江西丹霞地貌演化階段與分布及其構造控制探討

姜勇彪,郭福生,黎廣榮,李蓉,樓法生,汪震,陳留勤,郄海滿,閆羅彬,李益朝,凡秀君

1)東華理工大學核資源與環境國家重點實驗室,南昌,330013; 2)江西省數字國土重點實驗室,南昌,330013; 3)江西省地質調查勘查院,南昌,330030; 4)中科星圖測控技術有限公司,西安,710199; 5)西南大學,重慶,400715; 6)陜西省地質調查院,西安,710054

內容提要：晚白堊世至古近紀期間,江西省內沿區域性斷裂構造發育30余個斷陷盆地,沉積了巨厚的紅色陸相碎屑巖,為丹霞地貌的形成提供了物質基礎。已發現的228處丹霞地貌點主要分布于江西東部武夷山北麓和西麓的紅層盆地內。利用面積—高程積分法,對江西省9個盆地的丹霞地貌演化階段進行了定量分析,結果表明省內丹霞地貌景區的面積—高程HI為0.17～0.52,平均為0.38,即其演化階段處于壯年晚期至老年早期,在空間分布上具有由南向北,由壯年期轉為老年期的趨勢。該趨勢可能與武夷山的構造隆升有關。構造分析顯示,節理與武夷山的隆升對江西丹霞地貌演化起控制作用,具體表現為:① 龍虎山、九仙湖、仙巖、蛤蟆塢、赭亭山、龜峰等地發育的崖壁、一線天、巷谷、石墻、石寨、峰叢、峰林等丹霞典型景觀均與節理有關。② 流水侵蝕等外營力的作用對丹霞地貌的剝露、削平起重要作用,統計表明距離武夷山越近,丹霞地貌山峰越密集、崖壁越陡峻,指示武夷山的隆升與丹霞地貌的發育有直接關系?？傮w來看,江西省內的紅層為丹霞地貌的發育提供了物質基礎,武夷山的隆升控制了丹霞地貌的分布。值得注意的是,丹霞地貌區的節理構造是否與武夷山的隆升存在直接因果關系還需進一步研究。

丹霞地貌是紅層盆地隆升后經斷裂切割,在流水侵蝕、溶蝕、風蝕、海蝕、風化和重力崩塌等外動力作用下形成的具有陡崖坡的地貌(曾紹璇和黃少敏,1978;彭華,2000;郭福生等,2020)。在形成丹霞地貌的內外地質作用(即丹霞作用)中(郭福生等,2020),巨厚的紅層是物質基礎,斷裂構造對丹霞地貌的形成和演化具有重要意義,不僅在紅盆形成演化過程中,影響盆地的性質、沉積特征和沉積相的時空變遷(曾紹璇和黃少敏,1978;方文瓊等,1988;林暢松等,2005;朱志軍等,2012;李文灝等,2018),還在后期地貌發育過程中,產生大量的節理,影響外動力地質作用,并控制丹霞地貌的演化進程(曾紹璇和黃少敏,1978;郭福生等,2011、2020;朱誠等,2005;姜勇彪等,2010、2011;楊洪玉等,2011;李霞等,2013)。同時,構造活動也使紅層的產狀發生改變,影響地貌的坡面性質(姜勇彪等,2013)。

近年來,DEM技術(數字高程模型)被廣泛運用于分析構造運動、提取河流階地和劃分地貌發育階段等(Demoulin et al., 2007;施煒,2008;Font et al., 2010;Roberts et al., 2013;Mazzoli et al., 2014;Zhang Huiping et al., 2014;Domeneghetti et al., 2015;蘇琦等,2017)。其中,面積—高程積分值和面積—高程積分曲線常被用來揭示地貌演化進程(高明星等,2015;謝超等,2017),也運用于丹霞地貌演化的研究(章桂芳等,2018),較好地揭示了丹霞地貌各演化階段DEM數據特征及其對應關系。本文以江西省30余個中新生代紅盆及其發育的228處丹霞地貌景觀為研究對象,利用面積—高程積分法分析不同盆地及丹霞地貌區的地貌演化空間差異性,結合構造特征分析,討論構造與紅盆及丹霞地貌的演化關系。

1 江西丹霞地貌分布

江西位于歐亞大陸板塊東南部,臨近太平洋板塊,地跨揚子與華夏兩個古板塊(圖1)。自晚白堊世開始,研究區進入燕山陸內造山后的喜馬拉雅伸展期,地殼強烈伸展拉張(Charvet et al., 1994;Lapierre et al., 1997;Shu Liangshu et al., 2009;Li Jianhua et al., 2012),沿區域性斷裂拉開,發育了30余個斷陷盆地,晚白堊世早期,堆積了巨厚的贛州群(K2G)磚紅色陸相碎屑巖系,山麓及沖、洪積物廣泛發育,局部有干熱湖盆相石膏層、巖鹽層沉積。晚白堊世晚期,斷陷盆地中沉積了巨厚的龜峰群(K2GF)陸相紅色碎屑巖系。隨后大陸不斷向北西方向掀斜、上隆。古近紀時贛東北、武夷山一帶斷陷盆地已基本封閉,沉積中心移至江西中西部,主要有武寧、清江、池江等盆地。在九嶺山北麓武寧盆地和南側的錦江盆地、清江盆地,堆積洪沖積相和湖相碎屑巖系,武寧盆地沉積地層為武寧群(EW),其它盆地稱為新余組(E1-2x)。古近紀以來,隨著太平洋板塊的不斷俯沖,江西區域地殼處于差異升隆階段,這些紅盆因抬升而遭受剝蝕,在盆地邊緣、河谷及斷裂帶附近形成大量的丹霞地貌景觀。截至目前,江西省內共發現丹霞地貌228處(圖1),成為國內丹霞地貌最多的省份之一。

圖1 江西丹霞地貌空間分布圖Fig.1 Spatial distribution of the Danxia landform in Jiangxi ProvinceⅠ—贛東北密集區;Ⅱ—贛東密集區;Ⅲ—贛東南密集區;Ⅳ—贛中南稀疏區;Ⅴ—贛西北稀疏區;Ⅵ—贛中零星區。① 萍鄉—紹興疊接斷裂帶;② 贛東北對接斷裂帶;③ 贛江斷裂帶;④ 撫州—遂川斷裂帶;⑤ 鷹潭—安遠斷裂帶;⑥ 崇安—石城—龍南斷裂帶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)密集分布區:沿武夷山西北側(圖1,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ),自北東至南西分布的信江、南豐、石城、寧都、瑞金、版石、于都、會昌、留車等盆地中,分布著大量的丹霞地貌,是江西丹霞地貌最集中的分布區,以高大的石峰、石柱、赤壁丹崖等景觀為特色,集中分布于各紅盆邊緣控盆斷裂帶附近,龍虎山、龜峰、通天寨、翠微峰、漢仙巖等便是其中的典型代表。

(2)稀疏分布區:在贛西北的修武盆地和贛中南的吉泰盆地、贛州盆地和龍南盆地等(圖1,Ⅳ,Ⅴ),也分布一些丹霞地貌景觀,主要沿修水河、贛江及其支流的階地或盆地邊緣斷裂帶附近分布,以較低矮的石峰、石崖為代表,分布面積一般較小,僅有少數被開發,如贛州的通天巖等。

(3)零星分布區:在贛中清江—鄱陽盆地帶處于萍樂凹陷帶(圖1,Ⅵ),大部分區域被第四系覆蓋,出露的紅層區大都是低矮的圓丘,僅在一些盆地帶的北側或南側盆地邊緣斷裂帶附近,零星發育低矮的石峰、石崖等景觀。

2 江西丹霞地貌演化階段定量研究

基于DEM數據的面積—高程積分值(HI)和面積—高程積分曲線特征,Strahler (1952) 首先運用面積—高程積分對戴維斯的地理侵蝕理論(Davis,1899)進行了定量描述,其表現形式有面積—高程積分曲線和面積—高程積分值(簡稱HI)兩類。當面積—高程積分曲線呈凸狀,則地貌發育為幼年期,侵蝕量較少;當面積—高程積分曲線為“S狀,則地貌發育為壯年期;當面積—高程積分曲線呈凹狀,則地貌發育為老年期,侵蝕量較多;當面積—高程積分值(以下簡稱HI值) >0.6,則地貌發育為幼年期,當0.4

丹霞地貌發育于盆地中特定的層位,其相對高差值一般大于10 m,因此丹霞地貌區都已將其外圍非丹霞地貌低矮的丹丘地貌剔除,其面積—高程積分值大于整個盆地紅層分布區的值。此外,在確定面積—高程積分區域時,應將非紅層區的DEM數據排除在外,否則其結果會偏離正常值,如章桂芳等(2018)在計算龍虎山遺產地時,沒有考慮南部是非紅層區,且均為高山,所以造成龍虎山全區為0.24而核心區為0.47;江郞山遺產地只將丹霞地貌核心區劃歸遺產地范圍內,而將周邊非丹霞地貌的紅層區排除在外,因此計算出來的值代表著丹霞地貌核心區域內的值,而不能代表其所在的金衢盆地西部江山一帶的值,因此偏年輕。判斷丹霞地貌演化階段時應充分考慮景觀組合特征,根據中國丹霞世界遺產地6個丹霞地貌片區面積—高程積分值的特征及其存在的實際差異(彭華等,2013),本文使用丹霞地貌區不同演化階段的面積—高程積分值為:幼年期(HI>0.6),青年期(0.45

2.1 丹霞地貌遙感影像選擇

Landsat8衛星是美國2013年2月發射的陸地衛星計劃的第八顆衛星,攜帶有陸地成像儀(OLI)和熱紅外傳感器(TIRS) 2個傳感器,共11個波段,其中OLI包含了ETM+傳感器所有波段并對波段進行了調整,光譜信息豐富,同時成像時間較早,能一定程度上降低由于近年來植被覆蓋率提高引起的對丹霞地貌目視解譯的難度,相較于后發射的衛星,能滿足丹霞地貌目視解譯的需求。Landsat8數據下載后,借助ENVI5.3,結合百度影像、1∶20萬地質圖H5021幅(江西省)、1∶20萬地質圖G5015幅(江西省)、旅游平臺數據等對影像中的丹霞地貌進行特征分析。由于丹霞地貌紅色砂巖的光譜曲線在750～ 950 nm、2200 nm、2300 nm處的吸收峰明顯(李鵬舉,2016),750～950 nm為三價鐵離子吸收峰,2200 nm 是黏土礦物吸收峰,2300 nm是碳酸鹽類礦物吸收峰,根據Landsat8衛星參數特征,最終確定采取7、5、4波段組合對丹霞地貌進行識別和分析。巖層、土壤、植被、建筑物、水體等都是遙感影像上常見的物體,其在影像上的色彩特征、形狀特征較為固定。丹霞地貌在影像上可通過色彩、形狀、輪廓等特征識別,但不同的景觀類型在影像的識別特征也不同。其中色彩特征是紅層反射光譜特征的一種表現方式(姜勇彪,2010),也是解譯丹霞地貌的重要標志之一。在Landsat8假彩色RGB (7, 5, 4)波段組合下的遙感影像中,水體呈現紫黑色,植被為草綠色,農田為青色,丹霞地貌裸露巖體是紅色,山體陰影是黑色。

2.2 典型丹霞地貌區的演化階段

2.2.1東部丹霞地貌區

東部地區是江西省內丹霞地貌最集中發育的地區(圖1,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ),已發現丹霞地貌區點150余處,沿武夷山西北側由北向南分布于信江、南城、石城、會昌等盆地。盆地多呈峽長線型,發育有高大崖壁的丹霞地貌。由于所處空間位置的成景系統的不同,丹霞地貌演化在空間上具有差異性,總體表現為北老南新。由于各盆地內不同位置的成景系統也存在著差異,同一盆地不同部位的丹霞地貌演化進程也不一樣。東部及南部紅盆典型丹霞地貌區的積分值和積分曲線見表1和圖2。

表1 江西省典型丹霞地貌區面積和高程及面積—高程積分值Table 1 Area, elevation and hypsometric indexes of the Danxia Landform sites in Jiangxi Province

圖2 江西省丹霞地貌面積—高程積分曲線: (a) 東部北段紅盆丹霞地貌區;(b) 東部南段紅盆丹霞地貌區;(c) 中部紅盆丹霞地貌區;(d) 西部紅盆丹霞地貌區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階段

信江盆地是江西省內丹霞地貌發育最典型的區域之一,已發現丹霞地貌區(點)42處,其中龍虎山、龜峰是“中國丹霞”世界遺產地之一,成景地層有茅店組、河口組、蓮荷組、塘邊組紅層。受江紹斷裂及南側武夷山隆起的影響,并且盆地內紅層的沉積相存在空間上的差異,在信江及其支流的長期侵蝕作用下,盆地內形成眾多類型各異的丹霞地貌景觀,其演化進程也存在差異。依據實際野外考察及面積—高程積分法分析,紅層盆地內丹霞地貌的演化階段是壯年晚期至老年晚期,具體如下:

龍虎山景區位于盆地西南側,以石墻、石峰、峰林、殘丘和孤峰等地貌景觀為主,其面積—高程積分值(HI)為0.31,面積—高程積分曲線呈下凹狀(圖2a④),演化階段處于壯年晚期至老年早期,主要以壯年晚期為主,與其以大量石峰為主的景觀類型相符,原有對其地貌演化階段的劃分偏老(彭華等,2000、2013)。

貴溪仙人橋景區位于盆地中部信江南岸,以石墻、石崖、石峰、峰林、巖洞、天生橋等為主,HI為0.43,面積—高程積分曲線呈上凹下凸的S形(圖2a②),屬于壯年早期,與已有劃分為青年期為主的演化階段較相符(姜勇彪,2010)。

弋陽龜峰丹霞地貌區包括龜峰景區和南巖寺景區及其周圍的丹霞地貌,位于盆地中部信江南側,地貌上以石峰、峰林、石崖、石墻、造型石為主,此外,龜峰景區多見呈帶狀分布的石峰、峰林及連片頂部裸露的丹霞丘陵。弋陽龜峰丹霞地貌區HI為0.17,面積—高程積分曲線呈下凹狀(圖2a⑥),演化階段為老年中期,其周圍發育的較為低矮的丹霞殘丘處于老年晚期。

2.2.1.2南城盆地丹霞地貌演化階段

南城盆地呈北北東向分布于武夷山中段西麓北側,縱跨南城、南豐和廣昌3縣,盆地內出露白堊紀和古近紀紅層,撫河由南向北從盆地中部穿過。成景地層為上白堊統河口組和古近系新余組。盆地內發育據仙庵、都軍山、從姑山、橫石山、滴水巖等29處丹霞地貌景觀,以石墻、石寨、石峰、峰林和丹丘為主,HI范圍為0.22～0.49之間(圖2a①,③,⑤)。面積—高程積分曲線總體呈下凹狀,地貌演化處于青年晚期至老年早期,以壯年晚期為主。位于南城醉仙湖東側的據仙庵是其中代表,發育丹霞石峰、石梁、石崖、洞穴等景觀,HI相對較大,為0.49(圖2a①),屬于青年晚期丹霞地貌景觀。

2.2.1.3石城盆地丹霞地貌演化階段

石城盆地位于武夷山中段西麓,呈北北東向展布,盆地東側河源—邵武斷裂為控盆斷裂,贛江支流琴江自北東向南西流過盆地,通天寨、河石寨、馬石寨等24個丹霞地貌區分列于兩岸,94.4%的景觀成景地層為河口組礫巖、含礫砂巖,茅店組僅占5.6%(姜勇彪等,2015)。典型的景觀有丹霞石寨、石崖、石峰、峰林、龜裂石等,其中以盆地東北緣的通天寨最為典型,發育“斜頂”的峰林、峰叢石寨等景觀。盆地中部可見一些“圓頂”丹霞景觀。石城盆地各丹霞地貌HI在0.26～0.49之間(圖2b),地貌演化階段變化較大,處于青年晚期至老年早期之間,以壯年晚期和老年早期為主(圖2b)。

2.2.1.4會昌盆地丹霞地貌演化階段

會昌盆地位于武夷山南段西麓,受邵武—河源斷裂帶影響,盆地呈北東向狹長線狀分布,盆地內河流較為發育。盆地內出露上白堊統茅店組、周田組和河口組的巨厚層礫巖、砂礫巖。茅店組紅層主要分布于盆地東部,周田組主要分布于盆地西部,河口組主要分布在紫云山周圍(陳姍姍和姜勇彪,2015)。丹霞地貌分列于盆內兩側邊緣及中間河岸地帶,已發現22處丹霞地貌區點,主要集中于盆地的中南部。典型的丹霞地貌區有漢仙巖、滴水巖、萬歲巖、龍門閣、紫云山等,以石峰、石崖、嶂谷等景觀為主,HI在0.27～0.42之間,面積—高程積分曲線呈上凹下凸的S形(圖2b④、⑤、⑥),總體處于壯年早期至老年早期演化階段。

2.2.2中部丹霞地貌區

江西中部由北向南分布著撫州、吉泰、贛州、信豐、龍南等盆地(圖1Ⅳ—Ⅴ),發育的丹霞地貌較東部地區少,目前僅發現30處,主要分布于撫州盆地、贛州盆地和龍南盆地等,丹霞地貌演化階段以壯年期為主,北側撫州盆地已步入老年早期階段,具有北老南新特征。

2.2.2.1撫州盆地丹霞地貌演化階段

撫州盆地位于江西省中東部,受北東向的遂川—德興斷裂帶影響呈北東東向展布,撫河及其支流崇仁河流經盆地,丹霞景觀主要發育在崇仁盆地和宜黃等次級盆地。盆地內出露茅店組、河口組、塘邊組、蓮荷組等紅層,發育了太極巖、仙巖山、石橋古寺、龍骨渡崖、大石樓等丹霞地貌區,以丹霞穿洞、石峰、石崖、石柱等景觀為主,總體處理青年期至壯年期。

宜黃盆地內發育太極巖、仙巖山和殷坊等丹霞地貌區,成景地層為蓮荷組砂礫巖,地貌景觀以丹霞石拱、穿洞、石峰、造型石等為主(汪震和姜勇彪,2019)。HI為0.38～0.52,積分曲線為上凹下凸S形,地貌演化處于壯年晚期(圖2c①、②、③)。

2.2.2.2贛州盆地丹霞地貌演化階段

贛州盆地呈北東向分布于贛中南部,盆地內出露茅店組、周田組和河口組等紅層。該區共發現9處丹霞地貌,在盆地北部有讀書巖、寶石寨、定光山、橫石寨等,南部有通天巖、獅子腦等。以丹霞石峰、石墻、石崖、石寨為主,HI處于0.34～0.44之間,地貌演化處于壯年早期至壯年晚期之間,以壯年晚期為主(圖2c④⑤⑥)。

2.2.2.3龍南盆地丹霞地貌演化階段

龍南盆地位于江西省南部的三南地區,處于南嶺山脈東段,為一系列山間小型盆地,盆地內零星出露茅店組和河口組紅層,發育小武當山、馬頭寨、九連山為代表的丹霞地貌區,以青年期至壯年期丹霞地貌為特色。小武當山丹霞地貌發育于河口組,以丹霞石峰、石墻、峰林等景觀為主(管文娟等,2018),HI為0.46(圖2c⑦),處于青年晚期至壯年早期之間。馬頭寨丹霞地貌區HI為0.51(圖2c⑧),地貌演化處于青年晚期。陂頭鎮丹霞地貌區以丹霞石峰、殘丘出露,多為地勢較矮的丹霞殘丘,其HI為0.37(圖2c⑨),處于壯年期。

2.2.3西部丹霞地貌區

江西省西部分布著銅鼓、修水和武寧等盆地(圖1),現已發現17處丹霞地貌,丹霞地貌以壯年期景觀為特色。

2.2.3.1銅鼓盆地丹霞地貌演化階段

銅鼓盆地位于西北部銅鼓縣境內,盆地內沉積晚白堊世周田組、茅店組紅層,發育七重門、銅鼓石和天柱峰等丹霞地貌區,以丹霞石墻、石峰為主,其HI分別為0.37和0.34(圖2d①、②),其地貌演化階段為壯年晚期。

2.2.3.2修水—武寧盆地丹霞地貌演化階段

修水盆地和武寧盆地東西連接(常合稱為修武盆地),受北東東向的修水—德安斷裂帶影響,盆地平面呈菱形,北東東向分布,出露地層以晚白堊世河口組、塘邊組和古近紀武寧群紅層為主。盆地內丹霞地貌有倒坐灣、東虎寨、十二坊—厚家源、清江—廟嶺、球場峽、螺絲頂等。東虎寨丹霞地貌區位于修水盆地南部山間小盆地內,在武寧群磨下組砂礫巖、含礫巖之山發育了丹霞丘陵、石峰景觀,HI為0.37,演化階段為老年早期。倒坐灣丹霞地貌區位于修武盆地西部,成景地層為河口組礫巖、砂礫巖夾含礫巖,以丹霞石峰、丘陵景觀為主,HI為0.37(圖2d③),演化階段為老年早期。螺絲頂、十二坊—厚家源、清江—廟嶺、球場峽等丹霞地貌區自西向東分布在修水—武寧盆地內,成景地層主要為河口組礫巖、砂礫巖夾含礫巖,發育丹霞石峰、石墻等景觀。HI為0.43～0.51,其中螺絲頂的HI為0.44(圖2d,④),地貌演化處于壯年早期。

3 構造對丹霞地貌演化的影響

3.1 丹霞地貌的構造控制因素

Davis(1899)明確指出構造因素在地貌的形成過程中起重要作用,認為在構造迅速抬升之后,受河流侵蝕作用,地形要經歷幼年、壯年和老年等階段,最后發展成準平原。此后,如果再次發生構造抬升將重復上述演化過程。該模式簡明實用,是地貌學發展里程碑式的成果。Thomas和Allision(1993)認為不均勻分布的河流、斷裂構造及斷裂活動等也會影響到地貌演化進程。從野外丹霞地貌調查的角度來看,流水沖蝕作用沿垂直節理進行沖蝕,致使崖壁和地面快速形成豎狀溝槽、豎狀洞穴、落水洞等景觀(郭福生等,2020)?？傮w來看,斷裂構造對丹霞地貌發育的控制作用表現為三種方式:一是區域斷裂活動控制紅盆地的演化,并控制盆地內沉積相的變遷,影響盆地內巖石類型的空間差異,從而影響后期地貌空間上的差異;二是紅盆邊界斷裂的活動,引起盆地內不同部位的差異性升降,靠近盆地邊緣斷層帶附近,斷塊差異抬升強烈(郭福生等,2007、2011),而遠離斷層的盆地中部受斷層的影響較弱,差異升降較小。因此,盆地內紅層的產狀呈規律性變化,由盆地中心向盆地邊緣,地層的傾角逐漸增大(姜勇彪,2010);三是由于邊界斷裂的活動,在斷裂帶附近產生派生節理,其節理密度常與斷層的距離有關。節理構造與外動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觀類型組合。

3.2 斷裂對江西丹霞地貌的控制探討

江西紅盆多數為斷陷盆地(舒良樹等, 2004;董長春等,2023),盆內地層的產狀從邊緣向盆地中部也逐漸變緩。在盆地邊緣帶,形成的丹霞地貌具有“頂斜”的特征,如信江盆地中部的龜峰和南巖寺丹霞地貌區,龜峰處于盆地的南緣邊界地區,受白馬山斷裂帶活動的影響,地層產狀向北傾,傾角達40°,發育“頂斜”丹霞地貌,而盆地中部南巖寺地層近水平,發育“平頂”的圓丘型丹霞地貌(姜勇彪,2010)。此外,由于邊界斷裂活動的空間影響,丹霞地貌發育的進程也不一樣,邊界斷層強烈的抬升作用下,盆地邊緣的紅層先遭受剝蝕,在差異抬升作用下,形成具有高大崖壁的丹霞地貌景觀,而在盆地內部,基底抬升相對較小,在外動力作用下,形成相對矮小的“頂平”的丹霞地貌。盆地邊緣的丹霞地貌在影像上呈現的特征為紋理清晰,坡面廣泛裸露,頂部多被植被覆蓋,巖體呈明顯的長條、方塊狀,但也有例外,如上饒月巖巖體向南南西向、南南東向呈近90°彎曲,但崖壁和頂部罕見植被覆蓋;或山體植被茂密,裸露巖體較少,但可目視解譯出有數量眾多的長條狀、方塊狀巖體凸出于山體表面。而修水天柱峰丹霞地貌的影像特征不明顯,無法從影像中解譯。

區域控盆斷裂活動不僅影響盆內紅層產狀的變化,也控制了節理的發育。在一些斷陷盆地內,受控盆斷裂的影響,在盆地邊緣紅層中形成大量近于平行邊界斷裂的節理,產狀豎直,延伸遠,產狀穩定,形成單斜山、石墻、石梁等景觀,如信江盆地的排衙石景區紅層內發育兩組節理(圖3a),組成網格狀節理系,將紅層切割成大小不一的方塊狀,經流水等外動力作用形成峰林、石峰等景觀。

圖3 江西典型丹霞地貌區線性節理構造及玫瑰花圖: (a) 信江盆地龍虎山;(b) 信江盆地龜峰;(c) 南豐盆地楊梅寨;(d) 興國盆地燕子巖;(e) 石城盆地通天寨;(f) 會昌盆地紫云山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

在一些特殊構造部位,由于受多條斷層活動的控制,節理不僅密度大,而且呈網格狀的節理系,紅層被切割成方塊狀,在外動力地質作用下形成峰林、峰叢型丹霞地貌,如在弋陽龜峰丹霞地貌分布區,紅層內發育NE、NEE、NW向3條產狀不同的主斷層,受其影響,該地區也發育三組節理系(圖3b),形成網格狀,將紅層切割成大小不一的方塊狀,在外動力地質作用下形成峰林、石峰等,且造型地貌特別豐富多樣(姜勇彪和華琳,2018)。紅層中的節理,也控制一些造型景觀的發育,如石城通天寨的龜裂凸包景觀,該景觀在盆地東側的NE向尋烏—瑞金斷裂的作用下,在紅層中產生大量的NEE、NW向節理,其中一些大型的節理,控制著石峰、石墻的崖壁走向(圖3c),一些小型節理則控制龜裂凸包中龜裂紋的走向,如仙人犁田景點的龜裂紋走向(姜勇彪等,2013)。

由于斷裂帶空間上產狀的變化,在紅盆不同部位形成不同走向的節理組,如在會昌盆地的紫云山一帶(圖3d),尋烏—瑞金斷裂帶在此處產狀發生變化,由北東向轉為北西向,紅層中的節理產狀也發生規律的變化,從北向南,由NWW、NEE兩組節理,向南變成NW、NE向,在斷裂帶附近還發育近EW向的節理,在這些節理的控制下,石墻、石峰的走向也發生相應的變化。石城盆地通天寨及會昌盆地紫云山亦是類似的情況(圖3e, f)。依據摩爾—庫侖的巖石破裂準則,當摩爾應力圓與摩爾包絡線相割,應力超出巖體的抗剪強度,巖體發生脆性破裂,結合江西典型丹霞地貌區斷裂構造發育情況,推斷造景節理的發育應為近地表的脆性環境。此外,摩爾應力圓與摩爾包絡線間的幾何關系可得在巖石的極限平衡條件下,破壞面與最大主應力軸(σ1)作用面間的夾角αt為:

武夷山脈呈弧形,從福建凸向江西,主要的丹霞地貌分布在武夷山脈的江西一側(圖5),江西典型丹霞地貌區斷裂構造的夾角為70°～110°,如果丹霞地貌中的節理受控于來自武夷山方向的擠壓主應力,那么這些節理的主應力方向應指向武夷山,然而從當前的遙感分析結果來看并非如此(圖3),指示節理構造的成因可能與武夷山的隆升沒有必然聯系。這一推論與丹霞地貌的演化受武夷山的構造隆升控制并非矛盾,具體分析如下:丹霞地貌是發育有陡崖的紅色砂巖地貌(郭福生等,2020),陡崖常是剪切節理所致,流水、風等外營力沿節理作用,形成赤壁、豎狀洞穴等造形景觀。江西境內沿武夷山一帶分布的控制丹霞地貌成景的節理是水平擠壓的產物,脆性特征明顯,特別是在龍虎山丹霞景區(圖3a)。剪切節理與武夷山的隆升是否有直接因果關系?丹霞地貌的紅色砂巖在古太平洋板塊俯沖后撤引發陸內巖石圈伸展的大地構造背景下形成(周術召等,2016;Liu Jiaxuan et al., 2020;陳昌昕,2022;徐峣等,2022),但是,鵝湖嶺組(K1e)大規模的巖漿作用之后, 早白堊世武夷群(K1W)與火把山巖群(K1H)之間的角度不整合指示存在一期短暫的構造擠壓事件, 早白堊世晚期, 峽江—廣豐一帶再次進入伸展環境, 形成石溪組(K1s)和冷水塢組(K1l)沉積,之后,該地區再次受到擠壓隆升, 形成K1—K2之間的角度不整合(黎廣榮等,2019)。古近紀以來,華南地區缺少大規模的擠壓事件(吳富江等,2017),可能存在隆升幅度較小的區域,劉國盛(2020)的研究結果顯示丹霞地貌的隆升時間可能在39 Ma、21 Ma和13 Ma等時間段。

3.3 武夷山構造隆升對演化階段的制約

江西周邊的武夷山脈北高南低,北部平均海拔達1300余米,南部約650 m,平均海拔700余米,向信江盆地、石城盆地、撫崇盆地、吉泰盆地、修水盆地方向,海拔逐漸降低,高差在600 m左右。在ArcGIS10.2中設置緩沖距離為40 km,對武夷山脈作多級緩沖區分析。將分析結果和丹霞地貌疊加,得到各緩沖區距離覆蓋的丹霞地貌數量(圖4,圖5),結果顯示武夷山脈120 km內發育的丹霞地貌數量占江西省的88%,平均海拔為200～400 m。34%發育在距離武夷山40 km范圍內,38%發育在40～80 km范圍內。17%發育在80～120 km范圍內,集中分布在撫州、宜黃、贛州一帶,平均海拔較低,僅100余米?？傮w分布特征是自西向東呈遞增趨勢,在距武夷山80 km處附近達到頂峰。此處發育的丹霞地貌接近80處,占江西省的37%。

圖4 江西省丹霞地貌在武夷山緩沖區內的數量分布Fig.4 The distribution of the Danxia landform of Jiangxi Province in the buffer zone of Wuyi Mountains

圖5 江西省丹霞地貌的分布與武夷山脈的關系Fig.5 The relationship between distribution of the Danxia landform in Jiangxi Province and the Wuyi Mountains

依據江西省丹霞地貌點、面和對應的面積數據,使用ArcGIS10.2中的自然間斷點法將丹霞地貌的面積分為5個等級(圖6)。小型丹霞地貌數量最多,占江西省的78%,較大型和大型丹霞地貌最少,分別為0.05%。大型丹霞地貌僅有3處,分別是鷹潭龍虎山、貴溪仙人橋、南城里山塘—橫山石。較大型丹霞地貌亦有3處,分別是石城油蘿巖—木魚寨、南城據仙庵、南城棺石寨。中型丹霞地貌分布在南城盆地中南部、贛州東北部和上饒龜峰。小型丹霞地貌和較小型丹霞地貌是江西省丹霞地貌的主要組成部分,在江西省各丹霞地貌分布區均有發育。在江西省東部,各級規模的丹霞地貌均有分布,江西省中西部地區,丹霞地貌的規模整體上小于東部(圖6,圖7)。

橫向上,江西省發育的丹霞地貌面積大小由西向東有遞增趨勢,在信江盆地中西部、南城盆地、石城盆地達到大型和較大型的丹霞地貌;縱向上,江西省發育的丹霞地貌規模由南北兩端向中部增加,北部信江盆地中東部和南部尋烏—瑞金盆地發育的丹霞地貌以小型和較小型為主,自石城盆地到信江盆地中西部,出現中型以上丹霞地貌(圖7)。因此,江西省丹霞地貌規模的空間特征可總結為:距武夷山脈越近,發育中型及以上丹霞地貌的可能性越大,距離武夷山脈越遠,更可能發育較小型和小型丹霞地貌。這種特征主要可能與武夷山隆升有關,即距離武夷山越近,地殼抬升速率較快,河流下切作用明顯,為高大崖壁、峰林、峰叢、石寨等丹霞地貌景觀的形成提供了條件。在遠離武夷山的地區,如贛北鄱陽盆地,盡管紅層面積大,但盆地屬于構造沉降區,地勢低洼,沒有丹霞地貌發育。在贛西北地區,丹霞地貌僅在山間小盆地內有所發育。在贛中南地區,受贛江斷裂帶、遂川斷裂帶、南嶺斷裂帶控制,發育一系列紅層盆地和丹霞地貌,但丹霞地貌的規模與景觀的典型性遠不如武夷山西北部。

4 結論

(1)晚白堊世至古近紀,江西省內一些區域性斷裂活動,形成了30余個斷陷紅盆,沉積了巨厚的紅色陸相碎屑巖沉積,為新生代以來的丹霞地貌形成提供了物質基礎。目前已發現228處丹霞地貌區(點),主要分布于武夷山北麓的信江盆地,西麓永豐盆地、瑞金盆地、會昌盆地、車留盆地、于都盆地、寧都盆地、版石盆地,以及江西西北部的修武盆地、銅鼓盆地。贛中的撫州—崇仁盆地、吉泰盆地、贛州盆地和信豐盆地只在盆地邊緣帶或河流階地處發育少量丹霞地貌,處于萍樂凹陷帶的萍鄉—鄱陽盆地帶則很少發育丹霞地貌。

(2)基于面積—高程積分方法的定量分析表明,省內丹霞地貌景區的面積—高程HI為0.17～0.52,平均為0.38,東部地區紅盆丹霞地貌演化階段主要為壯年晚期至老年早期,其在空間上具有由南向北地貌演化階段由壯年期轉為老年期,南部地貌演化較北部年輕。中部地區盆地的丹霞地貌演化階段從壯年晚期至老年晚期,其在空間分布上與東部地區盆地一致,具有由南向北其演化階段由年輕變老的規律。西部地區紅層盆地丹霞地貌演化階段以老年期為主。

(3)流水侵蝕等外營力的作用對丹霞地貌的剝露、削平起重要作用,統計表明距離武夷山越近,丹霞地貌山峰越密集、崖壁越陡峻,指示武夷山的隆升與丹霞地貌的發育有直接關系?？傮w來看,江西省內的紅層為丹霞地貌的發育提供了物質基礎,武夷山的隆升控制了丹霞地貌的分布。值得注意的是,丹霞地貌區的節理構造是否與武夷山的隆升存在因果關系還需進一步研究。