河北承德丹霞地貌国家地质公园地质遗迹景观及其旅游地学意义

陈丽红 ,张 璞,武法东,高国明

1)中国地质大学(北京),北京 100083;2)石家庄经济学院,河北石家庄 050031

承德丹霞地貌国家地质公园2011年11月由国土资源部批准建立,景观以丹霞地貌为主,热河古生物群和清代皇家园林为辅,集自然、生态、人文于一体。地质公园位于河北省东北部燕山腹地,地理坐标为东经 117°45′—118°15′,北纬 40°51′—41°03′,总面积 48.76 km2,核心区面积 24.03 km2。公园范围主要覆盖河北省承德市的双滦区、双桥区及承德县、滦平县的部分区域,由磬锤峰、双塔山、鸡冠山三个园区组成,包括磬锤峰、夹墙沟、朝阳洞、唐家湾、双塔山、鸡冠山六个景区。

1 地质公园自然概况

1.1 自然地理条件

公园所在的河北省承德市地处暖温带向寒温带过渡地带,属半湿润半干旱区大陆性季风气候。年均气温 7.8℃,年均降水量 587.1 mm,年均风速1.7 m/s,风力资源丰富。地形上位于内蒙古高原向华北平原的过渡区,以大马群山脉尾闾的东猴顶山至塞罕坝延伸一线为界,全市分为坝上高原和冀北山地两大地貌单元。地质公园所处坝下山区属侵蚀构造山地,地形复杂,河流纵横,流水侵蚀强烈,地貌形态多变,景区主要由中山、低山及河流谷地等组成。

1.2 区域地质背景

1.2.1 地质发育简史

据中国大地构造单元划分,承德市地处华北地台北缘,属内蒙地轴和燕山褶断带。太古代地壳大幅度下沉,处于地槽发展阶段,接受了巨厚的铁镁质、砂质、粉砂质、泥质和泥砂质沉积,并伴有基性岩浆活动,遭受不同程度的变质和混合岩化作用。前震旦纪构造运动之后,进入准地台发展阶段。中元古代至古生代早二叠纪主要发育海相沉积盖层。之后,进入强烈活动阶段,发育陆相-火山沉积盖层。侏罗—早白垩纪由于燕山运动,本区构造剧烈变动,新生代以来平稳抬升(刘健,2006)。

1.2.2 地层与古生物

地质公园所在区域自太古代至新生代地层出露较全,平泉—古北口断裂以北广泛出露太古宙片麻岩,以南主要是中、新元古代、古生代和中生代地层。太古界包括遵化岩群、迁安岩群,主要分布在北部及西南部;元古界主要发育长城系的团山子组、大红峪组和高于庄组,广泛分布于平泉—古北口断裂以南;古生界寒武系、奥陶系地层主要分布在承德盆地与古北口盆地中间,与元古宇地层一起把两个盆地分割开来;中生界发育三叠系石千峰群、侏罗系门头沟群、后城群和白垩系热河群地层,几乎遍布承德盆地,公园内以中生界中、上侏罗统地层发育较好(图1)。

中生界侏罗系后城群地层包括九龙山组、髫髻山组和土城子组,为一套红色砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩夹中性为主的熔岩及火山碎屑岩,是构成公园丹霞地貌的地层基础。该套岩层均呈南北向带状分布,地层产状总体走向南北,倾角 12°～45°。其中土城子组被称为“承德砾岩”、“热河红层”(赵佩心,1988)。其地层多形成奇峰、怪石、陡崖等丹霞地貌,是地质公园最主要构景层(表1)。

图1 承德地区地层与构造略图(据渠洪杰等,2005修改)Fig.1 Stratigraphic and tectonic sketch map of the Chengde area(after QU et al.,2005)

表1 承德盆地丹霞地貌主要构景层及其特征Table 1 Main strata and characteristics of the Danxia landform in the Chengde basin

白垩系热河群地层是一套陆相酸性火山碎屑岩系,以富含热河生物群化石为特征,主要产叶肢介:Nestoria pissov,N.caraica,N.luanping ensis;双壳类:Fergano-concha yanshanensis;植物:Equisetites,Cladop hlebis sp;鱼类:Peipiaosteus Pani,昆虫:Epheneropsis trisetalis等(王思恩,1999;河北省地质矿产局,1996)。

1.2.3 岩浆活动

地质公园区域内岩浆活动比较强烈,以侵入为主,主要发生于中生代燕山期。火山活动集中在元古代和中生代,以中、晚侏罗世最为强烈。岩石类型包括超基性、基性、中性、酸性到碱性岩各类,产状多样。

1.2.4 地质构造

承德丹霞地貌国家地质公园主要分布在滦平断陷盆地东部和承德断陷盆地的侏罗—白垩系地层分布区。区内构造形态以复式褶皱和断裂为主,构造线方向为 NE和 NNE(图1)。控制本区盆地及地貌的主要为燕山期构造运动(河北省地质矿产局,1996)。盆地中堆积的巨厚粗碎屑物,在成岩过程中由于受到新华夏系构造活动的作用产生了两组垂直的共轭剪节理,它制约、引导着承德丹霞地貌的发展进程和形态特征。

2 地质公园的主要地质遗迹景观

地质遗迹资源类型是科学研究及旅游开发的重要资源基础。参考中国国土资源部下发的《国家地质公园规划编制技术要求》(国土资发〔2010〕89号)的分类方法,承德丹霞地貌地质公园地质遗迹类型丰富,主要包括地貌景观、水体景观、地层剖面和古生物遗迹4大类(表2)。

表2 承德丹霞地貌国家地质公园主要地质遗迹类型与景观Table 2 Principal geoheritages and sceneries in the Daxia Landform National Geopark

2.1 丹霞地貌景观

丹霞地貌由我国的陈国达、冯景兰两位院士提出,以赤壁丹山、峰林峡谷为特征,它颜色丹红,奇险秀美,高耸难攀,是我国最有特色的一种地貌类型(彭华等,2013)。其常形成于内陆拗陷或断陷盆地内的巨厚层红色砂岩和砾岩沉积岩,反映干热气候条件下的氧化陆相河湖沉积环境(李霞等,2013)。丹霞地貌区奇特的风景地貌往往具有很高的旅游开发价值,丹霞地貌是承德国家地质公园自然景观的主体与基础,其发育典型,造型丰富,类型齐全,风景优美,发育阶段保留完整,有“中国塞北丹霞地貌”之称。受构造运动、气候条件、岩石成分等影响,承德丹霞地貌以石峰、石堡、石墙、石柱等景观为主,象形山、石,穿山洞穴也很发育(表2)。

2.1.1 峡谷陡崖、石墙景观

“有陡崖的陆相红层地貌”是丹霞地貌的基本特征,公园中产状平缓的紫红色砾岩夹透镜状砂岩地层,由于新构造抬升运动,河谷深切,形成网状峡谷与两侧的陡壁景观,峡谷之间山岗上保留的平缓台面形成高台地貌。高台四周若为悬崖陡壁则称为城堡山,陡壁之间延伸较远的平缓山梁则为跑马梁,如东、西龙脊、野猪岭等。随着侵蚀作用进行,山谷之间的平缓台地继续发展则形成狭窄陡峭的夹沟墙。桲萝树村的沟头横排三堵南北向的岩墙,墙谷相间。第一道岩墙宽 1～10 m,高 80～100 m,长566.69 m,墙上有5个自然形成的石窗,被称为“中国丹霞第一墙”。

2.1.2 奇峰、怪石景观

在风化、风蚀、崩塌的外力雕琢作用下,地质公园内形成了众多造型奇特的石峰,大多为单体出现。著名景点磬锤峰俗名“棒槌山”,古称“石挺”,由侏罗系土城子组紫红色巨厚层砾岩构成,为四条沟谷流水溯源侵蚀的中心。由于根部风蚀作用强烈,形成上粗下细的奇异景观,峰体下部直径 l0.7 m,上部直径15.04 m,柱高38.29 m,若包括底部突起的基座在内,通高59.42 m。双塔山是土城子组紫红色砂砾岩岩墙风化崩塌的结果,仅存山体为沿垂直节理风化剥落而成,海拔 488 m,南北两峰陡直并立,峰上各有一座四方砖塔。南峰略小,呈圆形,高约30 m,直径8 m,周长34 m;北峰较大,上粗下细,呈倒圆锥状,高约35 m,周长74 m。

区域内由于长期外力作用形成了众多象形山石,大多体态较小,造型生动。蛤蟆石位于磬锤峰正南1000 m的山梁上,同为土城子组紫红色巨厚层砂砾岩的风化残余体,长约20 m,高约14 m,神似金蟾,昂首面南。

2.1.3 洞穴、石拱景观

公园内的红色砂砾岩夹泥岩、页岩,因为结构、构造与矿物的差异性,山体被侵蚀成石龛、岩槽、蜂窝穴、扁平洞、穿山洞等地貌景观,进一步风化侵蚀则发展为石桥、石拱。蛤蟆石底部的风蚀岩洞,高约0.8 m,宽3 m,纵深12 m,南北贯通。朝阳洞是承德红色砂砾岩层中的空中巨型穿山岩洞,发育在陡崖上,海拔720 m,洞长65 m,宽17 m。岩层大致水平,约三百万年以来,流水、风力对砾岩中钙质砂岩不断侵蚀、崩塌而成。与朝阳洞一沟之隔的天桥山,桥长180 m,有“中国丹霞第一桥之称”。下有两个穿山洞,南拱跨长5.8 m,高2.8 m;北拱跨长25.5 m,高4.7 m,也称“天桥双拱”。

2.2 水体景观

公园内的水体景观以风景河段和热泉水为主,其它水景有唐家湾景区的天门湖、天龙潭等。

河流 武烈河古称武烈水,是滦河流域的一条支流。不仅河水清澈,风景秀丽,而且流域内发育了典型的丹霞地貌景观。热水溪由避暑山庄德汇门东侧流出,沿迎水坝向南汇入武烈河,全程仅 500 m,《大英百科全书》称其为世界最短的河流。溪流细小窄浅,清澈温热,冬无结冰,承德旧称“热河”得名于此。

热泉 武烈河上游多热水泉,其成因在于岩层古老、地层破碎。位于承德县头沟镇的汤泉水温高达41～44℃,直径l m,涌水量5 t/h,在清朝时就被开辟为皇家行宫。避暑山庄内的热河泉水温常年保持在 8℃,属花岗岩断裂上升泉,曾是火山喷发点,是研究构造运动与岩浆作用的理想地点。

2.3 地层剖面

公园内发育有两个区域性角度不整合面,即上侏罗统髫髻山组火山岩与中、下侏罗统角度不整合,下白垩统张家口组火山岩与上侏罗统土城子组角度不整合。其中白垩—侏罗系地层剖面出露于承德县孟家院乡一条北北西走向的沟谷中,剖面直线长约1200 m,为一背斜构造。

2.4 古生物

“热河生物群”是近百年来国际古生物科学家对热河地域考察、研究并命名的一亿两千万年前的古生物化石带,河北承德地区也有广泛分布,化石丰富,保存完美。动物化石有双壳类、腹足类、叶肢介、介形虫、狼鳍鱼等,植物化石多为似木贼属(姬书安,2001)。鸡冠山盆地孟家院一带张家口组下部,火山岩夹层中的紫灰色凝灰质砂岩中成对出现鸡爪状恐龙脚印遗迹,印模直径约 8～10 cm,经鉴定为鸟脚亚目中的鹦鹉嘴龙。

3 地质公园的旅游地学意义

燕山地区位于古亚洲和太平洋两大全球性构造域的交叠部位,燕山运动是全球中生代构造演变的重大事件。承德地质公园所处承德盆地属于燕山褶断带构造走向由东西向到北东向转折的部位,是我国一个重要而具特殊构造演化历史的强变形带(赵越等,2004)。保存于公园内的地层沉积特征、生物化石、丹霞地貌都体现了对中生代以来构造运动的响应,从不同的角度指示了沉积时的条件。地质遗迹的保护和应用是地质公园可持续发展的核心,因此,公园地质现象及其演化过程是恢复古环境的重要依据,对地质地貌基础理论研究(朱志军等,2012)、区域旅游开发与规划、生态环境保护等方面都有不可替代的科学价值。

3.1 地质学意义

自从燕山运动的概念提出以来,中国东部中生代一直是学术界关注的焦点。燕山运动塑造了承德红层丹霞地貌的雏形,承德丹霞地貌的形成阶段作为燕山运动的例证,代表了地球演化的一个重要阶段。承德盆地在燕山地区具代表性,为本区中生代发育最长久的一个陆相盆地,研究盆地的发生、发展和消亡,能确定燕山板内变形的形成过程。盆地内下侏罗统—下白垩统层序齐全,堆积总厚度达到6600 m以上,岩性、岩相复杂,生物丰富,是研究陆相侏罗纪—白垩纪地层的理想地区。其髫髻山组火山岩代表了燕山期大规模火山喷发的开始(刘健,2006),土城子组主要发育一套冲积体系的粗碎屑沉积物,可作为重要标志层进行区域地层对比(贾建称等,2003)。组内沉积相分布明显,分析其盆地沉积特征、物源对于探讨盆地周缘构造作用对盆地充填过程的响应关系以及恢复原型盆地格架具有重要的意义(渠洪杰等,2005)。

承德—平泉地区是燕山褶断带中构造最为复杂的区段之一(张长厚等,2004),不同学者对本区中生代主要推覆构造认识不同,对这些断裂构造变形的时代、构造指向、发展特征和不同期次逆冲作用的构造叠加关系等研究直接影响到对承德地区的构造演化、构造特征的认识,对侏罗纪构造变革与燕山运动的诠释,在我国甚至在东亚地区具有特殊的地质意义。

冀北、辽西地区是热河动物群的发源地,其早期鸟类、带毛恐龙、原始哺乳动物和早期被子植物的发现为20世纪古生物学界最重大发现之一。大北沟组、九佛堂组陆相沉积地层中保存的晚侏罗世—早白垩世动植物化石,数量丰富,动、植物各门类齐全,层位清楚,演化特征明显,是研究中生代生物群落的理想地区,涉及现代生物界许多重要生物门类的起源和早期演化问题。

3.2 地貌学意义

由于公园所处的特殊大地构造和自然地理位置,发育了独具特色的丹霞地貌。其主要成景层承德砾岩为河卵石与角砾混杂,胶结物为铁质和泥砂质,夹有钙质胶结的砂岩透镜体。承德砾岩为中侏罗世陆相洪积扇堆积物,后经过喜马拉雅构造运动,被抬升成为低山丘陵区。新生代以来经水、风等外营力的作用,垂直和横向雕塑发育,所形成丹霞地貌具备鲜明的独特性,与南方丹霞地貌相比,在景观特征、物质成分、发育阶段和形成时代与原因上均有所不同(张璞等,2011;赵汀等,2014),是中国丹霞地貌的一个重要组成部分和类型。中国是世界上丹霞地貌分布最广、数量最多的国家(欧阳杰等,2011;Zhu,et al.,2010),国内丹霞地貌研究以南方为多,承德丹霞地貌作为北方丹霞地貌的典型代表,具有重要的科学意义和全球对比意义。

承德盆地丹霞地貌发育演化已进入第三阶段的末期,从平台跑马梁、丹崖赤壁、山梁岩墙、夹墙沟、断墙残壁、孤峰棒槌到风化残余基石,各个演化阶段的地貌类型均可见到(张璞等,2011),可以充分发挥其研究的地学价值,成为丹霞地貌研究及科普教育与教学实习基地。

3.3 旅游学意义

地质公园内丹霞地貌以其鲜明的红色和奇特的造型具有很高的旅游观赏和美学价值(周学军,2003),奇峰、怪石、陡崖、洞穴、热泉等地貌奇观既有北国的雄浑,又有南国的秀丽。园内的磬锤峰、天桥山、朝阳洞、夹墙沟、热河等一流景观,与闻名世界的避暑山庄、外八庙皇家建筑组群,以及当地满蒙风情的民俗文化等人文景观相互映衬,实现了自然美景、建筑与园林艺术、佛教文化的完美融合,共同造就了承德得天独厚的旅游资源优势。承德素有“紫塞明珠”之称,为首批24个国家历史文化名城之一,1994年又入选世界文化名城。深入开发和挖掘丹霞地貌的造景功能,以森林、草原地貌景观为背景,以历史文化为灵魂,以皇家园林为载体,承德这座塞外古城的旅游价值有待于更深层次地开发。

3.4 生态学意义

燕山运动引发的生态环境改变可能导致燕辽生物群灭绝和热河生物群的更替(董树文等,2007),可为探讨地球陆相生态系统的演变提供重要例证。公园所属区域水资源短缺,多裸地、荒山等难以利用的土地类型,崩塌、滑坡等地质灾害多见,属于生态环境脆弱和敏感地带。承德丹霞地貌的演化已进入第三阶段的末期(消亡期),是生态保护的重要景观。而地质公园的建立与开发可以保护地质遗迹,恢复地质生态环境。此外,公园内丹霞地貌形成的深沟峡谷中水、热等生态因子与其它开阔地带不同,存在复杂多变的小环境和生态灶,这种特殊的丹霞地貌沟谷效应会影响植物物种的分布范围和演替顶级群落类型,对于生态学研究提供了自然条件(吴瑾等,2008;Hou et al.,2008)。

河北承德丹霞地貌国家地质公园处于燕山运动研究的典型盆地,地质背景复杂。在漫长的地质演化中形成了众多高品位的地质遗迹景观,其中以丹霞地貌景观为最,并且发育完整、现存真实、特征典型,是研究中生代构造运动、盆地发育演化、华北丹霞地貌及其形成机制与过程、外动力地质作用、生态研究与保护的最佳场所,对地学研究及旅游开发意义重大。

图版说明

图版 Ⅰ Plate Ⅰ

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