《现代地质》2023年第1期封面论文：青海化隆县独特的峡谷丹山地貌景观及其科学价值

自然文化结硕果，地大师生谱新章。2020—2022年，中国地质大学（北京）旅游地学专家团队在定点帮扶青海省化隆县工作中取得累累硕果。化隆县是“黄河流域生态保护与高质量发展”国家战略的重点区域，团队充分发挥学科专业优势，在化隆县地质遗迹资源调查的基础上，开发地学旅游，促进产业融合，探索出一条以地学文化助力黄河文化旅游带打造的科技帮扶新路径，成为黄河流域全域旅游和高质量发展的新引擎，有力推动了化隆县巩固脱贫攻坚成果同乡村振兴战略的有机衔接。

图1  化隆县地学旅游开发成果新闻发布会

图2  2022高校“资源环境帮扶联盟”年会于化隆召开

团队成功打造了黄河沿岸和青海省第一个地质文化村——阿河滩地质文化村，这不仅是自然文化理论研究和实践的典型案例，也是中国地质调查局2022年全国三大典型案例之一，成为全国“地质+生态旅游”的乡村发展样本，开创了地质文化助力乡村建设的模式；其依托的项目“青海省化隆县阿河滩村地质文化村建设”，成功入选第七届教育部直属高校创新试验典型项目，为全面推进定点帮扶和乡村振兴工作贡献了地大智慧和力量，用实际行动践行习近平总书记的生态文明思想。

图3  河滩地质文化村

图4 化隆县地学旅游开发成果被多家媒体报道

图5  化隆县阿河滩地质文化村研学旅行设计及实践

山高水远，地质情坚。中国地质大学（北京）与化隆县有着60多年的情缘。1960年，北京地质学院（现中国地质大学）响应国家号召，委派师生前往化隆县开展区域地质调查和找矿工作，命名的南祁连山最古老变质岩系“化隆群”，得到全国地层委员会的确认并沿用至今，具有极高的科研价值，为化隆县探明的拉木峡铜镍矿，支持了该县50年的政府财政。根据国务院扶贫办和教育部的安排，中国地质大学（北京）自2013年起定点帮扶化隆县，不仅在教育、消费和产业等扶贫中取得重要成绩，更是积极探索科技扶贫的“造血式”帮扶模式。

图6  团队设计的“化隆群”地质遗迹解说牌

图7  拉木峡铜镍矿床遗址

图8  地质文化村建设赋能乡村振兴实践团

图9  中国工程院院士、中国地质大学（北京）校长孙友宏一行考察

图10  团队考察化隆县“峡谷丹山”地貌组合

摘要

 “峡谷丹山”是内外地质营力共同作用而形成的多成因地貌组合,不仅具有非常高的景观价值,而且具有重要的科学价值。青海省化隆县拉木峡为黄河一级支流,发育典型的角度不整合和丹霞地貌,因而成为青藏高原隆升和黄河形成演化研究的良好区域。以该地貌组合类型的形态特征、成因机制及形成年代研究为目标,采用野外地质调查等方法,对组成峡谷的岩石及地层、构造背景开展研究,系统总结与分析拉木峡地貌景观的形成动力和演化过程,进而探讨其对青藏高原隆升及黄河演化的指示意义。拉木峡由约900 Ma前的新元古代化隆岩群片麻岩及角度不整合于其上的约54 Ma前的新生代古近纪西宁群红色砂砾岩层组成。约8 Ma前青藏高原快速隆升,丹霞地貌雏形开始形成。自1.1 Ma黄河贯通化隆盆地后,受拉木峡流水强烈侵蚀下切和重力崩塌的持续作用,发育“峡谷丹山”地貌组合景观。峡谷险峻幽深、丹霞栩栩如生,成为极具典型性、独特性和稀有性的国家级地质遗迹,对青藏高原隆升、黄河形成演化和新生代气候环境的研究具有重要价值。

关键词

地质遗迹; 丹霞地貌; 峡谷; 化隆岩群; 黄河流域; 化隆县; 青藏高原东北缘

0 引    言

“峡谷丹山”是内外地质营力共同作用而形成的多成因地貌,是地貌组合分类的一种,因其形态特征和形成机制受到地层岩性、构造运动、流水侵蚀和重力崩塌等多因素控制,而成为地貌学研究的热点与难点。峡谷是流水侵蚀形成的地貌,代表形成过程中构造运动相对强烈;而丹霞地貌为流水侵蚀和重力崩塌作用的产物,是在地壳相对稳定的构造背景下形成的;二者组合而成的“峡谷丹山”地貌组合,不仅具有较高的景观价值,而且对区域构造运动和地貌形成过程具有重要的指示意义,值得进一步地挖掘和评估其科学价值。

我国学者对丹霞地貌的研究成果颇丰,但仍存在一些具有争议的问题。丹霞地貌是由我国学者首次提出,并以广东丹霞山为代表命名的一种岩石地貌类型[1],在中国分布最广、数量最多、研究最早和最为深入[2],其以独特的地貌形态和较高的景观价值备受关注[3]。随着“中国丹霞”被正式列入《世界自然遗产》,丹霞地貌逐渐得到国际地貌学术界的认可和广泛关注[4-6],其研究日趋国际化。丹霞地貌是研究地球演化的宝贵材料,具有重要的科学价值[7-8],因而被誉为“中国自然瑰宝”[9-10]。经历90余年的深入研究,我国在丹霞地貌的定义与分类[10-12]、形态与分布特征[13-15]、形成机制和发育过程[16-19]等方面取得了一系列成果,尤其在南方湿润地区的研究最为成熟[10,20]。西北地区中生代红层多埋藏于黄土层之下[21-22],导致西北干旱区的丹霞地貌发育较少且分布稀疏[23];近几年陕西、甘肃等地的丹霞地貌研究逐渐得到重视[20,24-26],青海的丹霞地貌研究也取得了新的进展[27-29]。但相较于南方丹霞地貌发育区,青藏高原周缘的丹霞地貌不仅研究程度相对薄弱,同时也存在一些问题,尤其是对于形成丹霞地貌地层时代的限定尚存较大争议[5,10],至今悬而未决。

青海省化隆县出露大面积的红层[30-31],不仅发育典型的丹霞地貌,还发育众多的峡谷。尤其在拉木峡(又名拉水峡),色如渥丹、灿若明霞且栩栩如生的丹霞地貌,与险峻幽深的峡谷有机组合在一起,构成美轮美奂的“峡谷丹山”地貌景观(本期封面照片),具有极高的美学观赏和地学旅游价值;固结较好的新生代古近纪红色砂砾岩层直接覆盖于新元古代变质岩系之上形成的角度不整合,还可为研究青藏高原东北缘新生代以来的构造活动、黄河水系变迁以及古地理环境重建提供重要证据。因此,化隆县拉木峡“峡谷丹山”地貌景观不仅是拟建的化隆国家地质公园核心园区的重要地质遗迹资源,而且是研究该类地貌组合的极佳场所,具备国际地科联2022年提出的地质遗产地的申报条件[32]。

本文在野外调查的基础上,以地貌组合类型为研究对象,以形态特征、成因机制及形成年代研究为目标,对组成“峡谷丹山”的岩石及地层、构造背景及地貌过程开展研究,系统总结与分析拉木峡地貌景观的形成动力和演化过程,进而探讨其对青藏高原隆升及黄河演化的指示意义,可为青藏高原东北缘黄河流域的丹霞地貌研究提供新的材料。

1 地质背景

 化隆回族自治县位于青海省东部,地处青藏高原与黄土高原过渡带,北以拉脊山主峰、南以黄河主流线为县界,黄河流经168 km,县域面积约2740 km2[33]。化隆县属典型的干旱-半干旱高原大陆性气候,主要水系鲁满山—尕吾山水系和拉脊山水系均属黄河水系[34]。“峡谷丹山”地貌组合发育在化隆县中部的黄河一级支流拉木峡一带(图1)。

图1   化隆县地质简图

(资料来源: 1∶25万西宁幅地质矿产图, 1∶25万民和回族土族自治县地质图,青海省1∶25万贵南县幅建造构造图,甘肃省1∶25万临夏市幅建造构造图)

 研究区大地构造位置上属南祁连南缘的化隆—日月山元古宙隆起带,南邻秦岭褶皱带西延部分,北部为拉脊山加里东期褶皱带[35-37]。拉木峡地区元古宙以来构造运动活跃,断裂与褶皱均十分发育,较大的两组断裂为北西向和北东东向,分别形成高角度逆断层和平移断层[35],以菱网状切割底部的化隆岩群。同时,距今约1.1 Ma前的“昆黄运动”使得流水产生较大幅度的下切,黄河自此贯通于化隆盆地[38-39]。

研究区内出露的最老岩层为新元古代化隆岩群(Pt3H),主要分布在化隆县中部地区;古生界仅在北部拉脊山地区分布,出露有寒武系泥旦山群(∈2-3nd)和六道沟群(∈3ld)、奥陶系—志留系花抱山组(O3-S1h);中生代白垩系河口群(K1h)则集中分布于东部,其岩性为紫红色-砖红色中薄层细砾岩、含砂砾岩和粉砂岩;新生代地层属陆相盆地沉积,区域中部、西部及南侧河流沿岸地区广泛发育西宁群(E2-3X)、贵德群(NG)及第四系(Q)。

2 景观特征

  无论是南方典型丹霞地貌还是西北干旱区的丹霞地貌,丹霞山体大都由红色砂砾岩(俗称“红层”)组成,且坡体也主要为红层出露。在谷坡下部的古老变质岩之上发育丹霞地貌的“峡谷丹山”地貌组合较为罕见,因而成为青藏高原和黄河上游重要的地质遗迹(图2)。化隆县拉木峡的“峡谷丹山”地貌组合由约900 Ma前的新元古代化隆岩群及角度不整合于其上的约54 Ma前新生代古近纪西宁群组成,峡谷中下部由化隆岩群组成,上部由西宁群组成丹霞地貌,根据两套地层巨大的时代差异和景观特征,将组合而成的地貌景观形象地称为“太爷爷(新元古代化隆岩群)头戴重孙子(新生代西宁群)的小红帽(丹霞地貌)”,因直观地揭示出地壳运动及其导致的流水侵蚀和重力崩塌作用对地貌景观的塑造而具有重要的科学价值,且具有很高的美学观赏价值。

  拉木峡集山、石、水为一体,是化隆县重要的构造-侵蚀地貌景观。峡谷全长约15 km,北至谢家滩乡合群水库,南到甘都镇拉木村,总体呈南北走向。

峡谷横截面形态呈“V”字形,下切最大深度超过600 m,山体陡峭险峻,坡度为40°~60°(图3)。峡谷宽窄不一,谷底最宽处可达150 m以上,最窄处仅20 m。峡谷内植被覆盖率较低,类型以低矮的草甸、灌丛为主,裸露出大面积的灰-灰黑色变质岩基底;岩石在侵蚀作用下奇峰林立、怪石嶙峋。峡谷底部流淌着黄河一级支流拉木沟,流水较湍急,水量受季节性变化明显。

图3   拉木峡“V”形谷地貌景观

2.2 丹霞地貌景观

拉木峡流域丹霞地貌不仅具有典型的丹霞地貌特征,且极具西北干旱区丹霞地貌特色,具有重要的科研、科普及地学旅游价值。目前,丹霞地貌在判别标准上存在一定争议[11],如形成地层的时代[40-42]、分布区域[43-45]和景观特征[46-48]等方面,尤其对组成丹霞地貌的地层时代是否应该加以严格限定?观点不一。狭义上只有白垩纪(K)陆相红色砂砾岩形成的才能定义为“丹霞地貌”[49],但也有学者认为可以不加以严格限定[8]。组成化隆县“峡谷丹山”的湖相红层虽沉积于古近纪(E),但其形态与南方典型的丹霞地貌特征极为类似,具有“顶平”(山顶近水平)、“坡陡”(陡峭崖壁)、“麓缓”(缓倾坡积物)[7,50]的形态特征。因红色陡崖坡是丹霞地貌最重要的识别要素[7,11],因此,本文认为拉木峡峡谷区中的红层地貌可归属为丹霞地貌类型,这与彭华提出的丹霞地貌定义的折中方案相吻合[5,48]。

该丹霞地貌位于我国西北部高寒-干旱山地型丹霞分布区[42],属青海东部半干旱黄河-黑河流域丹霞片区[29],其类型丰富、色泽鲜艳。按形态进行类型划分[8],拉木峡丹霞地貌主要发育山峰类、陡崖类和象形石,包括方山、岩槽(悬沟)和石峰等单体地貌形态类型。

2.2.1 丹霞方山

丹霞方山在拉木峡地区呈片状分布,主要呈宫殿状、窗棂式。丹霞地貌的成景地层倾角较缓,倾角一般为6°~15°;垂直节理发育,岩层表面受流水侵蚀作用明显,红色陡崖因持续的重力崩塌而形成;坍塌下来的岩块则在山麓底端堆积。因岩层为硬质红色砾岩与较软的红色泥岩互层,差异风化明显,陡峭的崖壁上形成数十层凸出的砾岩层与内凹的泥岩或砂砾层,相对突出的凸柱状地貌与层状凹凸纵横交错,最终形成如同宫殿的丹霞方山地貌景观——红宫,为中年期丹霞地貌的代表(图4(a))。

图4   丹霞地貌景观类型

(a)丹霞方山、岩槽;(b)丹霞石柱;(c)丹霞石峰;(d)“山盟海誓”景点;(e)“小苹果”景点

丹霞石柱和石峰多为零星出露,常与方山、崖壁等地貌伴生。石柱高低不等、鳞次栉比,为重力崩塌和暂时性流水沿红层垂向节理侵蚀而成。柱体差异风化现象较明显,部分石柱顶部有较坚硬的粗碎屑岩层形成的“顶盖”(图4(b))。石峰为锥状或宝塔尖状,山顶面不完整,四面均为陡坡,裸露出大面积红层(图4(c))。

2.2.3 丹霞岩槽(悬沟)

广泛发育于丹霞方山、陡峭岩壁等表面上的微地貌,在横向或垂向上呈深浅不一的长形延伸。横向岩槽宽度0.4~6 m不等,深度一般为0.5~1.5 m;纵向岩槽为间歇性流水沿节理裂隙侵蚀而成,长约数10 m,呈水帘状沟槽(图4(a))。

2.2.4 丹霞象形石

拉木峡丹霞地貌中象形石多有发育,如“山盟海誓”(图4(d))和“小苹果”(图4(e))等,因其观赏性极高,吸引无数游客前来观光打卡。象形石作为丹霞地貌发育老年期的产物,是发育大量节理或断层的红层,经过一系列外力地质作用的改造而形成的千姿百态的地貌景观,因常与某种景物或人像神似而称为“象形石”。流水沿红层垂直节理侵蚀下切,形成顶部分离但底座相连的丹霞石柱;软硬相间且厚薄不一的红色砂砾岩互层,因流水差异侵蚀和风化作用,自上而下分别形成形似人头、躯干、四肢和裙摆的造型。更为神奇的是,大自然鬼斧神工雕刻而成的一男一女的造型,栩栩如生。其正前方为一处丹崖石壁和石柱,像两个相互依偎的恋人在石碑前许下山盟海誓,又像夫妻二人前来查看科举榜单,“山盟海誓”或“夫妻看榜”由此得名。从地貌学来看,该景观为丹霞石柱与崖壁的组合型地貌。

2.3 西宁群—化隆岩群角度不整合

西宁群—化隆岩群角度不整合在整个拉木峡峡谷内大范围出露。该角度不整合面下伏岩层为强变形、深变质的灰色-灰黑色化隆岩群片岩和片麻岩;上覆岩层为近水平的砖红色陆相盆地沉积西宁群的砂岩、砾岩(图5(a)),地层产状为186°∠6°。该角度不整合上下岩层岩性差异明显、色彩对比鲜明,地层时代相差近10亿年(图5(b)),特征典型。不整合面之上发育厚1~3 m的红色砂砾岩(图5(c)),砾石成分主要为石英角砾,成分成熟度较高;但石英砾石磨圆度较差,呈棱角状或次棱角状;分选性也较差,砾径一般2~5 cm,最大可达30 cm。砾岩成分成熟度和结构成熟度反差较大,具有较典型的底砾岩特征。

图5   西宁群—化隆岩群角度不整合接触关系

(a)角度不整合关系素描图[34];(b)角度不整合远观图;(c)西宁群红层底砾岩

3 “峡谷丹山”地貌景观形成条件与演化过程

3.1 物质基础

3.1.1 化隆岩群

   新元古代“化隆群”是1960年北京地质学院(现中国地质大学)吴正文教授以化隆县命名的岩石地层单位,代表了南祁连造山带最古老的结晶基底,是“峡谷丹山”地貌的主要组成部分。“化隆群”变质和变形均很强烈而无法建立完整层序,因此现改称之为“化隆岩群”。化隆岩群为一套中-深变质岩系,由下至上分为智尕昂组、关藏沟组和鲁满山组。岩性复杂,整体上以黑云斜长片麻岩和黑云钾长片麻岩为主[51];在拉木峡一带出露的主要岩性为片麻岩、斜长角闪岩和黑云石英片岩等。因化隆岩群变质岩系抗流水侵蚀和风化能力较强,为峡谷地貌的形成奠定了良好的物质基础。

化隆岩群为沉积-火山岩变质和变形而成。中元古代时期,化隆地区受到格林威尔造山运动影响,发生明显的差异升降,结束了陆盆沉积;强烈的岩浆活动使基性-超基性岩和酸性岩侵入先前形成的沉积-火山地层,原岩发生强烈的褶皱、变质和区域混合岩化[34],发育透入性片理和片麻理,以及大量的眼球状构造、片麻状构造及流变褶皱(图6(a)和(b)),最终形成化隆岩群。

(a)眼球状构造(“小蝌蚪找妈妈”);(b)片麻状构造;(c)流变褶皱形成的“双龙嬉水”

 化隆岩群因变质和变形极为强烈,其形成时代存有较大争议。吴正文教授最初建立化隆群时,将其确定为太古宙。根据岩石变质程度、区域对比,不同学者认为其形成时代既有太古宙,也有早元古代或前震旦纪[34,51],经锆石U-Pb同位素测年方法测定化隆岩群形成时代为910~875 Ma前[36,52-55]。

拉木峡的“双龙嬉水”就是化隆岩群发生流变褶皱形成的典型景观(图6(c)),张宏远(2023年与笔者交流)认为其形成机制为:原岩受岩浆弧作用软化后随岩浆弧发展而挤出进入增生楔,出现弯滑型褶皱,底板滑脱剪切糜棱岩带;当同向褶皱逆冲作用进一步紧闭,糜棱岩带出现石香肠化,随后被卷入共轭的反向逆冲剪切作用而形成流变褶皱。化隆岩群灰色变质岩中两条黑色燧石条在高温高压下流变形成的两条长龙,与拉木沟的流水相接,因此得名“双龙嬉水”,成为拉木峡内难得一见的地质景观。

3.1.2 西宁群红层

 “峡谷丹山”的丹霞地貌由新生代古近系西宁群(E2-3X)组成,岩性为浅红色-棕红色的河湖相砂砾岩,为形成“色如渥丹,灿若明霞”的丹霞地貌提供了良好的物质基础。西宁盆地中西宁群的系统研究显示,研究区在52.5~17 Ma为连续的河流-湖泊沉积环境[56],且从52 Ma到25 Ma磁化率等指标有降低趋势,与同期的干旱和全球变冷趋势较为吻合,推断盆地变干、湖面下降[57],具备陆源碎屑物沉积的条件。西宁群红层在化隆盆地发育较连续,厚度超过500 m,岩性主要为泥岩、泥质砂岩和砂岩,局部夹砂砾岩和砾质砂岩,并见有稳定的原生石膏夹层[38,58](图7)。同时,西宁群孢粉组合中多见有耐热、干旱的植物分子[59-60],表明该盆地古近纪为干旱炎热的气候环境。

自“西宁群”被命名以来,前人根据地层中的孢粉和脊椎动物等化石证据,多次进行地层时代的讨论和划分[58,60]。后将古地磁年代、古生物学和构造沉积旋回演化等研究成果综合,将西宁群划归为新生代古近纪(E2-3),从老到新细分为祁家川组(E2q,54~51.7 Ma)、洪沟组(E2h,51.7~43.2 Ma)、马哈拉沟组(E3m,43.2~34 Ma)[31,61-62]。

3.2 动力条件

3.2.1 构造运动

拉木峡“峡谷丹山”地貌组合属于构造-侵蚀地貌,构造运动是其形成的内生动力,主要来源于青藏高原的快速隆升。自新生代以来,青藏高原全面进入陆内叠覆造山阶段,其快速隆升导致高原周边地区包括化隆在内发生内陆盆地的沉降[29],形成的化隆盆地与南部的西秦岭北缘逆冲带、北部的拉脊山逆冲带共同构成“菱形”盆地系列[63-66]。差异升降作用还使化隆微地块出现断裂构造,发育切割化隆岩群的剪切节理和逆冲断层。在8 Ma前青藏高原发生强烈隆升[31,67-70],尤以东北缘最为剧烈。多期次且后期显著加速的造山作用开启了青藏运动的“序幕”[71],青藏运动使化隆岩群及不整合于其上的西宁群不断被抬升并接受流水下切侵蚀作用,逐渐形成拉木峡峡谷地貌。因此,青藏高原隆升导致的构造运动的加强,是形成化隆县拉木峡“峡谷丹山”地貌的内生源动力。

3.2.2 流水侵蚀、重力崩塌与风化剥蚀

外力作用是在内力作用背景下形成拉木峡“峡谷丹山”组合地貌的直接动力,其来源于流水侵蚀、风化剥蚀及不断增强的崩塌作用。首先,外力作用是形成峡谷不可或缺的动力来源。伴随着研究区构造的抬升和黄河水面的下降,拉木峡的河流下蚀和溯源侵蚀都不断加强,由此形成峡谷地貌。随着青藏高原总体轮廓的形成,青藏运动第三幕后,最终形成了黄河水系格局[72]。在1.1 Ma前的“昆黄运动”作用下,黄河切开积石峡到达已接受古近系西宁群沉积的化隆盆地,将其内流水系袭夺从而形成化隆段黄河[38-39]。在100~104年的时间尺度上,黄河高能量河段的切口速率与区域构造隆起保持同步[73],在化隆县甘都地区至少发育七级河流阶地,但位于黄河一级支流的拉木峡未见有阶地发育,这与河流强烈的下切作用密切相关。

其次,外力作用更是形成丹霞地貌的动力来源。丹霞地貌最重要的要素“红崖”的形成,就是峡谷内河流不断强烈下蚀进而产生重力崩塌而形成的。地表季节性面状水流则可沿西宁群红色砂砾岩的节理及裂隙缓慢渗透,与风化作用共同加速红层的裂解,相对较软的岩层更易被剥蚀而向内凹陷,外力作用为形成各式各样的丹霞地貌提了动力,使化隆岩群之上的红色砂砾岩逐渐形成丹霞地貌,最终形成“峡谷丹山”地貌景观。

3.3 地貌景观形成演化过程

“峡谷丹山”地貌景观的形成演化主要包括地层沉积、构造抬升、流水侵蚀、风化剥蚀以及重力崩塌等过程。按照时间序列可以划分为以下三大阶段:

(1)化隆岩群形成与山地发育阶段(1000~54 Ma)。化隆地区在中元古代时期为陆盆沉积环境,形成沉积-火山地层,其被埋藏遭受深变质作用而形成南祁连造山带最古老的变质基底——化隆岩群;距今1000 Ma左右的罗迪尼亚超大陆汇聚、格林威尔造山运动使岩群变形变质程度加剧且被抬升遭受剥蚀。暴露地表的化隆岩群继续遭受构造运动、流水侵蚀和风化剥蚀,而出现沉积间断。

(2)角度不整合及西宁群红色砂砾岩形成阶段(54~8 Ma)。由于地壳隆升,位于青藏高原东北缘的化隆地区于54 Ma左右开始发生差异性下降,形成陆相沉积及其与化隆岩群的角度不整合。炎热干旱的气候导致陆相盆地中沉积的西宁群主要为红色砂砾岩,形成了丹霞地貌的地层基础,并角度不整合于化隆岩群变质岩之上。

(3)峡谷地貌与丹霞地貌发育阶段(8 Ma至今)。8 Ma以来,青藏高原东北部发生剧烈、多期次、后期显著加速的造山作用,加速了黄河的形成与演化。距今1.1 Ma前,黄河贯穿化隆盆地,以黄河干流水面为基准的地方性侵蚀基准面下降,导致黄河一级支流的下蚀作用和溯源侵蚀加强,河流切穿拉木峡地区的化隆岩群和西宁群红层,首先形成峡谷地貌。随着侧方侵蚀的不断作用,峡谷两侧的重力崩塌加强,将西宁群红层逐渐雕塑成为丹霞地貌,形成了以宫殿式最为特色,极具典型性、独特性和稀有性的丹霞地貌,其发育过程可细分为5个阶段(表1)。

表1   拉木峡地区丹霞地貌景观发育过程

4 科学价值

“峡谷丹山”地貌景观由壮观的峡谷地貌和典型的丹霞地貌组合而成,是我国罕见的重要地质遗产。经定性与定量评价,“峡谷丹山”地貌景观为国家级地质遗迹,不仅具有极高的美学价值,同时具有重要的科学价值。

4.1 为新生代—元古宙地层角度不整合的典例

西宁群—化隆岩群角度不整合规模大、时代跨度长且露头良好,在国内外具有重要的对比意义。角度不整合面下伏的化隆岩群片岩和片麻岩形成于约900 Ma前,上覆的西宁群砂砾岩形成于约54 Ma前,沉积间断约850 Ma。二者不整合接触关系十分清晰,为十分典型的新生代与元古宙地层的角度不整合;对比2022年入选为国际地科联全球首批100个地质遗产地的美国大峡谷国家公园“巨大不整合(The Great Unconformity)”、葡萄牙阿尔加维地区“Thlheiro角度不整合”,该角度不整合可与它们相媲美,甚至在间断时间上超过了“Thlheiro角度不整合”(三叠纪—石炭纪)。

4.1 为新生代—元古宙地层角度不整合的典例

西宁群—化隆岩群角度不整合规模大、时代跨度长且露头良好,在国内外具有重要的对比意义。角度不整合面下伏的化隆岩群片岩和片麻岩形成于约900 Ma前,上覆的西宁群砂砾岩形成于约54 Ma前,沉积间断约850 Ma。二者不整合接触关系十分清晰,为十分典型的新生代与元古宙地层的角度不整合;对比2022年入选为国际地科联全球首批100个地质遗产地的美国大峡谷国家公园“巨大不整合(The Great Unconformity)”、葡萄牙阿尔加维地区“Thlheiro角度不整合”,该角度不整合可与它们相媲美,甚至在间断时间上超过了“Thlheiro角度不整合”(三叠纪—石炭纪)。

4.2 揭示青藏高原东北缘构造运动及黄河演化历史

研究区位于青藏高原东北缘,作为南祁连造山带边缘新生代盆地之一,分析其与青藏高原相关的构造和沉积过程以及二者间的反馈关系,能深入探索高原隆升历史和增生机制[65]。“峡谷丹山”组合地貌的造景地层涵盖了新元古界和新生界,其构造格局、沉积记录和地貌演化为青藏高原东北缘隆升时空过程、变形扩展以及黄河演化历史提供了较好的地质约束[67,72,74-77]。

化隆岩群是南祁连造山带最老的变质基底,其形成时代和全球新元古代罗迪尼亚超大陆聚合与初期裂解事件相对应,成为我国西部对此地质事件的响应[78]。印度—欧亚板块在(55±5) Ma发生碰撞并持续汇聚运动[79-80],造就了“世界屋脊”——青藏高原。伴随着快速隆升和向外扩展,青藏高原及邻区新生代构造盆地特别发育[81-82],研究区所在的新生代化隆盆地是板块碰撞后发育的压陷盆地之一[83],其结束了化隆岩群自晚古生代以来的沉积间断。在盆地中沉积的西宁群直接与化隆岩群接触,且在底部发育底砾岩,证实化隆岩群裸露地表后遭受了长期的风化剥蚀,西宁群与其呈角度不整合接触关系。因此,西宁群的沉积可对应形成盆地的构造-沉降事件,是青藏高原东北缘对印度—欧亚板块碰撞的远程响应。而峡谷地貌和丹霞地貌是青藏高原隆升背景下,各类外力地质作用共同塑造的景观,是高原隆升及黄河演化的良好记录。因此,“峡谷丹山”地貌景观具有非常高的地史学和构造地质学的科学价值。

4.3 丰富了西北地区尤其是青藏高原丹霞地貌的研究材料

位于青藏高原东北缘的化隆县拉木峡的丹霞地貌的发育特征及其形成演化历史,对我国西北干旱区半干旱区尤其是青藏高原的丹霞地貌的研究具有重要意义,并为南北方丹霞地貌成因对比研究提供了材料。长期以来,国内学者对丹霞地貌的研究主要集中在南方地区,南方丹霞地貌尤其是东南部地区的研究已在地质背景、古地理环境、演化过程与发展阶段等方面形成了较为系统的理论体系[84]。相较而言,西北地区的丹霞地貌鲜少被关注。虽然近年来部分学者对丹霞地貌的分布及特征、旅游资源的开发有所研究,对其成因机制的深入研究还比较欠缺。本研究有助于丰富我国丹霞地貌的理论体系,推动西北地区与东南地区丹霞地貌成因的差异研究。

化隆县拉木峡发育的丹霞地貌中既有典型的老年期丹霞地貌,也有正在形成过程中的丹霞地貌雏形,是我国丹霞地貌形态特征、形成过程及成因机制研究非常有利的地区,更是黄河上游丹霞地貌及“峡谷丹山”地貌组合研究的天然实验室。

5 结论

(1)化隆县拉木峡峡谷区的主要成景地层为约54 Ma前的新生代古近纪西宁群红色砂砾岩层,其时代虽不属于中生代,但发育以红色陡崖为特色的地貌形态特征与典型的丹霞地貌非常吻合,可归属为丹霞地貌类型。红层与下伏910~875 Ma的新元古代化隆岩群片岩和片麻岩呈角度不整合接触,后者为南祁连造山带最古老的变质基底。

(2)内外地质营力是“峡谷丹山”地貌组合的动力来源。8 Ma前的青藏高原快速隆升及流水侵蚀下切导致丹霞地貌的雏形的形成;1.1 Ma前的“昆黄运动”,不仅导致了黄河的贯通及干流的强烈下切,并且成为其支流“峡谷丹山”地貌组合形成的主要动力。流水侵蚀下切并不断加深和拓宽河谷,形成险峻幽深的峡谷地貌;随着河流侵蚀作用的不断持续,峡谷两侧的重力崩塌作用逐渐加强,雕塑出栩栩如生的丹霞地貌和“峡谷丹山”地貌组合。

(3)“峡谷丹山”是我国罕见的地貌组合,不仅具有重要的景观价值,而且提供了青藏高原东北缘新生代以来的构造活动、黄河水系变迁以及古环境重建的地貌学证据,对青藏高原隆升和黄河演化具有极高的科学研究价值。“峡谷丹山”是拟建的化隆国家地质公园的核心景观,地质遗迹保护与利用价值极高;峡谷内发育的西宁群—化隆岩群角度不整合面,是具有一定的国际对比意义的新生代—新元古代地层角度不整合的典例。