科考文献（七）

张家界、索溪峪风景区 地质、地貌浅析    胡家让 （湖南省地质研究所）

    张家界、索溪峪旅游胜地，沉睡了无数岁月，遗珠在野，默默无闻。今天，随着祖国旅游事业的兴起，她苏醒了，焕发了青春。慕名而至的男女老少成千上万，被她秀丽而又壮观的景色吸引着，给热爱大自然的人们以美的享受。难怪，凡是观赏过这儿美景的人们，用诗一般美好的语言去讴歌她，赞誉她。然而，当你亲临其境，被这千姿百态的奇峰异石，宛如国画般的自然风光所陶醉而遐想联翩的时候，可曾想到她是怎样发育起来的吗？倘若你想知道她的过去、现在，甚至她的将来的话，那么，让我们听听地学家们的意见，看他们是怎么解释的。    地学家们运用当今地质学的基本原理探索她的成因，认为张家界、索溪峪砂岩峰林地貌的发育、形成过程，有她特定的地质环境和她应具备的基本条件，她是自然界内外营力诸多因素综合作用的结果。    以往对张家界、索溪峪砂岩峰林地貌的成因及形成类型有过多种说法，但未必都贴切。无论从成因抑或是形态特征来讲，它既根本区别于以溶蚀作用为主所形成的桂林喀斯特峰林和路南喀斯特石林，也不同于由玄武岩构成的南京六合石林，更有别于西北黄土高原形成的黄土林。同时，它显然也与广东南雄、坪石等地由白垩——第三系含钙质的红色块状砂岩形成的“丹霞”地貌有极大的差别。它呀，则是以侵蚀构造为主导作用，由石英砂岩构成的砂岩峰林地貌。这就是张家界、索溪峪地区地貌最基本的特点，也是与上述各类地貌根本不同点。    那么，张家界、索溪峪砂岩峰林地貌形成过程又是怎样的呢？你要想进一步了解的话，那就得从它的岩石特征和这种岩石是如何形成的讲起。    大约在3.8亿年以前，即地质历史上称作晚古生代中晚泥盆世时期，整个湘西北地区地壳下降，发生大面积海侵，成为一片汪洋，不过，张家界、索溪峪当时处于一个宽阔的滨海地带，靠近古陆，接纳了由流水源源不断地从邻近古陆搬运来的大量松散碎屑物质，在张家界、索溪峪一带沉积下来，后来又经过漫长而又复杂的成岩过程，才形成今日所见到的厚达500余米的石英砂岩，这为砂岩峰林的形成，提供了物质基础。    从搬运这些松散碎屑物质的介质（流水）来看，无疑，石英砂岩当然属于沉积岩（水成岩）的碎屑岩类，那么，人们也许会进一步提问，这些岩石有哪些特点呢？    通过野外实地考察和室内鉴定以后，地质学家告诉我们，构成这种岩石的矿物成分主要是石英。它颗粒粗细均匀，含杂质甚少，石英矿物所占比率可达90%以上。因此，这种岩石质地纯净，结构致密，具较强的抗蚀力。岩石这一特点，为高逾百米的石峰昂然挺立于天际，打下了坚实的物质基础。    这儿的岩石还有一个特点，就是石英砂岩不但质纯而且层厚。有的单层厚度盈米，薄的也超过0.5米。由于层厚，造就了岩石固结力强，整体性好，不易破裂、脱落。又因为厚层石英砂岩之间常夹薄层粉砂岩及泥质粉砂岩，在自然界选择性的侵蚀下，较软的薄层岩石被侵蚀，坚硬的厚层石英砂岩被保留下来，这样形成的石峰千姿百态，耐人寻味。例如： “夫妻岩”，眉眼毕具，栩栩如生，十里画廊的海螺峰，形象逼真，就是由于软硬岩层发生异风化的结果。显然，此种特殊结构的地层，更有利于奇特砂岩峰林的形成。    张家界、索溪峪砂岩峰林的形成，固然有其物质前提，但又不无与它所处的地质构造环境息息相关。据区域地质研究结果告诉我们，张家界、索溪峪乃至整个湘西北地区，在1.8亿年以前的漫长地质历史时期，地壳运动虽有升降，但总的趋势则以沉降为主。自1.8亿年至0.25亿年前，这儿又经历过几次大的地壳变动，尤其是地质上称为“燕山期”的巨大造山运动，对这块地壳的影响更为深远，使得整个湘西北地区大幅度隆起，海水退却，形成定缓舒展的褶皱陆地，自此便奠定了湘西北地区的地貌格局。这时，张家界、索溪峪一带恰好位于称作桑植复向斜构造中的三官寺向斜靠近轴部的南侧，在这样的构造部位上，石英砂岩的层面倾角平缓，一般在10 °以下，大多为6°～8°。由于岩层产状平缓，单一岩层的岩石重心低，各层之间不易发生重力滑动，从而增加了岩石的稳定性，这亦是一种有助于砂岩峰林地貌形成的构造因素之一。    在地壳运动发生和发展过程中所产生的巨大能量，使岩石承受着强大的压力，当这种压力超出岩石的团结力时，岩石则沿着受力的一定方向发生破裂。这种破裂，在相对位置上并没有引起岩层明显的错动。此种现象，地质学上称为构造节理。据笔者观察，在张家界、索溪峪砂岩峰林区，主要存在三组方向的节理：一组为北东30。左右；一组为北西310。- 330。；另一组近于东西向。砂岩峰林的形成与这三组节理有密切关系，是形成砂岩峰林的又一重要构造因素。不仅如此，岩石节理除控制峰林的发育，造就各种几何图形，并呈现棱角状兀立的石峰外，它还控制了溪谷和冲沟的发展方向。例如：取名为“金鞭岩”的高大石峰，就是因流水沿着北东和北西方向两组节理破裂面侵蚀下切，在重力作用和生物作用的配合下，所形成的高达320余米的石峰。又如，因流经金鞭岩而得名的金鞭溪和下游的索溪峪，它的流向和延伸方向主要是受北东向节理控制，即使中途受到北西向或近东西向节理的干扰，溪流流向可能有局部改变，但总的流向仍然朝向东北方向伸展。    上述事实告诉我们，张家界、索溪峪地区石英砂岩发育的几组主要节理，是控制峰林、溪谷发育和发展方向的主要构造因素。    在这里，有一个值得提出来讨论的问题，就是称为泥盆纪地层的石英砂岩，在我国其他许多地方有着广泛分布，为什么单单在张家界和索溪峪、天子山一带能够塑造出这样典型的砂岩峰林地貌呢？    从湖南1：20万地质图可以看出，张家界、索溪峪一带大部分是中晚泥盆世石英砂岩裸露区，而这种地质环境为发育砂岩峰林提供了最为有利的条件。我们从下面的事实足以得到论证：和张家界、索溪峪近在咫尺的袁家界也有同期的石英砂岩分布，不过在石英砂岩之上却被后期（距今2.85亿年）的二叠纪含煤地层和灰岩所覆差，就如同戴帽子一样牢牢盖在石英砂岩上面而没有让它出露地表，大大失去风化侵蚀的机会，当然就不可能形成砂岩峰林。当我们站在张家界峰林地貌区的制高点黄狮案向北眺望袁家界时，一览无余的、清楚的看出这一特点，感到袁家界与黄狮寨的地貌景观有明显差别。原因何在，舍此别无其他解释。在临近砂岩峰林的外围，出现了另一种情形：虽然石英砂岩上面没有别的地层覆盖，但经历了长期剥蚀，石英砂岩遗存较薄，而其下伏的杂色泥岩地层（含青灰、灰绿、灰白、紫红等色的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及页岩等）则出露广厚，所据地势较高。这种地层为浅海相沉积，形成于距今4.4～4.0亿年前，归属于早古生代中晚志留世的秀山组和小溪峪组。这种岩石的岩性较软弱，极易风化成碎屑状，因而它只能形成缓坡的山丘，不能产生峰林。只是在这种杂色泥岩构成的山丘之巅，偶有石英砂岩保留的地方，才略有一点石峰显示，不可能造就完整而典型的砂岩峰林。    由此可以看出，只有在石英砂岩裸露区，它上面既缺失煤系与灰岩等后期沉积的地层覆盖；而下伏杂色泥岩又还未露出地表，从下至上全为石英砂岩，只有具备这样的地质环境，才能形成拔地而起的砂岩峰林地貌。    总之，张家界、索溪峪砂岩峰林地貌的形成，除了具备特定的地质环境和物质前提，还要有特定的构造条件，这些都是造就砂岩峰林不可缺少的内在因素。然而，仅具备这些因素是不够的，还不足以形成砂岩峰林，塑造砂岩这一奇特的地貌形态，还必须借助于外部因素，即地质学上所称的外营力。它，就是自然界塑造砂岩峰林地貌的能工巧匠。    外营力指的是哪些呢？从张家界、索溪峪砂岩峰林地区来讲，主要是流水的侵蚀、重力崩塌和生物作用。其中占主导地位的还是流水的侵蚀。    点点滴滴的雨水降落地面沿着自然坡降汇集成涓涓细流，开始它对地表岩石的侵蚀。由无数细流汇集成常年不断的溪流，这时的流水侵蚀力大大增强，尤其在雨季，每当暴雨骤下酿成山洪暴发，滔滔洪水咆哮而下，流经之地，荡涤无遗，对岩石产生巨大的破坏，具有极强的侵蚀力和搬运力。此时流水对峰林的雕塑已不是精雕细刻而是大刀阔斧，何况，每当山洪滚滚之时，对岩石的侵蚀不但大大加强，还往往随着重力崩塌的发生，从而加速完整岩石的解体。    从张家界、索溪峪砂岩峰林区来看，流水的侵蚀过程可以分为深切、侧蚀和向源侵蚀三种方式，同时又体现在两个方面：一是沿着前述三组方向的节理破裂面下切，使得较大的块迅速解体，成为高大的石峰群；一是沿着早已开拓的冲沟向下和向源头侵蚀，加大沟谷的深度和长度，在重力作用和生物作用等外力配合下，造成千峰万壑的地貌景观。这种地貌景观在发育阶段上，反映它尚处于风华正茂的壮年期，如畲刀沟、枇杷溪、金鞭溪、十里画廊、百丈峡等地所见到的石峰群正是属于这一类型，都是比较典型的峰林地貌。然而黄狮寨和腰子寨则不尽然，从形态和发育阶段上看，与上过典型峰林景观是有明显差别的。我们认为黄狮寨和腰子寨是目前还未被流水分割而保留下来的较大地块，印地貌学上所称的方山，当地习惯称之为寨。由于这儿的方山在观景上有重要意义，所以当地在介绍张家界宏观风景的时候，常常听到“不上黄狮寨、枉到张家界”就是对它的赞誉。按照我们亲临其境的感受和对这句话的领会，认为黄狮寨和腰子寨本身并没有特别诱人的地方。可是，这两座方山位置适中，雄踞群峰之上，人们置足其上，居高临下地远眺和俯瞰它们的四周，所有美景尽收眼底，一览无余，是天生的自然观景台。从这个意义上讲：“不上黄狮寨、枉到张家界”这句话是很贴切的。从地貌发育阶段分析，方山现在还处于幼年期。倘若进一步发展，终有一天将会被峰林所代替。实际上，只要我们稍加仔细地观察黄狮寨顶面起伏状态，不难发现流水侵蚀的蛛丝蚂迹：流水正沿着一定方向节理所形成的缝隙进行侵蚀，现已开始出现小的浅沟。不难设想，如果这种侵蚀作用长年累月继续加强的话，预示方山将被解体，最终必然导致峰林的取代。到那时，作为天然观景台的黄狮寨就会逐渐消失了。不过地貌形态上的这个转化速度，应按地质年代计量，当然是非常缓慢的，人们今天不必担心。可是，人们应该想到，采取一些什么样的科学办法减缓方山向峰林发展的速度，那倒是值得大家共同思考的问题。    重力作用是外营力之一，由重力作用所引起的岩石崩塌现象，在张家界、索溪峪砂岩峰林区随处可见，其中有比较新的崩塌体，也有比较老的崩塌体。如金鞭溪旁的醉罗汉石峰，就在1979年一次暴雨中，石峰下部的岩块脱落发生重力崩塌。崩落下来的巨大新鲜岩块现今仍停积在溪边路旁，石峰崩塌缺口的石壁上还保持着新鲜的断裂面，证明发生崩塌的时间是很近的。又如金鞭岩饭店通往林场场部的公路交汇处发现有两堆巨大岩块，初看，两堆岩石的层面似有明显的交角，原以为是断层所在，仔细观察周围岩层，又看不到通常常见的一些断层迹象，如岩石硅化、糜泥岩化、破碎带和拽引褶皱等等。而且沿岩层走向追索，也看不到石英砂岩岩层产状发生过什么变化，倒是在它的上方一座石峰（恰好是称为夫妻岩的石峰背面）发现一个相当大的直角形缺口。呵！原来这两堆巨大岩块正是从这个缺口崩落下来的。从崩塌的缺口和崩脱物之间的空间位置看，完全可以对应吻合起来，这样才把这两堆庞大堆积物的成因确定下来，证实为重力崩塌的结果。再从缺口处的岩壁不新鲜和崩塌体已长满植被来看，显然，发生重力崩塌作用时间距今已经很久，是比较老的崩塌体。    同时，在索溪峪林区的十里画廊谷地两侧和王家峪、百丈峡等处，亦常见巨大的崩塌岩块散落在沟谷两旁，只是规模不同而已。    引起重力崩塌的主要原因是什么呢？是大气降水和地表流水沿岩石层面对较软弱的薄层岩石进行侧蚀和沿岩石节理破裂面进行深切，使得失去依附和依托的岩石，在地引力作用下发生重力崩塌的结果。崩落下来的岩块，流水搬不动的便停积在原地，小的岩块则被流水冲走，就成为我们现在在河床中所看到的大小砾石和砂子。    生物作用也是一种外营力，它包括植物的动物的两方面作用。这里，主要是谈植物对岩石的作用，这种作用有两个方面：一是它的根在岩裂隙中深深扎入，对岩石产生根劈作用，使得岩石破裂；一是生物化学作用产生有机酸对岩石矿物进行分解。这两种自然现象，在张家界、索溪峪砂岩峰林区也是常见的。应该指明的是，生物作用虽然对保持岩石的完整性有一定影响，然而植物通过它的根系深深扎入岩隙中，盘根错节，又使破裂的岩石破而不散，这样又加强了岩石的相对稳固性。我们还要看到，植被在防止水土流失方面起着头等重要作用，是人人皆知的。因此，保护森林植被，保持生态平衡，已引起党和国家的高度重视，并为此作了不懈的努力，展开了内容广泛的科学研究，制定了一套有效措施，建立了许多自然保护区，张家界国家森林公园就是我国建立的第一个国家森林公园，当然索溪峪同样也是一个重要的自然保护区，再说，这儿有些植物具有很高的观赏价值。如黄山松（当地叫岩松）就是一种很好的观赏树木，它既能单株挺立于峰峦之上，又能在刀削般的悬崖绝壁上凌空飞出，也能群体扎根于钻天的群峰之巅或石峰岩隙之中，刚劲挺拔，苍翠可爱，为张家界、索溪峪砂岩峰林增添了无限风光。砂岩峰林区还保存着珍贵的孑遗树种。如人们称之为国树的珙桐、银杏等，在科研上有极大的价值，也是极美的观赏珍品。因此，我们在提到生物作用时，不能片面的只强调植物对岩石破坏的一面，作为外营力，当然要提及，但是，也应该同时提到植物的建设性作用这个主要方面，这才是比较全面的观点。    其他外力因素还有许多，诸如区域性气候和气候变化引起的温差，产生岩石的热胀冷缩现象，加速岩石的物理风化；动物的活动和微生物的活动，在砂岩峰林发育过程中也有一定影响，只不过这些因素，在这儿不很显眼罢了。    综上所述，我们现在可以将张家界、索溪峪风景区的地质、地貌特点加以概括，归纳起来，有如下几点：    一、构成张家界、索溪峪砂岩峰林地貌的物质基础——石英砂岩，形成于晚古生代中晚泥盆世时期的滨海环境，不是过去人们误认为是在浅海环境，更不是深海环境下形成的。说它是在滨海环境下形成，这由许多石英砂岩层面上留下当时拍岸海浪所形成的波痕来佐证，这种波痕在张家界、索溪峪是屡见不鲜的，你在游览时稍加注意就不难发现。    二、砂岩峰林地貌的形成时期，是在经历了伟大的燕山造山运动之后，奠定了整个湘西北地区的地貌格架，又经历了喜玛拉雅运动继续抬升，特别在300万年以来的第四纪晚近构造运动（又称新构造运动），对砂岩峰体的形成影响极大。这个地史时期，才是砂岩峰林主要形成和发育时期。    三、石英砂岩的岩性特点、构造条件和所处的地质环境是形成、发育砂岩峰林地貌的内在因素，以流水侵蚀为主导的诸多外力作用，是塑造砂岩峰林地貌的主要力量。    这里必须明确指出，构成砂岩峰林的岩石形成时期，与砂岩峰林地貌的形成时期，是绝对不能混同的，两者有概念上的不同，在时间上彼此相隔更其悠远，这一点是应该要向广大游人交代清楚的，以免发生误解。    还需要说明的是，宇宙间任何事物都有其自身的发展规律，都有一个从幼年期、壮年期到衰老期的发展变化过程，张家界、索溪峪砂岩峰林地貌也不例外。如前所述，目前张家界、索溪峪砂岩峰林正处于风华正茂的壮年时期，是它的黄金时代，可是它终究也会走向衰老阶段，这是不以人们意志为转移的客观规律。虽然我们无法改变这种规律，但我们可以延缓、推迟它过早地走向衰老阶段，这是办得到的。这就给人们以提示，对曾经塑造过这儿雄壮奇丽的砂岩峰林的诸多外营力，如何加以人为的控制，减缓它对砂岩峰林的侵蚀速度，则是值得大家重视的研究课题。目前最好的办法是，保护和发展森林，保持生态平衡，这对防止水土流失，延缓、推迟峰林走向衰老期，具有十分重要的意义，这是千秋万代造福子孙的头等大事，应引起人们高度关注，不能等闲视之。不然的话，对森林植被不加保护，将会带来严重恶果，后患无穷。破坏生态平衡，必然加速水土流失，也加快峰林走向衰老阶段，到那时，峰林就演变成残缺的石柱，而出现石柱则是峰林发展到晚期的象征。如果残缺石柱大片出现，标志着砂岩峰林地貌生命的结束，而为其他地貌类型所代替，砂岩峰林景观也就随之消失。    为了美化我们伟大的祖国，为了全人类幸福，大家都来充当大自然的卫士，像保护自己的眼球一样来维护大自然的生态平衡。祝张家界、索溪峪这颗风景明珠永放光芒，永葆青春！