鷹潭 335000)

構造活動在丹霞地貌的演化過程中起到重要的作用,是成景系統中重要的要素之一,它不僅影響到紅層盆地的形成,影響紅層的發育,也控制著丹霞地貌的演化進程。受邊界斷層影響,在盆地內不同位置,由斷裂產生的差異性抬升不同,紅層的產狀由邊緣向盆地內部變緩,從而影響到丹霞地貌坡面的性質,在盆地邊緣形成“頂斜”型丹霞地貌而在盆地中部形成頂平的丹霞地貌。同時紅層中發育的節理也呈現規律性變化,在盆地邊緣,斷層派生大量的節理使紅層遭受強烈切割,加劇外動力地質作用,進而加速丹霞地貌的演化,盆地中部受邊界斷裂影響較弱發育的節理密度小,紅層的完整性高,丹霞地貌演化速率較低。從盆地邊緣到盆地中央,丹霞地貌發育情況呈現規律性變化:邊緣地帶發育以“頂斜”的峰林型丹霞地貌,地貌演化處于壯年晚期致老年早期階段;盆地中央發育“頂平”的低矮丹丘型丹霞地貌,處于幼年至青年期;過渡地帶地貌演化進入青年期至壯年早期階段,以平頂的方山、峽谷、石崖、巷谷等景觀組合為特征。

信江盆地;構造特征;丹霞地貌;成景系統

丹霞地貌是具有陡崖坡的紅層地貌 (彭華,2009)。已有的研究表明,由于受成景系統的影響,丹霞地貌發育與其在盆地中的位置相關,從盆地邊緣到盆地中央表現為:邊緣丹霞地貌帶→紅層丘陵帶→中部丹霞地貌和平原、階地帶 (曾昭璇等,1978)。在丹霞地貌的形成過程中,構造活動具有重要意義,不僅控制著成景地層的形成,也控制著地貌的演化和景觀的總體面貌。具有高大陡峻的崖壁是丹霞地貌區別于其它紅層地貌的顯著特征,其形成與紅層中發育的斷層和節理具有重要聯系。由于丹霞地貌的坡面性質受構造活動的控制,從盆地邊緣至盆地中央,紅層的產狀發生規律變化:盆地邊緣斷層活動強,由斷裂錯動而產生的差異性隆升明顯,紅層產狀變化大;遠離邊界斷裂,產狀的變化逐漸減少,至盆地中央,紅層產狀基本不變,受此影響,發育在盆地邊緣的丹霞地貌往往具有“頂斜”的特征,而在盆地中央則形成“頂平”的丹霞地貌。此外在斷層活動地帶,節理的密度大,紅層受強烈切割增加其破碎度,并影響外動力地質作用,因而在斷層活動強烈而又有河流流經的地方,是丹霞地貌發育最理想的場所。筆者從構造角度入手,研究信江盆地內斷裂發育特征及其與盆地內丹霞地貌發育的關系,探討構造對丹霞地貌發育、景觀類型及其演化的制約作用。

1 區域地質概況

信江盆地位于武夷山脈和懷玉山脈之間近東西向狹長的谷地內,西起撫州東鄉,東至上饒廣豐,面積 3 148 km2,東西長 180 km,南北寬 10～40 km(圖1)。大地構造處于揚子板塊與華夏板塊結合帶東段贛杭構造帶的中部,中生代因太平洋板塊活動而形成近東西向斷陷盆地 (鄧家瑞等,1989)。印支運動后,研究區進入濱太平洋大陸邊緣活動的構造發展新階段,早、中侏羅世經歷了一次從 E W向古亞洲構造域向NE向西太平洋構造域的體制轉換 (舒良樹等,2002),至中侏羅世末期,太平洋板塊開始向大陸板塊俯沖,造成晚侏羅世大規模的巖漿侵入和火山噴發,在武夷山隆起帶北側形成一系列的北東、北北東向火山巖盆地,堆積數千米以酸性火山巖為主的火山巖系。到早白堊世,本區已基本完成古亞洲域向西太平洋構造域的體制轉換 (舒良樹等,2002)。白堊紀,受太平洋板塊北北西方向左行走滑影響(Charvet et al.,1990;舒良樹等,2000),區內俯沖碰撞作用減弱而轉入伸展拉張,信江盆地由拗陷轉化為斷陷,沉積了巨厚的紅色碎屑巖系,疊覆于火山巖盆地之上,形成了“下灰上紅”獨特的疊合式盆地,發育典型的中生代紅色湖相碎屑巖。白堊紀之后經歷了喜山期構造及新構造運動,在外動力地質作用下,盆地內紅層分布區形成了大量的丹霞地貌。信江盆地紅層中贛州群茅店組、龜峰群河口組、塘邊組和蓮荷組是丹霞地貌的成景地層(圖 1),其中河口組和塘邊組是主要的成景地層。

已有的研究表明,在信江盆地不同的位置,由于紅層、構造、水系等成景要素具有不同的特征,它們單獨或共同作用,在不同的位置形成各具特色的丹霞地貌景觀組合,而在相似的位置上,由于成景要素具有相似特征,經歷了相似的演化歷史,形成的丹霞地貌組合具有一定的相似性。

圖 1 信江盆地地質略圖Fig.1 The sketch map of Xinjiang basin

2 信江盆地斷裂構造特征

白堊紀晚期信江盆地結束斷陷盆地的演化歷史,在喜馬拉雅運動和新構造運動的作用下,區域總體處于上隆狀態。由于武夷山隆起的遠程效應,信江盆地邊界斷層發生活動,受其影響,盆地內紅層發生差異性抬升,即盆地邊緣斷層附近抬升量大而盆地內部遠離斷層帶抬升量小,盆地邊緣紅層產狀發生明顯變化,巖層傾角局部可達 25°～35°,個別達45°,南側地層向北傾而北側地層向南傾;盆地中部地層受斷層活動的影響較弱,產狀變化不大,巖層傾角一般平緩,多為 10°左右,信江盆地總體呈開闊的向斜構造,向斜軸部位于盆地中部,呈近東西向展布。

2.1 斷層發育特征

由于信江盆地處于中生代板塊碰撞結合部,中生代晚期控盆斷裂承襲這一北東向構造,受喜馬拉雅及新構造運動影響,在信江盆地邊緣及內部發了大量的斷層(圖 1),依據其走向可分為北東向、北西向和近東西向三組斷層。

2.1.1 邊界斷層

盆地南側邊界控盆斷層是萍鄉—紹興近東西向斷裂的組成部分,具有多其次活動的特點。它控制了信江紅色盆地的形成和演化,第三紀以來的活動,使南北側地殼產生差異性抬升,其結果是使盆地邊緣的紅層產狀發生明顯變化,形成具“頂斜”的丹霞地貌,同時在斷裂帶附近產生大量的派生節理,并在外動力地質作用下,形成高大的崖壁陡,而且紅層中斷裂構造密度大,形成的丹霞地貌景觀密度大、景觀類型多樣。

在廣豐次級盆地內,贛州群紅層形成之后,盆地大量的基性巖墻侵入紅層,后期巖墻隨紅層一起經歷了后期的差異性隆升,產狀發生變化 (圖 2)。在廣豐次級盆地的東南側十都村西則山溝剖面,該地區巖墻的走向分為兩組,一組近東西向展布,一組近南北向展布。近東西走向的巖墻雖然受盆地中部西側近北北西走向斷層的活動影響,但產狀不變化,近直立,而南北向展布的巖墻產狀發生規律變化,從西側的斷層邊緣向東側烏巖山附近,巖墻產狀由傾斜逐漸變成直立,表明其受到的影響逐漸減弱。受巖墻侵入的紅層的產狀也發生規律性變化,由傾斜逐漸變成水平。由于受該斷層差異性隆升影響,在十都村西南側六石巖,紅層內發育丹霞地貌具有“頂斜”的特征,構成一個大的單斜山;而盆地東則的烏巖山丹霞地貌則以“頂平”為特征,節理發育程度較稀,形成方山型丹霞地貌。

圖 2 廣豐次級盆地地質地貌剖面圖 (A-A’)Fig.2 Geo logical and geophysical cross section of Guangfeng subbasin

2.1.2 盆內斷層

盆地內部由于區域構造活動影響,也產生少量的北東向和北西向的斷裂構造,在這些斷裂構造經過的區域,紅層的產狀也發生明顯變化,派生出大量的節理,在這些斷裂帶附近也形成一些丹霞地貌景觀。

如發育于貴溪縣城南閔家、黃丹嶺南側、潛家嶺、馬鞍嶺、礁錢石一帶的閔家-馬鞍嶺斷裂,延伸約10 km,斷裂西段走向北東東,貴溪縣城南以東轉為東西向,斷層面傾角較陡直。大致以感塘應家為界,東段傾向北,傾角 70°左右,地貌上為一斷層陡崖,斷層帶內擠壓透鏡體、節理和劈理均發育,南側下盤為龜峰群河口組礫巖、砂礫巖,發育丹霞地貌景觀,北側上盤為龜峰群塘邊組砂巖;西段傾向南,傾角 85°左右,地貌上表現為低洼谷地,斷裂帶寬約 40 m,密集節理和構造透鏡體發育。

2.2 節理發育特征

利用遙感影像不僅從宏觀上展現了區域斷裂與其它活動構造的影像全貌,而且直觀地揭示了區域斷裂的影像信息,為分析斷裂的運動狀態提供了豐富的信息。丹霞地貌景觀受新構造運動的作用的影響,地殼隆升,成景地層中發育大型豎直的網格狀節理的切割,經流水侵蝕、溶蝕和重力崩塌作用形成的具有陡崖的地貌景觀。其陡崖走向延伸較遠,十幾米～幾十米,有的可達幾百米至上千米之遠;高度一般十至數十米,有的可達一兩百米。陡崖坡的產狀與紅層內節理的產狀基本一致,因此可以利用陡崖坡的產狀來反映該地區節理、斷層的產狀。在遙感影像中,陡崖坡往往因太陽高射角的原因成黑條帶狀,且同一幅圖像中,黑條帶的寬度與崖壁的高度成正比(劉林清等,2007;姜勇彪等,2010)。因此通過對丹霞地貌區遙感影像的解譯,識別出這些黑色線條的產狀,并進行統計分析,進而研究節理等構造的特征。同時根據黑色條帶的產狀、寬度,可以大致分析丹霞地貌的景觀特征及其組合類型。

此外,在盆地中部,黑色條帶不并多見,取而代之的是大片紅色調分布區(ET M743假彩色),表明這些區域植被不發育,巖紅層裸露,這些區域內可見綠色帶,經過野外調查發現,這些綠色帶狀是分布在山溝內的植被影像,其中也有成帶狀分布,祼露區的地貌為丹霞巖丘。

通過對信江盆地紅層區內遙感影像的數據處理、解譯,根據已有丹霞地貌區的影像特征,對丹霞地貌分布區內的線性構造進行解譯、統計分析,共識別出 1 140余條節理,對其進行統計并分節理玫瑰花圖 (圖 3)。分析該圖可知,在信江盆地丹霞地貌分布區內,發育四組節理,即 NNE,NE,E W和 NW,其中NE在盆地的不同部位均發育,走向為 ±49°,為該地區的區域性節理,它的發育不受盆地邊界斷層的影響。其它三組節理則在盆地的不同部位發育不盡相同,有的發育兩組,有的則發育三組,甚至四組,它的發育與盆地邊界斷層的活動相關。

圖 3 信江盆地節理玫瑰花圖Fig.3 The joint roses of Xinjiang basin

研究表明,在盆地內不同位置由于斷層發育的不同,影響節理發育的密度及性質。在盆地的南北側,由于邊界斷層活動的影響,有些地區發育兩組節理,但這兩組節理發育的程度不同,如鉛山縣仙人寨丹霞地貌分布區,受北西向上荷田-陳家斷裂影響,發育兩組節理(圖 4),其中北東向節理發育程度高,延伸較遠,為該地區的主節理,而北西向的節理發育程度較低;有些地區由于受多條不同方位的斷層影響,往往發育多組節理,如弋陽龜峰丹霞地貌分布圖,由于受近東西向斷層和北西向斷層活動影響,該地區紅層中發育 NE,NW,E W三組節理 (圖 5),其中NE,NW兩組節理構成共軛節理,它們構成網格狀,將紅層切割成方塊狀。盆地中部,由于邊界斷層活動的影響較弱,節理的發育程度較低,主要發育區域性節理,節理的密度較稀,但產狀穩定。

3 信江盆地構造活動與丹霞地貌關系

盆地邊界斷層活動對丹霞地貌發育的控制作用,表現為兩種方式:一是邊界斷裂的活動,引起整個盆地的差異性抬升,盆地邊緣受斷層活動影響,地殼差異抬升強烈,而遠離斷層的盆地中部受斷層的影響較弱則差異抬升較少,盆地內紅層受此影響產狀發生規律性變化,由盆地中心向盆地邊緣,地層的傾角增大;二是由于邊界斷裂的活動,在斷裂的周邊產生派生節理構造,其發育密度與其距離斷層的距離有關,在邊界斷層附近節理密度大而遠離斷層則密度少。受此影響,在盆地邊緣紅層內受節理強烈切割而在盆地內部則受到的切割較弱。因此盆地內部到邊緣,紅層中的斷裂以及其派生的節理構造的發育增強,并影響著外動力地質作用,從而控制著盆地不同位置形成各具特色的丹霞地貌景觀類型組合。

3.1 斷層與丹霞地貌發育的關系

由于盆地邊界斷裂的活動產生斷距,從盆地邊緣到盆地內部,斷差逐漸減少,受此影響,盆地內地層的產狀從盆地邊緣到盆地內部逐漸變緩,因此可以從研究盆地內地層產狀的變化,來研究盆地不同部位的差異性隆升。

弋陽龜峰和南巖寺丹霞地貌區也具有相似的特征。龜峰處于盆地的南緣邊界地層,受白馬山斷裂帶活動的影響,地層產狀向北傾,傾角達 40°,盆地中部南巖寺,地層近水平,受此影響,整個龜峰景區組成一個大的單面山,而南巖寺而以“平頂”的巖丘型丹霞地貌。

此外,龍虎山地區的仙水巖、應天山受邊界斷層活動影響,丹霞地貌呈“頂斜”特征,龍虎山馬祖巖、貴溪掛榜山、橫峰赭亭山等盆地中部發育的由于紅層受邊界斷層活動影響較弱,產狀變化不大,近于水平,其發育的丹霞地貌呈“頂平”特征。

3.2 斷層與丹霞地貌坡面的關系

信江盆地丹霞景觀類型具多樣性,其中斷裂構造起著決定性的作用。由于受到區域性斷裂帶活動的控制和影響,信江盆地邊緣及內部發育三組斷裂系,即NE,NW和 E W向斷層系,其中盆地邊緣相的斷裂系不僅控制白堊紀斷陷盆地的形成與演化,在后期丹霞地貌形成過程中,也是重要的營力要素。由于武夷山隆起的遠程效應,信江盆地邊界斷層的發生隆升活動,在盆地內紅層產生差異性抬升,即盆地邊緣斷層附近抬升量大而盆地內部遠離斷層帶則抬升量小,其結果是形成開闊的向斜構造,在盆地邊緣紅層的產狀變化大,盆地中部變化小或基本不變,造成盆地以“頂斜”型丹霞地貌為特征而盆地中部以“頂圓”型丹霞地貌為特征。

3.3 節理發育與丹霞地貌的形態

構造是地貌形成中的一個重要因素,有時甚至起到決定性的作用,構造的切割是影響地貌景觀分異的因素之一。在丹霞地貌成景系統中,構造的切割是造成地貌景觀多樣性和差異性的重要因素。由于斷裂的切割作用,使得紅層被分劃成不同的塊體,各個塊體在外動力作用下發生流水侵蝕、溶蝕、差異風化、重力崩塌等,形成千姿百態的景觀類型。

由于受區域大地構造控制,信江盆地的邊界斷層活動,由其派生的節理切割紅層。但由于邊界斷層活動的強度、性質不同,其派生的節理也具有不同的性質。

如鉛山仙人寨丹霞地貌區,受邊界斷層活動控制,在盆地一側的紅層中,發育一組與斷層成大角度相交的節理,該組節理為主節理,其走向統計表明,該組節理的走向為 NE49°,受該組節理的切割,紅層被分劃成長條塊狀,在外動力地質作用形成以巖墻、方山、巷谷組成的地貌組合。此外該處也發育另一組節理,與斷層成小角度相交,但該組節理發育程度弱,主要形成幾條大的溝谷。在龍虎山馬祖巖丹霞地貌分布區節理的發育也具有相同的特征。受其影響,該地區丹霞地貌也以一線天、峽谷、巖墻方山等景觀組合為特征。

在另外一些特殊構造部位,由于受多條邊斷層活動的控制,發育的節理往往不僅密度大,而且發育多組節理,它們組成網格狀節理。受其影響,紅層往往被切割成方塊狀,在外動力地質作用下往往形成峰林、峰叢型丹霞地貌,如弋陽的龜峰和龍虎山的仙人城地區。

在弋陽龜峰丹霞地貌分布區,紅層內發育 NE,NEE,NW向三條產狀不同的斷層,受其影響,該地區發育的節理也三組節理,構成網格狀,將紅層切割成大小不一的方塊狀,在外動力地質作用下往往形成峰林、石峰等,且造型地貌特別豐富多樣。龍虎山的仙水巖地區紅層內也發育三組節理,它們將該地區的紅層也切割成大小不一的方塊狀,經外動力地質作用而形成峰林、石峰等類型的丹霞地貌。

4 結論

基于以上研究,在信江盆地紅層分布區,受區域構造及邊界斷層影響,造成盆地內不同部位,構造發育特征不同,并在成景系統其它因素共同使用下,在信江盆地不同部位發育各具特色的丹霞地貌景觀組合。

(1)由于邊界斷層的活動產生差異性抬升,使原始近水平的紅層產狀發生變化,從盆地邊緣到盆地中央,地層傾角由陡變緩,至盆地中央接近水平,從而影響到丹霞地貌坡面的性質,致使盆地邊緣地帶形成“頂斜”型丹霞地貌,而盆地中部形成“頂平”的丹霞地貌。

(2)由于邊界斷層活動的效應,在盆地邊緣地帶,產生大量的節理而使其遭受強烈的切割,紅層完整性差,并在其它成景要素共同作用下,丹霞地貌演化速率高,形成以峰林、峰叢型丹霞地貌為特征,處于壯年晚期致老年早期階段;而在盆地中部,斷層效應較弱,節理發育密度小,紅層完整性高,丹霞地貌演化受構造影響較弱,其它成景要素影響大,形成以低矮的丹丘型丹霞地貌為特征,丹霞地貌演化速率較低,處于幼年至青年階段。而過渡地帶則界于兩者之間。

(3)由于邊界斷層的影響,并在其它成景要素共同作用下,信江盆地丹霞地貌從盆地邊緣至盆地中央,丹霞地貌景觀具有帶狀分布的特征:盆地邊緣以丹霞石林、峰林、峰叢、崖壁以及各種類型的造型石為特征,如龍虎山的仙水巖景區、弋陽龜峰景區、廣豐的六石巖景區和九仙山景區;盆地中部以低矮的圓丘狀丹霞石峰及巖洞為特征,如龜峰的弋江兩岸,鉛山縣城信江河對崖的九獅山一帶;而過渡地帶則以石寨、巷谷 (一線天)巖崖等景觀為特征,如龍虎山馬祖巖景區等。

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A Study on the Structure Features and Its Relationship with the Danx ia Landforms in X inj iang Bas in

J IANG Yong-biao1, G UO Fu-sheng1, L IU Lin-qing1, HU Zhong-hua2, WU Zhi-yong2, WU Zhi-chun1
(1.College of Earth Sciences,East China University of Technology,Fuzhou 344000,China;2.Land and ResourcesBureau ofLonghushan Tourist Spots,Yingtan,JX 335000,China)

Been one of the key factors of landscape genesis system,the structure has played an important role in evolution of danxia landfor m,it notonly affected the for mation of the red basin and the red beds that deposited in its,but also controlled the evolution history of the danxia landfor m.Affected by the boundary faults,there has different uplift of the rock in different places in the basin,and the dip angle of the red beds slowed from the fringe to the interior that affected the slopespropertiesof the danxia landfor m,as a result,there have developed inclined top danxia landfor m in the fringes and flatted top ones in the interior.Meanwhile,the joints that developed in the red beds presented a regular change,in the fringes the faults derived a lotsof joints that strongly cut the rocks,increased the exogenic geological process and accelerated the evolution of the landfor m,while in the interior there has a lower effect of the boundary faults and a s mall frequency of joints,the red beds has a high integrity and the evolution of danxia landfor m has a low evolution rate.As a result,the development of danxia landfor m has a regular change that in the fringe there developed peak forest in its late mature to early old stage while in the interior there for med low red hillswith a flat top in its infancy to early young stage,and between the fringe and interior,the influence ofmargin faults is inmiddle and the landfor ms are in its young to earlymature stagewhich is characterizeswithmesa,narrow valley,stone cliff.

xinjiang basin;structure feature;danxia landfor ms;landscape genesis system

P931

:A

:1674-3504(2010)04-325-07

10.3969/j.issn.1674-3504.2010.04.004

2010-10-11

江西省高校人文社會科學重點研究基地東華理工大學地質資源經濟與管理研究中心項目 (09KJ01);江西省高校人文社科 2010規劃項目(JC1002);龍虎山世界地質公園地質遺跡保護項目。

姜勇彪 (1969—),男,副教授,博士,主要從事旅游地學教學和研究工作。E-mail:rbjgeo@163.com.