天创地造 鬼斧神功——嶂石岩地貌略讲之二

○李庆辰

嶂石岩地区地处太行山中段，区内地势西高东低，西侧的太行山主脊海拔高度1 700米，其顶部平坦，两侧东陡西缓。西侧连接山西高原，东侧则为高达600～700 米的南北向巨大陡崖。陡崖以东的山地由西向东，海拔从1 000 米逐级降低到不足200 米，地貌类型依次为低山、丘陵和台地。

嶂石岩地貌发育模式：崖壁平行后退

大地构造上，嶂石岩地区位于华北准地台，地处山西台背斜东侧的太行山隆起带中段，东部以太行山前大断裂与华北断拗交界。嶂石岩地区为燕山期造山运动中先折后断的抬升区，整体为一宽缓的大型复式背斜，称为赞皇穹折束。在穹折束的核部边缘，华北准地台的基底层与盖层之间为不整合接触，不整合面形成于距今18 亿年的吕梁运动期间。嶂石岩地貌主要分布在吕梁期不整合线（即不整合面与地面的交线）以西，海拔高度1 000 米以上的中山区。

发育嶂石岩地貌的主力岩层——常州沟组红色石英砂岩，产状平缓（地层倾角不超过10°），岩性坚硬，节理发育，下伏相对软弱的赵家庄组泥、页岩。差异侵蚀作用使得泥页岩首先被水平掏蚀形成岩廊，而上覆的砂岩则沿节理面在重力作用下崩落。所以，嶂石岩地貌的发育过程以重力崩塌为主，坡面演化以崖壁平行后退的方式进行。

喜马拉雅运动第Ⅱ幕以来，太行山地沿东麓山前大断裂的强烈抬升，使其与东部平原的相对高差增大，为外营力对嶂石岩地貌的塑造提供前提。同时，太行山中段山地，地处中温带地区，气候的剧烈波动和显著的干湿交替，使山地物理风化强烈，岩石崩塌加剧。频发的洪水，也使地表物质运移迅速，成为塑造嶂石岩地貌的主要动力。

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嶂石岩地貌的形成机理：楔状横切与水平掏蚀

楔状横切机理：由于长城系红色石英砂岩年代古老，岩性坚硬，在历次的构造运动中受到侧向挤压，岩层内产生波动效应（或称振荡效应），形成节理密集带。带内节理密度是普通岩层节理密度的50～100 倍。密集的节理使岩石更加破碎，成为抗蚀能力较差的软弱带。流水（包括水流和冻融）、重力、风等外营力，便沿此软弱带向陡壁横向切入，形成竖直的沟缝（其边界为节理密集带的边界）。该沟缝可切入陡壁数米、数十米甚至上百米（一线天为112 m）。而在沟缝切入陡壁后，如与其他方向的节理密集带交汇或抵达与之共轭的节理（共轭节理是在相同条件下同时形成的两组相互交叉的节理，又称X 型节理）时，在密集带交叉处便出现分叉，形成次级沟缝。如此发展，逐级分叉，形成多等级的树杈状沟谷系统。该发育机理是嶂石岩地貌发育的框架，也是形成方山、排峰、塔柱的主要机制，最典型地区是冻凌背。

水平掏蚀机理：在非节理密集带，嶂石岩地貌的发育则更多地表现为外营力对软弱岩层（泥岩、页岩及泥质砂岩）的水平掏蚀作用，以及由此引起的上覆岩层的崩塌。

风化侵蚀首先从底部的赵家庄组泥岩层段开始，沿着近于水平的方向，软弱岩层被掏蚀，形成岩廊或岩洞（如回音壁下的岩廊、冻凌背的云中舞厅、鸳鸯洞等）。当掏蚀深度（水平方向）达到一定数值时，上覆岩层开始卸荷塌落。

楔状横切形成的沟缝

塌落的方式包括错落和崩塌。错落即整个岩块沿节理面整体塌落，但塌落的岩体整体性并未遭到破坏。崩塌即岩块在塌落过程中解体，崩解成更小的岩块或碎石并形成倒石堆。错落直接导致陡崖后退，如正西套和小西套交界的岬角处的错落体等。而崩塌既可以一次性快速完成（如九女峰三县垴西北翼，在1966 年邢台地震时的崩塌和2009年春季的崩塌），也可以逐次缓慢完成，如一线天岩廊、悬洞、云中舞厅等处。

一次大的陡崖崩塌后退发生后，整个山体处于稳定状态。但下伏软弱岩层水平掏蚀作用仍在进行，达到阈值时，上覆坚硬岩层卸荷崩塌，造成陡崖又一次后退。

总之，楔状横切的主要作用是将大的山体进行切割、肢解；而水平掏蚀的效果就是造成各块体崖壁的后退。二者是嶂石岩地貌发育演化的最主要机理。

水平掏蚀示意图

水平掏蚀形成的岩廊

嶂石岩地貌的年龄

幼年期——长墙、岩缝、垂沟、巷谷形成。此阶段：随着喜马拉雅构造运动第Ⅱ幕的开始，太行山隆起，坚硬的石英砂岩岩层出露，并在其前缘形成陡崖。外营力沿崖面垂直节理侵蚀而发育成楔形岩缝，并向岩体内横向（或侧向）切入，形成岩逢（如一线天、小天梯、槐泉寺、回音壁、冻凌背等崖壁上大小不等的岩缝）。岩缝进一步发育而成为巷谷。

嶂石岩三级陡崖发育过程示意图（各级陡崖独自发育）

青年期——方山、断墙、Ω 型套谷形成。此阶段：巷谷进一步扩大发育为障谷。障谷两壁又生成岩缝并发育成次级巷谷，如果相邻的巷谷间距在10～30 m 之间，则数个巷谷可组成一个套谷，即Ω 套谷。此阶段由于次级巷谷的延长，山体被分割成方山，方山进一步发育为断墙。如大王台、仙人台、古佛岩、噙玉崖等。

壮年期——石柱、排峰形成。此阶段：一方面，障谷向下层侵蚀发育成叠套谷，另一方面，更次一级的沟缝或巷谷将方山进一步切割成排峰、石柱。如鸡冠寨、九女峰等。

老年期——块状残丘、孤石形成。此阶段：排峰受到进一步侵蚀、分割而发育为塔柱（石柱），塔柱进一步风化而倒塌，形成块状残丘、孤石或块石堆，如白马垴等。这也标志着嶂石岩地貌一个发育过程或演化旋回的结束。

根据地质学推算：白马垴残丘、孤石地貌的年龄为294.7万年，九女峰等排峰、石柱地貌的年龄是206.7 万年，莲头寨方山地貌的年龄是91.5万年，小天梯巷谷地貌的年龄是8.3万年。

嶂石岩地貌的科学价值

顶平、崖直、块状造型明显的嶂石岩地貌，成为太行山乃至整个华北地区第三纪以来的地貌演化和山体强烈隆升的地质记录。相对高度达600～700 米的一面红色大墙，成为记载太行山第四纪强烈抬升的历史丰碑。

崖顶的甸子梁期山地夷平面，标志了太行山强烈隆升的起始时间；陡崖的高度,是山地抬升的量度记录；块状造型所赖以发育的节理，是太行山区曾遭受不同方向强烈挤压的地质痕迹。这些都成为研究太行山乃至整个华北地区地质演化的良好素材。嶂石岩地貌所揭示的水平掏蚀坡面发育模式，使得地貌学界经典坡面发育模式之一的Penck坡面发育模式得以在中国落地。

知识小卡片

中国砂岩地貌景观三甲

嶂石岩地貌与丹霞地貌、张家界地貌，并称为中国砂岩地貌景观的三甲。

嶂石岩地貌以壮阔的长墙见长；张家界地貌以众多的塔柱独领风骚；丹霞地貌则以圆润的造型、景物栩栩如生而驰名。

嶂石岩地貌的发育基础，是距今18 亿年的长城系滨海—浅海相石英砂岩。张家界地貌的发育基础，是距今4亿年的古生界滨海相砂岩。丹霞地貌的发育基础，是距今1 亿年的中生界陆相盆地沉积的砂砾岩、砂质泥岩，且含有可溶性盐类。

发育机理方面，丹霞地貌、张家界地貌以垂向下切为主；而嶂石岩地貌则以横向侧切为主。地貌发育的外营力，嶂石岩地貌以重力作用为主，崩塌作用是其最主要的表现形式；张家界地貌由流水作用与重力崩塌作用共同塑造；而丹霞地貌则以流水作用为主，并有化学溶蚀作用的参与。