甘肃张掖冰沟丹霞地貌形成机理解析

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2013年考察了甘肃张掖的彩色丘陵地貌后，我曾用博文介绍了那个景区。

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2014年08月初，在景区领导和员工的关照下，我有幸参冒雨观了冰沟丹霞景区。随着景区知名度的高涨，越来越多的游客光顾冰沟丹霞景区。然而，对该景区的地学科普却远远落后，于是乎，有人就尝试胡乱解释其成因，误导大众。为了让游人游览该景区时更清晰地理解其地学特征，避免被不良邪说所欺骗，现对冰沟丹霞的形成过程和机理进行简单的讨论，从中大家可以看出：同一套地层且相距很近的两个景区，为何一处形成了彩色丘陵而另一处就形成丹霞地貌。

   冰沟丹霞位于张掖市以西50千米的肃南县康乐乡，出露的白垩纪地层为：褐红色泥岩、粉砂岩为主，间有灰白色泥岩，偶含灰紫色和灰色砾岩。局部覆盖有新生代洪积扇砾岩。
   冰沟丹霞景区与彩色丘陵景区仅仅相距10千米，由同一套地层组成，为何形成明显不同的地貌景观？
        主要差异在于：彩色丘陵区位于褶皱岩层的翼部，岩层倾斜度大，容易垮塌，斜坡表面破碎的岩石碎屑又被每年的雨水冲走，因而暴露出不同颜色的“新鲜”岩层，构成彩色丘陵地貌。
        而冰沟丹霞景区的岩层恰好处于褶皱近轴部的平缓部位，暴雨、河流等沿着垂直的节理侵蚀强烈，坚硬的砂砾岩层成为其下软弱岩层的保护帽而抵抗侵蚀，就形成一个个直立的柱子。对于每个柱子而言，一旦顶部的砾岩保护层掉了，整个柱子就快速削低，相邻的柱子若有砾岩层保护而耸立在原地。结果就形成赤壁丹崖的地貌景观，这就是典型的丹霞地貌。其景观形成过程可以简单归纳如下：
        1、岩石由一亿年前白垩纪早期的河湖相沉积砂岩、砾岩和泥岩组成，因气候炎热干旱（紫红）与潮湿（灰绿）频繁交替而沉积了不同色彩交互的地层。第一步：陆相沉积准备了物质基础。
         2、大约几百万年前的第三纪晚期，青藏高原隆起导致祁连山向北东方向的逆冲抬升造成了白垩纪沉积层的褶皱，褶皱带走向沿着祁连山北麓NW—SE方向延伸。褶皱的后期还形成了两组直立的节理面，将沉积岩层切割成一个个菱形的柱子。随着祁连山进一步向北东方向逆冲，白垩系褶皱带也遭受了强烈的剥蚀而露出地表。此为第二步：构造运动为后来的侵蚀作用奠定了边界条件。
        3、这些位于祁连山北麓的岩石柱子遭受雨水等的侵蚀而逐渐降低，当侵蚀到砾岩层时侵蚀速率就大大降低，砾岩层之下的软弱泥岩层就得以保护。一旦某个柱子顶部的砾岩层脱落，其下部的泥岩就很快垮塌，而相邻柱子因还有顶部砾岩保护而屹立在山坡上，形成赤壁丹崖的丹霞地貌景观。

         4、偶夹的砾岩层或上覆的第四纪洪积扇抵抗侵蚀的能力远远高于其下的泥岩和粉砂岩，保护其下的泥岩和粉砂岩；而垂直的两组节理却为雨水的侵蚀提供了便利条件。这两个条件造成了沉积岩柱子的明显差异：一旦顶部的砾岩保护层脱落，下部的软岩层就快速坍塌，露出相邻柱子。受到顶部砾岩层保护而残存的岩石柱子（剥蚀残丘的一部分）侧面露出红层为主的泥岩层，而夹杂其间的灰白岩层因为雨水的冲刷而受到上方红层三氧化二铁的污染也不均匀地变红（形成次生红层）。因此柱子侧面总体上表现为褐红色、粉红色为基调的红色，形成赤壁丹崖的砂泥岩地貌，这便是典型的丹霞地貌！
         我在冰沟丹霞景区测量了两组主要的直立节理，用下面的照片说明该丹霞景观的形成机制，供大家欣赏。
         欢迎大家讨论与交流！若有不当之处敬请批评指正。
                                                      2015.06.02

遗憾的是：

      我们去年八月初到景区那天正好赶上下雨，我是顶着雨拍摄的，因此景色显得昏暗，照片的对比度也不足。尽管能说明该地貌的特征，但视觉上无法满足大家的要求。

     下面几张照片是我向冰沟丹霞景区管理处的刘经理索要的，放在这里仅供大家欣赏。在此向冰沟丹霞景区管理处表示诚挚的谢意！

注：本博文为作者的原创性成果，若有人发表论文引用相关解释或图片，请注明出处。

科学网博主苏德辰研究员曾经在冰沟丹霞拍摄了非常漂亮的照片，请大家浏览他的博文：

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