自然地理 | 为什么不是丹霞地貌

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张掖红山湾“彩色丘陵”的地貌分类问题

张掖丹霞国家地质公园“彩色丘陵”景区的地貌分类和命名，多年来存在较大争议。其在地貌形态、岩性组成、地貌发育和演化过程等方面均与丹霞地貌有着显著差异，按照我国岩石地貌分类惯例，可将其命名为“红山湾地貌”，作为红层地貌的一种亚类而与丹霞地貌并列。红山湾地貌，主要由白垩系泥岩、粉砂岩等细颗粒碎屑岩形成，以红色为主，夹杂有灰绿色、黄绿色、灰黑色等杂色沉积层。该地貌类型，在新疆吉木萨尔五彩湾、布尔津五彩滩、甘肃永登咸水河、猪驮山、玉门红柳峡等半干旱和干旱地区均有分布。

一、问题提出的背景

“丹霞”一词，源于曹丕的《芙蓉池作诗》：“丹霞夹明月，华星出云间”。1928年，地质学家冯景兰到广东韶关丹霞山开展地质调查，发现这里形成于白垩纪的红色砂砾岩层，在流水、重力等风化侵蚀作用下，发育成了许多堡垒状的山峰、千姿百态的石柱、石桥和石洞等，遂将这一具有独特地貌景观的红色砂砾岩层命名为“丹霞层”。丹霞山位于南岭山脉南侧的一个山间盆地中，由红色砂砾岩构成，整体呈现一种红层峰林景观（图1），有大小石峰、石堡、石墙、石柱390多座。主峰巴寨海拔619.2m，大多山石海拔则介于300～400m之间。它们高下参差，错落有致，形态各异，宛如一个红宝石雕塑园，被称为“丹岳”、“中国红石公园”和“岭南第一奇山”。古人取“色如渥丹，灿若明霞”之意，称之为丹霞山，列广东四大名山之首。

图1 广东韶关丹霞山景

20世纪30年代，地质学家陈国达教授在对丹霞山作了深入研究之后，将当时华南地区的红石山地统称为“丹霞地形”，并很快被学术界接受与采用。20世纪50年代，我国引进了“地貌”的概念取代“地形”，称之为“丹霞地貌”。后经曾昭璇、黄进、彭华等学者持续深入的研究和推广，丹霞地貌演变成被广为接受的地质学、地貌学、地理学专有名词，而广东韶关丹霞山也因此成为丹霞地貌的发现和命名之地。其地貌景观具有奇、险、秀、美的丹崖赤壁及千姿百态的造型，呈现出整体感强、体态浑厚稳重、丹山碧水、引人入胜的特点，因而有很高的游历和观赏价值，是一种重要的地质地貌旅游资源。2010年，包括广东丹霞山在内的我国南方湿润区6个丹霞地貌景区，以“中国丹霞”统一命名成功申报为世界自然遗产，堪称我国地貌学界的一次成功之举。

张掖丹霞国家地质公园是近年来新开发的旅游目的地之一。红山湾一带的“彩色丘陵”景区，是其主要组成部分，加之电影《三枪拍案惊奇》拍摄地选择在此，因此很多人便把这里的地貌作为丹霞地貌而加以宣传。“彩色丘陵”主要分布在张掖市临泽县、肃南裕固族自治县红山湾、南台子、敖河一带，面积约56km2。由于沟壑密布、盐渍化强，植被覆盖度较低，无法耕种或放牧，有学者称之为“劣地式彩色丘陵”。该区波浪状起伏的地面形态，紫红色、灰绿色、黄绿色、灰黑色等杂色疏密相间、组合有序，景观富有韵律感和层次感，在中国乃至世界都是一处罕见的地质遗迹。2011年，张掖红山湾“彩色丘陵”被美国《国家地理杂志》评选为世界10大神奇的地理奇观。一时之间，“丹霞观止”、“彩色丘陵中国第一”、“中国最美的丹霞地貌”、“中国的彩虹山”、“全球最刻骨铭心的22处风景之一”等赞美词句，纷至沓来。实际上，“彩色丘陵”与丹霞地貌差异十分明显，究竟属何种地貌类型，尚需从地貌学视角进行讨论。

图2  张掖丹霞国家地质公园“彩色丘陵”景区的游客

二、张掖红山湾“彩色丘陵”

与丹霞地貌的差异

01

地貌形态不同

丹霞地貌自提出以来，对其定义和内涵的界定始终充满歧义。但无论分歧多么大，对丹霞地貌的形态和颜色则有广泛共识，亦即丹崖赤壁（相当于英文的Red cliff）是其最基本的形态特征。“顶平、身陡、麓缓”被认为是丹霞地貌的标准形态，陡崖则是其必需具备的特点。而在颜色上，红色是其主要的色彩要素，所谓“色如渥丹，灿若明霞”。因之丹霞地貌的最基本定义就是“有陡崖的红层地貌”。基于此点，有学者提出“丹崖”的高度应大于10m才能显现出丹霞地貌的雄、险、奇、秀，“丹崖”的坡度则应满足悬崖坡的条件（55°~90°），高度和坡度低于上述标准的不能作为丹霞地貌。

张掖红山湾“彩色丘陵”景区地面坡度较小，地质构造主体为一倾伏的向斜，枢纽走向114°。该向斜的枢纽部为一宽谷，两翼地层翘起形成了景区南北两片彩色条带山体，因之地貌形态主要为平缓山地或单斜山。与景区附近冰沟丹霞地貌相比，景区的坡度明显和缓（图3）。冰沟、刀山等地的丹霞地貌，山体往往具有陡峭的崖壁，如梨园河北侧崖壁高度可达240m以上。

图3 冰沟陡峻的山体与“彩色丘陵”景区和缓的山地

a.冰沟；b.“彩色丘陵”景区；c.坡度对比

张掖红山湾“彩色丘陵”的景观成因，可按照地层产状与坡面形态的不同组合划分为若干类型。如平整坡面可按地层出露划分为垂直彩带型、倾斜彩带型、水平彩带型，地层发育褶皱则形成“彩虹型”或“倒彩虹型”。当坡面发育冲沟时，地层倾向与坡面倾向相同，且地层倾角大于坡面倾角时，就形成“扇贝型”地貌景观（图4）；当地层倾角小于坡面倾角时，则形成“裙褶型”地貌景观。当地层倾向与坡面倾向相反时，则由连续分布的水平彩带型组成，加上坡面的起伏，恰似彩练当空舞动，如“七彩屏”景点（图5）。如考虑更为复杂的坡面组合形态以及不同色带被冲蚀变形，将使得地貌景观更加复杂多样。如“彩色丘陵”景区的“刀山火海”景点，连续发育的波浪型景观形成了红黄色彩跃动的景象；而“众僧拜佛”景点则是由小的扇贝型和连绵的浑圆小山丘相结合，形成犹如众多身披红色袈裟的僧侣向同一方向朝拜的景象。

图4 张掖“彩色丘陵”景区大扇贝景点及图解

图5 张掖“彩色丘陵”景区七彩屏景点

02

岩石性质不同

甘肃境内的红色、紫红色砂砾岩地层，南起西秦岭，北至马鬃山，东起子午岭西至祁连山西段，是全国该类岩石分布面积最大的省区。在中生代至新生代第三纪，当山地隆起时，下陷地区形成山间盆地。周围山区的泥沙碎石被流水带到盆地内部沉积下来，形成了悬崖上粗细相间的沉积层理及砾岩、砂岩、粉砂岩。由于当时地球上的温度比较高，盆地内部降水较少，形成一种高温、干湿季节分明的气候环境，Fe2O3在沉积物中大量富集，成为赤红色。它们是一套以河床相为主的洪积、冲积红色碎屑堆积地层，或以湖盆相为主的河湖相红色碎屑堆积地层，断裂及垂直节理发育。由于近水平岩层间岩性的差异，在陡壁上往往风化或侵蚀形成水平带状突起或凹槽，突起一般是坚硬砾岩、砂砾岩层位，较大的突起往往形成狭长平台，生长条带状植被带（草本、灌木、乔木），这种近水平的植被带在悬崖上有时多层出现。细软的泥岩、粉砂岩等多形成水平凹槽，较大的凹槽即发育成为岩洞。此类由砂砾岩等粗颗粒碎屑岩形成的地貌景观，如麦积山、鸡峰山、崆峒山等，皆属于典型的丹霞地貌。甘肃永靖罗家洞-白川赤壁、肃南马蹄寺（图6）、陕西靖边龙州等几乎由纯砂岩（沙丘岩）所形成的丹霞地貌，则较为少见。

图6 张掖肃南县马蹄寺地貌景观

张掖红山湾“彩色丘陵”特殊的地貌景观，首先与构成它的岩石性质有关。众所周知，地貌形体的特征虽然主要受控于外动力地貌过程的雕琢，但也受到地貌形态所依附的岩石性质（基体）的控制。实地考察所见，张掖红山湾“彩色丘陵”主要由白垩系下统中沟组砂质泥岩、泥岩、页岩及粉砂岩形成（图7），岩层厚度约900m，底部含有芦木化石。

图7 张掖红山湾“彩色丘陵”景区的地层

此类岩石相比砾岩和砂岩，尽管密度和空隙率相差不多，但其内聚力要小，因此不易产生崖坡，形成以后也不易保存。加之不透水性远高于砂岩，雨后极易形成散流和暴流，使其在地貌形态上表现为宏观尺度的和缓山体和微观尺度的指状沟、微型土林、泥乳等。此外，其极易风化以及盐风化的作用，使得岩石表面发生崩解而形成一层小岩粒和粉末，这些小岩粒和粉末易在暴雨中被冲走，也很容易发生坍塌，所以很难形成坡度较大的稳定坡面。而近在咫尺的刀山以及附近的冰沟丹霞地貌，同为白垩系地层，但主要以砂砾岩、砾岩为主，则可保持高角度甚至陡立的边坡，从而形成典型的丹霞地貌。质言之，张掖红山湾“彩色丘陵”能够形成和缓山体而非陡峭崖壁的原因和其岩性有密切关系，有时或可一层层从外往里剥落，这无疑是它形成的一个主要原因或主要机制。

03

显色机理不同

这里采用传统的显色机理对丹霞地貌加以解释，如大家有兴趣可参阅相关学者的最新研究成果。我们知道，沉积物的颜色深浅常可以指示环境特征，一般颜色浅指示还原环境，颜色深指示氧化作用强的氧化环境，这与其沉积物中的矿物成分变化息息相关。色彩的形成主要受控于地层沉积时的气候环境。丹霞地貌的物质基础是红色粗粒碎屑岩，主要是白垩纪或第三纪河流相的产物。由于当时地球上的温度比较高，盆地内部降水较少，形成一种高温、干湿季节分明的气候环境，致使湖相沉积物中的铁离子进行着交替的氧化还原过程。在氧化环境条件下，Fe2O3在沉积物中大量富集，成为赤红色。沉积期间，如发生河、湖交互出现，则可形成红色粗粒碎屑岩与彩色泥质岩的间互层位。

张掖红山湾“彩色丘陵”不仅以红色为主，而且间有灰绿色、黄色、灰黑色等，呈平行条带状分布，色彩绚丽是其最大特点（图8）。这里的彩色泥质岩层，主要是是白垩纪的湖沼相沉积，如黄、绿、蓝灰、灰、白、黑等颜色则是氧化环境转为还原环境的结果，它由其中所含的色素离子Fe等高价、低价的含量变化表现出来。这种杂色的泥岩、页岩、砂岩互层状地层，呈大面积单一方向倾斜分布，为劣地式彩色丘陵的形成提供了物质基础。此外，这里的岩体胶结物主要为泥质胶结，除解理中填充无色石膏晶体外，还含有叶片、根等植物化石，在紫红色岩石内的化石周围往往形成还原斑。

图8 张掖红山湾“彩色丘陵”的杂色建造景观

在张掖红山湾“彩色丘陵”野外实地调查，肉眼可分辨出来的岩石颜色至少有8种，用蒙赛尔土壤比色卡测出的颜色则可达25种，可分为红、红棕、橙、黄、蓝灰、绿灰、橄榄灰、灰等几类（表1）。再加上植被、苔藓地衣、石膏、盐碱及冬季降雪以及不同光照条件形成的视觉效果，终于形成了张掖红山湾“彩色丘陵”绚丽的色彩。

表1 张掖红山湾地貌岩石色彩

通常认为，红层的红色来自于岩石碎屑周围的赤铁矿薄膜，而不同部位的色度差异可能取决于赤铁矿（Fe2O3）矿物群的不同组合方式所形成的视觉效果。当针铁矿（FeO(OH)）含量较多时，岩石则呈现出白色、黑色，他们的含量不同及与其出露后氧化形成的产物混在一起则形成青灰、灰黄等复杂的颜色。赤铁矿与针铁矿含量的差异，则反映了沉积物形成时的环境状况。一般而言，赤铁矿的形成涉及脱水反应，属干旱氧化环境下的产物；针铁矿通常是从水溶液中直接沉淀形成，属潮湿还原环境下的产物。赤铁矿主要是Fe3+的载体，而针铁矿则主要是Fe2+的载体，从元素层面上Fe2+/Fe3+比值的高低决定沉积物颜色色调。当地层中Fe3+含量较多及Fe2+/Fe3+比值较低时，地层颜色以紫红、砖红色为主；当地层中Fe2+含量较多及Fe2+/Fe3+比值较高时，地层颜色以灰绿色、黑色为主；当地层中Fe2+/Fe3+比值由低逐渐变高时，地层颜色逐渐由红色向灰绿、黄灰、蓝灰过度，直至黑色或白色。从张掖红山湾“彩色丘陵”景区采集的样品Fe2+/Fe3+比值，红色系样品介于0～0.15，而蓝灰、绿灰、橄榄灰色样品则介于0.11～1.47（表2），明显高于红色系样品，与其他地区沉积物研究结论基本一致。在后期构造运动的作用下，本区地层发生倾斜、褶皱，剥蚀成为起伏平缓的山地，不同颜色的地层形成色带，蜿蜒分布在地表，形成色彩多变的视觉效果。同时出露岩体发生风化，改变了岩层的结构，促使地层的色彩发生变化。出露岩体还发生氧化、水化等，进一步改变了其原本色彩。这些原因都使得红山湾“彩色丘陵”的色彩在其地层原本色彩基础上进一步多样化。此外，高盐碱含量使得植被很难在坡面上生长，以及坡地表面的风化产物极易被冲走，则使得红山湾地貌能够长期保持鲜艳的色彩。

表2 张掖红山湾“彩色丘陵”景区不同价态铁含量

04

外动力过程不同

众所周知，丹霞地貌红色的奇峰异石是由流水整体侵蚀切割以及溶蚀作用形成的，以块状结构为主。而张掖红山湾“彩色丘陵”地貌则受到青藏高原隆升的影响，发生间歇性隆升，地层发生倾斜甚至发育褶皱，顶部有砾岩。由于降水量不足200mm，坡面和缓、坡度均匀渐变，水流顺坡流动、片状侵蚀明显，浅、细沟深10～15cm，宽10cm。在片状流水的侵蚀下形成和缓山体，以延续不断、具有一定倾斜角度且极尽绚丽的单斜山为主要特色。由于以泥质岩为主，其表面极易受到风化，粉末状的风化层可达0.2m～0.5m，甚至更深（图9）。风化作用致其质地松软，一踏就碎，如任由游客在上面踏踩，无疑将破坏其原生态的外貌景观，加速风化的进程，故在旅游开发中需要加强保护。没有黄土覆盖的斜坡，由于泥土坚硬或含有石砾，雨水侵蚀时会因石砾的抗蚀能力较强，周围的泥土抗蚀能力较弱，而使石砾与其下方的泥土如指状相对凸出，因而称为“土指”。

图9 张掖红山湾“彩色丘陵”地面的粉末状风化层

05

生态系统独特

丹霞地貌在中国广泛分布，从湿润区到干旱区，从沿海地区到青藏高原，不同的气候条件下均有分布。张掖红山湾“彩色丘陵”景区所在区域降水量约180～260mm。同类型的兰州永登咸水河、猪驮山降水量在230～280mm左右，均属降水量较小的干旱、半干旱地区。由于砂质泥岩、粉砂岩的粒径与空隙都很小，导致透水性差，若遇到流水冲刷，极易形成蚀沟，使植物难以生长，因此常常产生大片裸露地。这种破碎的地形，环境不适合人类居住，成为典型的泥岩劣地景观。

在黄土覆盖且坡度较小的平坦丘顶，多发育灰钙土，由于降水的作用而板结成薄薄的硬壳——“结皮”。地表则分布合头草群落（图10），盖度可达20%～30%，坡顶及坡面上均有结皮。阴坡及半阴坡，多为中亚紫菀木群落、合头草+珍珠猪毛菜群落，群落中有雾冰藜、多根葱、红砂、珍珠、拂子茅等，盖度10%～20%。

图10 张掖红山湾“彩色丘陵”景区的荒漠草原群落

三、红层地貌分类与

张掖红山湾地貌的命名

地貌分类是地理学研究成果的一种表达方式。我国红层地貌广泛分布在热带、亚热带湿润区，温带湿润、半湿润区和半干旱、干旱区，以及青藏高原高寒区。不同区域的地质背景、构造条件、气候环境等迥异，形成的红层地貌在形态上完全不同。为了避免地貌命名和分类的混乱，需要根据具体的地貌形态、形成机理、演化模式乃至生态系统，对红层地貌给予准确分类。

丹霞地貌是我国科学家最先提出并命名的一种地貌类型。虽然国际上早有红层地貌的分类，但鉴于丹霞地貌的特殊价值，国际地貌学家协会在2009年同意设立“IAG丹霞地貌工作组”，标志着丹霞地貌研究开始走上国际学术舞台。目前，丹霞地貌主要指发育在中生代至第三纪的水平或缓倾斜的厚层而坚硬的红色粗、中粒碎屑岩系之上，在构造运动及间歇抬升的作用下，受流水侵蚀及崩塌后退等外力作用，形成顶平、坡陡、麓缓的地貌形态。已如上述，甘肃张掖市肃南、临泽两县交界处的“彩色丘陵”，与其他地方的丹霞地貌有很大的不同，既不顶平、也不身陡，显然不符合丹霞地貌的定义和基本特征。

此外，将张掖红山湾命名为“彩色丘陵”或“彩色砂林”也存在地貌分类是否不符合实际的问题。因为丘陵指海拔高度在500m以下、相对高度50～500m或200m以下的表面形态和缓的坡面组合体，往往由山地和高原经外力作用长期侵蚀而成。而张掖“彩色丘陵”核心景区海拔高度约为1650～2000m，属于中低山区，称之为“丘陵”并不准确。有学者把疏松、颜色多样的泥质砂岩或砾岩，经风化剥蚀形成的塔柱状地貌称为“彩色砂林”。但张掖“彩色丘陵”核心景区的白垩系地层、风化外貌基本上都是浑圆状的，岩性松软很难形成陡峻坡面，更难形成岩柱，故无法称为“砂林”。

借鉴国内地貌分类通行的方法，我们认为红层地貌分类应尽量从较直观的景观自然分类出发，充分考虑地貌景观的实际类型，尽量避免不同类型的叠加和分类的不确定性。与典型的丹霞地貌相比，张掖红山湾“彩色丘陵”在物质组成、色彩、形态等方面存在显著差异（表3）。在物质组成方面，张掖“彩色丘陵”景区的地貌由泥岩、页岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等颗粒较细的碎屑岩形成，是一种以红色为主的夹杂有青灰色、灰绿色、灰黄色等多种色彩条带的颜色组合，且在不同的地段，色彩组合略有不同；而丹霞地貌则整体为红色，仅在局部可见青灰色等色块。在地层的产状方面，张掖红山湾“彩色丘陵”景区地层倾斜，个别地方倾角可达60°；而丹霞地貌则通常以水平为主，或有低角度的倾斜。张掖红山湾“彩色丘陵”景区以和缓起伏的山地为主，除了在季节性河流的凹岸发育有不高的陡崖以外，鲜见陡坡；而丹霞地貌则以陡崖坡为其形态特征，随处可见高达数十米甚至数百米的陡立坡面，尤其在河流两岸、峡谷地带，由于崩积物很快被河流或季节性流水带走，往往形成陡崖直插地面或两侧陡立的坡面对峙而形成峡谷乃至障谷。地貌形态的差异与地貌发育过程差异密切相关，张掖红山湾“彩色丘陵”景区地貌发育过程以坡面过程为主，主要是雨水的坡面片流侵蚀作用导致泥质颗粒滚落或滑落使得坡面后退；而丹霞地貌则以重力崩塌、卸荷剥离为主，通过崩塌和剥离作用，山体坡面不断后退。在地层形成时代方面，张掖“彩色丘陵”景区地层的时代为白垩纪。目前已发现的类似景观，如兰州永登咸水河、兰州永登猪驮山地层均为白垩系；而丹霞地貌时代则较宽泛，从中生界到新近系均有分布。

表3 红山湾地貌与丹霞地貌的比较

鉴于张掖红山湾“彩色丘陵”景区为代表的地貌和丹霞地貌在各方面均有显著的差异，该种地貌理应单独列为红层地貌的亚类。首先，由于其岩性在地貌的形成方面有较为重要的作用（组成物质为以红色为主具有彩色条带的泥页岩杂色层，形态上以宏观尺度和缓山地和微观尺度的指状沟、结皮、微型土林、泥乳等为主），其呈现出多色条带的原因主要是不同沉积环境下形成的泥页岩中铁的不同价态矿物含量差异所致，故应划入岩石地貌的分类体系中，作为碎屑岩地貌中红层地貌的一种类型，而与丹霞地貌并列。其次，鉴于其色彩特征和物质组成特性，亦可归为杂色泥岩地貌。

最后需要说明，关于“地理发现权”的界定条件，可把其应具有的特质概括为3个方面：（1）特征具体、符合逻辑的科学分类。亦即分类一定要能将总体的每一种地貌归入几类中的某一类，此之谓穷举；同时，某一地貌不可以归入两类，即这些类别互相不可兼；（2）目的明确、符合规范的科学命名，形成分类的阶层结构或分类系统，赋予所研究的事物以次序；（3）得到公认、权威期刊的科学传播。从景观特殊性和与类似地貌类型的比较，张掖红山湾“彩色丘陵”按照地貌类型命名原则，宜根据景区范围内最近的地名红山湾命名为“红山湾地貌”。红山湾一名也反映了其以红色为主色调及平缓山地的地貌特征，也是公民对此种地貌类型的直观印象，符合对新地貌类型命名的通例。此地貌类型在新疆吉木萨尔五彩湾、新疆布尔津五彩滩、甘肃永登咸水河、猪驮山、玉门红柳峡等地均有分布，在地貌分类体系上是红层地貌的一种次级类型，可与丹霞地貌并列。对红山湾地貌进一步开展研究，是对红层地貌和丹霞地貌内涵的进一步深化，是对岩石地貌分类体系的补充和完善。

（参考文献略）

兰州大学冰川与沙漠研究中心

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资料来源：地理发现与探索

本期编辑：常贵蒋 毛雅倩 徐晓凡 芦志霞

审核人：任宇飞 王冠

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