桓仁岩堆地貌特征与属性初探

金 潇，付 敏，杨 敏

(1．西南交通大学土木工程学院，四川成都611756;2．中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉430074;3．沈阳铁道勘察设计院有限公司，辽宁沈阳110013)

桓仁岩堆地貌特征与属性初探

金 潇1，付 敏2，杨 敏3

(1．西南交通大学土木工程学院，四川成都611756;2．中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉430074;3．沈阳铁道勘察设计院有限公司，辽宁沈阳110013)

在建的田师傅-桓仁铁路途经过桓仁地区，发现一种奇特的地貌景观——岩堆。围绕岩堆地貌的特征及成因开展了野外调查，并进行了遥感解译。结果表明:岩堆属于冰缘地貌的一种类型，是古石河或石海;岩堆发育区与震旦系下统钓鱼台组地层分布区有对应关系;钓鱼台组地层岩性为厚层石英砂岩，发育节理裂隙，有利于冻融风化形成岩堆，且耐化学风化，有利于长久保留至今。桓仁岩堆的深入认识，不仅对涉及岩堆的工程建设有实际指导意义，也有助于丰富本溪国家地质公园的内容，推动特色景观的建设。

岩堆;古石河;冰缘地貌;桓仁

在建的田师傅-桓仁铁路是辽宁省连接溪田线和通灌铁路(东北东部铁路)的连接线，长74 km，计划于2016年12月31日全线竣工。线路进入桓仁县境内，遇到一种奇异的地貌现象，即在山坡地带出现斑块状分布、无植被覆盖、布满石块、总体呈暗灰色的地貌单元，与周围茂密葱翠的山坡形成截然的对照。有幸观之，无不赞叹大自然的神奇。此地貌现象，铁路设计工程师们称之为岩堆，当地老百姓称之为乱石窖，曲景慧等［1］曾将之归为本溪钓鱼台地貌的一种类型。对此地貌现象的成因，前人尚未开展系统研究，而李永金［2］认为是脆性岩体反复受到冻胀的风化作用而破碎，沿陡峻山坡下移形成。本文以现场考察为基础，结合Google Earth图像判译，概述了桓仁岩堆的地貌特征，并分析了岩堆地貌的成因。通过对桓仁岩堆地貌特性的认识，将有助于岩堆工程性质的认识与评价;此外，该地区属于本溪国家地质公园的范围，岩堆地貌的科学认识对推动本溪国家地质公园的的进一步开发及旅游业的发展具有重要的现实意义。

1 岩堆类型及其特征

以上提到的给人以视觉冲击的桓仁岩堆，表面无植被，但调查发现，该地区的一些斜坡地带植被覆盖之下也为岩堆结构，因此根据是否发育植被，可分为裸露型岩堆和植被覆盖型岩堆两种类型。

1．1 裸露型岩堆

裸露型岩堆呈大小不等、形状不规则的斑块状分布在斜坡及山岭地带(见图1)，其形态各异，有长条形、锥形、马鞍形、倒三角、裙状等，尽管形态各异，但多数岩堆长轴方向是顺斜坡方向的，即长轴方向与等高线方向近于垂直;岩堆面积大小不等，大者数万平方米，小者数十平方米;岩堆可以出现在斜坡不同部位，坡顶、坡面及坡脚均可见到;各个岩堆成分及结构特征相近，单纯由块石堆积而成，块石成分为石英砂岩，岩石坚硬，棱角状，块石直径多在0．5～1．5 m之间，大者2～3 m，小者数十厘米，块径总体较为均一，呈架空结构，无碎块石及细粒土充填，无分选(见图2);岩堆处寸草不生，但石块表面长有青苔。

图1 桓仁岩堆Fig．1 Talus geomorphologic landscape in Huanren

为说明裸露型岩堆块石大小及其变化情况，选择田师傅-桓仁铁路大前石岭隧道进口南侧岩堆进行了块石测量统计。岩堆块石测量从坡脚开始，连续测量，直至近坡顶基岩面附近，坡面长度约500 m，高程差约300 m，且测量的块石主要是岩堆最表层、能够直接被测量到的岩块，共测量岩块1 068块，并按坡面角度将岩堆坡面分下、中、上三大段进行统计。

图2 桓仁县大前石岭岩堆Fig．2 Talus in hillside of Daqianshiling Mountain in Huanren

下段坡面从坡脚处开始，坡面较缓，倾角约为20°，坡长约100 m，共统计岩块199块，块径多集中在40～80 cm之间，长短边差值很小，块径平均粒径为66．7 cm。

中段坡面位于坡面中部，坡角为25°，坡长约200 m，共统计岩块231块，块径多集中在60～100 cm，块径平均粒径为83．6 cm。

上段坡面位于坡面的上部，坡角为33°，坡长为180 m，共统计岩块638个，块径平均粒径为63．4 cm。

由测量统计结果可知，坡面不同部位块径变化不大，总体较为均匀。

1．2 覆盖型岩堆

与裸露型岩堆相邻的植被覆盖斜坡地段，多数也具有块石堆积，其与岩堆结构类似，我们称之为植被覆盖型岩堆，且地表生长有松树、椴木、岳桦、花梨树及小灌木等。植被覆盖型岩堆表层覆盖有薄的腐殖土，有大量的植物根系，其中含土量很少，厚度仅数十厘米;坡面上仍可见较多块石，可清楚地分辨出块石堆积结构(见图3)，且块石表面由于腐殖质的污染而呈青灰色，腐殖土覆盖的下部岩堆结构与裸露岩堆结构具有相同的特征，块石保留较新鲜的青灰色(见图4)。

1．3 裸露型岩堆与覆盖型岩堆之间的关系

不同部位所观察到的裸露型岩堆与覆盖型岩堆之间的关系不尽相同，大致可以分辨出4种类型:①过渡型边界，从覆盖型岩堆到裸露型岩堆，植被逐渐稀疏到最后消失，且块石堆积结构及坡面形态上无明显变化(见图5);②蠕滑型边界，裸露型岩堆与覆盖型岩堆之间边界属于过渡型，但边界部位的一部分树木具有马刀树的形态，显示边界地带岩堆具有蠕滑的性质(见图6);③拉裂型边界，裸露型岩堆与覆盖型岩堆之间边界截然，并存在拉张裂缝(见图7);④推挤型边界，裸露型岩堆与覆盖型岩堆之间边界截然，裸露型岩堆一侧相对高凸或涌高，呈现流动及向外推挤的现象(见图8)。

图3 植被覆盖型岩堆Fig．3 Vegetation-covered talus

图4 植被根系下的岩堆Fig．4 Talus under the root

图5 裸露型岩堆与覆盖型岩堆之间的过渡型边界Fig．5 Transition boundary between the exposed and covered type of talus

图6 裸露型岩堆与覆盖型岩堆之间的蠕滑型边界Fig．6 Creep type boundary between the exposed and covered type of talus

图7 裸露型岩堆与覆盖型岩堆之间的拉裂型边界Fig．7 Cracking type boundary between the exposed and covered type of talus

图8 裸露型岩堆与覆盖型岩堆之间的推挤型边界Fig．8 Extruded type boundary between the exposed and covered type of talus

2 岩堆区域分布规律

裸露型岩堆地貌上醒目突出，无论在野外还是在遥感图像上都易于分辨，本文考察岩堆的分布规律，一般指的是裸露型岩堆，除非特别说明的情况。

2．1 岩堆分布与地形地貌的关系

岩堆可以出现在不同坡度的斜坡上。裸露型岩堆多分布在较陡的斜坡地段，坡度一般在30°～38°之间(见图9)，但岩堆内部坡面也存在起伏，有些岩堆在坡脚地带趋于平缓，较缓处坡度在20°以内;覆盖型岩堆多发育在相对平缓的斜坡地带，在一些坡脚地带坡度仅为10°～15°。

图9 裸露型岩堆分布在较陡的斜坡地段Fig．9 Exposed talus distributed in the steep slope section

岩堆可以出现在斜坡不同高程，山顶、坡面及坡脚均可见到岩堆现象。图10为山脊坡顶处发育的裸露型岩堆，该处为花脖山顶峰，是辽宁省最高峰，海拔约1 336 m，与图9所示的坡脚处裸露型岩堆高程(410～420 m)相比，高程差达900余米。

图10 山脊坡顶处发育的裸露型岩堆Fig．10 Exposed talus developed on the ridge top

裸露型岩堆往往成群集中分布在山坳地带，一些山坳地带裸露型岩堆的面积可达到30%～50%，且其独立出现或相互之间局部连通，多呈向上分叉、向下汇聚的长条形态。

裸露型岩堆形态各异，有长条状、锥形、马鞍形及裙摆状等，但它们有一个共同的特点，即其长轴方向一般顺着纵坡方向分布，即垂直等高线方向。

岩堆分布的斜坡后缘，多数无对应的高大雄伟的陡崖，少数岩堆直接堆积在陡崖之下，这类岩堆面积一般都较小。

2．2 岩堆分布与地层的关系

根据野外调查，在辽宁省东部桓仁地区所见的岩堆岩性均为石英砂岩，岩堆的分布和岩性与震旦系下统钓鱼台组(Z1d，岩性为石英砂岩)地层具有一致性。由此推断，岩堆分布与钓鱼台组(Z1d)地层有依存关系。

为了进一步验证这一推断，本文利用ArcGIS软件平台，并以1∶1万吕家堡幅、腰段幅、K35幅等研究区地形图为地理底图，以Google earth卫星图像为判定岩堆的依据，详细勾勒出桓仁地区岩堆的空间分布范围，再将得到的岩堆范围覆于1∶20万桓仁—朔州幅地质图之上，获得了研究区内大前石岭—普乐堡一带岩堆分布图，见图11。由图11可见，岩堆只分布于震旦系下统钓鱼台组(Z1d)地层分布区，其周边出露的元古代辽河群(Ptlh，变质岩)、震旦系下统南芬组(Z1n，页岩)、侏罗系(J，安山质火山岩)以及各类侵入岩分布区，均未见岩堆出现。据此可以认为，岩堆分布与震旦系下统钓鱼台组(Z1d)地层分布有着密切关系，或者说岩堆与钓鱼台组地层存在渊源关系，其他地层分布区尚未见有岩堆出现。

图11 桓仁县花脖子山—大前石岭—烟筒山一带岩堆分布图Fig．11 Distribution map of talus surrounding the Huabozishan，Daqianshiling and Yantongshan of Huanren County

3 岩堆成因分析

通过岩堆调查及一些现象的观察，认为桓仁岩堆有崩塌和冻融裂解两种成因。

3．1 崩塌成因

岩体的崩塌是指陡峻山坡或陡崖上被破裂面分割的岩块在重力作用下，突然脱离母体并以垂直位移为主，以翻滚、跳跃、坠落方式运动，最终堆积于坡脚的现象和过程［3］。岩体的崩塌多发生在大于45°的斜坡上，而堆积于坡脚的崩塌物质，称为崩塌堆积体或崩塌堆积物。崩塌堆积物大小混杂，受崩塌势能影响，总的来说，较大石块翻滚到较远的部位才停积下来，因而崩塌堆积体在坡面上总体呈现高处小、低处大的特点，平面形状大多呈半圆形或三角形，因此崩塌堆积体也称为倒石堆。

桓仁地区岩堆，有一部分应该属于倒石堆，如位于桓仁县普乐堡镇西南3 km处大青沟岩堆(见图12)，该岩堆孤立分布于陡崖下方，平面形态呈扇形，岩石块径坡顶小、坡脚大，具有崩塌成因的倒石堆特征。

图12 陡崖下的崩塌堆积体Fig．12 Colluvial deposit talus under steep cliff

3．2 冰缘作用成因

崩塌成因无法解释桓仁地区大规模岩堆发育的特征，如斜坡地带大面积分布，岩堆后缘无对应的陡崖，山顶出现岩堆，多数裸露型岩堆形态具有顺坡方向延伸、表面块石大小分布较为均匀等。

综合岩堆各方面特征分析，对比公认的一些古冰缘地貌特征［4］，认为桓仁地区岩堆属于冰缘地貌(古冰缘地貌)的一种类型。

3．2．1 岩堆属于冰缘地貌的石海或石河

冰缘地貌是气候严寒地区常见的一种地表形态，由寒冻风化和冻融作用形成。冰缘原指冰川边缘地区，现泛指无冰川覆盖的气候严寒地区，范围大体与多年冻土区相当。冰缘作用、冻胀作用、热融作用、冻融蠕流作用、雪蚀作用、风力作用等都可形成冰缘地貌，其地貌形态可为石海和石河、多边形土和石环、冰丘和冰锥雪蚀洼地、冰丘和冰锥、热融地貌等［5］。

对照冰缘地貌，桓仁地区的岩堆现象具有冰缘地貌类型中的石海或石河的特征，而类似的被称为石海或石河的地貌现象在我国其他地区也有所报道，如内蒙宁城县［6］、秦岭太白山［7］等(见图13)。

图13 秦岭太白山石海Fig．13 Talus on the top of Taibaishan in Qinling Mountain

石海一般形成在坡度小于10°的平缓地带，岩块堆积在原地，没有明显的移动迹象。而石河多出现在坡度大于20°以上的斜坡地带，呈长条带状顺坡延伸，这是其曾发生过整体蠕动的现象。根据桓仁地区岩堆的分布及其形态特点，多数岩堆应属于冰缘地貌的石河类型。

3．2．2 冰缘气候条件

规模宏大的石河或石海，需要具备冰缘气候条件。Peltter［8］研究认为，冰缘地貌产生的条件是年平均气温为 －15～1℃，年降雨量为127～1 397 mm［8］。东北地区现代冰缘地貌的分布从最北边的漠河(北纬53°34'00″)到长白山区(北纬41°42' 45″)，在北部寒温带地区形成了纬度冰缘带，即受纬度地带性的支配;在南部广大温带地区，由于地形、海拔高度的影响，形成了垂直冰缘带［9］。辽宁桓仁地区地处我国东北，相对寒冷，属于温带湿润季风气候区，四季分明，年平均气温为7．4℃，每年11月至次年3月日均气温在零度以下，可以产生冻融风化的条件，但现今的桓仁地区，并未发育广泛的冻融风化现象，说明现在的气温条件不足以形成大面积的冻融风化。显然，桓仁地区现代整体的气候条件不属于冰缘气候条件，但在海拔1000m以上的高山地带可能接近冰缘气候条件，这说明桓仁地区大面积岩堆不是近代形成的，属于古岩堆。

4 结论与建议

本文通过对桓仁地区岩堆的野外调查与遥感解译分析，得到如下结论:

(1)桓仁地区岩堆可以分为裸露型岩堆和植被覆盖型岩堆两种类型:裸露型岩堆表面无植被，全由块石组成，块石成分为石英砂岩，单个岩堆的形态各异，面积数十平方米至数十万平方米;覆盖型岩堆表面发育植被，坡面有薄的腐殖土，岩堆组成及结构与裸露型岩堆相似。

(2)桓仁地区岩堆分布与地形地貌之间存在耦合关系。岩堆在从400余米的坡脚到1300多米的高山峰顶均有分布，但裸露型岩堆多出现30°～40°相对较陡的坡段，而覆盖型岩堆可以出现在10°～15°较为平缓的坡段;裸露型岩堆相对集中在山坳地带，并成群出现，且形态各异，但长轴方向多顺着纵坡方向分布。

(3)桓仁地区岩堆分布与钓鱼台组(Z1d)地层有依存关系。岩堆分布区与钓鱼台组(Z1d)地层出露区具有较好的一致性;岩堆块石成分为石英砂岩，钓鱼台组(Z1d)地层岩性也为中厚层的石英砂岩。

(4)桓仁地区岩堆主体属于冰缘地貌的石河和石海，是第四纪某时期的古石河和石海，由寒冻风化和冻融作用形成。这是由于钓鱼台组石英砂岩岩性坚硬，发育节理裂隙，有利于冻融风化形成石河和石海，同时耐化学风化，从而有利于长期保存。

桓仁地区石河和石海是第四纪时期冰缘作用的残留产物，目前当地已不具备冰缘的气候条件，在自然条件下石河和石海基本不再活动。但作为斜坡地带的一类碎石土，对切坡开挖、水库蓄水等工程活动仍具有较大的敏感性，因此工程活动应该尽量避开岩堆或尽量减少对岩堆的扰动。

从数量上看，我国已经是一个地质公园大国，但地质公园的规划工作一直是地质公园建设的薄弱环节［10］，本溪国家地质公园也不例外。本溪国家地质公园性质拟定为以岩溶、地层剖面、地质构造和地层接触关系所组成的地质遗迹为主体景观特色，显然此前未能把冰缘作用形成的奇特地貌景观——岩堆作为地质公园的主体特色景观之一，因此建议将桓仁岩堆纳入特色主体景观规划进行开发，以丰富本溪国家地质公园的内容，并以此带动当地旅游业的发展。

［1］曲景慧，刘集伟．本溪钓鱼台地貌的分布及成因［J］．辽宁师范大学学报(自然科学版)，2011(3):383-387．

［2］李永金．岩堆区选线及勘察方法研究［J］．铁道工程学报，2013，181(10):1-4．

［3］唐辉明．工程地质学基础［M］．北京:化学工业出版社，2008．

［4］Cremeens D L，Darmody R G，George S E．Upper slope landforms and age of bedrock exposures in the St．Francois Mountains，Missouri:A comparison to relict periglacial features in the Appalachian Plateau of West Virginia［J］．Geomorphology，2005，70(1/2):71-84．

［5］严钦尚．地貌学［M］．北京:高等教育出版社，1985．

［6］央视国际．寻访“中华第一龙”的发现者．［EB/OL］．(2007-06)．http://www．cctv．com/program/zbzg/topic/geography/C1847 7/05/22/index．shtml．

［7］单之蔷．太白:中国东部可以感受雪山的地方［J］．中国国家地理，2005(6):34-47．

［8］Peltier L C．The geographic cycle in periglacial regions as it is related to climatic geomorphology［J］．Annals of the Association of American Geographers，1950，40(3):214-236．

［9］谢又予．我国东北地区的冰缘地貌与分区［J］．冰川冻土，1981，3(4):17-24．

［10］程驰，迪力沙提·亚库甫，周爱国．地质公园规划体系研究［J］．安全与环境工程，2013，20(3):5-9．

Preliminary Research on Characteristics and Formation of Talus Landscape in Huangren，Liaoning Province

JIN Xiao1，FU Min2，YANG Min3
(1．School of Sivil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu611756，China; 2．Faculty of Engineering，China University of Geosciences，Wuhan430074，China; 3．Shenyang Railway Survey and Design Institute Co．，Ltd．，Shenyang110013，China)

Talus，a peculiar geomorphologic landscape，is found in the Huanren section along the Tianshifu-Huanren Railway which is under construction．Focusing on the characteristics and formation of the talus landscape，this paper carries out field investigation and remote sensing interpretation．The results show that the talus may be an ancient stone river or block field which originates from periglacial landform．The distribution of the talus is closely related to the Diaoyutai Formation，Neoproterozoic．The Diaoyutai Formation is mainly composed of hard rocks of quartz sandstone with developed joint fissures，which benifits freeze-thaw weathering to form the talus．Meanwhile，quartz sandstone is resistant to chemical weathering and able to be kept for a long time until now．The research not only provides practical guiding significance for engineering construction involving talus，but also helps enrich the content of Benxi National Geological Park and promotes the construction of the characteristic landscape．

talus;ancient stone river;periglacial landform;Huanren County

X141

ADOI:10．13578/j．cnki．issn．1671-1556．2016．05．001

1671-1556(2016)05-0001-06

杨 敏(1973—)，男，硕士，高级工程师，主要从事铁道路基设计方面的工作。E-mail:yang73min@163．com

2016-05-17

2016-07-01

中国铁路总公司项目“田桓铁路工程大前石岭岩堆性质及处置技术研究”(2015056274)

金 潇(1995—)，男，本科生，主要研究方向为土木工程。E-mail:993705971@qq．com