中国西北地区丹霞地貌景观特征、空间分布及保护利用初探

丁华,赵瑞雪,沈弋,张浩楠

1)长安大学建筑学院,西安,710061; 2) 长安大学旅游规划设计研究所,西安,710054;3) 陕西省黄河科学研究院,西安,710061

内容提要：笔者等选取中国西北地区90处重点丹霞地貌(广义)地质遗迹为研究对象,对选取的遗迹进行景观特征分析,并采用Arc GIS进一步探讨其空间分布特征。我国西北地区丹霞地貌(广义)的整体空间分布,呈西北—东南方向“L形”分布,笔者等运用最邻近指数法和核密度分析法,得出其空间结构类型为集聚型,并形成5个高密度区。目前,研究区存在保护利用家底不清、顶层设计匮乏等问题,未来应通过建立丹霞地貌脆弱性评价和措施体系,推进世界丹霞地质遗迹品牌和IP建设等途径,探讨西北地区丹霞地貌(广义)保护利用的具体方式。

丹霞地貌是发育于中生代至新近纪陆相近水平厚层状紫红色砂岩、砾岩,由于地壳抬升、断裂切割、流水侵蚀、重力坍塌、风化剥落、化学溶蚀等多种地质作用而形成的丹崖赤壁及方山、石墙、石柱、峡谷、洞穴等地貌的统称(彭华,2000;彭华等,2013;郭福生等,2020)。红层是丹霞地貌的发育基础(红层可分为丹霞地貌、红层山地、红层丘陵(彩色丘陵)、红层高原或台地等类型。),我国已知红层出露面积为9.16×105km2占国土面积的9.5%(Yan Luobin et al.,2019),可划分为西北地区、中部地区、东部地区及青藏高原四个区域(彭华等,2013;翁时秀等,2018;Yan Luobin et al.,2019;罗曦等,2021)。近几年,有学者认为可将丹霞地貌的定义扩大为红层地貌(彭华等,2013),笔者等比较认可这一观点,因此,笔者等所探讨的内容为广义的丹霞地貌。自我国学者冯景兰(1928)、陈国达(1939)相继提出“丹霞层”“丹霞地形”,黄进(1961)首次提出“丹霞地貌”的定义以来,丹霞地貌的研究经历了初创阶段(1928～1949)、成型阶段(1950～1990)和大发展阶段(1991年以来)(彭华等,2013;翁时秀等,2018;丁华等,2023a),已有近百年的历程。学者们对中国丹霞地貌的概念定义(翁时秀等,2018;郭福生等,2020;丁华等,2023b)、类型划分(黄进,1991;彭华,2000)、空间分布(齐德利等,2005;黄进等,2015a;黄进等,2015b)、景观特征(朱诚等,2000;周学军,2003;张荷生等,2007;郭福生等,2011;杨望暾等,2013;吴昊等,2021)、旅游开发(朱诚等,2000;周学军等,2003;)、成因机制(汪昌亮等,2008;秦晓燕等,2015;郑孟林等,2015;彭小华等,2020;杨望暾等,2020)等方面进行了多方位研究,但大多偏重于宏观、定性的描述和推论,且侧重于单因子研究(彭华等,2013)。

截至2015年7月,黄进等学者统计出全国已发现丹霞地貌的省(市、区)共28个,丹霞地貌1119处,集中分布在东南区、西南区、西北区3个区域(齐德利等,2005;彭华等,2013;黄进等,2015a,2015b;翁时秀等,2018;闫罗彬等,2023)。相比较而言,由于东南区、西南区的丹霞地貌发现早、数量多、遗产申报及时(2010年,广东丹霞山、浙江江郎山、江西龙虎山、福建泰宁、湖南崀山及贵州赤水6处丹霞地貌以“中国丹霞”为名被列入《世界遗产名录》)等原因,区域和个案丹霞地貌的研究成果均较为丰硕;而西北地区丹霞地貌由于发现晚(例如陕北黄土高原地区丹霞地貌2015年才被发现),数量在全国占比不高,与东南地区丹霞地貌(广东仁化丹霞山和福建武夷山等)、西南地区丹霞地貌(贵州赤水河谷等)差异大等原因,区域和个案研究成果较为薄弱。笔者等基于西北地区区域视角,系统研究西北地区丹霞地貌(广义)的景观特征、空间分布、保护利用等现状,尝试提出未来发展对策,以期为西北地区丹霞地貌的保护和利用提供科学依据。

1 区域地质地理背景

西北地区包括陕西省、甘肃省、青海省、宁夏回族自治区和新疆维吾尔自治区,总面积约为310.87 km2。该区域经历了多期构造演化的复杂过程,由塔里木地块、华北克拉通、柴达木地块、阿拉善地块以及天山造山带、祁连山构造带等不同时期多个全球性大地构造单元组成(图1),以造山带、构造带等为界,具有“南北分带、东西分区”的构造特征(汪昌亮等,2008;郑孟林等,2015)。形成的多类型复合叠加盆地各具特色,包括塔里木盆地、准噶尔盆地、敦煌盆地、鄂尔多斯盆地等,在新生代全区则均不同程度受到了青藏高原快速隆升的强烈影响,区内大型走滑断裂(如库兹贡苏—费尔干纳等)切割了不同的构造带,呈现出“盆—岭相间”的格局。

图1 西北地区区域地质构造图(底图改自中国大地分区略图)

2 丹霞地貌景观特征

2.1 数量和规模

西北地区共有丹霞地貌(广义)267处(图2),甘肃省丹霞地貌数量最多,有119处(刘乃强等,2021),其次为陕西省有54处,青海省有48处,新疆维吾尔自治区有38处,宁夏回族自治区丹霞地貌数量最少,仅8处。笔者等选取重要丹霞地貌(广义)地质遗迹90处(表1)为研究对象,开展西北地区丹霞地貌类型、特征及分布的研究。

表1 中国西北地区重点丹霞地貌(广义)统计表

图2 西北地区丹霞地貌(广义)数量统计图

2.2 景观类型及特征

2.2.1黄土覆盖型丹霞广泛存在

西北地区丹霞地貌与东南地区、西南地区地貌最大的差异性体现在多数丹霞地貌上覆数米至数百米的黄土盖层,以甘肃省、陕西省丹霞地貌最为典型。甘肃中东部、陕西中北部、宁夏南部和青海东部是我国黄土高原的核心区域,第四纪以来黄土以辟覆构造等多种形式覆盖于丹霞地貌之上,后期雨水、河流等动力作用使得丹霞地貌的岩石崖壁或凌空面之上较为坚硬的盖层,一方面保护了丹霞红层岩石不易被快速侵蚀,另外一方面形成了极为独特的“类丹霞”泥层。

2.2.2正、负丹霞地貌类型兼具

西北地区丹霞地貌发育时空跨度大,垂直高差达3000 m,水平绵延达1500 km。按照《地质遗迹调查规范》(DZ/T 0303-2017),遵循地质遗迹分类评价的原则,笔者等选取西北地区省级以上丹霞地貌(含省级)共90处(表1),成景地层从侏罗纪到新近纪均有发育,但主要以白垩纪—新近纪的红色陆相碎屑岩为主。作为侵蚀地貌,西北地区有方山型丹霞(如照金香山等)、宫殿式丹霞地貌(如张掖肃南宫殿式丹霞地貌)、丹霞崖壁(如青海裙子山丹霞崖壁等)等正地貌,还有狭缝式峡谷丹霞地貌(如甘泉大峡谷)等负地貌以及正—负过渡型地貌(如靖边波浪谷)。

2.2.3彩色丘陵、狭缝式峡谷、波浪型丹霞等独具特色

由于西北地区地处干旱—半干旱地区,有降水量小、日照强烈、温差较大等气候特点,使得西北地区红层中发育出了东南地区、西南地区不具备的彩色丘陵(红层丘陵)、狭缝式峡谷、波浪型丹霞地貌。彩色丘陵以甘肃张掖七彩丹霞、陕北府谷莲花辿等为代表,主要是自燕山运动以来不断被抬升,使其下三叠岩石裸露,反映出沉积物形成时的沉积环境及当时环境下的氧化—还原程度。从颜色上看,地貌呈红色与地层中的氧化物或氢氧化物有关(彭华等,2013;罗曦等,2021),当地层中Fe3+(3价离子)含量较大及Fe3+(3价离子)/Fe2+(2价离子)值较高时,地层颜色以紫红、砖红、褐红等颜色为主;当地层中Fe3+(3价离子)/Fe2+(2价离子)比值较低时,地层颜色以白色、灰色、黑色为主,不同颜色的地层厚度反映出当时沉积环境持续的长短,后续的水蚀、风蚀使岩石的破碎程度加剧,岩石表面的冲沟较多(丁华等,2023b)。

2015年,笔者等发现陕北黄土高原丹霞地貌景观带是国内已知规模最大丹霞地貌景观带,空间呈“S”形条带状,总面积约3700 km2,属全国罕见的狭缝式峡谷和波浪型丹霞,其中因“窄狭、多弯、纵高、陡峻”被誉为“黄土高原自然地缝奇观”“中国的羚羊谷”的延安市甘泉雨岔峡谷群是狭缝式峡谷的典型代表,景观独特;在波浪型丹霞中,以榆林市靖边龙洲丹霞最为典型,其微观或单体形态还有“陀螺状”“油塔状”“丝带状”“金钱状”等(丁华等,2023a)。

2.2.4丹霞崖壁多与宗教艺术等结合

西北地区丹霞地貌成景地层主要为红色陆相碎屑岩,以河流相、湖泊相、风成沙漠相砂岩、砂砾岩等岩石为主,相比其它岩石便于雕刻;岩石呈现红色与宗教所崇尚的主色调相吻合。因此,西北地区丹霞地貌常与佛寺、石窟、雕塑等结合紧密,如世界文化遗产麦积山(5A)、永靖炳灵寺石窟(5A)、宁夏须弥山石窟(4A)、武山水帘洞拉梢寺(4A)、照金香山寺(4A)、木梯寺(3A)和彬州大佛寺(3A)等,成为丝绸之路的重要自然景观和文化景观。特别是甘肃省,有“甘肃无处不石窟,石窟无处不丹霞”之誉(陈致均等,1989)。

3 丹霞地貌空间分布

3.1 数据来源及研究方法

3.1.1数据来源

利用Google Earth获取90处丹霞地貌(广义)经纬度坐标,采用国家基础地理信息中心的矢量化底图,对图中点、线、面矢量均采用GCS_WGS_1984_坐标系投影;运用Arc GIS 10.5软件建立地理空间属性数据库,生成西北地区丹霞地貌空间分布图。

3.1.2研究方法

采用最邻近指数法、核密度分析法(表2)对空间分布范围、空间结构类型及空间分布密度特征进行研究。

表2 点空间分析模型及地理意义(据Ding Hua et al.,2020a,2020b)

3.2 空间分布概况

西北地区丹霞地貌(广义)整体空间格局呈现西北—东南方向“L形”分布,“东南密,西北疏”的特征明显,东南区域的丹霞地貌数量远高于西北区域(图3)。占西北地区总面积53%的新疆区域,丹霞地貌数量只占总数的7.8%,分布比较分散;甘肃省、陕西省面积仅占西北地区的15%、6.6%,却有占总数55.6%、20%的丹霞地貌数量,分布比较密集。

图3 西北地区丹霞地貌(广义)空间分布图

3.3 空间结构类型

利用Arc GIS 10.5中的空间统计,可得到点与点之间的平均最邻近距离和指数(图4),西北地区丹霞地貌预期平均距离a为0.921 km(代表若干要素服从随机分布时的平均距离),实际最邻近距离的平均值为0.400 km,小于预测值,最邻近指数R为0.434,远低于临界值1,因此,可以判定西北地区丹霞地貌空间结构类型呈集聚型分布。

图4 西北地区丹霞地貌(广义)平均最近邻分析结果

3.4 空间分布密度

利用Arc GIS 10.5软件中的Spatial Analyst工具中核密度分析对西北地区丹霞地貌(广义)空间分布密度进行测定,生成西北地区丹霞地貌空间分布核密度图(图5)。西北地区丹霞地貌空间分布密度体现不同区域差异,具有多中心分布的特点,将西北地区丹霞地貌(广义)空间分布密度划分为3级密度区,形成5个高密度区为:

图5 西北地区丹霞地貌(广义)空间分布核密度

(1)西宁黄河流域片区:在西宁周边沿黄河干流和支流的多个盆地依次发育丹霞地貌9处,包括坎布拉、积石峡、裙子山、阿什贡、拉木峡及同德石藏等丹霞地貌。

(2)陇东黄土高原片区:以定西—天水—平凉—庆阳丹霞地貌为核心,约有17处,包括崆峒山、麦积山、云崖寺、莲峰山等,主要以丹霞崖壁(如麦积山、崆峒山)为主,多与宗教艺术相结合。

(3)临夏—兰州—白银片区:以兰州附近的丹霞地貌为主,地处兰州黄河干流段,有宫殿式类丹霞地貌(如安宁大沙沟的“天斧沙宫”)、蜂窝式丹霞地貌(如永靖炳灵寺)等。

(4)张掖—嘉峪关片区:以张掖七彩丹霞为典型代表,是我国北方干旱地区发育最典型的丹霞地貌之一,由135 Ma至65 Ma的白垩纪“红层”,厚层砾岩和砂岩经构造运动,流水与风力侵蚀作用而形成。主要以彩色丘陵(如七彩丹霞)、窗棂式丹霞(如张掖平湖山、肃南大红山等)为主。

(5)陕北甘泉—靖边片区:该区域拥有7处丹霞地貌,地处伊陕斜坡中下部,景观主要以“沟谷型丹霞”和“波浪型丹霞”为主;狭缝式沟谷分布范围大、数量多,因具有“巨厚、均一、韵律、多彩”(翁时秀等,2018),兼有“窄狭、多弯、纵高、陡峻”等特征备受关注,波浪型丹霞地处伊陕斜坡中上部,地貌单元上为陕北沙漠高原区—陕北黄土高原区的过渡地带,发育在正—负地貌之间,形态具有圆滑、流畅,犹如波浪的特征,其微观或单体形态还有“陀螺状”“油塔状”“丝带状”“金钱状”等(丁华等,2023)。

4 未来保护利用对策初探

4.1 存在问题

4.1.1丹霞地貌保护利用家底不清

多位专家学者已对全国丹霞地貌的数量、规模、空间分布进行了系统研究,中国地质调查局也开展了“西北地区重要地质遗迹调查”等工作,为西北地区的丹霞地貌保护利用打下坚实基础。但是,整体上看对于西北地区的丹霞地貌地质遗迹景观调查工作还需要进一步细化、深化和数据化,对丹霞地质遗迹的景观规模、特征、组合、保护利用现状需进一步摸清家底。

4.1.2保护利用顶层设计匮乏

我国丹霞地貌主要分布在东南地区、西南地区和西北地区,6处中国丹霞世界遗产(广东丹霞山、浙江江郎山、江西龙虎山、福建泰宁、湖南崀山、贵州赤水),主要涉及东南地区和西南地区丹霞地貌,未涉及西北地区丹霞。西北地区丹霞未来如何保护利用亟需区域联动的顶层设计,明确未来西北地区丹霞地貌的发展目标、资源区划、重点保护利用对象等内容。

4.1.3西北丹霞品牌和IP形象尚未建立

西北地区丹霞不同于东南地区、西南地区丹霞地貌景观,近些年来新发现的狭缝式甘泉峡谷群、靖边波浪谷、府谷莲花辿等更是景观独具一格。丹霞地貌区积极推进旅游开发以促进地方经济发展,现有A级旅游景区40处、国家生态旅游示范区1处,5A级旅游景区7处,4A级旅游景区25处,但是除张掖丹霞、麦积山、崆峒山、照金香山、火石寨、坎布拉、同德石藏及温宿大峡谷之外,西北丹霞地貌的品牌、序列、路线的品牌和IP形象均尚未建立。

4.2 保护利用对策初探

4.2.1建立丹霞地貌脆弱性评价和措施体系

丹霞地貌是我国的典型地貌之一,成景地层由河流相、湖泊相、风成沙漠相等各类沉积相砂岩、砂砾岩组成,由于岩石成分、结构、胶结物等不同,丹霞地貌地质遗迹及生态环境的脆弱性差异较大,导致保护措施也不一样。传统的地质遗迹脆弱性评价考虑到普适性,不能体现丹霞地貌的成因特点和机理,应建立丹霞地貌地质遗迹脆弱性评价和丹霞地貌区生态环境脆弱性评价组成的“双评价体系”,依据评价结果确定丹霞地貌脆弱性等级,明确相应的保护措施和体系。

4.2.2系统有序加大西北地区丹霞地貌科研力度

目前多数学者对东南、西南地区丹霞地貌研究较多,对西北地区丹霞地貌的研究较少。西北丹霞地貌的空间分布与黄河干流、支流关系密切,在国家黄河流域高质量发展战略背景之下,应进一步系统有序推进西北地区丹霞地貌的科研力度,科学揭示西北地区丹霞景观的成因特点、形成机理、开发路径等规律,为丹霞地貌的系统保护与利用提供科学指导及关键技术。

4.2.3推进世界丹霞地质遗迹品牌和IP建设

世界自然遗产、世界地质公园等是联合国教科组织发起和设立的世界级品牌。在西北地区,有张掖七彩丹霞地质公园1处世界地质公园,有麦积山石窟、炳灵寺石窟、须弥山石窟、拉梢寺、照金香山寺、木梯寺和彬州大佛寺石窟等7处“丝绸之路:长安—天山廊道路网”世界遗产点,但是从世界和全国范围来看,西北丹霞地貌的景观序列尚未构建起来,主题IP形象特色不突出,品牌尚未形成。建议按照不同沉积相、发展模式、发展阶段等方面,遴选西北地区代表性、典型性的丹霞地貌景观,形成景观序列,积极申报世界自然遗产、世界地质公园,提升自身形象和品牌,从而促进国际交流,带动区域发展。

4.2.4推动丹霞地质文化村的开发建设

多数丹霞地貌地质遗迹大部分不符合申报国家级、省级地质公园或自然保护区,但也需要进行保护,应通过地质文化村建设来构建丹霞地貌地质遗迹保护体系。地质文化村是以保护和利用地质遗迹与地质生态环境,彰显地质文化的特色乡村,是成为拓展服务领域、促进地质工作与社会经济发展融合的重要抓手,以突出“地质+”或“+地质”文化为主题,以共建共享为发展模式,以科普、旅游等多元化功能为特征(丁华等,2020,2022)。积极鼓励、扶持西北地区在丹霞地貌地质遗迹资源丰富的区域建设地质文化村,统筹协调遗迹保护、旅游发展和乡村振兴之间的关系。

4.2.5发展丹霞地貌生态旅游和研学旅游

丹霞地貌景观具有造型独特、资源稀缺、生态科普综合构景等特性,旅游开发价值较高,可开发性较强(罗谷松等,2016)。积极贯彻、践行“两山理论”,坚持绿色发展,遵循保护、特色强化、综合效益最大化的原则下,大力推进丹霞地貌区的生态旅游和研学旅游。通过解说牌、语音讲解、模型展示及视频演播等多种形式,讲好丹霞地貌的生态意义,做好科普教育,丰富游客体验方式,打造生态旅游和研学旅游产品,多方位、多层次、多渠道推动区域发展。

5 结语

(1)西北地区黄土覆盖型丹霞广泛存在,以甘肃省、陕西省最为典型;正、负地貌兼具;以彩色丘陵、狭缝式峡谷、波浪型丹霞等独具特色;丹霞崖壁多与宗教艺术等结合。

(2)从空间分布上来看,西北地区丹霞地貌(广义)整体呈西北—东南方向“L形”分布;运用最邻近指数法和核密度分析法,可以得出西北地区丹霞地貌(广义)空间结构类型为集聚型,形成5个高密度区(西宁黄河流域片区、陇东黄土高原片区、临夏—兰州—白银片区、张掖—嘉峪关片区、陕北甘泉—靖边片区)。

(3)西北地区丹霞地貌(广义)存在保护利用家底不清、匮乏顶层设计、丹霞品牌和IP形象尚未建立的问题,未来应建立丹霞地貌脆弱性评价和措施体系、加大科研力度、推进世界丹霞地质遗迹品牌和IP建设、推动地质文化村建设及发展丹霞地貌生态旅游和研学旅游,使西北地区丹霞地貌实现资源整合,达到保护目的。