記武陵山區逐漸消失的——丹霞地貌

縱橫大西南，忘乎山水間（二）

——記武陵山區逐漸消失的丹霞地貌

圖/文 陳仁全

篇首語：回想這兩三年，有幸參與和負責了多項位於武陵山區紅砂岩（丹霞）的工程項目勘察與設計，有過較為直觀的地質觀察，還有一些工程特性認識。鑒於此，覺得還是可以淺顯寫一點東西，主要側重工程地質方面，供有興趣的朋友了解。

武陵山區涵蓋湖北、湖南、重慶和貴州四省多個縣市，崇山峻岭，是集中連片特困地區。有許多為世人驚奇的喀斯特（岩溶）地質景觀，卻少有人知曉其中的丹霞地貌正在逐年銳減。

（一）何謂丹霞，何處有之

丹霞是指的什麼？一定是紅色的嗎？哪些地方分布丹霞呢？武陵山區也有丹霞嗎？

丹霞地貌（Danxia landform）是一種以陸相為主的紅層發育具有陡崖坡的地貌，是紅層地貌（red beds）的一種類型。紅色陡崖坡是丹霞地貌最重要的識別要素，黃進（1982）曾將丹霞特徵總結為：頂平、身陡、麓緩。

丹霞意為「色澤渥丹，燦若明霞」，是一種具有很高美學價值和科學價值的地貌類型。1928年馮景蘭首次命名粵北仁化丹霞山地層為「丹霞層」；陳國達為地層對比需要，於1939 年正式提出「丹霞地形」這一地貌專業術語。

丹霞的紅色主要是膠結物中高價鐵離子所致。但由於沉積環境的差異和後期地質作用的改造，各地紅層的顏色在色度和純度上有較大差別，紅層的顏色可能變化於棕黃、褐黃、棕紅、磚紅、紫紅、褐紅和灰紫等各種偏紅色調。

丹霞地貌在歐洲和澳大利亞等國都有分布，其中在我國分布最廣。截至2015年，國內丹霞地貌約1024處，分布於28個省市自治區，相對集中分布在我國東南、西南和西北三個地區（黃進等，2015）。被大眾所熟知的有：丹霞山（廣東省韶關市仁化縣）、武夷山（福建省南平市武夷山市）、張掖丹霞（甘肅省張掖市臨澤縣和肅南裕固族自治縣）。

張掖 資料圖

國外比較知名的有澳大利亞的艾爾斯岩(Ayers Rock)，美國的猶他州石拱門等。而在湖北西南部、湖南西北部的武陵山喀斯特地區也有一些丹霞地貌分布，這些丹霞地貌主要位於高山峽谷小盆地之中，如恩施盆地、建始盆地、來鳳-龍山盆地、沅麻盆地等，均為白堊系（K）紅層盆地，由於地處武陵山腹地，山高路遠，長期以來交通不便，也是集中成片的貧困區，很久以來不為廣大遊客所知。

紅層地貌分為丹霞地貌、紅層山地、紅層丘陵、紅層高原等類型。在我國紅層的岩性構成中，軟弱的粘土岩和泥質粉砂岩一般形成低緩的紅層丘陵；而形成丹霞地貌的通常是那些堅硬的礫岩、砂礫岩和砂岩，並受新構造運動強烈抬升的紅層（彭華, 2011）。如此看來，本文用「丹霞」籠統表達武陵山區紅層（以軟弱的泥質粉砂岩為主）不夠嚴謹，準確說用紅層地貌更為確切，在此提醒讀者朋友注意。

（二）地質地貌，有何特點

什麼樣的條件才能形成丹霞地貌？武陵山區丹霞的地質條件又有什麼特點和規律？

丹霞地貌一般是由紅色砂礫岩在水的作用下，沿垂直節理面不斷侵蝕、搬運、磨蝕、風化後形成的一種獨特地貌，形成主要需要滿足4個條件（劉澤東,2017）：

（1）一般應發育在紅色碎屑岩系中，岩性以陸相盆地沉積的紅色、紫紅色砂礫岩為主，夾火山碎屑岩、泥岩等。

（2）形成丹霞地貌的岩層產狀平緩且岩層厚度大，一般岩層傾角小於10°；

（3）丹霞地貌區一般有區域構造運動作用。地層受區域斷裂作用和間歇式的地殼震蕩抬升，形成網格狀垂直節理，地面流水沿節理下切並不斷擴大，於是形成丹霞地貌。

（4）熱帶亞熱帶濕潤氣候區通常容易發育丹霞地貌。在氣候濕潤地區，雨水充沛，地面流水加速了對岩層裂隙及節理的切割和溶蝕作用，從而形成大量形態獨特、景色壯觀的丹霞地貌景觀。

在南方因雨量較充沛，丹崖上近水平薄層軟岩的風化岩槽與近垂直節理的侵蝕懸溝互相交織，形成方形網狀槽、溝系統，槽、溝之間則形成方形凸塊，使整個岩壁形成窗欞狀，如廣東丹霞山周田第一二蠟燭山、茶壺山所見。風化片狀剝落，將丹霞地貌的稜角渾圓化，形成許多渾圓狀丹霞地貌。崖頂及崖麓崩積緩坡，常林木茂密，形成「丹崖綠樹，飛瀑清流」的秀麗景色（黃進,2015）。

丹霞所在的紅層一般發育在內陸盆地和湖泊環境，所以其沉積特徵在粒度上呈現出一定的規律，紅層盆地邊緣往往堆積巨厚的洪積相混雜泥礫，往中心漸變為洪、沖積礫岩、砂礫岩、砂岩、湖積細砂、粉砂岩等。可能的原因是這些物質最初來源於古盆地周圍的高地，邊緣地帶最先接受沉積，粒度較大，而粒度較小的物質可以被搬運到盆中。由此可以看到，丹霞地貌主要發育在紅層盆地邊緣，譬如建始盆地邊緣的朝陽觀、恩施盆地西北邊緣的龍麟宮。

從垂向上看，盆地外圍岩石粒級的變化很大，常常表現為互層狀，即礫岩、砂礫岩交互成層，夾砂岩；或砂礫岩、砂岩為主夾礫岩或夾薄層粉砂岩、泥質岩（圖2.1）。

而接近湖盆中心的細碎屑堆積區，岩性的垂直變化一般較小。相對說來，河流淡水沉積、泥砂膠結或硅質、鐵質膠結的礫岩和砂礫岩比較堅硬；而盆地中心沉積的粉砂岩、泥質岩所含的可溶性物質較多，透水性較差、含水較多, 因而比較軟弱（彭華等, 2003）。

然後並非所有的紅層地質都穩定均勻，實際上也有一些「異常」現象，譬如在來鳳盆地的紅色泥質粉砂岩中可以見到一些白色的膏鹽（圖2.2），在建始盆地和恩施盆地的邊坡開挖面、鑽探岩芯上可以清晰看到一些斷層（圖2.3）。這些「異常」現象可能指示古環境變化，構造運動，也一定程度會影響到工程性質，如岩土腐蝕性、岩體膨脹性、岩體破碎程度等。

（三）工程性質，好壞如何

丹霞地貌區的紅砂岩強度如何？武陵山紅層工程性質如何？是不是都適合做地基？

武陵山區北部的恩施盆地紅砂岩分布在清江河谷兩側，地形地貌低山丘陵為主。該盆地的紅層岩性以泥質粉砂岩、細砂岩為主，形成於白堊紀時代（1.45億年~0.66億年前）。肖尚德（2016）曾按固體顆粒、膠結狀況將該盆地的紅砂岩分為兩大類：一類為膠結較差的棕黃色厚層泥質粉砂岩，一套為膠結較好的棕紅、紫紅色中厚層粉、細砂。二者力學特性差異較大，天然狀態下，前者平均強度為1.8~5.4MPa，後者平均的強度10.8MPa，前者明顯低於後者。

在樣品加水飽和後再施壓，所測得飽和強度均有一定程度下降，軟化係數分別為0.82~0.96和0.75。一般小於等於30MPa的叫「軟岩」，大於30MP的叫「硬岩」。說明該盆地的紅色泥質粉砂岩均為軟岩，而且岩石強度越高，含水量的變化對岩石力學性質影響越大。實際上，根據筆者在該地區工程勘察所採取的岩石樣品實測數據，飽和狀態下岩石強度從3~35MPa都有。可以總結，在武陵山區紅層盆地泥質粉砂岩大部分為軟岩（紅層丘陵區），而盆地邊緣的礫岩多為硬岩（真正的丹霞區）。

相比之下，福建泰寧的紅砂岩乾燥時強度最高達140MPa，江西龍虎山丹霞的紅砂岩乾燥強度可達50MPa（朱誠等，2015）；宜昌的白堊系紅砂岩天然狀態下單軸抗壓強度也有超過110MPa的（賈海梁等，2018）。武陵山區的紅砂岩強度低一些，成岩程度、膠結程度也稍遜一籌。

另外，紅層砂岩具有遇水易崩解和軟化的不良特性，紅層崩解與其所含的有親水性粘土礦物密切相關。呈極性的水分子和水化陽離子極易進入礦物顆粒之間，並在其表面形成水膜，從而削弱顆粒間的聯結力，導致粘土礦物膨脹和收縮，宏觀上便引起岩石的開裂。在乾濕循環條件下，親水性礦物不斷地吸水膨脹和失水收縮作用促進裂縫連通，促使岩石破裂碎化，形成紅層的漸進崩解，這一過程具有不可逆性（彭柏興,2006）。

一般這些紅色的石頭在保證安全餘地的情況下，能蓋多高的樓呢？在恩施盆地工程師們提的地基承載力參數建議值，無不良地質結構時，在不作任何地基處理情況下，採用整板基礎（筏板）可以蓋30~60層的高樓不發生明顯沉降。當然，目前在武陵山區城市鮮有超高層建築（30層或100米以上）。北京建築院孫宏偉、上海岩土勘察院尹驥博士、湖南勘測院彭柏興都對此類紅層砂岩的房屋地基承載力（長沙為主）做過現場試驗，發現實測的承載力比以往經驗和規範建議值都要高一點。在這種紅層砂岩開挖隧道也相對容易，通常工程師們將隧道圍岩划到中等好（泥質粉砂岩Ⅲ級，礫岩Ⅱ級左右，一共有6級），在10米跨度內初期基本不需要強支護就能順利掘進，建始的朝陽隧道、恩施的許家坪隧道可能都是如此。

如此看來，這些紅色岩石還有很大利用潛力可挖，可以蓋更高的樓，修更寬的隧道（圖3.1）。

那麼，是不是所有的紅層砂岩都穩定、堅固呢？都適合蓋高樓呢？當然不是。曾經就有工程師忽視紅砂岩中先天存在的不利地質結構（如斷層、裂隙、含軟弱夾層等）和裂隙水，造成工程變更和事故，帶來投資增加和安全風險。例如，在恩施盆地較軟的紅色泥質粉砂岩（飽和單軸抗壓強度15MPa~30MPa）中夾有幾米至十幾米厚的極軟弱灰白色泥質粉砂岩（3~5MPa）（圖3.2），這個灰白色極軟岩不請自來，遇水後極易崩解和軟化，地下水稍豐富時，泡在水中很快被機械擾動成砂泥糊。如果在勘察階段識別錯誤或漏掉這個夾層，房屋基礎按紅層砂岩設計落在這個地層上就可能造成風險。

還有的邊坡開挖很陡，也未做護坡措施，但紅層砂岩抗風化能力弱，內部可能還存在一些裂隙，導致卸荷後崩裂，嚴重的造成崩塌引發安全事故（圖3.3）。紅層砂岩隧道的主要病害在地下水的處治方面，如恩施許家坪隧道因為水害導致路基翻漿嚴重，封閉多日進行修復。所以在武陵山丹霞地貌區工程勘察設計中，不能掉以輕心，固然大多時候面對其相對穩定的一面，但也會遇到內部隱蔽性很強的不利地質結構，需要特別注意。

（四）建設劇增，紅層漸少

武陵山區丹霞為何越來越少？什麼時候會被挖完？有保護起來的價值嗎？

武陵山區是我國三大地形階梯中的第一級階梯向第二級階梯的過渡帶，是雲貴高原的東部延伸地帶，平均海拔高度在1000米左右。武陵山區以武陵山脈為中心，以土家族、苗族、侗族為主體的湘鄂渝黔四省（市）毗鄰地區，總面積11萬多平方公里，總人口為2300多萬人。本區域集革命老區、民族地區和貧困地區於一體，是跨省交界面大、少數民族聚集多、貧困人口分布廣的連片特困地區。

武陵山區境內有許多著名的喀斯特地質景觀——重慶武隆天坑、奉節大天坑、恩施大峽谷、利川騰龍洞等，也有聞名於世的張家界世界地質公園——石英砂岩峰林。由於其特殊的地理、地形、地質背景條件，導致武陵山區可供開發的土地資源緊張。然而恰似天造地設，有許多紅層盆地散落在山區之中，隨著人類選擇性遷徙，許多城市便在這些紅層盆地應運而生。在2010年之前，這些紅層盆地的城市發展總體緩慢，城市擴張面積也十分有限，在城區可以看到很多赤壁陡崖和紅層丘陵。不過此時已經有人意識到城市飛速擴張的大火即將燒到武陵山區，於是鄧斌在2011年12月撰寫《三山鼎立衛丹霞——恩施城區的丹霞地貌需保護》一文，呼籲政府層面出台相關規劃，積極保護城區丹霞地貌。然而歲月無情，隨著城市基礎設施建設的迅速發展，特別最近十年，這些紅層山丘一個個被挖走（圖4.2）。到這裡的遊客大多隻記住了附近的高山峽谷，少有人會知道埋藏在高樓基礎之下的曾是紅層山丘。

這些紅色丹霞山丘什麼時候會被挖完？十年？還是二十年？我想沒有人能精確回答。因為在這片基建狂熱的土地上，紅層山丘消失的速度不僅與經濟發展有關，還與政策變化有關，譬如城市規劃的調整，環境保護的提高等。武陵山區交通閉塞，貧窮落後，當地城市需要建設發展，附近的資源也需要適當保護。並不是一味的全部保護，也不是全部用作開發建設，而是要結合具有先進理念的城市規劃，在建設中選擇性保護，將部分典型的、具有科普和休閑價值的區域建設成丹霞公園。

結束語：

武陵山區丹霞地處喀斯特地區一座座盆地之中，相比灰岩的岩溶不良地質作用，相比平原地區沖洪積地層的軟弱不均，紅層砂岩擁有更穩定的的工程特性，基本能滿足工程建設要求。儘管丹霞在全國範圍內分布廣泛，但武陵山區主要為灰岩喀斯特地貌，而城市建設需要不得不挖走這裡的一座座丹霞山丘，填滿無數溝壑。或許有一天武陵山區丹霞山丘與溝谷都會消失，但請不要忘記這些紅層盆地的名字：恩施盆地、建始盆地、來鳳-龍山盆地、沅麻盆地等。或許它們沒有四川盆地知名，沒有塔里木盆地富有，也沒有鄂爾多斯盆地傳奇，但它們為武陵山區擺脫貧困提供了寶貴的土地資源。

武陵山的喀斯特與丹霞，相輔相成，前者造就了舉世矚目的大天坑、大溶洞和大峽谷，帶來了豐富的旅遊資源，後者為基礎設施建設提供了穩固的地基，可以把房子蓋的更高，讓馬路修的更寬，讓更多的遊客來到這裡。

武陵山丹霞——造無數城，大隱於世，漸漸消失。

說明：

國內對丹霞地貌學研究比較系統的主要有中山大學黃進教授、彭華教授（已故）、南京大學朱誠教授等；對紅層工程地質和災害防治較為深入研究的有中山大學周翠英教授、湖北地質環境監測總站肖尚德博士等；丹霞科普關注程度比較高的有中國地質科學院地質研究所蘇德辰研究員、中國地質大學（武漢）腳爬客團隊等。文中部分資料引自以上專家和團隊學術成果，文中未能一一註明，在此特别致謝！

最後，文中用詞可能比較混亂，地域也時有擴大，不盡如人意，只能以後修訂完善了。

陳仁全，2019.6.4晚

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