5. 红层： 丹霞地貌发育的物质基础

5.1 红层：一种红色陆相碎屑岩系

曾昭璇等 (1980) 认为“红层是从中生代，特别是从侏罗纪到早第三纪的陆相红色岩系”，是丹霞地貌发育的物质基础。至于它形成于什么时代，没有必要在定义中加以限制，因为在中生代以前和晚第三纪也有红层堆积；由于沉积环境的差异和后期地质作用的改造，红层的颜色可能变化于棕黄、褐黄、紫红、褐红、灰紫等偏红色调；红层是一种岩性复杂的陆相沉积，这与相对均质、致密的海相沉积有着很大的差别；说红层是碎屑岩系主要用以区别陆相化学沉积和生物沉积。

5.2 红层是封闭的内陆盆地堆积

红层的岩性、结构和构造、沉积相和古生物化石 (包括植物孢粉) 等各种地层研究成果显示，红层是一种典型的陆相沉积。红层中所含的可溶性盐较多，丹霞山、崀山砂岩样中Al2O3、CaO、Fe2O3、K2O、Na2O的含量均超过砂岩的克拉克值(彭华，1992；吴起俊，1994；肖自心等，1998)；许多红层中都夹有膏盐层，粤北南雄群红色泥岩、皖南休宁盆地红层、川南和甘肃等地的红层中都夹有多层的含石膏层(彭华，1992；黄可光，1998；罗成德，1998)。故而认为大部分红层堆积在封闭的、相对干燥的内流盆地环境中。而在盆地堆积的后期，随着盆地抬升、湖水外泻而淡化，但仍处于相对封闭的内陆环境。

5.3 红层的物质组成差异巨大

根据目前的研究，红层碎屑的颗粒组成差异很大，有洪积泥砾、短促河床砾石层、河床相砂砾、较长途搬运的具有沙波结构的河床砂、河流入湖三角洲前缘相的砂质层和以泥质为主的湖盆相粉砂质或淤泥质沉积等。

红层盆地边缘往往堆积巨厚的洪积相混杂泥砾，往中心渐变为洪冲积砾岩、砂砾岩与河湖积砂岩、粉砂岩或泥质岩。但在垂直剖面上，盆地外围的洪积扇前缘粗碎屑堆积区，岩石粒级的变化很大，常常表现为互层状。即砾岩、砂砾岩交互成层，夹砂岩；或以砂砾岩、砂岩为主，夹砾岩或夹薄层粉砂岩、泥质岩。而接近湖盆中心的细碎屑堆积区，岩性的垂直变化一般较小。

碎屑的砾石组成一般与其外围山地的物源一致，岩屑、砾屑是其外围物源地岩石碎屑的混合。其砂质主要是石英，含部分长石；胶结物以泥、砂为主，化学胶结物主要为硅质、钙质和铁质。湖南崀山的碳酸钙含量随外围接触地层的不同而有很大差别，在接触碳酸岩源地的地方，碳酸钙含量可达25%以上(肖自心等，1998)。

5.4 红层不一定全是红色

红层是一种偏红色的陆相碎屑堆积，这是之所以称为红层的主要标志。但是，在一套红色岩系中，不论是垂直方向还是水平方向，都不可能保持沉积环境在时间和空间上的完全一致。加上在成岩过程中的物理化学变化和隆起后各种环境因素等后期影响，其颜色也可能再发生一些变化。因此，各地的红层在色度上有较大的差别；同一套红色岩系中上下的颜色也可能存在较大的差别，有时可能含有多层的非红色夹层。只要在一个沉积单元的一套陆相碎屑岩系的总体色调呈现偏红色，我们则没有必要因为其含有一些非红色夹层而把它排斥在红层之外。

此外，红层砾石的原岩成分、砾石本身的颜色、砾石的含量、胶结物成分、砂质、岩层的含水量等都对红层的颜色和色调产生一定的影响。

5.5 红层的岩性、岩层结构和构造变化剧烈

红层基本上由陆相碎屑组成，包括角砾岩、砾岩、砂砾岩、砂岩和细粒碎屑岩 (粉砂岩和粘土岩) 。此外，时有化学成因和生物成因的岩层 (如透镜状薄层石灰岩、泥灰岩、白云岩、石膏等) 夹杂其中。如甘肃的临夏组 (N2l) 综合剖面中，砖红色泥岩、粘土岩互层，夹石膏及薄层灰岩 (黄可光，1998) 。此外，红层还可能包含火山堆积 (如广东三水盆地) 或风成沉积 (如四川盆地南部) 。

相对说来，洪水与河流淡水沉积、泥砂胶结或硅质、铁质胶结的砾岩和砂砾岩比较坚硬；而盆地中心沉积的粉砂岩、泥质岩所含的可溶性胶结物质较多，透水性较差、含水较多，因而比较软弱。例如，丹霞山砂岩、砾岩在水饱和时的抗压强度为441~546 kg/cm2, 而泥质砂岩仅为300 kg/cm2 (黄进，1993) 。根据目前的研究，大部分丹霞地貌发育在相对坚硬的砾岩、砂砾岩、砂岩的地层组合上，而相对软弱的粉砂质和泥质岩多发育红层丘陵，只有在河流凹岸或质地稍坚硬时才形成尺度不大的红色陡崖坡。

大部分粗碎屑红层以厚层或巨厚层甚至块状构造为主；接近盆地中心的湖积相或河漫滩相细碎屑红层一般以薄层构造为主；而介于两者之间的河床相和三角洲相堆积则较为复杂，比较稳定的较大河流在河床侧向摆动过程中，可能会形成厚层或巨厚层砂质堆积，同时在边滩发育或河底沙波移动过程中，在沉积层内形成斜层理或交错层理；另一种情况可能是在入湖三角洲推进过程中，在同一砂岩层内，发育斜层理或交错层理。丹霞山锦石岩段和白寨顶段有8~20 m巨厚层不等粒石英砂岩和长石石英砂岩，均具有大型板状交错层理。据罗成德研究，四川盆地南部白垩统的巨型斜层理十分发育。层系厚3～5 m，有时可达数十米。 细层层理倾角一般大于30°，个别40°以上，呈多向倾斜。

5.6 红层形成的古地理环境

地质历史上，红层沉积一般发生在古热带和亚热带盆地中，相当于古纬度15°~30°范围内。由于红层中大多含有碳酸盐或钙质胶结物，甚至含有蒸发盐夹层，大部分学者认为红层形成在炎热干燥的环境下。但是红层的红色主要是高价铁(Fe3+)相对富集而成的，这个富集过程必须要有足够的淋溶作用。因此，红层形成的古气候环境应是一种类似于现代热带、亚热带半湿润、半干旱气候或干湿季气候，以保证有足够的淋溶并保持长时期的氧化环境