兴文石海地质公园石芽形态特征及影响因素

舒成强，张 斌，蒋良群，罗明良，刘守江

(西华师范大学 国土资源学院，四川 南充 637009)

兴文石海世界地质公园以石海而著称，而石海即由成片分布的石芽组成．在地质公园内石芽分布范围较广，如海浪般连绵起伏，蔚为壮观，颇具观赏性．随着世界地质公园的建立和逐步开发，这里成为休闲娱乐、地质学习和研究的绝佳场所．对区域内各地质遗迹进行深入分析，了解其形成原因与发展趋势，这对于保护珍贵的地质遗迹资源，普及地质知识，提升公园旅游品质具有十分重要的意义．那么，神奇的石芽地质景观是怎样形成的?其形成与发育是否蕴含某些科学因素呢?

1 研究区概况

兴文世界地质公园位于四川省宜宾市兴文县境内，于2005年顺利成为四川省第一个世界地质公园．兴文县位于川南地区，分别与叙永县、珙县、长宁县、江安县、纳溪县以及云南省威信县相连，交通条件便利，县城与宜宾市和泸州市等距．兴文县在地质构造上位于四川盆地与云贵高原的过渡地带，属于川南褶皱带东西向构造体系的川黔古坳陷范围［1］．整个兴文县地势呈现为北部丘陵槽坝区，中部低山中谷区，南部中山窄谷地貌［2］．区域属于川南褶皱带东西向构造体系和南北构造体系交汇处，并发育以长宁大背斜为主的北西构造体系，褶皱断裂发育［3］．研究区兴文石海地质公园分为四大园区，分布于不同乡镇区域． 整个园区内石灰岩分布广泛，特别是小岩湾园区和泰安石林园区内石灰岩不但分布范围大，而且纯度较高．兴文县常年受交替的大陆气团影响，属中亚热带湿润季风气候，气候温和，雨量充沛，无霜期长，四季分明，雨热同季［4］，为地质公园内岩溶地貌的发育提供了良好的气候条件．

2 兴文石海石芽空间分布格局

2．1 碳酸盐岩在地质公园中的分布

兴文石海世界地质公园位于川南地区的宜宾市兴文县境内，是四川南部与云贵高原的过渡地带．四川南部地区岩溶地貌发育，而兴文石海世界地质公园所属区域完整出露了自寒武系至三叠系地层，地层系统较为完整，其中奥陶系、二叠系碳酸盐岩出露范围广，岩溶地貌最为发育．小岩湾园区基本为碳酸盐岩所覆盖，泰安石林园区也大部分为碳酸盐岩所覆盖，这两个园区是岩溶地貌最为发育的地方，也是石芽主要分布园区．僰王山园区和凌霄山园区出露地层为寒武系、志留系泥岩层与页岩层，碳酸盐岩出露面积不大，岩溶地貌不甚发育．

2．2 石芽在地质公园中的分布

兴文石海世界地质公园共分为4 个园区，总面积约150km2．4 个园区分别为小岩湾园区、泰安石林园区、僰王山园区和凌霄山园区(图1)．其中小岩湾园区位于兴文县县城南部的石林镇;泰安石林园区位于兴文县西北部的两龙乡;僰王山园区位于晏阳镇西北部的僰王山;凌霄山园区位于僰王山西南部的凌霄山．

四大园区地质遗迹、生态景观以及人文景观各具特色，相辅相成，其中小岩湾园区是该世界地质公园最主要和最大的地质遗迹保护区，以石海(石芽)、石林、天坑、溶洞为特色的景区，是整个地质公园的核心部分;泰安石林园区则为另一特色的以豹皮塔状灰岩为主的地质遗迹园区，主要地质遗迹及景观为豹皮状灰岩形成的石林、石柱、石芽、天生桥以及形态优美的川南竹海，石林与竹林交相辉映;僰王山园区是古僰人文化为主、生态竹海为辅的园区;凌霄山园区是以深沟峡谷、瀑布为主的、僰人文化为辅的园区．

石芽地质遗迹主要分布于小岩湾园区和泰安石林园区．在小岩湾园区，石芽主要分布于大小岩湾天坑周围［5］，形成的景观主要有小岩湾石海、群羊下山、石林翠竹、化石迷宫、石海迷宫以及蘑菇石等景点，总面积约为2．2km2．泰安石林景区以长城缩影景点为代表的石芽群为主，以及分散独立的石芽．不论是在数量上还是规模上，泰安石林石芽都小于小岩湾景区石芽．小岩湾景区石芽或成群连片出现，或单独出现，但整体都分布于该景区的核心景观—大小岩湾天坑四周，镶嵌于石林峰丛之间(图2)．而泰安石林除单个石芽间隔分布于成片石林之间，其余石芽主要分布于一小片区域，即长城缩影景点周边区域范围，通常与竹林共生．

图1 兴文石海世界地质公园园区分布图Fig.1 Park distribution map of Xingwen Shihai Geopark

图2 小岩湾园区石芽分布图Fig.2 Clints distribution map of Xiaoyanwan park

3 石芽类型及特征

3．1 石芽个体形态

百度百科对石芽的定义为溶沟间突起的石脊，有裸露的，也有埋藏的．但从一般情况看，出露地表并突出一定高度但并未达到石林高度的碳酸盐岩部分称为石芽．根据这一特点进行分析，兴文石海世界地质公园石芽可分为两种类型，一种为符合百度百科定义的溶沟间突起的石脊类石芽，本文称之为“真性石芽”(图3);另一类则表现为在地表上与溶沟间突起的石脊类石芽类似，仅从地表看完全符合石芽定义，但从整体看实质为石柱，从纵剖面看，该类“石芽”小部分顶部出露于地表，但大部分柱体部分埋藏于地下，柱体之间存在一定距离，沟槽深度远大于真石芽之间的溶沟深度，最大者可达3-4m(图4)，这一类石芽我们称之为“假性石芽”．

图3 真性石芽剖面图Fig.4 Sectional drawing of true clints

图4 假性石芽剖面图Fig.5 Sectional drawing of false clints

3．2 石芽群体性特征

小岩湾景区大部分的石芽连绵成片，石芽间为溶蚀沟槽相连，石芽顶部一般较为圆润，两侧壁则较为陡峭，沟槽深度约在0．5 -1．6m 之间，且在“石海涌浪”以及“群羊下山”石芽群，溶沟具有一定的方向性，主要方向为近北向．这类石芽群往往顺地势排列，从高到低成排相连，两排之间为溶沟凹槽相间．另外一类石芽则呈孤立状态，独立于石林之间或山巅，例如形象逼真的“金龟戏狗熊”石芽，则独立形成于山体之顶部，乃为岩体差异性风化的残余景观．

泰安石林园区石芽类型主要分为两类，一种为呈线性分布的石芽，例如最为典型的“长城缩影”景观即为石芽的线性排列而成．这类石芽呈长条形，顶部相对平坦，石芽侧壁由于豹纹状特点及层间差异性而造成石芽壁成层排列、花色突出，形如古砖堆砌而成，远远看去犹如古代长城;另一种为石柱或石墙等高大的溶蚀石体上部分在重力作用下崩塌后残留地表部分又受到流水的溶蚀作用而形成石芽形态．这部分石芽的形态与小岩湾“群羊下山”石芽群具有相似性，但泰安石林的这类石芽一般不具有聚集性，通常都分散于石柱与竹海之间，别有一番独特的意境．

4 石芽形成与演化

地质景观的形成是在漫长的地质历史长河里受多种因素的影响而逐渐演化形成的，经历了多个发展阶段．石芽的发育过程总体而言主要受内动力和外动力地质作用的影响，与区域地质环境的变迁有着极大的关联，是多种因素综合作用的结果，是地质景观演化过程中的一种暂时现象．

4．1 演化过程

4．1．1 岩体形成阶段

在奥陶纪、二叠纪时期川南一带为一片汪洋大海，在生物等作用下，海底沉积了巨厚的碳酸钙，后经过长期的埋藏压实过程后形成新的碳酸盐岩，为后期的岩溶地貌发育奠定了物质基础(图5a)．泰安石林出露岩层主要为奥陶系豹纹状灰岩;小岩湾园区主要出露岩层为二叠系茅口组、栖霞组灰岩，碳酸钙含量较高．

4．1．2 抬升破裂阶段

区域经过多期构造运动的影响出现抬升与下降过程，形成褶皱与断裂．特别是在最近一次的喜马拉雅运动中，川南地区逐渐抬升，最终出露地表．在剧烈的构造运动影响下，川南地区抬升褶皱，使得兴文一带位于川南褶皱带东西向构造体系和南北构造体系交汇处，并发育以长宁大背斜为主的北西构造体系［3］． 由此形成一系列次级断裂和众多的构造节理，使得区域内岩体破碎，极易发生侵蚀和溶蚀作用(图5b)．

4．1．3 溶蚀阶段

川南地区在漫长的地史时期大部分时间主要位于低纬度地带，降水量较为充沛［6］，潮湿炎热的气候为碳酸盐岩的化学风化提供了良好的自然条件．由于受构造运动的影响，区域岩层多出现断裂，节理十分发育，其中构造节理北向为主，北东向为辅．区域降水顺节理渗入岩层内部，在二氧化碳等作用下共同参与反应，逐渐溶蚀碳酸盐岩，最终由于差异性风化逐渐溶蚀出高低不同、形态各异的岩溶地貌(图5c)．

4．1．4 成型阶段

随着溶蚀作用过程的继续，在前期溶蚀的基础上，岩石表层崎岖形态分化加剧，有的岩体由于溶蚀而变得圆润光滑，有的则出现尖棱，最终形成现在地质公园各类石芽形态．此时的石芽作为岩溶地貌的一种重要类型，因其形如竹笋，或大或小(图5d)，具有很高的美学价值和科研价值而成为不可多得的地质遗产．

图5 石芽形成演化过程示意图Fig.5 Schematic diagram of evolution process of clints

每一种事物都有一定的发展规律，都会经历从产生到消亡的过程，石芽作为岩溶地貌的一种也必将遵循这一原则．石芽形态的出现是岩溶地貌发育的一种暂时形态，随着溶蚀过程的继续，石芽终将因溶蚀作用而消亡，但这一过程在自然状态下是十分漫长的，因此我们应该尽可能减少对自然的干扰，遵循自然自身发展规律，让这一宝贵的地质遗产为我们的科研与社会经济的发展服务．

4．2 影响因素

石芽形成受多种因素的影响，但岩性是石芽形成的基础，区域构造地质活动是石芽发育的重要影响条件，气象水文则决定了碳酸盐岩以何种方式进行风化．

4．2．1 岩性

兴文石海是以岩溶地貌为基础的地质遗迹景观保护区，地质遗迹形成的物质基础主要为碳酸盐岩．碳酸盐岩是在漫长的地史时期中逐渐形成于海洋环境的，一般岩石内都蕴含丰富的海相生物化石．在漫长的地质历史长河中，包括兴文在内的川南地区在近5 亿年以来大部分时间属于海洋环境，并且较长时间内属于浅海环境，沉积了巨厚的含生物碎屑及化石的碳酸盐岩．在小岩湾园区的天坑内出露的厚约2 -3m 的风暴岩就反映了该区域在二叠纪时期曾处于浅海多风暴的环境［7］．这些多次沉积的巨厚碳酸盐岩富含丰富的海洋生物化石，含碳酸钙纯度较高，具有极好的溶蚀性，这对于碳酸盐岩受后期构造与流水等的改造溶蚀，形成石柱、石芽等岩溶地貌提供了较好的物质基础．

4．2．2 构造地质

包括兴文石海在内的川南地区以震旦纪古构造为基底，历经加里东构造旋回、海西构造旋回、印支构造旋回及燕山构造旋回的不断改造，区域内多次出现海侵现象，沉积了巨厚的碳酸盐岩．几次较大的构造运动使得川南地区地貌出现多次剧烈变化，特别是在最近的喜马拉雅运动中，受青藏高原抬升影响，川南地区出现强烈抬升和褶皱，最终使得兴文县位于川南褶皱带东西向构造体系和南北构造体系交汇处［3］，使得区域岩层出现断裂、构造节理异常发育，为后期地下岩溶洞穴、地表岩溶地貌的发育提供了良好的构造条件．

4．2．3 气象水文条件

岩溶的发育离不开水，炎热的气候则加剧了这一过程．不管是降水还是地表水亦或是地下水，在适合的气候条件下，不断与碳酸盐岩产生化学作用，在丰富水流条件下能迅速带走溶蚀物质，这为进一步溶蚀作用提供了良好的接触条件．

我国在漫长的地史时期中均位于较低纬度带，特别是川南地区基本都位于温暖潮湿的气候带上，雨量较为充沛［6，8］．从第四纪开始中国所处经纬度逐渐接近现代地理位置(北纬29°，东经104°)，川南地区属于亚热带地区，纬度低，太阳辐射较多，年均气温和降水量分别为25．36℃和1 333．3mm［8］．可见川南一带不管是地史时期还是现代，气候条件都十分温暖潮湿，对于溶蚀作用过程十分有利，是岩溶地貌发育的重要条件．

在兴文石海世界地质公园区域，河流众多，水系十分发达．在石芽极为发育的小岩湾园区和泰安石林园区内都有河流及暗河发育．小岩湾园区基本沿顺河流域发育，并在地下发育于多条暗河［9］，其中小岩湾天坑底部就有暗穴与地下暗河相连，是该天坑发育过程中物质输送的主要通道;泰安石林则有晏江河的两条主要支流．优越的水文条件是碳酸盐岩溶蚀的重要条件，能将溶蚀物质快速搬运离开原地，为碳酸盐岩的进一步溶蚀提供条件．

综上所述，兴文石海世界地质公园石芽是该地质公园主要核心地质景观之一，是不可多得的重要地质遗迹之一．石芽的形成与发育蕴含了一个区域地质演化的历史，是一个区域环境变迁的缩影，因而具有极高的科学研究价值．加大对这类地质景观的研究，了解这类地质景观形成的科学原理，对于更好的在开发中保护、在保护中开发具有重要的作用，也能使地质公园成为重要的集旅游观光、科学考察以及地质科普为一体的目的地，这对提高当地区域文化品味和促进经济发展都具有重要的意义．

［1］ 陈叙论，刘世青．川南喀斯特发育史探讨［J］，成都地质学院学报，1984，(2):44 -52．

［2］ 四川省兴文县志编撰委员会．兴文县志［M］． 成都:四川人民出版社，1998:58 -59．

［3］ 沈开俊，刘严松，何政伟．四川兴文县滑坡发育特征及影响因素分析［J］．中国地质灾害与防治学报，2007，18(4):120-122．

［4］ 张 斌，舒成强，税 伟，等．云贵高原北坡石漠化地区近50a 降水波动分析-以四川省兴文县为例［J］，2009，18(12):1156 -1161．

［5］ 谢 萍．中国兴文世界地质公园资源特色及开发建议［J］，新西部(下半月)，2008，(16):58 -59．

［6］ 李定龙，陈兆炎． 四川南部二叠系阳新灰岩岩溶发育演化特征探讨［J］． 淮南矿业学院学报，1993，13(1):1 -10．

［7］ 刘宝珺，张继庆，许效松．四川兴文四龙下二叠统碳酸盐风暴岩［J］，地质学报，1986，(1):55 -66．

［8］ 舒成强，张 斌，税 伟，等．四川兴文小岩湾天坑的形成及其发育研究［J］，四川地质学报，2009，29(专辑):17 -20．

［9］ 舒成强，张 斌，蒋良群，等．兴文县地质灾害发育特征及形成条件研究［J］，太原科技，2009，(8):73 -77．