湖南中新生代的红层盆地与丹霞地貌.doc

75增刊 周学军：湖南中新生代的红层盆地与丹霞地貌湖南中新生代的红层盆地与丹霞地貌周学军(湖南师范大学地理系，湖南 长沙 410081)摘 要：湖南的盆地基本上是白垩、第三纪的同生盆地。各盆地红层总面积4万多Km2，约占湖南版图的19.0%。受新构造运动的影响，在流水等外力作用下，形成了众多景观奇特、丰度甚高、极具旅游开发价值的丹霞地貌。关键词：同生盆地 箕状凹陷 红层 丹霞地貌湖南位于秦岭纬向构造带以南，南岭纬向构造带以北，大致以石门、安化、绥宁一线为界，以东为新华夏系第二沉降带，以西为新华夏系第三隆起带。其间还有区域性的东西向、经向等构造体系，它们彼此联合、复合、迁就、利用，形成一幅错综复杂的应变图象，控制着盆地的形成与沉积岩相的分布及丹霞地貌的发育。1 红层盆地的形成及发展演化湖南地质史上先后经历了元古代的武陵运动、板溪期末的雪峰运动及中志留世末的广西运动后，发生在中生代中三叠世的印支运动，再次席卷全省，此次运动的结果是全区基本上结束了海相沉积的历史。进入燕山运动的早、中期，区内受到南北向扭动而产生一系列近似平行的北东向为主的具有压性结构面的区域性大断裂，如茶陵郴县临武、江永常宁醴陵、新宁宁乡公田等断裂带，大多长达数百公里。图1 茶(陵)永(兴)盆地南段箕状凹陷沉积Fig.1 The deposit of dustpan hollow in the southern part to Chaling-Yongxin basin白垩世初，可能与地球自转速度变化有关，原有压扭性断裂在水平力松驰条件下，开始呈现张性，并由走向滑动转化为倾向滑动1，岩层也常沿正断层倾向滑动或产生掀斜作用，沉降盘则接受早白垩世的沉积，变成与正断层同步发展的同生盆地的雏形。盆地靠近断层的一侧快速沉降，而另一侧则相对稳定，使盆地底部在早白垩世时始终保持向断层一侧倾斜的斜面，整体形成一边陡一边缓、一侧断一侧超的箕状凹陷，沉积中心均靠近断裂一侧，如茶(陵)永(兴)盆地(图1)。早白垩世时，湖南发育的盆地都是类似茶(陵)永(兴)盆地的这种单式箕状凹陷、盆地两侧的沉积厚度差别很大。据物探资料，靠近断裂一侧的沉积厚度是：醴(陵)攸(县)盆地4000m；汩罗盆地3500m；衡阳盆地5000m；澧县盆地2400m。而在盆地相对稳定的另一侧则是不整合于不同时代老地层之上的稳定环境沉积，厚度很小。晚白垩世时的燕山运动图2 衡阳盆地早、中更新世复式箕状凹陷Fig.2 The double-dustpan hollow in early-middle Pleistocne of HengYang basin第三幕，断裂活动更加强烈，使湖南发生了中、新生代最大的一次沉降，造成了沉积面积最大的一次超覆。早白垩世时所形成的各个单式箕状凹陷的沉积面积不断扩大，同时出现了许多仅有上白垩统的小盆地，还使得一些早期存在相互分隔的小凹陷逐渐发展成一个连通的整体，有些则形成大型的复式箕状凹陷(图2)。进入新生代，盆地的发展出现新的变异。第三纪初，虽大多数盆地仍处于张应力场中，仍以受断裂控制的不均衡沉降的方式发展，靠近断层的一侧继续缓慢沉降，接受第三纪沉积，但远离断层的一侧则相反缓慢上升，经受剥蚀，整体成“翘翘板”状。这种“翘翘板”的运动方式使第三系面积日益缩小，各盆地中第三系分布大致只有白垩系的1/8-1/10，但两个时期的沉积中心仍大体一致，且沉积范围均未超过断裂。白垩系与第三系组成的一个从粗到细的完整的沉积旋回，证明湖南中、新代的盆地经过了前期的逐渐超覆扩张和后期退覆收缩的不同阶段。图3在部分地区，如澧县、汩罗、长平、株洲等盆地中，古新世时其边缘断裂不再拉张而变成逆冲，使盆地原来靠近断层沉降的一侧相对上升，远离断层的一侧小规模下降(或相对下降)，这种与中生代相反的“掀斜”所产生的掀斜面，使早第三纪的沉积向掀斜面方向移动，形成了自己新的沉积中心(图3)。综括湖南中、新生代红层盆地，均发生于早白垩世，定型于晚白垩世。进入新生代后，除衡阳盆地东部和洞庭盆地中沅江盆地的沉积分别延续到始新世中期和始新世晚期外，至早始新世末，大部分盆地都结束了沉积进入衰亡期，地表转而经受剥蚀，也进入了丹霞地貌发育的新阶段。2 红层盆地的类型与空间展布从前述已知，湖南白垩第三纪的盆地都是随期间大规模断裂活动控制而同步形成的以断陷为主的同生盆地。从规模上可以分为四类：一类是象洞庭盆地这样的由常桃、汉寿、沅江、宁乡、湘阴、汩罗等多个小型盆地组成的一个大型盆地；第二类是内部被断裂分割的中型盆地，如东部的衡阳盆地与西部的沅麻盆地；第三类是成规则雁行排列的中小型盆地 ，如湘东自南而北依次出现的茶永、醴攸、株洲、湘潭、长平等盆地；第四类是零星分布面积在3-10km2的极小型盆地。图4 湖南白垩、第三纪主要红层盆地分布Fig.4 The distribution of the major red basins in Cretaceous-Tertiary of Hunan1龙山盆地，2新晃盆地，3芷江盆地，4会同盆地，5通道盆地，6新宁盆地，7绥宁盆地，8黔阳盆地，9沅(陵)麻(阳)盆地，10渡坦坪盆地(属慈利县)，11慈利盆地， 12雁池盆地(属石门县)，13澧县盆地，14桃源盆地，15溆浦盆地，16新化盆地，17新邵盆地，18西阳盆地(属娄底市)，19邵东盆地，20金称盆地(属邵阳县)，21官家嘴盆地(属祁东县)，22冷水滩盆地，23下马渡盆地(属祁阳县)，24永州盆地，25祝兴盆地(属祁阳县)，26新田盆地，27桂阳盆地，28道县盆地，29高壁盆地(属宁远县)，30码市盆地(属江华县)，31临武盆地，32宜章盆地，33肖家盆地(属嘉禾县)，34古楼盆地(属桂阳县)，35茶(陵)永(兴)盆地，36衡阳盆地，37醴(陵)攸(县)盆地，38湘潭盆地，39株洲盆地，40长岭盆地(属醴陵市)，41湘乡盆地，42红石盆地(属宁乡县)，43长(沙)平(江)盆地，44大瑶盆地(属浏阳市)，45官渡盆地(属浏阳市)，46南江盆地(属平江县)，47福临盆地(属长沙县)，48宁乡盆地，49湘阴盆地，50汩罗盆地，51沅江盆地，52汉寿盆地，53集成盆地(属华容县)，54白沙盆地(属临湘县)，55长垄盆地(属汝城县)，56霞留盆地(属汝城县)不同规模的盆地，在空间展布上有很强的规律性，大致可分为四组(图4)：一组为NNE向，如湘东成规则雁行排列的一系列中小型盆地；第二组为NE向，如湘北的汉寿、沅江、汩罗及湘中的衡阳等盆地；第三组为近EW向，如湘北的澧县及湘中的湘乡等盆地；第四组为展布方向有变化的盆地，或如沅麻盆地从南段的NNE向至北段转为NE向，或如新宁盆地从南段的NNE向至北段转为SN向。不论走向恒定还是有变化的盆地，由于其形成受区域性大断裂控制，其展布方向总是与断层的走向一致。这些盆地不仅从规模与展布方向上可分出不同类别，从其构造形态上亦可划分不同类型。由于印支运动使湖南地表发生根本的转折而全部隆起脱离了海洋环境，中、新代的断陷得以在大面积隆起的背景上发生，它们不是以单一的地堑来体现，而是以一系列的半地堑和半地垒(箕状凹陷)来完成2。储澄认为，根据箕状凹陷的组合方式可为纳为四类3：单斜式 这种箕状凹陷中的地层均向断层一方倾斜，使整个盆地内的地层组成一个单斜。湖南许多盆地中红层倾角较小，过去有人误以为凡岩层倾斜都是由于后期构造变动造成，实际上本区从岩层倾向朝向断层来分析，有的则是一种原生的倾斜层面，如平江、株洲等盆地中的缓倾斜岩层(图5-a)。歪斜式 这种箕状凹陷内各地层展布为一很不对称的向斜。白垩纪时，补偿沉积(其成因尚有争论)的中心亦即向斜中心，一般靠近边缘大断裂的一侧。而第三纪时，若边缘大断裂仍为张性，其沉积中心与白垩系呈一致，如湘乡盆地、茶永盆地；若边缘大断裂变成压性时，其沉积中心则与白垩系不一致，如长平、澧县等盆地(图5-b)。“向斜”式 一般由两个箕状凹陷相对应组合而成。即两个相向的箕状凹陷中间有老地层呈地垒似凸起，使拗陷内各个地层组成一个类似向斜的盆地，会同、衡阳、攸县等红层盆地都属此类(图5-c)。斜列式 在叠瓦状断裂系统控制下，由若干个箕状凹陷斜列成断阶状的“复式”大盆地。盆内下白垩统常相互分割而孤立存在，上白垩统因广泛超覆而局部相连。早第三纪沉积时因处退覆萎缩阶段，各自仅成为孤立的盆地。此种组合洞庭盆地最为典型(图5-d)。图5 湖南箕状盆地的构造形态及其组合方式(据储澄1980)a：单斜式；b：歪斜式；c：向斜式；d：斜列式。Fig.5 The structure form and composition pattern of the dustpan basin in Hunana: monocline type b: aslant type c: syncline type d: inclined type3 丹霞地貌形成的影响因素在红层盆地广布的背景下，湖南的丹霞地貌发育较为普遍，据黄进先生研究统计达43处4，整体表现为大区域(全省)分散、小范围(景区)集中的特点，其中形态典型、美学和旅游观赏价值较高的主要集中在通道、新宁、宜章等20个大小不同的红层盆地中(见图4)。其形成与分布受制于一系列的影响因素。3.1 岩性对丹霞地貌的影响丹霞地貌由特定的丹霞层红色陆源相碎屑岩组成。湖南56个主要的红层盆地均由早、晚白垩统和早第三纪的古新统与始新统组成，其中尤以晚白垩统分布最广，厚度也较大，如茶永盆地K2最厚为2880m、平江盆地为1470m、宜章盆地为2000m，岩性较其它三个统的岩层都要坚硬，多为砾岩、砂砾岩及含砾砂岩，胶结紧密。湖南20处最为典型的丹霞地貌几乎无一例外地(只有新宁盆地的红层有人认为相当于广西K1永福群5)发育于K2红层中(见图4)。因晚白垩统岩层坚硬，抗压强度大，易于直立而不坠，但其抗剪强度小，抗拉强度更小，则易在负坡及陡坡上发生崩塌6。在丹霞地貌发育的早、中期阶段，以直立陡崖与相伴随的深切狭谷等雄奇景观常见；发育到中后期，古山顶面虽经剥蚀、侵蚀，仍有一些岩峰(柱)呈峰丛、峰林状或为孤峰状顽强屹立。除部分小型红盆外，湖南较大的盆地中，典型的丹霞地貌多在盆地边缘发育，这与盆地中心离堆积的物源较远、颗粒变细、岩性相对较软弱不无关系。3.2 地质构造对丹霞地貌的影响丹霞地貌体的组成物质依赖于岩性，其空间展布则主要受控于地质构造。3.2.1 区域构造的影响湖南现今的地势大致呈马蹄状，即东南西三面山地环绕，中部、尤其北部地势低平。东部有湘赣交界诸山，西部为雪峰及武陵山脉，它们分别属于我国东部新华夏系一级构造带的第二和第三隆起带，南部则系南岭纬向构造带北缘的一部分。这些构造带从三叠纪开始发展，中、新生代显著影响全省。从构造特点看，具有明显的分带性和等距性，每隔一定的距离便出现一条规模较大的次一级构造带，且隆起带和拗陷带相间排列，使得在各凹陷带上发育的众多红层盆地在空间展布也相间规则排列。区域构造不仅控制红层盆地的平面展布，还促成盆地的迁移方向。如图4中的茶(陵)永(新)、醴(陵)攸(县)及衡阳等盆地在接受早白垩统沉积后，由于省境南部的抬升，地势北倾，晚白垩世的沉积一律向盆地北端超覆，而盆地南端缺失晚白垩统沉积，在其它仅有晚白垩统沉积的盆地，K2晚期的沉积大都向北端超覆，盆地南端多为K2早中期沉积。3.2.2 岩层产状的影响湖南中、新生代的红层产状各地不一，大致倾角在525间。近水平岩层组成的山体，“顶平、身陡、麓缓”的特征最为明显，湖南西部芷江县的花山寨、靖州的飞山，都是顶平开阔、四壁直立、下部平缓。倾角较大的岩层组成的山体，古剥夷面往往难以保存，常常形成顶斜的单面山，如平江、冷水滩等众多盆地中，山坡顺岩层倾向一翼的坡度与岩层倾角大体一致，逆岩层倾向的山坡多在50以上。3.2.3 断裂的影响断层、节理面都是构造较弱面，在一定条件下，易于受到外力的侵蚀，加大区内地貌的反差。湖南各红盆中的河流或主要沟谷朝向往往与大的断层走向一致，在河谷两岸(或一岸)常形成陡崖，正是丹霞地貌的精华所在。节理使丹霞地貌更富于多变。在永兴盆地的鲤鱼塘镇西2km处，广泛发育180与270两组共轭节理，其将各单面山头平面切割成三角形，使各山头相连的岭脊出现齿状分割，各岭脊呈北东向自东而西多层次展布，在晨雾中，仅各三角形山头出露于云雾之上，好象成千上万艘战舰浩浩荡荡排列。同样的奇观，笔者在沅陵盆地的七家村、绥宁盆地的盐井镇一带多次见到。与共轭节理常造成齿状山岭相对应，在茶陵盆地马伏江上源两岸的红岩台丘上，各沟谷沿追踪张裂隙发育成“之”字形，各之字形沟谷相互平行排列得极为规则，各沟谷间形成顶平、身陡的之字形墙状山岭。共轭节理控制的丹霞地貌发育到后期，墙状山岭被分割，则往往演变成峰丛、峰林甚至孤峰状。如新宁盆地崀山丹霞风景区中的著名景点蜡烛峰和辣椒峰(沿225和315)及将军石(沿260和350)就是沿共轭节理发育而形成的8。这种峰、柱状丹霞地貌在湖南各丹霞地貌较发育的盆地中都可见到。3.3 造貌营力对丹霞地貌的影响刘尚仁教授认为在陆地上形成丹霞地貌要有两个基本条件：第一是岩性，第二是构造抬升幅度，这个基本条件对我国不同外营力区大体都能成立9。就湖南而言，各盆地经过白垩与早第三纪堆积数千米的红层之后，晚第三纪初的喜马拉雅造山(造貌)运动，使各盆地连同周围山体普遍抬升，继之各盆地的内流河相互溯源贯通汇入外流水系，侵蚀基准面降低，河流深切，发育了最早期的丹霞地貌。其后地壳处于相对稳定阶段，最早期的丹霞地貌遭到剥蚀夷平。湖南各红层盆地大都有2-4级不同高度的夷平面(多为依稀可辩的山顶高度相近的“峰线”)，便是内营力使地壳多次间歇性抬升的证据。上新世晚期开始的喜山运动第二幕(亦即新构造运动)在湖南表现得相当活跃，一方面仍具有间歇性抬升的特点，在各河谷形成数量不等的几级河谷阶地及河漫滩；另一方面地壳抬升承继晚白垩世以来的南强北弱的特点，使各盆地夷平面普通出现南高北低的现象。内营力使湖南地壳多次间歇性抬升，给流水、风化、重力等外营力活动提供了阶段性加强的动力和舞台，这虽在一定程度上改造和破坏了原先的丹霞地貌，但也派生出若干新的丹霞地貌类型，使湖南的丹霞地貌更加多姿多彩。4 两点讨论4.1 关于红层及所夹膏盐的形成环境。湖南白垩、第三纪盆地达数千米的红色建造中，膏盐广泛存在。一种倾向认为这是在长期高温、几乎全年干旱的气候条件下形成的10。实际上膏盐形成时期的气候不一定全是干旱的。莱因盆地内中生代的钾盐中就含阔叶植物群落和大量的昆虫类动物化石11，衡阳盆地上古新统厚愈500米的泥岩夹岩盐、石膏和芒硝等盐类矿物地层中有鱼化石及丰富的榆属孢粉，并含有大量有机质12，这都说明成盐时期有过相对潮湿的气候。与盆地相伴随的深大断裂，往往不仅是地壳深部热卤水向盆地表层输送的通道，也担当着热传导，使盆地内的水体受到加热而促进蒸发，对膏盐沉积起决定作用。与膏盐沉积相伴生的整个红层，其形成环境也不应是一般的干热气候。干旱条件下水呈碱性，其中的铁不可溶，铁不能从原岩中淋溶出来，沉积物中将无铁存在13，只有在相对湿润(半湿润)条件下，水溶液呈弱酸到中性，才便于铁质由低价到高价的氧化反应进行。全球对中、新生代地质时期古气候变化研究的成果显示，从白垩到第三纪，气候具有广泛的波动性，晚白垩世时的干燥度有一长期的下降，古新世开始全球降水大大增加，至始新世末、渐新世初，降水达到远远高于现在的最大值，但同期形成于世界各地的地层大都是红色，这是因为沉积物中水的快速渗漏流动起着关键作用。4.2 “顶平、身陡、麓缓”的典型形态似不应代表丹霞地貌全部。丹霞地貌是一种景观(资源)，也是一种物质(地貌物质)。湖南的红层分布4万多km2，数十处发育典型丹霞地貌面积只及前者的几十分之一。未发育成典型丹霞地貌的红层分布区，生态条件大多十分恶化，成了国土开发整治中的“老大难”。从旅游资源开发角度，我们毫无疑问只须抓住那些形态奇特、美学观赏价值高的典型丹霞地貌；若从学科内函拓展、从丹霞生态角度考虑，就象喀斯特地貌不只把峰丛、峰林、溶洞等奇特景观归为自身一样，是否也应把那些不典型，坡地角度、高度都不够一定条件的红层分布区的地貌仍视为丹霞地貌的范畴，并投入精力进行相关的丹霞生态恢复、整治开发研究。参 考 文 献1 刘和甫. 含油气盆地的地球动力学环境分析M. 科学出版社，1983，P12-192 朱 夏. 中新生代油气盆地M. 科学出版社，1982，P113-1243 储 澄. 湖南白垩第三纪盆地的成生与发展M 科学出版社，1983,P166-1714 黄 进. 中国丹霞地貌的分布A. 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