地層建造對(duì)生態(tài)特征的影響作用研究
——以羅山地區(qū)南灣巖組為例

黃武彪，吳 豐，羅敏玄，劉品謙，謝 翔，邊其軍

（中國地質(zhì)調(diào)查局長沙自然資源綜合調(diào)查中心，湖南寧鄉(xiāng) 410600）

1 概述

生態(tài)是支撐人類生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，隨著時(shí)代進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，生態(tài)問題及現(xiàn)狀受到國內(nèi)外學(xué)界的高度關(guān)注。生態(tài)地質(zhì)調(diào)查是全國較新的研究領(lǐng)域，指以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為指導(dǎo)，調(diào)查研究各種生態(tài)問題或生態(tài)過程的地學(xué)機(jī)理、地質(zhì)作用過程及其環(huán)境條件[1-2]。羅山縣位于大別山區(qū)西北部，地處中國地理南北過渡帶，地質(zhì)與生態(tài)狀況復(fù)雜，南灣巖組是羅山地區(qū)典型的地質(zhì)建造，查清南灣巖組生態(tài)地質(zhì)特征具有重要的意義。依托中國地質(zhì)調(diào)查局生態(tài)地質(zhì)調(diào)查有關(guān)項(xiàng)目，通過1∶5000剖面、1∶20000路線、淺鉆等生態(tài)地質(zhì)調(diào)查方法，系統(tǒng)地查明生態(tài)地質(zhì)因子的特征。并重點(diǎn)分析各生態(tài)地質(zhì)因子相互作用關(guān)系，為大別山區(qū)西段生態(tài)修復(fù)支撐調(diào)查項(xiàng)目提供修復(fù)支撐依據(jù)。

2 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于大別山北麓，淮河南岸，羅山縣中南部，面積約135km2。地勢稍有起伏，海拔在170m以內(nèi)，地形變化較小，以丘陵、壟崗為主。氣候?yàn)閬啛釒蚺瘻貛н^渡區(qū)域，屬北亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤氣候，四季分明，雨量充沛。水資源豐富，河流、水庫、池塘全區(qū)均有分布，水庫主要分布在中部和東部。

2.1 地層建造

古生界泥盆系南灣巖組（Dn）：南灣巖組在羅山縣范圍內(nèi)大面積出露，主要分布于羅山縣中南部，北部以五岳韌性剪切帶與龜山巖組斷層接觸，東南部以春秋廟—白門樓韌性剪切帶逆沖推覆到定遠(yuǎn)組之上，中南部被靈山超單元吞噬，面積約為135km2。

在羅山縣內(nèi)共分布有三個(gè)巖段，南灣巖組一段主要巖性為含“斑”黑云斜長變粒巖、含斑二云石英片巖、二云變粒巖、黑云斜長片巖；南灣巖組二段主要巖性為黑云斜長變粒巖、二云斜長變粒巖、黑云母片巖及絹云斜長片巖；南灣巖組三段主要巖性為綠簾白云石英片巖、綠簾二云石英片巖、綠簾白云片巖、綠簾（泥）二云石英片巖。

2.2 構(gòu)造

總體上為一套快速沉積、成熟度低的被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境下的深水復(fù)理石泥砂質(zhì)碎屑巖沉積建造。南灣巖組主要發(fā)育構(gòu)造有：

白門樓韌性剪切帶：位于羅山縣中南部白門樓一帶，北西向延伸至棧板堰被靈山花崗巖體吞噬，南東向經(jīng)樓子塆與春秋廟韌性剪切帶相連，區(qū)內(nèi)長約1km，寬150～600m，總體走向300°，傾向北東，傾角較陡，系區(qū)域上桐柏—商城斷裂帶的一部分。上盤為泥盆系南灣巖組，下盤為定遠(yuǎn)組變質(zhì)火山巖，帶內(nèi)主要變形巖石為南灣巖組絹云（二云）石英片巖，定遠(yuǎn)組部分變質(zhì)火山巖和少量輝長巖。

五岳韌性剪切帶：位于羅山縣中東部徐樓一帶，在羅山縣內(nèi)長度約1.7km，向西延伸經(jīng)五岳水庫至黑沖山，全長約20km，近東西向延伸。本斷裂是南灣組與龜山巖組之間的一條離散型韌性剪切帶，帶內(nèi)發(fā)育的各種運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)志都表明上盤南灣組由北向南滑移。五岳韌性剪切帶內(nèi)發(fā)育寬約10～20m的糜棱巖，真原巖主要是下盤龜山巖組中斜長角閃巖和部分上盤南灣組黑云斜長變粒巖，分別形成角閃質(zhì)糜棱巖類及長英糜棱巖類。

2.3 巖脈

羅山縣地區(qū)南灣巖組中侵入三十多條巖脈，主要為酸性、基性、超基性、銅礦化脈、石英脈、螢石石英脈等。在南灣巖組中出露面積不大，分布較均勻，幾處巖脈相互交叉。

3 生態(tài)地質(zhì)現(xiàn)狀及生態(tài)地質(zhì)問題

3.1 生態(tài)地質(zhì)現(xiàn)狀

羅山縣地區(qū)南灣巖組地層多為崗地、丘陵，海拔在170m內(nèi)，坡度相對(duì)平緩，局部較陡，部分相對(duì)平緩區(qū)域已人為更改為梯田、旱地及水塘等。通過生態(tài)地質(zhì)剖面和生態(tài)地質(zhì)路線調(diào)查數(shù)據(jù)分析研究，現(xiàn)從風(fēng)化殼、成土母質(zhì)層、土壤層、水、植被覆蓋率5個(gè)生態(tài)因子，對(duì)地層內(nèi)的生態(tài)地質(zhì)特征進(jìn)行描述。

（1）風(fēng)化殼：野外調(diào)查表明，71個(gè)垂向剖面中28個(gè)點(diǎn)為強(qiáng)風(fēng)化，38個(gè)點(diǎn)為全風(fēng)化，5個(gè)點(diǎn)為中風(fēng)化，巖石的風(fēng)化程度主要為全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化，少部分地區(qū)風(fēng)化程度為中風(fēng)化（圖1）。全風(fēng)化多成土狀，用手可輕易捏碎；強(qiáng)風(fēng)化僅巖塊中心保持少量原巖結(jié)構(gòu)；中風(fēng)化保持較好原巖結(jié)構(gòu)，巖石整體較破碎，發(fā)育有多組節(jié)理，將巖石分割成大小不同的巖塊，形成了不穩(wěn)定的生態(tài)基底。風(fēng)化殼也為動(dòng)、植物和微生物提供了生存空間[3]。

（2）成土母質(zhì)：厚度0～100cm，平均約20cm，成土母質(zhì)整體較薄（圖2），野外調(diào)查涉及南灣巖組的垂向剖面有71個(gè)，其中有18個(gè)未發(fā)育有成土母質(zhì)層，占比約25%，成土母質(zhì)類型主要為殘坡積物，只發(fā)育有少量殘積物（圖3），成土母質(zhì)的巖性主要為砂礫石土和粉質(zhì)壤土，其次為礫石土和壤土，砂質(zhì)壤土、砂礫質(zhì)壤土、砂質(zhì)粉土、砂質(zhì)壤土、粘壤土和粘土只有小面積發(fā)育，成土母質(zhì)整體含有較多的礫石。這些特征集中反映了基巖的風(fēng)化程度雖強(qiáng)但成土能力不高，使得成土更加困難。

圖2 南灣巖組成土母質(zhì)厚度發(fā)育情況

圖3 南灣巖組成土母質(zhì)類型發(fā)育情況

（3）土壤層：成熟度不高，多數(shù)僅發(fā)育腐殖質(zhì)層。厚度2～48cm，平均約11cm，土壤層整體較薄，部分區(qū)域因水土流失土壤層不發(fā)育（圖4）。土壤層的巖性主要為砂質(zhì)壤土和粉質(zhì)壤土，只有小面積發(fā)育有砂礫石土、粘壤土、粘土和粉土。土壤層中粉砂含量較多，并含少量原巖的礫石，土壤粘性相對(duì)較差，遇坡度較陡地段，易發(fā)生侵蝕造成水土流失，土壤養(yǎng)分易被流水帶走。

圖4 南灣巖組土壤厚度發(fā)育情況

（4）水：主要是地表水及地下水，主要受大氣降雨補(bǔ)給。地表水主要分布于河流、水庫和池塘，分布較為均勻，水庫主要位于中東部區(qū)域，經(jīng)調(diào)查，整體水質(zhì)偏酸。地下水主要通過垂向剖面研究，未能探測到潛水面，為包氣帶水，整體土壤潤—干燥，受多種因素影響，受大氣降雨補(bǔ)給、氣候及騰發(fā)作用影響較大。

（5）植被覆蓋率：植被覆蓋率30%～85%，植被覆蓋率多為50%～75%，覆蓋度高于75%和低于45%的僅占小部分，平均約65%，整體較好（圖5）。植被類型主要為人工種植的板栗樹、櫟樹，其次為楊樹、松樹、落葉松、杉樹，灌木、草本均有分布。植被類型多以耐旱的植被為主，且受人類農(nóng)業(yè)活動(dòng)影響較大。

圖5 南灣巖組植被發(fā)育情況

3.2 生態(tài)地質(zhì)問題

通過實(shí)地調(diào)查及資料收集，南灣巖組存在的生態(tài)問題主要為地質(zhì)災(zāi)害和水土流失。其中崩塌、滑塌點(diǎn)共12個(gè)，水土流失共20個(gè)，有兩個(gè)共有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)（圖6），面積分別約1700m2、1.4km2、55m2。

圖6 南灣巖組生態(tài)問題現(xiàn)狀

（1）生態(tài)地質(zhì)災(zāi)害多為小范圍崩塌和滑塌，多發(fā)生在道路兩側(cè)，因人類修路、建房、采石開挖山體，形成高陡的邊坡，邊坡卸載，加大向下垮塌的力，植被破壞，保水保土能力大大降低，加上整體土壤層薄，巖石風(fēng)化程度較強(qiáng)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石多成碎塊狀，穩(wěn)定性大大降低。在降雨天氣的影響下沿路兩側(cè)已有多處地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，造成一定經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患[4]。

（2）水土流失的主要為林改茶園地，大面積林改茶園多分布于坡度較陡的山坡，坡度一般為20°～45°不等，喬木林地遭到砍伐并人為機(jī)械形成梯田，大大降低了植被覆蓋率，僅生長少量小茶樹和草本植物，覆蓋率多在15%～40%之間，土壤和強(qiáng)風(fēng)化基巖裸露地表，加之土質(zhì)粘性不強(qiáng)，大量有機(jī)質(zhì)和有益元素流失，土壤層流失，造成水土流失，程度為中度（三級(jí)）—?jiǎng)×遥ㄎ寮?jí)）。

4 討論

4.1 地層建造對(duì)生態(tài)特征的控制作用

南灣巖組風(fēng)化殼、成土母質(zhì)、土壤、植被、水相互作用、相互影響形成一個(gè)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。風(fēng)化殼進(jìn)一步風(fēng)化、搬運(yùn)、堆積形成成土母質(zhì)，成土母質(zhì)又是土壤前身，土壤是植物生活的基質(zhì)，為植物提供養(yǎng)分和生存條件，植物也能鞏固土壤，提升土壤肥力改良土壤。水在這個(gè)動(dòng)態(tài)平衡中起到重要作用，是生物生存的保證，在各過程中也起一定作用。當(dāng)然，它們還受微生物等一系類因子的影響，從而形成動(dòng)態(tài)平衡。

風(fēng)化殼是成土母質(zhì)的來源，土壤又是成土母質(zhì)在一定的條件下經(jīng)過一系列物質(zhì)能量交換和轉(zhuǎn)化形成的。地層內(nèi)基巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、成分影響風(fēng)化殼風(fēng)化程度，基巖對(duì)成土母質(zhì)、土壤的質(zhì)地、成分、元素等進(jìn)行有效控制，是其發(fā)育的根本基底。地層巖性控制成土母質(zhì)、土壤從而對(duì)植被有控制作用，主要體現(xiàn)在植被類型和生長情況；植物根系生長能加快基巖風(fēng)化，枯枝落葉腐質(zhì)分泌的有機(jī)酸也能加快基巖風(fēng)化。水來源于大氣降雨和礦物水，在生態(tài)系統(tǒng)中是不可或缺的一部分，參與整個(gè)系統(tǒng)演化，基巖、風(fēng)化殼、成土母質(zhì)、土壤都對(duì)水起存儲(chǔ)作用，并且礦物風(fēng)化也能提供一定的礦物水，保持一定的水量，為生態(tài)系統(tǒng)提供有益循環(huán)保障。

就南灣巖組而言，基巖、風(fēng)化殼、成土母質(zhì)、土壤、水、植被相互聯(lián)系、相互作用共同維持生態(tài)平衡。它們受各種因子影響，其中以人類影響較大。南灣巖組原生植被覆蓋率達(dá)65%以上，生態(tài)環(huán)境相對(duì)平衡，朝著有利方向發(fā)展；部分區(qū)域因人為發(fā)展經(jīng)濟(jì)，種植茶樹、板栗樹及修路等工程建設(shè)破壞原有的穩(wěn)定的生態(tài)平衡，引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，造成一些生態(tài)問題。

4.2 典型生態(tài)地質(zhì)問題的修復(fù)治理研究

治理生態(tài)問題主要以自然恢復(fù)為主、人為干預(yù)為輔，針對(duì)不同類型的生態(tài)問題有不同的方法。在崩塌、滑塌區(qū)域，嚴(yán)重影響人類活動(dòng)出行并伴有安全隱患，需人為干預(yù)排查和工程修復(fù)。其中對(duì)于水土流失不嚴(yán)重的區(qū)域我們應(yīng)以自然修復(fù)為主，輔佐以人為手段。體現(xiàn)人與自然的和諧統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)綠水青山就是金山銀山。

自然修復(fù)：隨時(shí)間線拉長，充分依靠大自然的自我修復(fù)能力。

針對(duì)崩塌滑塌主要依靠以下手段：較低邊坡坡度，降低其卸載，增強(qiáng)穩(wěn)定性；在邊坡上修建排水溝用于導(dǎo)水；移植原有土壤，加之生物鞏固，種植原生樹種，植樹育苗。

針對(duì)水土流失主要依靠以下手段：

強(qiáng)化造林治理：適地、適樹、營養(yǎng)袋育苗，整地施肥，高密度、多層次造林，爭取快速成林、快速覆蓋。對(duì)流失嚴(yán)重、坡度過陡，造林不易成功的陡坡地，要輔以培地埂等強(qiáng)化措施。

因地制宜：溝壑斜坡上適宜種護(hù)坡林，溝壑中則應(yīng)沿著侵蝕溝道植樹，種植楊樹一般較好，有些地區(qū)還應(yīng)輔以工程措施。

工程措施：興修水庫、修建水平梯田、打壩淤地等，在溝道里打壩淤地，攔蓄泥砂，不僅可以防止泥砂流入河中，還可以在淤地上種植莊稼，治沙效果顯著。

5 結(jié)論

（1）生態(tài)地質(zhì)剖面、路線、淺鉆是研究生態(tài)地質(zhì)工作較好的手段，能直觀揭露各生態(tài)因子現(xiàn)狀。

（2）各個(gè)生態(tài)因子相互依存，共同形成一個(gè)相互作用的具有一定穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)平衡。在外力的干預(yù)或單獨(dú)生態(tài)因子失衡會(huì)造成整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)失衡，產(chǎn)生一系列生態(tài)地質(zhì)問題。

（3）羅山地區(qū)南灣巖組生態(tài)情況總體良好，植被覆蓋率約為65%，有較好的水土保持能力，局部存在的生態(tài)問題有水土流失、崩塌、滑塌等。

（4）地質(zhì)建造對(duì)生態(tài)地質(zhì)因子具有控制作用。