马向贤，梁收运，梁晓波，王群敏，李晓，王宇

西部灾害与环境力学教育部重点实验室，甘肃兰州（730000）

E-mail：maxxan04@lzu.cn

摘要：兰州丹霞地貌作为中国西北丹霞地貌的典型代表，具有独特的风格。本文通过野外

考察，室内矿物成分鉴定和颗分试验，系统分析丹霞地貌垂直节理发育情况和区域断层活动

情况，结果表明：兰州丹霞地貌主要发育在新生代(E2x，E3 y)红色砂砾岩层中，砂砾岩主要

矿物成分是方解石、长石和石英，粒度大小主要集中在-1Ф—4Ф。在新构造运动中，该区经

历了流水下切和间歇式上升过程，厚层新生代沉积物变成了海拔1400-2000m 的山体。新生

代红色砂砾岩在经历了风化搬运、垂直节理发育、再风化剥蚀和搬运后，同时受岩性本身(砂

岩与砾岩)的影响，差异性风化剥蚀显著，因此形成了壮观的崖、柱廊状、宫殿及蘑菇状等

丹霞地貌景观。

关键词：丹霞地貌；成因分析；兰州

根据国内学者多年的研究，已发现我国境内丹霞地貌分布多达623 处，陈国达（1939）、

曾昭漩（1998）、黄进（2000）、彭华（2001）、黄可光（1989）、张忍顺（2001）和齐德

利（2005）等对我国丹霞地貌分布规律、类型特征、风景质量评价、旅游开发等研究已取得

很多成果 [1-4]。通过CNKI 检索可以发现，与丹霞地貌直接相关的有1000 余篇文章，其中

关于丹霞地貌旅游资源的文章约占40%，这些文章主要是介绍丹霞地貌旅游资源的评价、

开发和形象建设；科普介绍的约占25%，主要是对全国各地丹霞地貌的外观介绍以及丹霞

的由来和相关文化的介绍；关于丹霞地貌特征、概念等约占25%，这部分主要是丹霞地貌

发现和研究初期，学者对丹霞外观和定义的讨论；而关于成因、地质构造背景的只占10%，

这10%主要以成因探讨为主，大体上分三类：第一类从物质基础和构造上谈成因，代表作

就是朱诚、彭华等学者2005 年在地理学报上发表的“安徽齐云山丹霞地貌成因”[1]；第二类只从物质基础上谈成因，代表作有“浙江江郎山丹霞地貌地质成因分析及景观保护”(彭花明等，2001)[5]、“韶石山丹霞地貌地学成因史话”(杨志坚等，2004)[6]和“云南黎明丹霞地貌景观特征及成因研究”(黄义忠等，2004)等[7]；第三类只从构造上谈成因，代表作1991 年发表的“粤北金鸡岭丹霞地貌发育与地质构造的关系”[8]，这篇文章主要从地质构造(断层和节理)方面研究点、线、面、条、块丹霞地貌的形成，但未谈及地壳的运动情况、地貌形成年代及发育模式等，显得构造上的分析不够全面。由上可见目前我国对丹霞地貌成因以及与地质构造的关系方面还缺乏研究，有鉴于此，作者在了解全国丹霞地貌发育情况的基础上，近期又从实地考察和构造分析入手，对兰州丹霞地貌与新构造运动的关系作了进一步探讨。

1 区域地质环境

1兰州地处中国陆域版图的几何中心，南北群山环抱，东西黄河穿城而过，具有带状盆

地海拔一般在1500-2000 m，最高为3670 m。全市地貌可分为石质山地、黄土梁峁和盆地、

河城市的特征,位于东经102030´—104030´，北纬35051´—380 之间。总面积1.31×104 km2。谷阶地等3 种类型。兰州属中温带大陆性气候,温差大，降水少，年均降水量327 mm，年均气温10.3 ℃[9]。

1.1 地层岩性

兰州地区大面积分布中新生界红色地层与黄土。前中生界地层和火成岩零星出露。丹霞

地貌主要发育在新生代红色砂岩中。

古近系西柳沟组(E2x):主要分布在兰州北部、皋兰等地，为山麓相桔红色碎屑岩；古近

系野狐城组(E3 y)：主要分布在永登等地，为湖相泥岩夹石膏。新近系甘肃群(NG)：主要分

布在永靖县、临夏等地，其中中新统咸水河组(N1x),岩性为橙黄色细砂岩、彤质泥岩夹砾岩，

上新统临夏组(N2l),岩性主要是淡褐红色含钙质团块的泥岩、砂岩、砂质泥岩夹砾岩（如图

1）。兰州大沙沟“天斧沙宫”、小沙沟—左家湾等丹霞地貌由此构建。

(1)白垩纪：主要分布在七道梁、八盘峡等地，岩性为暗紫色（紫红色）厚层砂砾岩、

砾岩加薄层砂岩、泥岩；

(2)第四纪：主要分布在九州台、榆中等地，岩性为砾岩、砂质粘土，风积黄土和冲积

物广泛出现。

表 2 是在兰州大沙沟丹霞地貌发育区采集的样品经磨薄片偏光镜鉴定结果。从表2 鉴定

结果可发现:

(1)兰州丹霞地貌发育与岩性中硅质和钙质含量有关，因为岩石硅质和钙质胶结物比重越大，含CO3-2 的雨水对其岩层产生溶蚀作用就越大，丹霞地貌就越容易侵蚀，洞穴也就越多。

(2)从岩性组分和结构比较来看，砂砾岩组分复杂(其中砾石含量>25 %)，有石英、方解石、长石、泥岩岩屑等。但在结构上，基本是单调矿物为主的砂状结构。

1.2 地质构造轮廓

兰州地处于祁吕贺兰山字型构造前弧西翼与河西系武威兰州构造带的复合部位。同时还

受到陇西旋扭构造对上述构造体系的进一步改造,使本区构造形迹变得甚为复杂。兰州东部

和西部为新生代红层隆起，第四系松散堆积较薄[9]。中部为兰州断陷盆地，该盆地四周均系构造断裂所割。其中北西向的平行断裂如马滩断裂、黄峪断裂等是祁吕贺兰山字型构造的一部分，形成较早。北北西向的断裂如雷坛河断裂。深沟断裂属于河西构造体系，后者切割前者形成一北西向菱形断陷盆地。挽近时期古老断裂进一步复活，新断裂生成，差异性升降运动强烈，盆地大幅度下陷，沉积形成了巨厚的第四系堆积物[9]。

2 兰州丹霞地貌特征

兰州丹霞地貌分布较广，其中以兰州安宁堡大沙沟的丹霞地貌最具代表性。早在清光绪

18 年（公元1891 年）10 月11 日，地理学家陶保廉考察过这里后，在《辛卯侍行记》中有

对这一奇特地貌景观的较早记载[10]，说：“折北行，三里安宁堡之北。五里沙沟，宽二三丈，两旁乱山，路曲而平。丙戍夏，甘州府吴君协中，赴任经此，山水环注，其子漂没无踪。北地多陡，水无停蓄处，夏秋山行，宜留意也。三里路稍宽，有岩石突起，下方上圆如楼台，

土石皆红黄色”。以下做一简单介绍。

2.1 兰州丹霞地貌的分布

兰州丹霞地貌主要分布在大沙沟、虎头崖、小沙沟、左家湾、七道梁—铁冶沟、马家山、

八盘峡、银山—罗贯沟、 红塔川、哈家嘴—魏家庄、新蓝村东北等地[11-13]（图1）。其中

大沙沟、小沙沟—左家湾、哈家嘴—魏家庄、虎头崖为新生代丹霞地貌，地层水平或近水平，

七道梁—铁冶沟、马家山、八盘峡等地为白垩纪时期发育的丹霞地貌。

2.2 特征

2.2.1 外形特征

兰州丹霞地貌以“顶圆、檐突、身陡、麓缓”为最基本的特征。与传统的丹霞地貌相比，

顶并不平整的而是圆的，上面有黄土覆盖。由于风化、片流侵蚀，陡崖面上会发生突出部分

圆化，软岩层凹进，顺坡向形成平行沟槽等微地貌(图3A)。

2.2.2 岩性特征

组成山峰的岩层为厚层状红色砂砾岩，产状近于水平。红色岩层较松散，其矿物成分主

要是方解石、长石和石英，此外还夹有云母、角闪石和磁铁矿等(图4)。红层之上有坚硬的“砾石”层。岩层中常有大小不等的石灰岩砾石，有些岩层胶结物中富含硅质和钙质，在溶蚀作用下常形成沿层理分布的洞穴带(图3B)。此外，通过颗分试验分析，此区建造丹霞地貌物质在粒度组成上是以-1Ф~4Ф 占主导地位，其含量为70%～90%。其中砂(0Ф~4Ф)含量超过65%，砾次之，粉砂和粘土含量较少(图5)。按现代湖泊沉积物粒级组成的划分标准（南京

地理与湖泊研究所，1989）[13]，此沉积物为砂，属于粘土、砂质粉砂，属于典型的古湖滨

河流相沉积。

2.2.3 构造特征

岩壁表面由于风化作用和垂直裂隙较为发育，常发生崩塌及片状剥落，使岩壁更加陡峻。

陡坎中垂直节理发育，走向主要集中在EW±5°之间和SW30°±5°之间，并夹有厚0.5 cm 左右的石膏(图3C)。通常在湿热多雨的条件下，节理裂隙成为地表水、地下水活动的场所。由于长期的侵蚀作用和一定程度的溶蚀作用，垂直裂隙不断扩大加深，形成具有垂直岩壁的

“峰”“蘑菇”“柱”等地貌形态（图3D）。

3 兰州丹霞丹霞地貌成因

兰州丹霞地貌是内动力地质作用和外动力地质作用共同作用下形成的。内动力地质作用

是其形成的主导作用，外动力作用是其外貌形态的雕塑师。

3.1 内动力地质作用

地壳隆升和断裂活动作为内动力作用主要的表现方式，它们对丹霞地貌的形成起着控制

作用。

(1)阶段式地壳隆升

兰州地区受青藏高原强烈抬升，加之本身基底的不均一性，地块发生差异升降，形成兰

州断陷盆地。研究资料表明[14-16]：中更新世晚期的新构造运动使兰州地区的地面发生大规模的抬升，致使当时的河漫滩变成阶地。新近系的红层作为阶地的基座出露于地表，遭受流水冲蚀、风化等外动力破坏，开始了兰州丹霞地貌的演化。当时由于抬升不高，流水切割不深，兰州丹霞地貌并没有显现出来。随着时间的推移，内动力的数度抬升，使黄河阶一级一级增多，地貌的高度也随之逐步加大，流水下切也一次次的加深，相对高度也相应增加，逐渐形成今几十米高的壮观地貌。

(2)断裂活动

本区丹霞地貌的形成不仅受大区域构造运动的影响，也受区内马衔山北缘断裂带，庄浪

河断裂带和金城关断裂带的影响，大断裂的活动是这里丹霞地貌差异式抬升的主要影响因

素，对兰州丹霞地貌的形成有重要贡献。断裂对丹霞地貌形成的影响表现在：首先,断裂带

活动可以使地壳现发生升、降、开、合、扭等各种变动,地壳表层地貌都会受之影响；其次,

断裂活动切割地层,加剧了差异式断块运动，形成高低不同的丹霞地貌；最后，断层的活动

使节理更加发育。

3. 2 外动力地质作用

外动力条件对兰州丹霞地貌发育起着雕刻的作用，直接影响丹霞地貌发育的外动力因素

主要有流水、风化作用和重力作用。

流水作用在丹霞地貌发育中的主要性表现为流水是下切、溯源侵蚀；同时流水又不断地

蚀去坡面上的风化物质[14]，使风化作用得以不断进行，以致兰州丹霞坡面上常是新鲜的基

岩；兰州丹霞地貌受黄河流水的影响，流水的侧蚀往往在坡脚掏出水平洞穴，使上覆岩块悬空,为重力崩塌提供了可能。此外软硬互层的岩性对崩塌的形成有重要影响。由于砾岩

的抗风化强度比砂岩要大，当砂岩和砾岩互层出露时，砂岩风化速率快，当其风化

崩落后，其上部的砾岩会失去支撑亦逐渐随之崩落，造成山体后退和内凹洞穴发育。

所以兰州丹霞地貌的洞穴多发育在砂岩中。

兰州气候干旱，盐结晶及盐类水化作用非常明显。由于这里砾石层上覆厚层黄土，不充

分的雨水下渗作用，将黄土中的硅质和钙质一起淋溶到下层砾石层，将砾石层胶结起来，形

成了坚硬的胶结盖层，通过薄片矿物分析，这里硅酸盐含量高达25%以上。由于此盖层的

存在，下伏软弱红层分化、侵蚀变缓。但是，由于岩层的垂直节理发育，山坡的崩塌仍然明

显地进行。因而，形成显著的陡壁和缓坡。雨水浸湿上覆黄土，泥浆顺陡崖滑下，形成含泥

量较大的钙质柱乳，粘附于崖面流水冲刷形成的悬沟上铸造了兰州所特有的 “顶圆、檐突、

身陡、麓缓”的丹霞地貌。

4 结论

通过对兰州丹霞地貌形成、发育过程以及和新构造的关系的研究，可得出如下结论：

(1)“顶圆、檐突、身陡、麓缓”是兰州丹霞地貌最基本的特征。它发育于新生代近水平或

缓倾的巨厚红色砂岩、砾岩中，砂砾岩的主要矿物成分是方解石、长石和石英，粒度大小主

要集中在-1Ф—4Ф。这些地层是在喜马拉雅运动所形成的断陷盆地中沉积的，在后期的新构造运动中逐渐抬升形成的块山。

(2) 兰州丹霞地貌的发育大体上经历了风化搬运，垂直节理发育和再风化破坏、搬运阶

段，陡立的崖壁因是软硬交互的砂砾岩，风化和风蚀作用使软弱顺层（砂岩层）发育了众多

向崖内凹进的长条形扁平状洞穴，此外流水的机械侵蚀和含CO2 的雨水对硅质和钙质胶结

岩层的溶蚀，使洞穴进一步扩大成为较大规模的丹霞溶蚀洞穴。

(3) 兰州丹霞地貌垂直节理走向主要集中在EW±5°之间和SW30°±5°之间，并夹有厚0.5

cm 左右的石膏，为加剧丹霞地貌风化提供了良好的条件。

(4) 新构造运动和地质构造发育程度是造成本区不同丹霞地貌形状差异的两个很重要

的控制因素。研究地质构造、新构造运动与丹霞地貌发育的关系，有助于正确认识丹霞地貌

发育的特殊规律，有利于从构造本质上区分丹霞地貌发育的不均一性。