云南元謀土林地貌景觀初步研究

楊文禮，孫林龍，張衛鋒，張世濤，劉志明

(1.云南省地質環境監測院，云南 昆明 650216，2.昆明理工大學國土資源工程學院，云南 昆明 650000)

土林是一種特殊的地貌形態，全世界不少國家都有土林地貌或者類似土林地貌的報道和記錄，如美國的布萊斯峽谷(MayandTraverse，1973)、土耳其的卡帕多西亞、哥倫比亞的LaPlayaBadlands(Hermelin，2016)，玻利維亞的ValleDeLuna(月亮谷)以及中國的許多地區。中國的土林地貌主要分布在西藏阿里札達盆地[6]、青海龍羊峽、山西大同[13，14]、四川西昌[10]、甘肅天水等地，但就面積、數量、密集程度和景觀性來講都不能與云南相比。云南楚雄元謀[3，8，9]、云南大理南澗[7]、云南普洱景東、云南臨滄永德均分布有大大小小的土林景觀，其中又以云南元謀土林最具典型性和代表性。土林地貌是指在干旱、半干旱地區，由半松散、半固結的碎屑沉積物經過流水剝蝕、堆積形成的林柱狀、墻狀及溝谷等一系列地貌的統稱。錢方在《元謀盆地第四紀冰期與地層》[8]中將這種地貌現象命名為“土林”；錢方和凌小惠[9]等將其歸類為流水地貌；謝洪忠[11]從旅游角度，將土林地貌納入林柱狀地貌范圍；陳安澤從旅游地質角度，將土林歸為碎屑巖(砂礫巖)景觀。[2]本文將從地貌景觀類型、形成演變規律、分布規律、地學意義、美學特征等分析。

元謀土林主要分布在楚雄元謀盆地西側和南面，其地貌的形成取決于大面積成景巖組的分布，其中以班果土林、馬吼土林、芝麻土林、甘棠土林等面積較大，一般超過8km2。其它土林如虎跳灘土林、灣堡土林、小雷宰土林、白泥灣土林和小石村土林等，面積1km2～2km2。土林所處的高度也不一樣，大部土林頂面在海拔1100m～1380m，高出龍街金沙江面170m～450m，在元謀西面新華土林海拔1500m左右，面積約5km2。以物茂、班果、新華的最壯觀、最集中、價值最大、最為典型。

1 元謀土林成因及形態

1.2 元謀土林成因條件

元謀盆地是川滇南北構造帶上的構造斷陷盆地，并長期接受沉積。元謀大斷裂在地貌上成為東山和盆地界線，盆地西側無明顯斷層，盆地內上新世至早更新世(N2～Q2)巨厚堆積。盆地海拔1050m～1380m，盆地東側由侏羅紀和白奎紀地層組成東山山體，海拔2700m左右，西側由昆陽群和花崗巖組成低矮山梁，海拔<1700m，龍川江縱貫盆地，自南向北在龍街流人金沙江。土林地貌形成主要受構造、巖性、流水、風化殼和氣候五個因素影響。

(1)構造：磨盤江-綠汁江斷裂(元謀東山斷裂)是一條古老的、長期活動的、壓扭性深大斷裂，呈南北向延展。該斷裂在元古代晉寧期就有強烈活動(潘杏南等，1987)，在中新世末，形成元謀盆地。元謀運動不但使東山的侏羅系、白奎系逆掩到第四系元謀組上，并使元謀組產生平緩的傾斜、褶皺、斷裂和大量垂直節理[1]。元謀運動后，盆地也由斷陷轉為隆升，使上新世至早更新世(N2～Q2)抬升為盆地邊緣相對高100m～300m的丘崗或盆地中龍川江及其支流各級階地的基座，其中最高的五級階地可高出江面200m左右。因此構造運動和新構造運動的強烈抬升，是形成土林的重要條件之一。

(2)巖性：元謀土林的母質主要為上新世至早更新世一套巨厚的半膠結河湖相，已受構造變動，產生低角度傾斜，抬升后流水切割，成為低緩丘崗或階地基座。元謀組分為四段28層厚695m。盆地西部班果、物茂附近主要為上新世河流相砂礫層，新華一帶土林主要由上新世湖相沉積粘土和粉砂組成。為元謀組下部和上新統。沉積層以河流相和三角洲相為主，礫石層、砂層夾薄層粘土和亞粘土層，礫層常為粗層狀，單層厚0.5m～10m，其中部分被鐵質膠結，厚達2m以上。砂層中交錯層發育，并常夾連續幾層厚幾cm鐵質膠結砂層和透鏡體。粘土和亞粘土層較薄，單層厚約0.3m～2m，也常夾薄層砂礫石透鏡體，局部被鐵質膠結和鈣質膠結。砂礫層中礫石粒徑較小，一般0.2cm～2cm。礫石成分以石英砂巖、石英巖、砂巖為主，次為花崗巖、片巖、大理巖等。礫石分選較差，一般次圓狀。砂質主要為石英、長石和云母。砂礫石層和粘土、亞粘土層色調鮮艷，紫紅、棕紅、粉紅、棕黃橙黃、黃綠、褐色、白色、灰色和黑色等顏色。由于地層產狀一般傾角小于8°，形成了色帶明顯的土林地貌。

(3)流水：地表水侵蝕是塑造土林地貌最重要的外營力。水流常沿著松散的砂層、節理面或破碎帶沖刷，季節性河流下切，沖溝發育，形成土屏、土墻、土柱后從而形成了縱橫交錯的沖溝和土柱，發育成土林。水流侵蝕作用沖刷下來的泥沙、礫石到達平緩開闊的坳溝和平地后堆積成沙溝、沙地。在土柱側壁和底部，從上部侵蝕下來的泥沙與雨水混合成泥漿狀淋漓到土墻、土柱上形成沙幔、沙筍。土林地貌是一種流水侵蝕地貌。

由于構造抬升使地面比降加大，在金沙江強烈下切的同時，流水也加速對元謀盆地的侵蝕和切割。由于土林地區植被稀少，土壤貧膺，夏季多暴雨入滲率低，形成了大量細溝，發生強烈侵蝕作用，并使這些細溝不斷加寬變深，最后形成許多土柱。旱季因干燥少雨土柱能長時間挺立，相反如盆地中常下小雨，濕度大則水分可逐漸滲透到土柱中一些粘土或亞粘土層中，粘土由于吸水膨脹，干后收縮的不均勻變化，可加速土柱倒塌。

(4)風化殼和鐵質膠結砂礫層：元謀盆地在第四紀時期發育3個硅鋁-鐵質類型風化殼，這是在濕熱氣候條件下，由于不穩定元素Ca，N，K，Mg大部被淋溶，使Al，Fe和Si相對積聚而成。在平緩的丘崗上部或高階地上形成中更新世堅硬的紅色鐵質風化殼，一般厚0.5m～1.0m。土林形成過程中，堅硬的風化殼和松散堆積物中透鏡狀鐵質膠結砂礫層不易淋溶和滲透到地層中，對下部土屏、土墻、土柱等不被水流自上而下沖毀、倒塌，可保存幾十年至數百年之久。而無鐵質風化殼或鐵質膠結砂礫層保護的土柱，經受雨水淋溶和沖刷作用后不用幾年就被片蝕，逐漸刷低或倒塌，最后消失。由于各個風化殼組成母質和形態不同，加上鐵質膠結砂礫層上、下層位的差別和形狀厚度的不等，土林中形成許多高低參差的土柱和栩栩如生的人物形象。

(5)氣候、植被、土壤：元謀盆地為南亞熱帶氣候，雨季受季風控制，旱季受熱帶大陸氣團控制，焚風效應明顯。多年平均溫度22℃。最高氣溫42℃，最低氣溫-1℃。年平均降雨量611mm，其中90%多幾乎集中在6月至10月雨季。全年霜日平均為兩天，降雪更為罕見。多東南風，夏季炎熱，冬季溫暖，干、濕兩季分明，日照充足。適宜農作物生長，是一個天然溫室。盆地中常見植被主要有攀枝花、酸角樹、金合歡、霸王鞭、仙人掌、劍麻等，土林地區植被稀少，土壤裸露，水土流失嚴重。盆地土壤為燥紅土，肥力低，含有機質少，土壤團粒結構差，易于砂化，雨季時易被雨水沖刷，形成細溝。

綜上，元謀盆地氣候、土壤和植被條件均有利于土林形成、發育和保存。元謀土林地區以前是一個廣闊的河湖相沉積面。新構造抬升使其形成臺地，并發育了紅色風化殼。在長期暫時性流水下切、沖割和風蝕作用下，慢慢地雕刻出這種獨具風采的土林地貌。

1.2 元謀土林地貌分類

按成因劃分為侵蝕地貌和堆積地貌兩個類型，按所處空間位置又可劃分為地上土林和地下土林；根據地貌形態進一步劃分為林柱地貌、堆積地貌和潛蝕地貌。

(1)林柱地貌：①柱狀土柱呈圓柱狀或多邊形柱狀土柱上部和下部大小粗細相當。此類土柱通常有礫石層或鐵質層保護，常形成高大挺拔的土柱，大多相連形成組合型林狀土林，也常有單獨存在者；②塔狀土柱為明顯粗細分段的土柱，一般為平頂狀或多層狀，大多為組合型土林。因為成景地層中含有多層粗顆粒層或鐵質膠結層而形成明顯的多個分段沉積旋回；③錐狀土柱頂部呈圓錐狀或方錐狀土柱。類似劍狀土柱，因成景地層為質地較均勻的細沙、粉砂，缺乏礫石層或鐵質層保護，容易受到侵蝕，保存時間相對較短，大多相連形成組合型土林，少見單獨個體；④劍狀土柱由于缺乏堅硬層保護，土柱往往被雨水沖刷成尖銳劍狀土柱。大多相連形成組合型土林，少見單獨個體；⑤蘑菇狀土柱是土林的一種異形形態，頂部一般頂著一個圓盤狀、斗笠狀或王冠狀黑色或褐色帽子，狀如一朵巨型蘑菇。實際上是鐵質膠結層，由于強度較高抗風化能力強，發生了較大的變形；⑥殘柱指土林發育晚期，多數土柱已經倒塌，殘留的較獨立土柱，周圍多侵蝕為平地或沙地；⑦殘丘指土林發育晚期，侵蝕基準面上孤立土柱、孤峰倒塌或侵蝕殆盡的殘留土丘或土堆，多為幾十厘米至2m以下，周圍已侵蝕為沙灘或平地；⑧墻狀土林指發育初期.成熟期形成單面墻體，墻面上發育有土芽或細溝等微地貌；或是單組節理優先發育形成雙面墻體，為各種形態土柱相連形成的組合型土林；⑨林狀土林指各種形態土柱成片相連，無共同基座、相對獨立又成片分布的組合型土林地貌；⑩叢狀土林指各種形態土柱密集相連形成有共同基座的組合型土林地貌。⑾城堡狀土林指在平地上由多個土柱、土墻連結共生，產出相對集中且整體性較強的組合型土林地貌，遠看像一座殘破的古城。

(2)潛蝕地貌：①土洞為一種垂直發育的土坑，形成于地下潛蝕和溶蝕產生的地下空腔塌陷作用，或地表水沿裂隙向下跌入地下空洞、暗溝的沖刷作用；②暗溝為地表流水或地下水沿成景巖組已有節理裂隙沖刷侵蝕，因潛蝕溶蝕作用掏空地下形成地下溝渠；③土橋為地表流水或地下水沿成景巖組已有節理裂隙沖刷侵蝕，因潛蝕溶蝕作用掏空地下形成地下溝渠，地下溝渠塌陷的殘留部分，就像一座天生橋。

(3)堆積地貌：①沙地(沙灘)為地表流水對土林侵蝕后，大量流沙經流水搬運于土林周邊較平緩區域堆積形成面積較大的平坦沖積扇或沖積小平原；②沙溝：地表流水對土林侵蝕后，大量沙粒經流水搬運于土林間溝槽內堆積形成的地貌，是坳溝進一步發育形態；③沙筍：地表流水對土柱或土墻上部泥沙侵蝕后與水混合形成泥漿，在重力和水力作用下沿缺口下滴，在土柱、土墻根部或中部突出部位逐漸堆積，向上生長形成筍狀、錐狀小土柱。成排分布，像一尊尊排列整齊的小佛像。有些成排的沙筍生長連接后可形成沙幔。沙筍的形成也對土林起到加固和保護作用；④沙幔：地表流水對土柱上部的細顆粒巖石沖刷侵蝕后，泥沙與水混合形成泥漿，在重力和水力作用下沿柱體表面向下流動，在土柱根部或中間凹陷處堆積，逐漸形成幔狀泥墻將柱體底部包裹或部分包裹起來。沙幔的形成是土林地貌的自我修復，對土林起到明顯的保護作用。

2 元謀土林景觀類型

2.1 單體景觀

土林形成分為片蝕切溝階段、細溝沖溝侵蝕階段、寬溝階段、夷平階段4個過程，土牙型、土柱型、柱堡型、殘柱型4個地貌類型。土牙型高約0.5m～2m，土柱型高5m～40m。土柱型、柱堡型、殘柱型容易形成柱狀、錐狀、塔狀、蘑菇狀、劍狀、堡狀、叢狀、林狀景觀，單體或組合型景觀。圖1。

(1)城堡狀土林：由多個高大土柱土墻組合而成(照片1)，外形好像一座殘破的古城，十分壯觀。主要由灰白色厚層狀含礫砂石層夾中厚層狀礫石層、薄層狀砂質粘土層及薄層狀黑褐色鐵質氧化層組成，沉積韻律較明顯，頂部鐵質氧化層較薄，局部土柱已被剝蝕，柱高3m～10m。如物茂景區“佛塔”，最佳拍攝點之一。

(2)叢狀土林：分布在景區上部靠近上平臺邊緣區域，由高矮參差不齊，造型不一柱狀、錐狀土柱呈指狀聚合生長在土墻和土臺之上(照片2)。主要由灰白色厚層狀砂石層夾中厚層狀礫石層、薄層狀砂質粘土層及薄層狀黑褐色鐵質氧化層組成，頂部鐵質氧化層大多已剝蝕成錐狀土柱個體，僅少部分保留頂部保護層柱狀土柱個體，高3m～10m，最高達15m。與林狀土林區別于林狀土林高大，沒有統一的基座，而叢狀土林相對矮小，具有統一的基座。它們代表了土林形成的不同階段，可以說叢狀土林是林狀土林的中期階段。

(3)林狀土林：分布于物茂土林景區，由大量柱狀土柱密集聚合而成(照片3)。主要由灰白色厚層狀砂石層夾中厚層狀礫石層、薄層狀砂質粘土層及薄層狀黑褐色鐵質氧化層組成，局部土柱頂部有較厚的鐵質氧化礫石層，土柱高2m～10m，最高達20m。

(4)蘑菇狀土柱：常見于物茂土林景區東側，由一系列大大小小，高低錯落的蘑菇狀土柱組合而成(照片4)。高度2m～20m，直徑2m～5m，上部一般頂著一個圓盤狀、斗笠狀或王冠狀的黑色或褐色帽子，狀如一朵巨型蘑菇生長在山坡之上。有的像一朵黑色的木耳生長在峭壁上。這種土柱的形成得益于成景地層中夾有礫石層和鐵質膠結層，抗風化能力強，雨水沖刷下不易流失，因此多殘留下來，并對下部的泥沙層起到保護作用。塔狀土柱的形成與蘑菇狀土柱類似，只是塔狀土柱比較粗大，頂部平坦，柱體呈梯形或塔形。

(5)錐狀土柱：常見于物茂土林景區南側，單個土柱頂部尖銳柱狀，高2m～8m。成片集中產出(照片5)，其豐富的色彩取決于構成土柱的砂礫石顏色，有黃色、褐色、紅色等，柱體表面覆蓋一層金黃色泥漿身披甲胄一樣。錐狀土柱與塔狀、柱狀、蘑菇狀土柱一樣形成于雨水沿成景地層中不同方向節理裂隙的沖刷作用，僅因劍狀土柱中沒有礫石層和鐵質層的堅硬層保護，在雨水沖刷下上部泥沙逐漸流失，形成尖銳柱體。

(6)沙幔：普遍分布在高大直立的土柱、土墻表面，如一層黃色的布簾包裹土林，使土柱土墻顯得更加整齊莊重(照片6)。屬于堆積型微型地貌，形成于土柱、土墻上部泥沙在雨水沖刷下形成泥漿，泥漿沿土柱表面向下淋漓在柱體表面而成。其形成對土柱、土墻凸凹不平的表面起到填平補齊作用，對土林景觀產生修飾和加固作用。

(7)土柱、土塔、土墻：分布在景區靠近土林密集區低地平臺上，呈柱狀、塔狀矗立于土林之中(照片7、8、9、11)，柱體腰圍數米到數十米，一般高8m～25m，其中景區中部一個土柱高達42.8m，居元謀土林單體土柱之冠。在景區南部，長約300m，高約20m，近東西向展布在高平臺和低平臺之間，遠看像一道陡立的城墻，走近土墻，可見流水沖刷切割出的道道切溝，在墻上刻畫出千萬尊佛像，有如走進梵界，頓感肅穆。

2.2 組合景觀

(1)物茂土林：縱橫捭闔、千峰林立，多城堡狀土林、叢狀土林(照片10)，少量土柱，形態多樣，色彩豐富；身臨其境，猶如仙境一般，浮想聯翩。物茂土林出露一套河流相砂礫石夾鐵質膠結地層，厚5m～20m，未見頂，基底為南華紀花崗閃長巖。以粗顆粒為主，主要為粗砂礫石層、鐵質膠結層互層夾少量細砂礫石層、細砂層與粘土質層，礫石以石英質為主，磨圓度較好，分選性差，交錯層理較發育。厚1.5cm～100cm，粗砂礫石層8層，厚15cm～105cm，細砂礫石層3層，厚28cm～76cm，礫石層5層，厚1.5cm～15cm，粘土層5層，厚2.5cm～4cm。

(2)浪巴鋪土林：位于元謀縣新華鄉南東約7km浪巴鋪村西側，集中出露面積約0.76km2，分布在新華鄉河尾水庫侵蝕基準面向浪巴鋪夷平面過渡斜坡之上，遠看就像一個規模宏大的城堡(照片12)。各種土柱、土塔、土林、土洞環繞周圍。該土林疏密有致，層次分明，地貌從低處向高處依次有平坦的沖積沙地、殘丘、孤峰、峰林、峰叢、土臺等地貌類型，清晰顯示土林的形成演化和土林地貌生命歷程。浪巴鋪土林出露一套湖相或沼湖相沉積砂石建造，主要為細-中砂石層、粉砂層夾少量礫石層及粘土層。礫石多為石英質，磨圓度較好，分選性差，礫徑2mm～30mm；不整合于三疊系上統舍資組一段長石石英砂巖之上，剖面出露厚約27m，未見頂。由細砂礫石層5層，厚130cm～290cm，礫石層3層，厚50cm～120cm，粉砂層5層，厚20cm～210cm，粘土層2層，厚190cm～370cm，粗砂礫石層1層，厚150cm構成。

圖2 元謀土林組合景觀

3 元謀土林景觀價值

3.1 元謀土林對比研究

云南除了元謀土林外，相似的地貌景觀有：路南石林、陸良沙林、元江膏林和老君山黎明高原丹霞地貌等。各地貌景觀的形成均與自身特殊物質組分有關，陸良沙林與元江膏林與元謀土林一樣，成景地層均為松散巖層，各具特色，但其發育規模遠不及元謀土林；路南石林和老君山黎明丹霞地貌雖然在分布面積上遠大于元謀土林，景觀的壯觀程度等高于元謀土林，但元謀土林成景地層為松散巖層，其風化剝蝕速率更快，相對更易受環境變化或是地殼運動產生的構造運動等影響而消亡，所以元謀土林顯得更有價值。圖片10-圖片12。

我國土林地貌在云南、四川、西藏、吉林、新疆、甘肅、海南、山東、山西等地均有分布。通過元謀土林與西藏札達土林、乾安泥林、四川黃聯土林、云南南澗土林和景東土林對比分析，均為新近紀至第四紀松散巖組形成，形成原因也不盡相同，元謀土林分布面積遠大于四川黃聯土林及云南南澗土林、景東土林，元謀土林有形態多樣、土柱下切深、柱體高而密集分布等特點，在外觀上比西藏札達土林、乾安泥林更壯觀。元謀土林發育的典型度、優美度、奇特度和分布面積、密集程度均屬國際國內罕見。

3.2 元謀土林的地學意義

土林是半干旱氣候條件下，在地殼快速抬升地區地面流水侵蝕半固結沉積物殘留的一種特殊地貌。其形成受控于特殊的地質條件，是內外地質作用聯合作用的結果。元謀土林地貌分布廣泛，類型多樣，有大小規模不等20余處密集發育片區，由于成景地層時代、結構、成分和顏色的差異，形成的土林造型、大小和顏色也各不相同。是一種獨特的地貌類型。具有極高的美學價值和科學價值，是開展地學研究和科學普及的理想場所，也是開展旅游、度假、攝影和影視創作的理想場地。

土林是這些年才認識的一種新型流水侵蝕地貌，是水土流失的表現。它是在特殊的地質結構、土壤成份、構造運動、水文氣候、地形植被等多種因素相互作用條件下形成。因此，土林這種地貌形態在地質地理學科上就顯得十分稀有、珍貴。元謀土林漫長的地質歷史時期，從發育初期的土芽型到中期的城堡狀、城垣狀、柱狀、塔狀、蘑菇狀、孤峰狀、峰叢狀、雪峰狀、錐柱狀等土林，直至發育到后期的殘丘狀土林均有保存，構成一部完整的、系統的土林家族發展史，對科學界研究土林這種特殊地貌的演化、發展、消亡以及防止水土流失有著重要的科學意義。元謀土林地貌成因類型及演化機理可與其他地區林柱狀地貌成因類型及演化機理對比研究，是研究流水地貌類型最好的素材地。同時在研究中國南方新近系-第四系湖盆沉積地層、元謀人化石對研究古人類發展等方面具有重要意義。

3.3 元謀土林的美學價值

有人說：“元謀有絕景，景在土林”。元謀土林是中國乃至世界上一大奇妙的自然地貌景觀。土林美，美在其雄偉、壯觀，柱狀、錐狀、塔狀、蘑菇狀、劍狀、孤立柱狀、殘丘等各式各樣土柱單體，或相連組合成城堡狀、墻狀、叢狀、林狀等組合型土林，無比壯觀；土林美，美在其絢麗的色彩，以淺灰色、灰白色為主色，褐黃色、褐紅色相間其中，形成天然的彩色土林，在陽光照射下更顯得五光十色、光彩照人。

白沙黃土，植被稀疏，水源奇缺，氣候燥熱的獨特環境，給人蒼涼、粗獷、豪放、原始、自然之感，沙溝、荒山、幽谷構成一個蠻荒的遠古世界，自然風光別具一格，給人一種原始的美，粗獷的美，具有很強的吸引力。不僅吸引了眾多畫家前來創作寫生，攝影師也前來捕捉閃光的一瞬。仿佛回到遙遠的從前，大自然的偉力和震撼力在這里表露無遺。

由于土林極高的美學價值和藝術價值，國內外攝影藝術家和影視制作者紛至沓來，如今已經成為中國影視基地和攝影家的天堂。先后有張藝謀、高倉健、成龍等著名導演和明星演員在元謀物茂景區、浪巴鋪景區及班果土林拍攝電影外景。元謀深廣的谷地、遼闊的荒漠、雄偉的高山，再現了大漠的景觀，神奇的地質地貌，獨特的土林風光，其優美、奇特、豐富資源優勢組合，使元謀成為中國電影乃至世界影視界一個重要的外景拍攝基地。

4 結 論

土林是一種流水地貌，在特定的地質背景條件下形成，具有自身的演變規律，元謀土林在規模、形態方面具有代表性，景觀類型多，色彩豐富；元謀土林地貌是研究流水地貌類型最好的素材地。集突出的地學意義和形狀美、色彩美一體的高價值景觀資源，集規模、美學價值、科學考察價值歷史文化價值等資源優勢，是罕見的地質遺跡。是開展地學研究和科學普及的理想場所，也是開展旅游、度假、攝影和影視創作的理想場地。