多曉松，多桂林，王 亮，李曉露，宋江濤，胡 沖

（1.華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000；2.河北旅游投資集團(tuán)股份有限公司，石家莊 050000；3.河北省地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000；4.河北省地礦局第八地質(zhì)大隊(duì)，河北 秦皇島 066000）

引言

磬錘峰地處冀北燕山腹地，位居承德市十大名山之首，是承德市地標(biāo)性自然人文景觀，其獨(dú)特的地貌類型是中國(guó)北方丹霞地貌的代表，在我國(guó)旅游風(fēng)景資源中具有崇高的盛譽(yù)。磬錘峰是承德丹霞地貌國(guó)家地質(zhì)公園的主要組成部分，具有極大的旅游、歷史、地質(zhì)、人文地理、自然生態(tài)等方面的研究?jī)r(jià)值，屬于中國(guó)“上帝的拇指”。自改革開放四十多年以來，以犧牲環(huán)境為代價(jià)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、城市發(fā)展高速發(fā)展，導(dǎo)致壞境不斷惡化，酸雨增多，磬錘峰風(fēng)化速度加快。自2000年以來的4 次雷擊，造成峰體巖石開裂及脫落嚴(yán)重，同時(shí)雨水入滲裂隙不斷增大，對(duì)峰體穩(wěn)定性及整體性造成威脅。西非納米比亞境內(nèi)“上帝的拇指”已經(jīng)崩塌，為磬錘峰保護(hù)敲醒了警鐘。河北省地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)等多家科研單位對(duì)磬錘峰在內(nèi)的丹霞地貌提出了保護(hù)方案，但未對(duì)磬錘峰進(jìn)行專門性的工程地質(zhì)研究，作者在前人研究結(jié)果之上，加之從工程地質(zhì)角度出發(fā)，為磬錘峰保護(hù)及預(yù)警監(jiān)測(cè)方案提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1. 磬錘峰自然概況

1.1 自然地理?xiàng)l件

磬錘峰地處暖溫帶向中溫帶過渡地帶，屬溫帶半濕潤(rùn)、半干旱區(qū)大陸性季風(fēng)型山地氣候。多年平均氣溫8.9℃，多年平均降雨量587mm，降雨年、季變化大，年內(nèi)降雨主要集中在七、八、九三個(gè)月份。磬錘峰所處區(qū)域?yàn)榧奖眽蜗虑治g切割構(gòu)造山地、溝谷地貌，山體渾圓，微地貌形態(tài)多樣，且地形復(fù)雜，地勢(shì)起伏較大，相對(duì)高差可達(dá)132m。磬錘峰及其周邊區(qū)域流水侵蝕現(xiàn)象強(qiáng)烈，溝谷以“V”字型為主，且溶槽、溶孔較多。磬錘峰四周分布有四條溝谷，是這四條溝谷流水溯源侵蝕的中心位置（陳麗紅等，2015）[1]。

1.2 磬錘峰演化概況

磬錘峰形成于1.5 億年前的承德河湖盆地泥沙、砂礫、礫石陸相沉積巖石中，其年齡已達(dá)300 萬年。罄錘峰的主要巖層是中生代侏羅系后城組（J2h），巖性是紫紅色巨厚層礫巖、砂礫巖夾鈣質(zhì)、泥砂質(zhì)膠結(jié)砂巖透鏡體（俗稱“承德礫巖”）（渠洪杰等，2005）[2]，產(chǎn)狀192°∠5°，隨著地殼地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)變化，在磬錘峰所在的山體形成石墻陡崖，其中砂礫巖、礫巖等巖石堅(jiān)硬且不易風(fēng)化，而鈣質(zhì)、泥砂質(zhì)膠結(jié)砂巖透鏡體易溶水屬易風(fēng)化巖石，經(jīng)過長(zhǎng)期的差異風(fēng)化，就在石墻陡崖上形成了多處沿巖石層理面的橫向凹槽及水蝕槽方向的縱向凹槽。（邵明申等，2015）[3]。當(dāng)沿巖石層里面發(fā)展的橫向凹槽風(fēng)化達(dá)到一定深度時(shí)，形成凌空體，使凌空面上部的巖體內(nèi)部應(yīng)力失衡，凹槽上部的巖石就會(huì)沿節(jié)理面（或裂隙面）蠕變而崩離，在重力作用下以墜落式或者傾倒式崩落下來；而巖水蝕槽方向發(fā)展的縱向溶槽在長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)化作用下形成巷谷將石墻變成一個(gè)個(gè)孤立的石峰，這就是形成罄錘峰丹霞地貌的地質(zhì)外營(yíng)力條件。同時(shí)在礫巖、砂礫巖等巖石成巖過程中受到燕山構(gòu)造活動(dòng)的作用產(chǎn)生多組共軛剪節(jié)理，對(duì)承德丹霞地貌的形態(tài)特征及發(fā)展進(jìn)程起著關(guān)鍵性作用，這就是形成罄錘峰丹霞地貌的地質(zhì)內(nèi)營(yíng)力條件，所以承德地區(qū)丹霞地貌多呈孤立狀石峰、石堡、石墻、石柱、天生橋等（商曉軍，2010；武智勇等，2015）[4][5]。

承德丹霞地貌形成與演化過程可劃分為三個(gè)階段：幼年期、壯年期、老年期，老年期對(duì)地貌的侵蝕量已經(jīng)超過70%，老年期又細(xì)分為三期，初期首先形成起伏較大的造型山脊；第二期形成群體造型的地貌景觀；第三期形成單體或雙體造型的地貌景觀（武智勇等， 2016）[6]，如磬錘峰、雙塔山、雞冠山、夾墻山等。也就是說，罄錘峰在地貌演化階段上已進(jìn)入第三階段（老年期）的第三期，風(fēng)化剝蝕最為強(qiáng)烈，磬錘峰丹霞地貌景觀也正在走向消亡，因此磬錘峰所處的地質(zhì)環(huán)境已經(jīng)非常脆弱（王勇民，2009）[7]。

2.磬錘峰峰體風(fēng)化概況

經(jīng)專業(yè)測(cè)量，磬錘峰海拔標(biāo)高596.29m，頂部直徑15.04m，根部直徑10.7m，峰體高38.29m，連同基座高59.42m，體積達(dá)6508.08m3，重約16205t。磬錘峰當(dāng)前現(xiàn)狀與1936 年所拍攝照片[8]進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)變化非常明顯，磬錘峰歷經(jīng)近百年的風(fēng)吹日曬、雨淋雷擊，磬錘峰基座風(fēng)化加速,特別是基座中部出現(xiàn)的凹槽不斷變大變深，整體穩(wěn)定性減弱，磬錘峰峰體與基座平臺(tái)夾角由直角變成銳角（中國(guó)新聞網(wǎng)，2013）[9],峰體根部巖塊不斷發(fā)生崩落,峰體中部蒙桑所處位置由于根劈作用裂隙加大。

天津大學(xué)李哲教授經(jīng)航拍結(jié)果分析表明，磬錘峰巖體質(zhì)量差別較大，較軟的砂巖與較硬的礫巖互層，差異風(fēng)化嚴(yán)重。峰體頂部有厚0.2-0.3m 厚的角礫沉積層，峰體中，上半部巖石表面縱向裂隙多，近水平狀層理間出現(xiàn)凹槽，巖石質(zhì)量較差，碎石多；峰體根部侵蝕嚴(yán)重，可見三層層理，層理間凹槽較上部深，且凹槽上部出現(xiàn)巖石崩落現(xiàn)象，在根部的東南側(cè)，可見大范圍的巖石沿裂隙脫落痕跡，縱向裂隙高度達(dá)到20m，可見崩落巖石體積較大，造成磬錘峰體根部（與近水平基座的連接部位）呈鎖頸狀，在峰體四周發(fā)現(xiàn)有明顯的豎向、斜向溶痕[9]，加速了巖石的風(fēng)化。

圖1 磬錘峰歷史與當(dāng)前照片對(duì)比 鏡向NE

3.磬錘峰工程地質(zhì)認(rèn)識(shí)

由于磬錘峰平臺(tái)欄桿多年未修，且欄桿高度較低，現(xiàn)已腐蝕，部分欄桿基部出現(xiàn)巖石風(fēng)化現(xiàn)象，對(duì)游人起不到很好的防護(hù)作用，有人提出將現(xiàn)有欄桿進(jìn)行更換。錘峰所在區(qū)域砂礫巖、砂巖抗壓強(qiáng)度在18 ～50MPa 之間，承載力特征值400-4600kPa（于輝增等，2006；王好根等，2002；張英平等，2012）[10]-[12]，屬于一般堅(jiān)硬-軟弱類巖石（指淺表層）。對(duì)建設(shè)防護(hù)欄桿來講，其承載力固然能夠承受樁桿的垂向荷載，但是在巖體邊緣其抗拉強(qiáng)度非常低，容易產(chǎn)生側(cè)向破壞。針對(duì)罄錘峰平臺(tái)而言，在巖壁邊緣向下打孔安裝防護(hù)欄桿的樁桿時(shí)，可能產(chǎn)生“劈裂”作用，使得巖石開裂，加之防護(hù)欄一旦被人為擁靠，其側(cè)向受力，導(dǎo)致巖體脫落的可能性非常大。另外，在巖體表面打垂直的孔洞，也加劇雨水入滲侵蝕，對(duì)山體不利。另外，移除原有防護(hù)欄、加密打樁孔、施工震動(dòng)等也會(huì)對(duì)罄錘峰山體造成影響。綜合以上地質(zhì)環(huán)境條件考慮，認(rèn)為罄錘峰山體目前以保持現(xiàn)狀為宜，并應(yīng)加強(qiáng)巖石風(fēng)化破壞的觀察與監(jiān)測(cè)，不贊成改造防護(hù)欄。

4.磬錘峰地質(zhì)環(huán)境評(píng)估預(yù)測(cè)

從環(huán)境地質(zhì)角度出發(fā)，磬錘峰即為崩塌危巖體，但由于其獨(dú)特的造型，成為寶貴的丹霞地貌地質(zhì)遺跡。磬錘峰出現(xiàn)的鎖頸狀根部是巖石差異風(fēng)化的結(jié)果，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)發(fā)展史中，歷經(jīng)風(fēng)吹雨打日曬，之所以沒有倒塌，是因?yàn)橹匦奈窗l(fā)生偏移。1976 年唐山大地震造成承德丹霞地貌中距離磬錘峰14 公里處的雞冠山前兩個(gè)石柱發(fā)生倒塌，磬錘峰石柱高度比雞冠山石柱高，且基座連接部位比雞冠山規(guī)模小，依然屹立，經(jīng)受住了大地震的考驗(yàn)。磬錘峰基座巖層傾向192°，雖傾角近乎水平，但峰體傾向趨于192°方向，只要保持目前的平衡狀態(tài)，就不會(huì)發(fā)生崩塌，但自然環(huán)境是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，連續(xù)強(qiáng)降雨、震動(dòng)、裂隙水靜壓力及凍融作用等都能造成磬錘峰遭到破壞，在未來一個(gè)漫長(zhǎng)的地質(zhì)發(fā)展過程中，磬錘峰倒塌是一個(gè)必然，目前能做的就是減緩這種形變速度，盡量保證這種平衡狀態(tài)不發(fā)生偏移。

5.結(jié)論

5.1 要充分認(rèn)識(shí)到磬錘峰丹霞地貌的發(fā)展階段及后期的發(fā)展趨勢(shì)，如不加以保護(hù)，必加快使磬錘峰由石峰變?yōu)榫徠虑鹆甑乃俣?，磬錘峰東側(cè)的蛤蟆石就是先例。

5.2 作為享譽(yù)海內(nèi)外的地質(zhì)遺跡景觀，要加強(qiáng)保護(hù)，控制游客流量，防止發(fā)生旅游災(zāi)害（王若禹等，2011）[13]。做好景區(qū)資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)，提高旅游產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，體現(xiàn)其科學(xué)研究、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、觀賞價(jià)值，發(fā)揮好承德地區(qū)丹霞地貌旅游資源優(yōu)勢(shì)，提升旅游形象，推動(dòng)承德整個(gè)旅游市場(chǎng)的發(fā)展。

5.3 對(duì)磬錘峰所在區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查研究，同時(shí)研究土壤植被、氣象、水文、生態(tài)、水文地質(zhì)等條件，為有針對(duì)的制定方案提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)。

5.4 可采用PS-INSAR、LIDAR 三維立體掃描、TRT、地表形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等“空天地”一體化的監(jiān)測(cè)預(yù)警系列措施，并使監(jiān)測(cè)常態(tài)化。

5.5 科學(xué)的制定保護(hù)措施方案，加裝避雷設(shè)備，在保證峰體穩(wěn)定性、整體性基礎(chǔ)上對(duì)表面的裂隙進(jìn)行封堵，防止雨水入滲。制定預(yù)警方案，防治發(fā)生不可預(yù)見性、不可抗力性事件對(duì)磬錘峰造成破壞。對(duì)周邊人類活動(dòng)進(jìn)行限制性控制，保持聲波環(huán)境的穩(wěn)定。

5.6 建議可在磬錘峰峰體表面噴灑無毒、無色、抗?jié)B高分子防水材料，防止雨（雪）水沿節(jié)理裂隙入滲。