嶂石岩地貌的特征及形成

1 太行山的地质概况

1.1 太行山的地层特征

根据钻井资料，三叠系在华北地块中部岩性为长石砂岩以及砂砾岩，厚达1200m（王桐和，1995），但在在渤海湾盆地内部大部分缺失，仅在坳陷内部零星分布。中-下侏罗统岩性以泥岩、砂岩以及大量的火山碎屑岩为主。上侏罗统以火山岩为主，分布于太行山北部。下白垩统以泥岩、火山碎屑岩、火山岩为主，分布于华北地块东部盆地。上白垩统以砖红色中细粒砂岩夹泥岩为主，分布较少。至新生代时期，渤海湾盆地内部为一套河湖相沉积，最底层为砂岩，但砂岩中间夹有生油层（叶琳，2013）。

1.2 太行山经历的构造运动

晚侏羅世华北板块多向汇聚，在板块边缘形成了多个方向逆冲推覆构造。其中太行山地区主体构造方向为NNE-NE向，表明主要受古太平洋板块俯冲的影响。至早白垩世晚期，研究区东部由挤压体制转变为伸展体制形成了大量的断陷盆地，而西部仍处于挤压构造应力场下，此时太行山隆起于两者之间。至新生代，在伸展构造作用下华北高原彻底垮塌形成了渤海湾盆地。至中新世末-上新世初，太行山地区进入新构造运动阶段，山西地堑系、太行山南北缘以及太行山内部山间盆地开始形成（曹现志，2014）。借此认为，太行山地区的构造运动使得太行山东西两侧产生了强烈的地势差为后来研究区的地貌形成提供了动力。

2 嶂石岩地貌的特征及形成

嶂石岩地貌形成于北方的低温少雨的环境中，其岩体为元古界石英砂岩地层，具有明显的区域性特点。

2.1 嶂石岩的地貌特征

嶂石岩在垂直景观上可分为沟底、底栈、二栈、三栈和顶栈五个层次（如图1所示），嶂石岩风光主要集中在三层剥蚀面分割的悬崖绝壁部分，众多的嶂谷又从纵向上组合成了一系列的次级景观单元。其地貌类型有岩廊、赤壁长墙、楔形沟、回音壁等。

2.2 嶂石岩的岩性特征

嶂石岩的岩层一般可以分为三层（郭康，1992）：

下层岩性（如图1C）为元古界灰绿色变钠长安山岩和顺层侵入岩变质辉绿岩-闪长岩，主要构成嶂石岩地貌的坡麓。

中层岩性（如图1B）底部为砂砾岩及紫色砂质页岩，下部为粉红、灰白中厚层石英岩状砂岩，中部为紫红色、暗紫色中厚层长石石英砂岩，上部为灰白、灰绿、紫色中厚层石英砂岩夹砂质页岩。

上层岩性（如图1A）为寒武系岩层，其底部为含砾粗砂岩、砾岩，上覆馒头组为红色页岩与薄层泥灰岩，往上依次为为易风化破碎的红色灰岩、砂质页岩以及白云质灰岩，最上部为寒武系中统徐庄阶云母页岩、结晶灰岩和鲕状灰岩。

3 典型的嶂石岩地貌成因分析

太行山中、南段发育典型的嶂石岩地貌，前人认为该地貌形成机制有以下三种：（1）地壳迅速抬升同时发生有断裂活动，外动力以深切、崩塌和溯源侵蚀为主;（2）地壳缓慢抬升，外动力以侧蚀和谷坡后退为主;（3）地壳在较长时间内保持稳定，外动力以夷平、风化为主。以上三种不同类型的机制是内外动力共同作用的结果，可以与地壳的不同构造阶段对应（李颖，2009）。

3.1 影响嶂石岩地貌形成的两大动力

嶂石岩地貌形成的重要动力来自横向楔状侵蚀作用和横向掏蚀卸荷作用。其中楔状侵蚀过程是嶂石岩地貌区别于其他地貌类型的根本原因，而横向掏蚀卸荷作用对嶂石岩地貌演化的速率及物质总量的搬运也起了举足轻重的作用，二者共同促进了嶂石岩地貌的形成。

楔状横切坡面发育是一种十分有趣的地貌过程，它不同于丹霞地貌（黄进，1982;陈国能，1991;吴起俊，1994）、张家界地貌（陈国达，1993;刘金山，1988）那样将山体从上向下直接切割成豆腐块状，而是由山体一侧陡壁横向切入，成为竖直的沟缝。

横向掏蚀卸荷作用发生的根本原因是岩性的差异。风化侵蚀首先从夹砂页岩和松软砂岩开始，在软弱层被掏蚀后，上覆岩层悬空并承受自重和上部岩体的压力。当软弱层不断的被掏蚀，上覆岩层承受的力越大，岩层原有的垂直节理加强并产生新生节理，造成整个岩体的不稳定。悬空的岩体承受能力达到极限时开始卸荷塌落形成反梯状塌落面，当塌落面达到山顶后岩壁大面积崩塌，岩壁整体后移（郭康等，1997）。

3.2 嶂石岩的发育模式

嶂石岩地貌的发育过程分为四个阶段：

岩岭后退-石缝发育阶段（胚胎-幼年期）：顶层的石灰岩岩层由于边缘陡壁及底部受侵蚀、掏蚀及卸荷崩塌的缘故造成岩壁的整体性后退，进而使下伏石英砂岩层出露，并在其边缘发育横切侵蚀岩体的楔形石缝。嶂石岩岩岭后退其实是一种石灰岩地貌形成过程，该过程可为石英砂岩的坡面发育创造了条件。

巷谷发育-套谷形成阶段（青年期）：石缝发育形成巷谷迅速扩大为障谷，并且在石壁两侧再次发育石缝形成次级巷谷，组成套谷。

套谷发育-方山、塔柱形成阶段（壮年期）：该阶段障谷向下层侵蚀形成了层叠套谷，与此同时次级巷谷的延长、扩大而将障谷间隔墙切断形成了方山和塔柱等。

方山、塔柱发育-块状残丘阶段（老年期）：该阶段方山、塔柱、排峰进一步坡面侵蚀形成了细长柱峰，最后柱峰倒塌形成块状残丘和大量块石堆积。

目前，该嶂石岩地区正处于地貌发育的第二、三阶段，即风景地貌最完美时期（郭康，1992）。