科考文獻（七）

張家界、索溪峪風景區(qū) 地質、地貌淺析    胡家讓 （湖南省地質研究所）

    張家界、索溪峪旅游勝地，沉睡了無數(shù)歲月，遺珠在野，默默無聞。今天，隨著祖國旅游事業(yè)的興起，她蘇醒了，煥發(fā)了青春。慕名而至的男女老少成千上萬，被她秀麗而又壯觀的景色吸引著，給熱愛大自然的人們以美的享受。難怪，凡是觀賞過這兒美景的人們，用詩一般美好的語言去謳歌她，贊譽她。然而，當你親臨其境，被這千姿百態(tài)的奇峰異石，宛如國畫般的自然風光所陶醉而遐想聯(lián)翩的時候，可曾想到她是怎樣發(fā)育起來的嗎？倘若你想知道她的過去、現(xiàn)在，甚至她的將來的話，那么，讓我們聽聽地學家們的意見，看他們是怎么解釋的。    地學家們運用當今地質學的基本原理探索她的成因，認為張家界、索溪峪砂巖峰林地貌的發(fā)育、形成過程，有她特定的地質環(huán)境和她應具備的基本條件，她是自然界內外營力諸多因素綜合作用的結果。    以往對張家界、索溪峪砂巖峰林地貌的成因及形成類型有過多種說法，但未必都貼切。無論從成因抑或是形態(tài)特征來講，它既根本區(qū)別于以溶蝕作用為主所形成的桂林喀斯特峰林和路南喀斯特石林，也不同于由玄武巖構成的南京六合石林，更有別于西北黃土高原形成的黃土林。同時，它顯然也與廣東南雄、坪石等地由白堊——第三系含鈣質的紅色塊狀砂巖形成的“丹霞”地貌有極大的差別。它呀，則是以侵蝕構造為主導作用，由石英砂巖構成的砂巖峰林地貌。這就是張家界、索溪峪地區(qū)地貌最基本的特點，也是與上述各類地貌根本不同點。    那么，張家界、索溪峪砂巖峰林地貌形成過程又是怎樣的呢？你要想進一步了解的話，那就得從它的巖石特征和這種巖石是如何形成的講起。    大約在3.8億年以前，即地質歷史上稱作晚古生代中晚泥盆世時期，整個湘西北地區(qū)地殼下降，發(fā)生大面積海侵，成為一片汪洋，不過，張家界、索溪峪當時處于一個寬闊的濱海地帶，靠近古陸，接納了由流水源源不斷地從鄰近古陸搬運來的大量松散碎屑物質，在張家界、索溪峪一帶沉積下來，后來又經過漫長而又復雜的成巖過程，才形成今日所見到的厚達500余米的石英砂巖，這為砂巖峰林的形成，提供了物質基礎。    從搬運這些松散碎屑物質的介質（流水）來看，無疑，石英砂巖當然屬于沉積巖（水成巖）的碎屑巖類，那么，人們也許會進一步提問，這些巖石有哪些特點呢？    通過野外實地考察和室內鑒定以后，地質學家告訴我們，構成這種巖石的礦物成分主要是石英。它顆粒粗細均勻，含雜質甚少，石英礦物所占比率可達90%以上。因此，這種巖石質地純凈，結構致密，具較強的抗蝕力。巖石這一特點，為高逾百米的石峰昂然挺立于天際，打下了堅實的物質基礎。    這兒的巖石還有一個特點，就是石英砂巖不但質純而且層厚。有的單層厚度盈米，薄的也超過0.5米。由于層厚，造就了巖石固結力強，整體性好，不易破裂、脫落。又因為厚層石英砂巖之間常夾薄層粉砂巖及泥質粉砂巖，在自然界選擇性的侵蝕下，較軟的薄層巖石被侵蝕，堅硬的厚層石英砂巖被保留下來，這樣形成的石峰千姿百態(tài)，耐人尋味。例如： “夫妻巖”，眉眼畢具，栩栩如生，十里畫廊的海螺峰，形象逼真，就是由于軟硬巖層發(fā)生異風化的結果。顯然，此種特殊結構的地層，更有利于奇特砂巖峰林的形成。    張家界、索溪峪砂巖峰林的形成，固然有其物質前提，但又不無與它所處的地質構造環(huán)境息息相關。據(jù)區(qū)域地質研究結果告訴我們，張家界、索溪峪乃至整個湘西北地區(qū)，在1.8億年以前的漫長地質歷史時期，地殼運動雖有升降，但總的趨勢則以沉降為主。自1.8億年至0.25億年前，這兒又經歷過幾次大的地殼變動，尤其是地質上稱為“燕山期”的巨大造山運動，對這塊地殼的影響更為深遠，使得整個湘西北地區(qū)大幅度隆起，海水退卻，形成定緩舒展的褶皺陸地，自此便奠定了湘西北地區(qū)的地貌格局。這時，張家界、索溪峪一帶恰好位于稱作桑植復向斜構造中的三官寺向斜靠近軸部的南側，在這樣的構造部位上，石英砂巖的層面傾角平緩，一般在10 °以下，大多為6°～8°。由于巖層產狀平緩，單一巖層的巖石重心低，各層之間不易發(fā)生重力滑動，從而增加了巖石的穩(wěn)定性，這亦是一種有助于砂巖峰林地貌形成的構造因素之一。    在地殼運動發(fā)生和發(fā)展過程中所產生的巨大能量，使巖石承受著強大的壓力，當這種壓力超出巖石的團結力時，巖石則沿著受力的一定方向發(fā)生破裂。這種破裂，在相對位置上并沒有引起巖層明顯的錯動。此種現(xiàn)象，地質學上稱為構造節(jié)理。據(jù)筆者觀察，在張家界、索溪峪砂巖峰林區(qū)，主要存在三組方向的節(jié)理：一組為北東30。左右；一組為北西310。- 330。；另一組近于東西向。砂巖峰林的形成與這三組節(jié)理有密切關系，是形成砂巖峰林的又一重要構造因素。不僅如此，巖石節(jié)理除控制峰林的發(fā)育，造就各種幾何圖形，并呈現(xiàn)棱角狀兀立的石峰外，它還控制了溪谷和沖溝的發(fā)展方向。例如：取名為“金鞭巖”的高大石峰，就是因流水沿著北東和北西方向兩組節(jié)理破裂面侵蝕下切，在重力作用和生物作用的配合下，所形成的高達320余米的石峰。又如，因流經金鞭巖而得名的金鞭溪和下游的索溪峪，它的流向和延伸方向主要是受北東向節(jié)理控制，即使中途受到北西向或近東西向節(jié)理的干擾，溪流流向可能有局部改變，但總的流向仍然朝向東北方向伸展。    上述事實告訴我們，張家界、索溪峪地區(qū)石英砂巖發(fā)育的幾組主要節(jié)理，是控制峰林、溪谷發(fā)育和發(fā)展方向的主要構造因素。    在這里，有一個值得提出來討論的問題，就是稱為泥盆紀地層的石英砂巖，在我國其他許多地方有著廣泛分布，為什么單單在張家界和索溪峪、天子山一帶能夠塑造出這樣典型的砂巖峰林地貌呢？    從湖南1：20萬地質圖可以看出，張家界、索溪峪一帶大部分是中晚泥盆世石英砂巖裸露區(qū)，而這種地質環(huán)境為發(fā)育砂巖峰林提供了最為有利的條件。我們從下面的事實足以得到論證：和張家界、索溪峪近在咫尺的袁家界也有同期的石英砂巖分布，不過在石英砂巖之上卻被后期（距今2.85億年）的二疊紀含煤地層和灰?guī)r所覆差，就如同戴帽子一樣牢牢蓋在石英砂巖上面而沒有讓它出露地表，大大失去風化侵蝕的機會，當然就不可能形成砂巖峰林。當我們站在張家界峰林地貌區(qū)的制高點黃獅案向北眺望袁家界時，一覽無余的、清楚的看出這一特點，感到袁家界與黃獅寨的地貌景觀有明顯差別。原因何在，舍此別無其他解釋。在臨近砂巖峰林的外圍，出現(xiàn)了另一種情形：雖然石英砂巖上面沒有別的地層覆蓋，但經歷了長期剝蝕，石英砂巖遺存較薄，而其下伏的雜色泥巖地層（含青灰、灰綠、灰白、紫紅等色的粉砂質泥巖、泥質粉砂巖及頁巖等）則出露廣厚，所據(jù)地勢較高。這種地層為淺海相沉積，形成于距今4.4～4.0億年前，歸屬于早古生代中晚志留世的秀山組和小溪峪組。這種巖石的巖性較軟弱，極易風化成碎屑狀，因而它只能形成緩坡的山丘，不能產生峰林。只是在這種雜色泥巖構成的山丘之巔，偶有石英砂巖保留的地方，才略有一點石峰顯示，不可能造就完整而典型的砂巖峰林。    由此可以看出，只有在石英砂巖裸露區(qū)，它上面既缺失煤系與灰?guī)r等后期沉積的地層覆蓋；而下伏雜色泥巖又還未露出地表，從下至上全為石英砂巖，只有具備這樣的地質環(huán)境，才能形成拔地而起的砂巖峰林地貌。    總之，張家界、索溪峪砂巖峰林地貌的形成，除了具備特定的地質環(huán)境和物質前提，還要有特定的構造條件，這些都是造就砂巖峰林不可缺少的內在因素。然而，僅具備這些因素是不夠的，還不足以形成砂巖峰林，塑造砂巖這一奇特的地貌形態(tài)，還必須借助于外部因素，即地質學上所稱的外營力。它，就是自然界塑造砂巖峰林地貌的能工巧匠。    外營力指的是哪些呢？從張家界、索溪峪砂巖峰林地區(qū)來講，主要是流水的侵蝕、重力崩塌和生物作用。其中占主導地位的還是流水的侵蝕。    點點滴滴的雨水降落地面沿著自然坡降匯集成涓涓細流，開始它對地表巖石的侵蝕。由無數(shù)細流匯集成常年不斷的溪流，這時的流水侵蝕力大大增強，尤其在雨季，每當暴雨驟下釀成山洪暴發(fā)，滔滔洪水咆哮而下，流經之地，蕩滌無遺，對巖石產生巨大的破壞，具有極強的侵蝕力和搬運力。此時流水對峰林的雕塑已不是精雕細刻而是大刀闊斧，何況，每當山洪滾滾之時，對巖石的侵蝕不但大大加強，還往往隨著重力崩塌的發(fā)生，從而加速完整巖石的解體。    從張家界、索溪峪砂巖峰林區(qū)來看，流水的侵蝕過程可以分為深切、側蝕和向源侵蝕三種方式，同時又體現(xiàn)在兩個方面：一是沿著前述三組方向的節(jié)理破裂面下切，使得較大的塊迅速解體，成為高大的石峰群；一是沿著早已開拓的沖溝向下和向源頭侵蝕，加大溝谷的深度和長度，在重力作用和生物作用等外力配合下，造成千峰萬壑的地貌景觀。這種地貌景觀在發(fā)育階段上，反映它尚處于風華正茂的壯年期，如畬刀溝、枇杷溪、金鞭溪、十里畫廊、百丈峽等地所見到的石峰群正是屬于這一類型，都是比較典型的峰林地貌。然而黃獅寨和腰子寨則不盡然，從形態(tài)和發(fā)育階段上看，與上過典型峰林景觀是有明顯差別的。我們認為黃獅寨和腰子寨是目前還未被流水分割而保留下來的較大地塊，印地貌學上所稱的方山，當?shù)亓晳T稱之為寨。由于這兒的方山在觀景上有重要意義，所以當?shù)卦?a class="insidelink" href="http://qugla.com/scenic/" target="_blank" title="張家界旅游景點介紹">介紹張家界宏觀風景的時候，常常聽到“不上黃獅寨、枉到張家界”就是對它的贊譽。按照我們親臨其境的感受和對這句話的領會，認為黃獅寨和腰子寨本身并沒有特別誘人的地方?？墒?，這兩座方山位置適中，雄踞群峰之上，人們置足其上，居高臨下地遠眺和俯瞰它們的四周，所有美景盡收眼底，一覽無余，是天生的自然觀景臺。從這個意義上講：“不上黃獅寨、枉到張家界”這句話是很貼切的。從地貌發(fā)育階段分析，方山現(xiàn)在還處于幼年期。倘若進一步發(fā)展，終有一天將會被峰林所代替。實際上，只要我們稍加仔細地觀察黃獅寨頂面起伏狀態(tài)，不難發(fā)現(xiàn)流水侵蝕的蛛絲螞跡：流水正沿著一定方向節(jié)理所形成的縫隙進行侵蝕，現(xiàn)已開始出現(xiàn)小的淺溝。不難設想，如果這種侵蝕作用長年累月繼續(xù)加強的話，預示方山將被解體，最終必然導致峰林的取代。到那時，作為天然觀景臺的黃獅寨就會逐漸消失了。不過地貌形態(tài)上的這個轉化速度，應按地質年代計量，當然是非常緩慢的，人們今天不必擔心。可是，人們應該想到，采取一些什么樣的科學辦法減緩方山向峰林發(fā)展的速度，那倒是值得大家共同思考的問題。    重力作用是外營力之一，由重力作用所引起的巖石崩塌現(xiàn)象，在張家界、索溪峪砂巖峰林區(qū)隨處可見，其中有比較新的崩塌體，也有比較老的崩塌體。如金鞭溪旁的醉羅漢石峰，就在1979年一次暴雨中，石峰下部的巖塊脫落發(fā)生重力崩塌。崩落下來的巨大新鮮巖塊現(xiàn)今仍停積在溪邊路旁，石峰崩塌缺口的石壁上還保持著新鮮的斷裂面，證明發(fā)生崩塌的時間是很近的。又如金鞭巖飯店通往林場場部的公路交匯處發(fā)現(xiàn)有兩堆巨大巖塊，初看，兩堆巖石的層面似有明顯的交角，原以為是斷層所在，仔細觀察周圍巖層，又看不到通常常見的一些斷層跡象，如巖石硅化、糜泥巖化、破碎帶和拽引褶皺等等。而且沿巖層走向追索，也看不到石英砂巖巖層產狀發(fā)生過什么變化，倒是在它的上方一座石峰（恰好是稱為夫妻巖的石峰背面）發(fā)現(xiàn)一個相當大的直角形缺口。呵！原來這兩堆巨大巖塊正是從這個缺口崩落下來的。從崩塌的缺口和崩脫物之間的空間位置看，完全可以對應吻合起來，這樣才把這兩堆龐大堆積物的成因確定下來，證實為重力崩塌的結果。再從缺口處的巖壁不新鮮和崩塌體已長滿植被來看，顯然，發(fā)生重力崩塌作用時間距今已經很久，是比較老的崩塌體。    同時，在索溪峪林區(qū)的十里畫廊谷地兩側和王家峪、百丈峽等處，亦常見巨大的崩塌巖塊散落在溝谷兩旁，只是規(guī)模不同而已。    引起重力崩塌的主要原因是什么呢？是大氣降水和地表流水沿巖石層面對較軟弱的薄層巖石進行側蝕和沿巖石節(jié)理破裂面進行深切，使得失去依附和依托的巖石，在地引力作用下發(fā)生重力崩塌的結果。崩落下來的巖塊，流水搬不動的便停積在原地，小的巖塊則被流水沖走，就成為我們現(xiàn)在在河床中所看到的大小礫石和砂子。    生物作用也是一種外營力，它包括植物的動物的兩方面作用。這里，主要是談植物對巖石的作用，這種作用有兩個方面：一是它的根在巖裂隙中深深扎入，對巖石產生根劈作用，使得巖石破裂；一是生物化學作用產生有機酸對巖石礦物進行分解。這兩種自然現(xiàn)象，在張家界、索溪峪砂巖峰林區(qū)也是常見的。應該指明的是，生物作用雖然對保持巖石的完整性有一定影響，然而植物通過它的根系深深扎入巖隙中，盤根錯節(jié)，又使破裂的巖石破而不散，這樣又加強了巖石的相對穩(wěn)固性。我們還要看到，植被在防止水土流失方面起著頭等重要作用，是人人皆知的。因此，保護森林植被，保持生態(tài)平衡，已引起黨和國家的高度重視，并為此作了不懈的努力，展開了內容廣泛的科學研究，制定了一套有效措施，建立了許多自然保護區(qū)，張家界國家森林公園就是我國建立的第一個國家森林公園，當然索溪峪同樣也是一個重要的自然保護區(qū)，再說，這兒有些植物具有很高的觀賞價值。如黃山松（當?shù)亟袔r松）就是一種很好的觀賞樹木，它既能單株挺立于峰巒之上，又能在刀削般的懸崖絕壁上凌空飛出，也能群體扎根于鉆天的群峰之巔或石峰巖隙之中，剛勁挺拔，蒼翠可愛，為張家界、索溪峪砂巖峰林增添了無限風光。砂巖峰林區(qū)還保存著珍貴的孑遺樹種。如人們稱之為國樹的珙桐、銀杏等，在科研上有極大的價值，也是極美的觀賞珍品。因此，我們在提到生物作用時，不能片面的只強調植物對巖石破壞的一面，作為外營力，當然要提及，但是，也應該同時提到植物的建設性作用這個主要方面，這才是比較全面的觀點。    其他外力因素還有許多，諸如區(qū)域性氣候和氣候變化引起的溫差，產生巖石的熱脹冷縮現(xiàn)象，加速巖石的物理風化；動物的活動和微生物的活動，在砂巖峰林發(fā)育過程中也有一定影響，只不過這些因素，在這兒不很顯眼罷了。    綜上所述，我們現(xiàn)在可以將張家界、索溪峪風景區(qū)的地質、地貌特點加以概括，歸納起來，有如下幾點：    一、構成張家界、索溪峪砂巖峰林地貌的物質基礎——石英砂巖，形成于晚古生代中晚泥盆世時期的濱海環(huán)境，不是過去人們誤認為是在淺海環(huán)境，更不是深海環(huán)境下形成的。說它是在濱海環(huán)境下形成，這由許多石英砂巖層面上留下當時拍岸海浪所形成的波痕來佐證，這種波痕在張家界、索溪峪是屢見不鮮的，你在游覽時稍加注意就不難發(fā)現(xiàn)。    二、砂巖峰林地貌的形成時期，是在經歷了偉大的燕山造山運動之后，奠定了整個湘西北地區(qū)的地貌格架，又經歷了喜瑪拉雅運動繼續(xù)抬升，特別在300萬年以來的第四紀晚近構造運動（又稱新構造運動），對砂巖峰體的形成影響極大。這個地史時期，才是砂巖峰林主要形成和發(fā)育時期。    三、石英砂巖的巖性特點、構造條件和所處的地質環(huán)境是形成、發(fā)育砂巖峰林地貌的內在因素，以流水侵蝕為主導的諸多外力作用，是塑造砂巖峰林地貌的主要力量。    這里必須明確指出，構成砂巖峰林的巖石形成時期，與砂巖峰林地貌的形成時期，是絕對不能混同的，兩者有概念上的不同，在時間上彼此相隔更其悠遠，這一點是應該要向廣大游人交代清楚的，以免發(fā)生誤解。    還需要說明的是，宇宙間任何事物都有其自身的發(fā)展規(guī)律，都有一個從幼年期、壯年期到衰老期的發(fā)展變化過程，張家界、索溪峪砂巖峰林地貌也不例外。如前所述，目前張家界、索溪峪砂巖峰林正處于風華正茂的壯年時期，是它的黃金時代，可是它終究也會走向衰老階段，這是不以人們意志為轉移的客觀規(guī)律。雖然我們無法改變這種規(guī)律，但我們可以延緩、推遲它過早地走向衰老階段，這是辦得到的。這就給人們以提示，對曾經塑造過這兒雄壯奇麗的砂巖峰林的諸多外營力，如何加以人為的控制，減緩它對砂巖峰林的侵蝕速度，則是值得大家重視的研究課題。目前最好的辦法是，保護和發(fā)展森林，保持生態(tài)平衡，這對防止水土流失，延緩、推遲峰林走向衰老期，具有十分重要的意義，這是千秋萬代造福子孫的頭等大事，應引起人們高度關注，不能等閑視之。不然的話，對森林植被不加保護，將會帶來嚴重惡果，后患無窮。破壞生態(tài)平衡，必然加速水土流失，也加快峰林走向衰老階段，到那時，峰林就演變成殘缺的石柱，而出現(xiàn)石柱則是峰林發(fā)展到晚期的象征。如果殘缺石柱大片出現(xiàn)，標志著砂巖峰林地貌生命的結束，而為其他地貌類型所代替，砂巖峰林景觀也就隨之消失。    為了美化我們偉大的祖國，為了全人類幸福，大家都來充當大自然的衛(wèi)士，像保護自己的眼球一樣來維護大自然的生態(tài)平衡。祝張家界、索溪峪這顆風景明珠永放光芒，永葆青春！