张掖洪山湾“彩山”景观
地貌分类
张掖丹霞国家地质公园“彩山”风景区的地貌分类和命名多年来一直存在争议。它在地貌形态、岩性组成、地貌发育演化过程等方面与丹霞地貌有显著差异。根据我国岩石地貌的分类惯例，可将其命名为“红山湾地貌”，与丹霞地貌并列为红层地貌的一个子类。红山湾地貌主要由白垩系泥岩、粉砂岩等细粒碎屑岩组成，以红色为主，夹灰绿色、黄绿色、灰黑色等杂色沉积层。该地貌类型分布在半干旱和干旱地区，如新疆吉木萨尔彩色湾、布尔津彩色海滩、甘肃永登咸水河、朱坨山和谢廷峰流下。
一
问题的背景
“丹霞”这个词来自曹丕《芙蓉池作诗》：“丹霞明月，中国星辰出云端”。1928年，地质学家冯景兰到广东韶关丹霞山进行地质调查，发现这里白垩纪形成的红色砾石地层在流水和重力的风化侵蚀下，发展成许多堡垒状的山峰、各种石柱、石桥和洞穴。因此，这一具有独特地貌景观的红色砾石层被命名为“丹霞组”。丹霞山位于南岭山脉南侧的山间盆地。它由红色砂质砾岩组成，整体上呈现出红层峰林景观（图1）。有大小石峰、石堡、石墙、石柱390余座。主峰八寨海拔619.2m，大部分山石海拔300~400m。它们的高度和形状各不相同。它们就像一座红宝石雕塑园，被称为“丹岳”、“中国红宝石公园”和“岭南第一奇山”。古人取“色如渥丹，可如明霞”之意，称之为丹霞山，居广东四大名山之首。
图1广东韶关丹霞山风景
20世纪30年代，地质学家陈国达教授对丹霞山进行了深入研究，将中国南方的红石山统称为“丹霞地形”，很快被学术界接受和采纳。20世纪50年代，中国引入“地貌”的概念，以取代“地貌”，即“丹霞地貌”。经过曾昭璇、黄进、彭华等学者的不断深入研究和推广，丹霞地貌已发展成为一个被广泛接受的地质、地貌、地理术语，广东韶关丹霞山因此成为丹霞地貌的发现地和命名地。其地貌景观奇特、险峻、美丽，形态多样，呈现出整体感强、姿态厚重稳定、丹山清澈、引人入胜的特点。因此，它具有很高的旅游和观赏价值。是重要的地质地貌旅游资源。2010年，包括广东省丹霞山在内的中国南方湿润地区的六处丹霞地貌景区被统一命名为“中国丹霞”，并成功申报为世界自然遗产，堪称中国地貌界的一次成功之举。
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“彩山”风景区是其主要组成部分，与电影一起《三枪拍案惊奇》拍摄地点就在这里，所以很多人把这里的地貌宣传为丹霞地貌。“彩山”主要分布在临泽县、张掖市、红山湾、南台子、肃南裕固族自治县敖河，面积约56平方公里。由于沟壑密布，盐碱化严重，植被覆盖率低，无法耕种或放牧。一些学者称之为“次色山”。该地区地形起伏，有紫色、灰绿色、黄绿色、灰黑色等杂色，密集有序。景观充满节奏和层次感。它是中国乃至世界罕见的地质遗迹。2011年，张掖洪山湾的“彩山”被美国认可《国家地理杂志》入选世界十大神奇地理奇观。一时间，“丹霞风光”、“中国第一彩山”、“中国最美丽的丹霞地貌”、“中国彩虹山”、“世界上22处最难忘的风景之一”等赞誉不绝于耳。事实上，“彩山”和丹霞地貌的区别非常明显。它属于什么样的地貌类型，需要从地貌学的角度来探讨。
图2张掖丹霞国家地质公园“彩山”景区游客
二
张掖洪山湾“彩山”
与丹霞地貌的差异
1
不同地貌形态
丹霞地貌自提出以来，其定义和内涵一直充满歧义。然而，无论差异有多大，人们对丹霞地貌的形状和颜色有着广泛的共识，即丹崖赤壁（英文相当于赤壁）是丹霞地貌最基本的形态特征。“平顶、陡身、缓足”被认为是丹霞地貌的标准形态，陡峭的悬崖是其必要特征。就颜色而言，红色是它的主要颜色元素。所谓“颜色像渥丹，可以像明霞一样明亮”。因此，丹霞地貌最基本的定义是“陡崖红层地貌”。基于这一点，有学者提出“丹雅”的高度应大于10米，以显示丹霞地貌的壮丽、险峻、奇异和美丽，“丹雅”的坡度应满足悬崖坡度（55°~90°）的条件，高度和坡度低于上述标准的，不能视为丹霞地貌。
张掖红山湾“彩山”风景区地面坡度较小，主要地质构造为倾斜向斜，枢纽走向114°。向斜的中心是一个宽阔的山谷，两翼的地层隆起，在景区的南北两侧形成两座彩色条状山。因为地貌形态主要是平山或单斜山。与景区附近的冰沟丹霞地貌相比，景区坡度明显平缓（图3）。冰沟、道山等地的丹霞地貌常有陡峭的悬崖。例如，梨园北侧的悬崖高度可达240多米。
图3冰沟险峻山峦与“彩山”景区
平缓的山
a、冰沟；b、“彩山”景区；c、坡度比较
张掖洪山湾“彩山”景观成因可根据地层产状和坡型的不同组合分为若干类型。例如，根据地层出露情况，平坡可分为垂直色带型、倾斜色带型和水平色带型。如果地层发育褶皱，将形成“彩虹型”或“倒彩虹型”。斜坡上发育冲沟时，地层走向与斜坡相同，地层倾角大于斜坡倾角，形成“扇贝型”地貌景观（图4）；当局部地层倾角小于斜坡倾角时，形成“裙褶”地貌景观。当局部岩层的倾角与边坡的倾角相反时，它由连续分布的水平条带组成。再加上坡度的起伏，就像在空中跳舞一样，如“彩屏”风景区（图5）。如果更复杂的斜坡组合形式和不同的色带被侵蚀和变形，地貌景观将更加复杂和多样。例如，“刀山火海”风景区在“彩山”风景区中，波浪形景观不断发展，形成了红黄相间的色彩跳跃景象；“僧侣拜佛”景区是由小扇贝和连绵不断的圆山相结合，形成了许多穿着红袍的僧侣朝着同一个方向拜佛的景象。
图4张掖“彩山”风景区
扇贝景点及插图
图5张掖“彩山”景区彩屏景区
2
不同的岩石性质
甘肃的红色和紫红色砂砾岩地层南起西秦岭，北起马宗山，东起紫武山，西起祁连山。是中国此类岩石分布面积最大的省份。从中生代到新生代第三纪，当山脉上升时，沉降区形成山间盆地。周围山脉中的沉积物和砾石被流水带入盆地并沉积，在悬崖上形成粗细的沉积层理和砾岩、砂岩和粉砂岩。由于当时地球温度较高，盆地降水较少，形成了高温、干湿季明显的气候环境。Fe2O3在沉积物中大量富集，并变成红红色。它们是一套以河床相为主的洪冲红色碎屑堆积地层，或以湖盆相为主的河湖红色碎屑堆积地层，断层和垂直节理发育。由于近水平岩层之间的岩性差异，陡壁上的风化或侵蚀通常会形成水平带状凸起或凹槽。突出物通常为坚硬的砾岩和砂砾岩层。较大的突出物通常形成狭长的平台，并生长带状植被带（草本、灌木和树木）。这种接近水平的植被带有时出现在悬崖上的多层中。细而软的泥岩和粉砂岩大多形成水平沟槽，较大的沟槽发育成洞穴。麦积山、吉峰山、孔通山等由砂砾岩等粗粒碎屑岩形成的地貌景观均属于典型的丹霞地貌。丹霞地貌几乎由纯砂岩（沙丘岩）形成，非常罕见，例如甘肃永靖的罗家洞-百川-赤壁、陕西靖边的肃南-马蒂斯（图6）和龙州。
图6张掖市肃南县马蹄庙地貌景观
张掖红山湾“彩山”的特殊地貌景观首先与构成它的岩石的性质有关。众所周知，尽管地貌形态的特征主要受外部动力地貌过程的雕刻控制，但它们也受地貌形态所依附的岩石性质（基质）的控制。根据野外调查，张掖红山湾“彩山”主要由下白垩统中沟组砂质泥岩、泥岩、页岩、粉砂岩组成（图7）。岩层厚度约900米，底部有芦苇化石。
图7张掖红山湾“彩山”景区地层
与砾岩和砂岩相比，该类岩石的密度和孔隙度相似，但其内聚力较小，不易形成悬崖边坡，形成后不易保存。此外，其抗渗性远高于砂岩，雨后极易形成散流和暴雨流，宏观上表现为平缓的山体，微观上表现为指沟、微土林、泥浆乳液等。此外，由于其极易风化和盐风化，岩石表面崩解并形成一层小岩粒和粉末。这些小岩粒和粉末在暴雨和崩塌时很容易被冲走，因此很难形成大坡度的稳定边坡。附近的道山和冰沟丹霞地貌均为白垩纪地层，但主要为砂砾岩和砾岩，可保持高角度甚至陡坡，形成典型的丹霞地貌。质言之张掖红山湾的“彩山”之所以能形成平缓的山脉而不是陡峭的悬崖，与其岩性密切相关。有时它们会从外到内一层一层地剥落，这无疑是其形成的主要原因或机制。
3
不同颜色的显影机理
这里用传统的显色机制来解释丹霞地貌。如果您感兴趣，请参考相关学者的最新研究成果。我们知道，沉积物的颜色深度通常可以指示环境特征。一般来说，浅色表示还原环境，深色表示氧化强烈的氧化环境，这与沉积物中矿物成分的变化密切相关。颜色的形成主要受地层沉积期间的气候环境控制。丹霞地貌的物质基础是红色粗粒碎屑岩，主要是白垩系或第三系河流相的产物。由于当时地球温度较高，盆地降水较少，形成了高温、干湿季明显的气候环境，导致湖泊沉积物中铁离子氧化还原过程交替进行。在氧化环境条件下，Fe2O3在沉积物中大量富集，呈红红色。在沉积过程中，如果河流和湖泊相互作用，就会形成红色粗粒碎屑岩和彩色泥质岩的互层。
张掖红山湾的“彩山”不仅以红色为主，还有灰绿色、黄色、灰黑色等，呈平行条状分布，最大的特点是色彩艳丽（图8）。这里的彩色泥质岩主要为白垩纪湖相沉积，如黄色、绿色、蓝灰色、灰色、白色和黑色。颜色是氧化环境向还原环境转化的结果，表现为其中所含颜料离子Fe的高、低价格含量的变化。杂色泥岩、页岩和砂岩的互层在大面积内呈单向倾斜分布，为形成劣色山丘提供了物质基础。此外，此处的岩体水泥主要为泥质水泥。除了在解理中填充无色石膏晶体外，它还含有植物化石，如叶子和根。还原斑点通常在紫红色岩石中的化石周围形成。
图8张掖洪山湾“彩山”
杂色建筑景观
根据对张掖红山湾“彩山”的实地调查，肉眼可分辨的岩石颜色至少有8种，蒙赛尔土壤色卡测得的颜色多达25种，可分为红色、红棕色、橙色、黄色、蓝灰色、绿灰色、橄榄灰色和灰色（表1）。再加上植被、苔藓、石膏、盐碱、冬季降雪和不同光照条件的视觉效果，张掖红山湾“彩山”的绚丽色彩终于形成。
表1张掖洪山湾地貌及岩石颜色
一般认为，红色层的红色来自岩屑周围的赤铁矿膜，不同部位的色度差异可能取决于赤铁矿（Fe2O3）矿物群不同组合形成的视觉效果。当针铁矿（FeO（OH））含量较高时，岩石呈现白色和黑色。它们的含量不同，暴露后与氧化产物混合，形成复杂的颜色，如青色、灰黄色等。赤铁矿和针铁矿含量的差异反映了沉积物形成过程中的环境条件。一般来说，赤铁矿的形成涉及脱水反应，这是干旱氧化环境的产物；针铁矿通常由水溶液直接沉淀而成，是湿还原环境的产物。赤铁矿主要是Fe3+的载体，而针铁矿主要是Fe2+的载体，沉积物的色调取决于元素水平上Fe2+/Fe3+的比值。当地层中Fe3+含量较高，Fe2+/Fe3+比值较低时，地层颜色以紫红色和砖红色为主；当地层中Fe2+含量较高且Fe2+/Fe3+比值较高时，地层颜色主要为灰绿色和黑色；当地层中Fe2+/Fe3+比值由低变高时，地层颜色逐渐由红色变为灰绿色、黄灰色、蓝灰色，直至黑色或白色。从张掖红山湾“彩山”风景区采集的样品中，红色样品的Fe2+/Fe3+比值在0~0.15之间，蓝灰色、绿灰色和橄榄灰色样品的Fe2+/Fe3+比值在0.11~1.47之间（表2），显著高于红色样品，这与其他地区的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，剥蚀成平缓起伏的山脉。不同颜色的岩层形成色带，在表面蜿蜒，形成变幻色彩的视觉效果。同时，裸露岩体风化，改变岩层结构，提升岩层颜色。裸露的岩体也经历了氧化和水化，进一步改变了其原始颜色。这些原因使得红山湾“彩山”的颜色在原有地层颜色的基础上进一步多样化。此外，高盐度使坡面植被难以生长，坡面风化产物容易被冲走，使得红山湾地貌长期保持鲜艳的色彩。
表2张掖红山湾“彩山”景区
不同价态铁含量
4
不同的外部动态过程
众所周知，丹霞地貌中的红色奇峰异石，主要是由流水的整体侵蚀、切割和溶解形成的，主要是块状构造。张掖红山湾“彩山”地貌受青藏高原隆升影响，间歇性隆升，地层倾斜，褶皱发育，顶部为砾岩。降水量小于200mm，坡度平缓，坡度均匀渐变，水流顺坡流动，席状侵蚀明显。浅沟和细沟深10~15cm，宽10cm。在片状水流的侵蚀下，形成了绵延不绝的平缓山脉它有一定的倾角，非常华丽单斜山是主要特征。由于泥质岩石，其表面容易风化，粉状风化层可达0.2m~0.5m，甚至更深（图9）。风化使其质地柔软，踩在上面时会碎裂。如果允许游客踩上去，它无疑会破坏其原有的生态外观和景观，加速风化过程。因此，有必要在旅游开发中加强保护。对于未被黄土覆盖的边坡，由于土壤坚硬或含有砾石，当被雨水侵蚀时，由于砾石的抗腐蚀能力强，而周围土壤的抗腐蚀能力弱，砾石和周围土壤会相对突出，因此被称为“土指”。
图9张掖洪山湾“彩山”地面高程
粉状风化层
5
独特的生态系统
丹霞地貌在我国分布广泛，从湿润地区到干旱地区，从沿海地区到青藏高原，气候条件各异。张掖红山湾“彩山”景区降水量约180~260mm。同类型的永登咸水河和兰州朱坨山降水量约230~280mm，属于干旱半干旱地区，降水量较小。由于砂质泥岩和粉砂岩的粒径和空隙较小，透水性较差。如果用流水冲洗，很容易形成侵蚀沟，使植物难以生长。因此，经常会产生大面积的裸地。这种破碎的地形和环境不适合人类居住，已成为典型的劣质泥岩景观。
在黄土覆盖、坡度较小的平坦山顶上，灰钙土最为发育。由于降水的作用，板块形成了一个薄而硬的外壳——“地壳”。地表分布有河头草群落（图10），覆盖率20%~30%，坡顶和坡面有结皮。阴坡和半阴坡主要为中亚紫菀木群落、合头花+珍珠猪毛菜群落。群落包括尖叶藜、多根洋葱、红沙、珍珠、苔草等，覆盖率10%～20%。
图10张掖红山湾“彩山”风景区
荒漠草原群落
三
红层地貌分类
张掖洪山湾地貌
命名
地貌分类是地理学研究成果的一种表现形式。我国红层地貌广泛分布于热带亚热带湿润地区、温带湿润半湿润地区、半干旱干旱地区以及青藏高原高寒地区。不同地区的地质背景、构造条件和气候环境差异很大，红层地貌形态完全不同。为了避免地貌命名和分类的混乱，有必要根据特定的地貌形态、形成机制、演化模式乃至生态系统，对红层地貌进行准确分类。
丹霞地貌是中国科学家首次提出并命名的地貌类型。尽管世界上早就有红层地貌的分类，但鉴于丹霞地貌的特殊价值，国际地貌学家协会于2009年同意成立“IAG丹霞地貌工作组”，标志着丹霞地貌研究在国际学术舞台上的开始。目前，丹霞地貌主要指中生代至第三纪水平或缓倾斜的厚硬红色粗、中粒碎屑岩系。在构造运动和间歇性隆升的作用下，受水蚀、崩塌后退等外力作用，形成了平顶、陡坡、缓坡地貌。如上所述，甘肃省张掖市肃南县和临泽县交界处的“彩山”与其他地方的丹霞地貌有很大不同。它们既不平坦也不陡峭，显然不符合丹霞地貌的定义和基本特征。
此外，将张掖洪山湾命名为“彩山”或“彩砂林”也存在地貌分类是否符合实际的问题。因为丘陵是指海拔小于500米，相对高度小于50~500米或200米的缓坡组合，通常是在外力作用下，山脉和高原长期侵蚀形成的。张掖“彩山”核心景区海拔约1650~2000米，属于中低山区，称之为“山”并不准确。一些学者将松散多彩的泥质砂岩或砾岩风化剥蚀形成的柱状地貌称为“彩色沙林”。然而，张掖“彩山”核心景区白垩系地层和风化外观基本呈圆形，岩性较软，难以形成陡坡和石柱，不能称之为“沙林”。
根据目前中国地貌分类的方法，我们认为红层地貌的分类应该从更直观的自然景观分类入手，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，张掖红山湾的“彩山”在物质组成、颜色和形状上存在显著差异（表3）。从物质组成上看，张掖“彩山”景区地貌由泥岩、页岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等细粒碎屑岩组成。是以红色为主的颜色组合，混有青灰色、灰绿色、灰黄色等多个色带，不同部位的颜色组合略有不同；丹霞地貌整体呈红色，局部可见青灰色等色块。从地层产状来看，张掖红山湾“彩山”景区倾斜，局部倾角可达60°；丹霞地貌通常呈水平或低角度倾斜。张掖红山湾“彩山”风景区主要由起伏平缓的山脉组成。除了季节性河流凹岸上发育的低矮悬崖外，陡坡很少出现；丹霞地貌以陡峭的悬崖和斜坡为特征。到处都可以看到几十米甚至几百米的陡坡，尤其是在河流和峡谷的两岸。由于崩积层很快被河流或季节性水带走，陡峭的悬崖往往直接插入地面，或两侧的陡坡相互对峙，形成峡谷，甚至形成阻隔谷。地貌形态的差异与地貌发育过程的差异密切相关。张掖红山湾“彩山”风景区地貌发育过程主要为斜坡过程，主要由雨水的坡片流侵蚀引起，导致泥质颗粒滚动或滑动，使斜坡后退；丹霞地貌以重力崩塌、卸荷和剥离为主。经过崩塌和剥落，山坡继续后退。从地层形成时代来看，张掖“彩山”景区的地层时代为白垩纪。目前已发现类似景观，如兰州永登咸水河和兰州永登朱坨山地层为白垩纪；丹霞地貌时代广泛，分布于中生代至新近纪。
表3红山湾地貌与丹霞地貌对比
鉴于红山湾“彩山”风景区所代表的地貌与张掖、丹霞地貌在各方面存在显著差异，应将其单独归类为红层地貌亚类。首先，由于其岩性在地貌形成中起着重要作用（组成物质为泥页岩杂色层，主要呈红色，有色带，宏观尺度和平缓的山体和微观尺度上，形状主要为指沟、结壳、微土林、泥乳等），它之所以呈现多色带，主要是由于不同沉积环境下形成的泥页岩中不同价态矿物的铁含量不同。因此，应将其纳入岩石地貌分类体系。作为碎屑岩地貌中的一种红层地貌，应与丹霞地貌并列。其次，根据其颜色特征和物质组成特征，也可划分为杂色泥岩地貌。
最后，应当指出的是，“地理发现权”的界定条件可以概括为三个方面：（1）具体、合理的科学分类。也就是说，分类必须能够将整体上的每个地形分类为几个类别中的一个，这称为穷举；同时，一种地貌不能分为两类，即不能相互结合；（2）其目的是界定和规范科学命名，形成分类的层次结构或分类体系，并对所研究的事物进行排序；（3）通过公认的权威期刊进行科学传播。根据景观的特殊性和与同类地貌类型的比较，根据地貌类型命名原则和景区内最近的地名，张掖市红山湾“彩山”应命名为“红山湾地貌”。红山湾的名字也反映了其以红色为主、山势平缓的地貌特征。这也是公民对这种地貌类型的直观印象，这符合命名新地貌类型的一般做法。该地貌类型分布于新疆吉木萨尔五彩湾、新疆布尔津五彩滩、甘肃永登咸水河、朱坨山、谢廷峰流下等地。从地貌分类体系来看，它是一种次生的红层地貌，可以与丹霞地貌并列。红山湾地貌的深入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。
兰州大学冰川与沙漠研究中心
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