张家界砂岩峰林地貌发育的地层条件

2025-04-08 01:36:17

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张家界砂岩峰林地貌发育的地层条件包括: ①坚实的下伏基座，②丰富的物质来源，③平缓的地层产状或特殊的构造条件，三者缺一不可 ( 王根贤等，1998) 。有利的区域构造背景、特殊的区域地层条件和长期复杂的地质作用过程，造就了世界上独一无二的张家界地貌。

一、坚实的下伏基座

根据张家界林场-锣鼓塔志留系小溪峪组剖面研究相关成果资料 ( 王根贤等，1998) ，小溪峪组为上泥盆统云台观组下伏地层，总厚达 480. 13 m ( 图 2-4) 。其下段为紫红色夹黄绿色薄中层粉砂质泥岩、钙质粉砂岩夹薄层粉砂岩，厚 22. 8 m，水平层理发育，生物化石较多，有腕足类、双壳类 Modiolopsis sp. ，Cypricardina fentouensis 及胞石 Angochitinalongicolls，Eisenackitina sp. 等，为近滨相下部沉积。小溪峪组上段下部 ( 4 ～ 5 层) 为黄绿色、灰绿色中厚层夹薄中层粉砂质泥岩、钙质粉砂岩夹 3 ～5 cm 生物屑泥质、粉砂质泥灰岩，厚 50. 87 m，水平层理发育，生物化石丰富。三叶虫 Coronocephalus rex，Corono-cephalina sp. ; 腕足类 Salopimlla cf. minuta， Naliukinia sp. ， Naliuknia cf. grunewasdtief-ormia，Striispirifer sp. ，Strispirifer sp. 4，Striispirifer cf. hsiehi; 腹足类 Hormatoma kitsingen-sis; 双壳类 Technophorus mimutus; 头足类 Sichuanoceras sp. ; 胞石 Angochitina congicollis，Eisenackitina sp. 等。胞石组合时代相当 Wenlock Shenwoodina 期的 murchisoni 带，水平层理发育，反映海水加深为混积陆棚沉积; 其上段上部 ( 6 ～ 13 层) 厚 406. 44 m，灰绿色、黄绿色粉砂岩、粉砂岩增多，至顶部又以砂岩为主，水平层理、交错层理均发育，生物有腕足类 Lingula，双壳类 Modiomopha sp. ，Modiolopsis xianaiensis，胴甲鱼类、节甲鱼类和无颌类盔甲鱼等，为近滨相下部沉积。由该组上段下部至上部陆源碎屑由细变粗，砂岩单层由薄层变为中层，砂岩层数增多，砂岩变纯，沉积相由混积陆棚相变为近滨相，反映出海水变浅为一典型海退相沉积序列 ( 图 2-4) 。

图 2-4 张家界林场-锣鼓塔志留系小溪峪组剖面图

除小溪峪组上段下部有极少量碳酸盐岩成分外，其余都由陆源碎屑组成，据野外追索，其内没有形成岩溶洞穴，因为小溪峪组岩性坚硬、结构致密、地层较厚，是十分理想的下伏基座，该组完全能够承受上覆上泥盆统云台观组 300 ～ 500 m 高大砂岩峰林的重压。

二、丰富的物质来源

根据志留系小溪峪组胞石最新研究成果 ( 耿良玉等，1997) ，顶部胞石组合时限大致相当于志留纪罗德洛世戈斯特期末，这时在湖南及邻区发生强烈的加里东运动，引起了湘东南异地地体沿着通道—安化—桃江弧形拼贴线主动拼贴到湘西北原地地体之上，并沿着拼贴线伴生有加里东期碰撞型越城岭岩体、白马山体和桃江岩体。在拼贴线上找到湘东南异地地体下志留统与湘西北原地地体上奥陶统相互碰撞形成的构造混杂堆积 ( 刘钟伟等，1993) 。

这场区域性构造运动结果主要表现在，该拼贴线北西侧大幅度隆起抬升，形成了北东东向展布岛链状的江南古陆，从志留纪罗德洛世戈斯特期末至中泥盆世吉维特早期末，大约30 Ma 漫长地质时期，江南古陆经受了长期风化剥蚀，并为而后上泥盆统云台观组沉积提供了极其丰富的陆源碎屑。

根据湖南省泥盆纪岩相古地理研究 ( 熊申甫等，1998) 。中泥盆世吉维特晚期，因海侵扩大，华南陆表海通过安 ( 安化) 常 ( 常德) 海峡，首先到达石门、澧县一带，并将江南古陆分割为北东部幕阜古陆和南西部武陵古陆。在澧县云台观组产中泥盆世植物 Pro-tolepidodendron scharyanum-Barrandoina dustiana 组合。

又根据张家界锣鼓塔-黄石寨上泥盆统云台观组剖面研究 ( 王根贤等，1984，1996) ，云台观组总厚达 509. 19 m; 可分上下两部分 ( 图 2-4) ，与下伏志留纪小溪峪组为平行不整合接触( 图 2-5，图 2-6) ，在云台观组底部见含砾砂岩，砾石成分为灰白色灰岩。下部 ( 14 ～ 16层) 厚 120. 68 m，主要由紫红色中厚层至厚层石英砂岩含泥质石英砂岩组成。砂岩内略含铁质。底部黄白色、浅黄绿色薄中层石英砂岩夹泥质粉砂岩，产少量鱼化石碎片、植物碎片和孢子: Samarisporites concinnus，Dictyotriletes nigratus，Apiculiretusispora nitida，Archaeo-zontriletes variaobilis 等，其时代应为晚泥盆世早期。痕迹化石丰富，有 Cruziana zhangjia-jieensis ( sp. nov. ) ，C. disparlongata，Rusophycus sp. D 型，Dimorphichnus hunanensis，Palae-oohycus sp. ，Thalassinoides sp. 和 Chomdrites sp. A ( 张欣平等，1986) ，该痕迹化石应属Craziana 相。脉状层理、交错层理和潮汐波痕均很发育，其形成环境应为无障壁潮坪沉积。张家界地质公园天子山云台观组下部也产晚泥盆世早期孢子组合; 桑植夹石河云台观组下部产腕足类 Cyrtosirifer; 西邻川东南酉阳、黔江一带在相当于云台观组层位底部 5 ～6个剖面上均产腕足类 Cyrtospirifer sinensis，Tentecospirifer 等，无疑均为可靠的晚泥盆世早期产物。由此证明在晚泥盆世弗拉斯期华南陆表海海水扩大到慈利、张家界市、桑植、永顺、龙山等湘西北全境，同时证明从湘西北东部往西部云台观组由中泥盆世吉维特晚期穿时到晚泥盆世弗拉斯期，该组是典型的穿时岩石地层。其上部 ( 17 ～21 层) 厚388. 51 m，主要由灰白色厚层块状石英砂岩、砂岩夹少量中薄层泥质粉砂岩组成。石英砂岩取样经化学分析，SiO2含量达 97. 96%，并对其进行粒度统计，其粒度较细，其偏度对称、峰态中等、分选良好，均为海滩沙 ( 卿上康，1988) 。又据野外岩性观察有些层段也出现中粗粒石英砂岩。生物化石稀少，仅在泥质粉砂岩中见腕足类碎片、植物碎片。痕迹化石丰富，计有: Thalassinodes sp. ，Chondrites sp. ，Rusophydus sp. ，Lumbricaria sp. 等。出现大量脉状层理、大型交错层理和浪成波痕。随着海侵范围扩大和海水加深，张家界地质公园一带处于前滨强波浪带，水动力很强，大量陆屑经海水反复淘洗和分选，最终留下的是很纯的石英砂，属前滨相沉积。总之，对云台观组的岩石学和岩石化学的研究表明，这套509. 19 m 巨厚的石英砂岩具有等粒结构、块状构造、硅质胶结、结构紧密和岩性坚硬的特点，为 300 ～500 m 砂岩峰林昂然挺立于天际打下了坚实的物质基础。另外，张家界地质公园受保靖-慈利北东东向同沉积期断裂控制，边沉降边沉积，并且沉降幅度略大于沉积速率，在该同沉积期断裂带北西侧形成了厚 500 ～600 m 云台观组砂岩，只要离开该沉积期断裂，云台观组则迅速减薄到 30 ～100 m。

图 2-5 小溪峪组不整合面

图 2-6 云台观组地层剖面

三、特殊的地层产状和特定的构造条件

根据张家界地质公园及周边区域地质资料分析，从上泥盆统云台观组沉积之后，张家界及邻区经历了加里东运动、印支运动和燕山运动。尤其侏罗纪发生的强烈的燕山运动( 主幕) 结果，使张家界地质公园及周边遭受强烈的挤压作用，形成了一系列断裂、褶皱、隆起和坳陷，最终奠定了张家界地质公园及周边区域构造格架。张家界地质公园属北东向桑植复向斜三官寺次级向斜范畴 ( 图 1-2) 。而张家界地质公园具体构造部位则在三官寺次级向斜南西仰起转折端上。上泥盆统云台观组分布在二叠系盖层的周边 ( 图 1-2) ，露出的范围相当大，这为张家界地质公园砂岩峰林形成发育提供了广阔的空间。采用先进的遥感技术，用遥感图面解译并对照航空照片和 1∶1 万地形图，湖南省地质环境监测总站( 陈文光，1988) 已准确统计出张家界地质公园范围内共有独立的砂岩石峰、石柱 3103个。

由于受三官寺次级向斜南西抑起转折构造因素控制，上泥盆统云台观组岩层产状十分平缓 ( 图 1-2，图 1-7) 。由张家界地质公园锣鼓塔-黄石寨上泥盆统云台观组剖面上看出，云台观组岩层倾角＜10°，一般 5° ～8°左右，在张家界地质公园的有些地段云台观组岩层几乎处于水平状态 ( 图 1-7) 。上述情况证明三官寺次级向斜南西仰起转折端是形成砂岩峰林特定的构造条件。同时，在区域构造应力场控制下，由于受到北西和南东两个方向构造作用力挤压，形成了北西和南东两组共轭构造节理和裂隙，为新近纪至第四纪大约 10Ma 的长期风化、剥蚀、侵蚀和切割作用，为形成 300 ～ 500 m 的自然、奇特、雄伟和美丽的张家界砂岩峰林创造了极为有利的细微构造条件。

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