岳麓山爱晚亭背斜成谷机理

彭渤

位于长沙城区湘江西岸的岳麓山是著名的风景名胜区。岳麓山海拔285米，面积约8平方公里。西汉以来，历代名人学士留下了众多名胜古迹，如爱晚亭、岳麓书院、麓山峙、白鹤泉、云麓宫等。以往岳麓山被认为是南岳七十二峰之一，位于南岳之麓，故名岳麓^[1]。但其实岳麓山与衡阳南岳在地质地理等诸多方面，并无任何必然联系(此不赘述)。近年来，岳麓山又成为有关研学旅行、实践教学的重要选点。地质上，岳麓山爱晚亭位于一背斜构造部位，背斜构造因为岩层隆起一般形成正地形，而此处实际为一沟谷，显示背斜成谷的地质地貌现象。此现象即为岳麓山进行地质地理实践教学的重要内容之一。故认识爱晚亭背斜成谷机理，对有关实践教学等具有重要意义。本文即以野外观测素材为依据，对其作简要分析。

地质概况。地质上，岳麓山为位于长(沙)-平(江)盆地的小型隆升山脉。岳麓山及其周边分布有：板溪群变质砂岩、条带状砂质板岩(岳麓公园北门荣湾镇广布，多被覆盖)；泥盆系锡矿山组石英砂岩；上三叠统砂岩、砾岩(四医院附近分布，被覆盖)；侏罗系杂色页岩和砂岩互层(湘江一桥西桥头分布，被覆盖)；及第四系沉积物(分布于岳麓山周边地区) ^[1]。其中，泥盆系石英砂岩为构成岳麓山主体部分的岩石，包括紫红色石英砂岩、灰白色或灰绿色长石石英砂岩^{[2, 3]}两种主要岩石类型。前者一般分布于山脊，后者多分布于沟谷。笔者考察发现，这套以石英砂岩为主的碎屑沉积建造还夹有黑色页岩(见于陈明仁墓西的山脊鞍部)、紫红色泥岩、粉砂质泥岩或泥质粉砂岩(见于沿陈明仁墓西上的上山路近公路处)、砾岩和含砾砂岩(见于陈明仁墓东(下方)、西(上方)的山鞍部，及沿陈明仁墓向西的上山路与公路交汇处等地，砾岩单层厚度> 0.5米)。这里，分布于山体沟谷部位的灰白色长石石英砂岩是背斜成谷的主体物质要素^[4]。

背斜成谷受构造控制明显。岳麓山的构造比较复杂，主要有：背斜、向斜等褶皱构造，断层、节理等各种断裂构造。爱晚亭背斜为典型的褶皱构造。断裂构造主要有走向近南北的岳麓山断层(F1)和走向近东西的、沿沟谷分布的多条断层。岳麓山断层F1为正断层，断层面产状不规则，在爱晚亭、鸟语亭等地，断层面产状近垂直，其他地方因岩性而变；东西走向断层如位于爱晚亭的湖大断层(F2)和位于湖南师范大学岳王亭的断层(未命名，暂定为F3)可能为逆断层。野外可见，F2、F3等近东西走向的断层被F1切割，且断层活动可能有多期次活动特征，如第四纪时期F2断层的活动，错开岳麓山东面的小山脉，形成现今的凤凰山和天马山。节理构造如X型张节理遍布石英砂岩。此外，岳麓山石英砂岩还分布有粒序层理、波痕等一些砂岩中常见的原生构造。上述背斜、断层、节理等构造及其多期次活动都对背斜成谷有控制作用。

爱晚亭背斜的形成。爱晚亭背斜为倾伏褶皱。在爱晚亭附近的薛岳抗战指挥部处，可见岳麓山断层切割该背斜，露出背斜的核部。此处可见背斜两翼近对称、轴面东西走向、近直立(图1)。背斜核部岩石为紫红色石英山岩，向南岩层产状由倾角45°变为25°，并明显逐渐变缓，以致在鸟语亭附近，岩层产状近水平；北翼被断层切断。自背斜核部(图1)向东到爱晚亭前的水池附近，背斜两翼岩层为灰白色的长石石英砂岩，岩层产状为：南翼175°∠42°，北翼355°∠32°，仍显示两翼近对称、轴面近直立的褶皱构造之特征。

图1. 爱晚亭背斜被岳麓山断层切开的断面

(自东向西拍，页面向外指向断层上盘，即下降盘，爱晚亭即位于下降盘)

背斜核部向东沿沟谷指向湘江方向，即为湖大断层(F2)，该断层可能与背斜同步形成，为褶皱弯曲挤压过程中形成的逆断层。F2走向近东西，向湘江方向把山体错开，即现今的凤凰山和天马山(远看可能主要分布板溪群变质砂岩等)为该断层切割、错断所致。故爱晚亭背斜其实是典型的、广布华南地区泥盆系砂岩的“背斜加一刀”式褶-断构造。依据区域构造活动特征，该褶-断构造的形成对应于华南地区板块碰撞事件，即印支-燕山期大规模的构造-岩浆活动。爱晚亭背斜构造即是此地质时期(距今200 ~ 120Ma的印支-燕山期)形成。

爱晚亭背斜成谷机理。爱晚亭背斜等褶-断构造形成后，长-平盆地大规模、大幅度的地壳差异升降运动，为第四纪活动构造作用导致区域地貌定位等奠定了基础。依据野外褶皱、断层的空间分布和交切关系，笔者认为爱晚亭背斜成谷包括如下3个阶段的地质作用。

岳麓山断层切割背斜构造，为背斜成谷的表生作用提供地形优势。爱晚亭背斜形成后，于长-平盆地差异升降运动的过程中，被近南北走向的岳麓山断层(F1)切割，第四纪的活动断层F1作用使断层上盘(岳麓山断层以东部分、今爱晚亭所在的断层盘)发生下降运动，导致被切割的爱晚亭断层盘处于相对较低的地势(图2)，决定爱晚亭的地形地貌特征，为地面流水汇聚、形成具有动能的水流得以可能。

图2. 爱晚亭背斜被岳麓山断层切割横剖面图

(页面向外指向南，为背斜的南翼)

长石石英砂岩风化，岩石破碎颗粒化。爱晚亭背斜形成过程中，F2断层、节理的发育，以及褶皱转折端岩石的挤压，导致岩石破碎、颗粒化。但构成山脉主体的紫红色石英砂岩是抗风化能力强的岩石，岩石硅质、铁质胶结，硬度大，且石英矿物不易被蚀变分解，即依托此类岩石难于形成沟谷地貌。而长石石英砂岩则不然，长石发育解理，硬度低于石英，且鲍文反应系列中有较高结晶温度，故暴露地表在CO₂、H₂O、有机酸等活性组分的作用下，易于发生水解反应(化学反应式略)而被蚀变分解，且即便是硅质胶结、硬度较大的长石石英砂岩，也因长石的水解反应而可被风化分解，从而为背斜成谷奠定物质基础。

特别是，褶皱作用过程中形成的断层、节理等裂隙构造，不但导致岩石破碎颗粒化，而且促使地表流水、有机酸等，及CO₂、H₂O等活性组分得以能深入岩层深部，使流水侵蚀、岩石风化等表生作用不仅仅局限于地表浅部位置，而是可以深入到较深部位的岩层，从而加强岩石的(物理、化学、生物)风化，促进流水侵蚀作用。特别是，断层上盘(下降盘)长石石英砂岩的分布，为流水侵蚀、岩石风化作用创造了更有利的物质条件，即岩石的破碎、颗粒化、黏粒化等使地表流水冲刷、侵蚀、搬运等成为可能。

流水侵蚀、冲刷搬运，形成沟谷。上述构造作用为流水侵蚀、冲刷刻蚀等创造动力条件，构造作用和岩石风化使岩石破碎、颗粒化、黏粒化，为流水侵蚀搬运提供物质基础。这样，在漫长的地质演化过程中，特别是第四纪以来的岩石风化分解、地表流水侵蚀(刻蚀)和搬运作用，年复一年地不断循环往复，不断塑造地表，最终形成现今可见的爱晚亭沟谷，即背斜成谷。

可见，爱晚亭背斜成谷实为内动力和外动力地质作用综合作用的结果。

 参考文献

    [1] 彭渤, 周学军, 吴甫成, 韩广(编), 2004. 自然地理学野外实习指导. 湖南师范大学资源与环境科学学院(内部材料).

[2] 徐熊戒, 1960. 输湖南长沙岳麓山地层的地质时代. 地质学报, 40(2), 217-223.

[3] 徐熊戒, 余日昇, 叶斌, 欧亚团, 罗康龙, 1960. 论湖南中南部“岳麓砂岩”的层位以及与标准地点之岳麓砂岩的对比问题. 地质学报, 40(2), 224-233.

[4] 彭渤, 方小红, 戴亚南, 2018. “自然地理学”课程教学中地质学部分的教学设计. 《大学地球科学课程报告论坛论文集》, 北京：高等教育出版社, 73-75.

2026年8月6日，长沙(科普-2)

支持单位：