天創地造 鬼斧神功
——嶂石巖地貌略講之二

○李慶辰

嶂石巖地區地處太行山中段，區內地勢西高東低，西側的太行山主脊海拔高度1 700米，其頂部平坦，兩側東陡西緩。西側連接山西高原，東側則為高達600～700 米的南北向巨大陡崖。陡崖以東的山地由西向東，海拔從1 000 米逐級降低到不足200 米，地貌類型依次為低山、丘陵和臺地。

嶂石巖地貌發育模式：崖壁平行后退

大地構造上，嶂石巖地區位于華北準地臺，地處山西臺背斜東側的太行山隆起帶中段，東部以太行山前大斷裂與華北斷拗交界。嶂石巖地區為燕山期造山運動中先折后斷的抬升區，整體為一寬緩的大型復式背斜，稱為贊皇穹折束。在穹折束的核部邊緣，華北準地臺的基底層與蓋層之間為不整合接觸，不整合面形成于距今18 億年的呂梁運動期間。嶂石巖地貌主要分布在呂梁期不整合線（即不整合面與地面的交線）以西，海拔高度1 000 米以上的中山區。

發育嶂石巖地貌的主力巖層——常州溝組紅色石英砂巖，產狀平緩（地層傾角不超過10°），巖性堅硬，節理發育，下伏相對軟弱的趙家莊組泥、頁巖。差異侵蝕作用使得泥頁巖首先被水平掏蝕形成巖廊，而上覆的砂巖則沿節理面在重力作用下崩落。所以，嶂石巖地貌的發育過程以重力崩塌為主，坡面演化以崖壁平行后退的方式進行。

喜馬拉雅運動第Ⅱ幕以來，太行山地沿東麓山前大斷裂的強烈抬升，使其與東部平原的相對高差增大，為外營力對嶂石巖地貌的塑造提供前提。同時，太行山中段山地，地處中溫帶地區，氣候的劇烈波動和顯著的干濕交替，使山地物理風化強烈，巖石崩塌加劇。頻發的洪水，也使地表物質運移迅速，成為塑造嶂石巖地貌的主要動力。

（請圖片作者與本刊聯系）

嶂石巖地貌的形成機理：楔狀橫切與水平掏蝕

楔狀橫切機理：由于長城系紅色石英砂巖年代古老，巖性堅硬，在歷次的構造運動中受到側向擠壓，巖層內產生波動效應（或稱振蕩效應），形成節理密集帶。帶內節理密度是普通巖層節理密度的50～100 倍。密集的節理使巖石更加破碎，成為抗蝕能力較差的軟弱帶。流水（包括水流和凍融）、重力、風等外營力，便沿此軟弱帶向陡壁橫向切入，形成豎直的溝縫（其邊界為節理密集帶的邊界）。該溝縫可切入陡壁數米、數十米甚至上百米（一線天為112 m）。而在溝縫切入陡壁后，如與其他方向的節理密集帶交匯或抵達與之共軛的節理（共軛節理是在相同條件下同時形成的兩組相互交叉的節理，又稱X 型節理）時，在密集帶交叉處便出現分叉，形成次級溝縫。如此發展，逐級分叉，形成多等級的樹杈狀溝谷系統。該發育機理是嶂石巖地貌發育的框架，也是形成方山、排峰、塔柱的主要機制，最典型地區是凍凌背。

水平掏蝕機理：在非節理密集帶，嶂石巖地貌的發育則更多地表現為外營力對軟弱巖層（泥巖、頁巖及泥質砂巖）的水平掏蝕作用，以及由此引起的上覆巖層的崩塌。

風化侵蝕首先從底部的趙家莊組泥巖層段開始，沿著近于水平的方向，軟弱巖層被掏蝕，形成巖廊或巖洞（如回音壁下的巖廊、凍凌背的云中舞廳、鴛鴦洞等）。當掏蝕深度（水平方向）達到一定數值時，上覆巖層開始卸荷塌落。

楔狀橫切形成的溝縫

塌落的方式包括錯落和崩塌。錯落即整個巖塊沿節理面整體塌落，但塌落的巖體整體性并未遭到破壞。崩塌即巖塊在塌落過程中解體，崩解成更小的巖塊或碎石并形成倒石堆。錯落直接導致陡崖后退，如正西套和小西套交界的岬角處的錯落體等。而崩塌既可以一次性快速完成（如九女峰三縣垴西北翼，在1966 年邢臺地震時的崩塌和2009年春季的崩塌），也可以逐次緩慢完成，如一線天巖廊、懸洞、云中舞廳等處。

一次大的陡崖崩塌后退發生后，整個山體處于穩定狀態。但下伏軟弱巖層水平掏蝕作用仍在進行，達到閾值時，上覆堅硬巖層卸荷崩塌，造成陡崖又一次后退。

總之，楔狀橫切的主要作用是將大的山體進行切割、肢解；而水平掏蝕的效果就是造成各塊體崖壁的后退。二者是嶂石巖地貌發育演化的最主要機理。

水平掏蝕示意圖

水平掏蝕形成的巖廊

嶂石巖地貌的年齡

幼年期——長墻、巖縫、垂溝、巷谷形成。此階段：隨著喜馬拉雅構造運動第Ⅱ幕的開始，太行山隆起，堅硬的石英砂巖巖層出露，并在其前緣形成陡崖。外營力沿崖面垂直節理侵蝕而發育成楔形巖縫，并向巖體內橫向（或側向）切入，形成巖逢（如一線天、小天梯、槐泉寺、回音壁、凍凌背等崖壁上大小不等的巖縫）。巖縫進一步發育而成為巷谷。

嶂石巖三級陡崖發育過程示意圖（各級陡崖獨自發育）

青年期——方山、斷墻、Ω 型套谷形成。此階段：巷谷進一步擴大發育為障谷。障谷兩壁又生成巖縫并發育成次級巷谷，如果相鄰的巷谷間距在10～30 m 之間，則數個巷谷可組成一個套谷，即Ω 套谷。此階段由于次級巷谷的延長，山體被分割成方山，方山進一步發育為斷墻。如大王臺、仙人臺、古佛巖、噙玉崖等。

壯年期——石柱、排峰形成。此階段：一方面，障谷向下層侵蝕發育成疊套谷，另一方面，更次一級的溝縫或巷谷將方山進一步切割成排峰、石柱。如雞冠寨、九女峰等。

老年期——塊狀殘丘、孤石形成。此階段：排峰受到進一步侵蝕、分割而發育為塔柱（石柱），塔柱進一步風化而倒塌，形成塊狀殘丘、孤石或塊石堆，如白馬垴等。這也標志著嶂石巖地貌一個發育過程或演化旋回的結束。

根據地質學推算：白馬垴殘丘、孤石地貌的年齡為294.7萬年，九女峰等排峰、石柱地貌的年齡是206.7 萬年，蓮頭寨方山地貌的年齡是91.5萬年，小天梯巷谷地貌的年齡是8.3萬年。

嶂石巖地貌的科學價值

頂平、崖直、塊狀造型明顯的嶂石巖地貌，成為太行山乃至整個華北地區第三紀以來的地貌演化和山體強烈隆升的地質記錄。相對高度達600～700 米的一面紅色大墻，成為記載太行山第四紀強烈抬升的歷史豐碑。

崖頂的甸子梁期山地夷平面，標志了太行山強烈隆升的起始時間；陡崖的高度,是山地抬升的量度記錄；塊狀造型所賴以發育的節理，是太行山區曾遭受不同方向強烈擠壓的地質痕跡。這些都成為研究太行山乃至整個華北地區地質演化的良好素材。嶂石巖地貌所揭示的水平掏蝕坡面發育模式，使得地貌學界經典坡面發育模式之一的Penck坡面發育模式得以在中國落地。

知識小卡片

中國砂巖地貌景觀三甲

嶂石巖地貌與丹霞地貌、張家界地貌，并稱為中國砂巖地貌景觀的三甲。

嶂石巖地貌以壯闊的長墻見長；張家界地貌以眾多的塔柱獨領風騷；丹霞地貌則以圓潤的造型、景物栩栩如生而馳名。

嶂石巖地貌的發育基礎，是距今18 億年的長城系濱海—淺海相石英砂巖。張家界地貌的發育基礎，是距今4億年的古生界濱海相砂巖。丹霞地貌的發育基礎，是距今1 億年的中生界陸相盆地沉積的砂礫巖、砂質泥巖，且含有可溶性鹽類。

發育機理方面，丹霞地貌、張家界地貌以垂向下切為主；而嶂石巖地貌則以橫向側切為主。地貌發育的外營力，嶂石巖地貌以重力作用為主，崩塌作用是其最主要的表現形式；張家界地貌由流水作用與重力崩塌作用共同塑造；而丹霞地貌則以流水作用為主，并有化學溶蝕作用的參與。