一、地质-地貌背景
中国大陆最显著的地貌特征莫过于从青藏高原向东地势逐渐降低而显示出的三大地貌阶梯。其中，位于中部的北北东-北东向的太行山-雪峰山，构成了中国三大地貌阶梯中第二与第三阶梯间的东部边界。该边界东、西两侧平均地势相差数百米乃至上千米，而正是这种巨大的地貌差异，造就了沿该边界带发育出多种独特的地貌景观。武陵源风景区即处于中国三大地貌阶梯中第二与第三阶梯间的过渡地带，是呈北东走向的武陵山脉东北部分，可谓与西南部的雪峰山一脉相承，共同构成了两大地貌阶梯之间的地形边界带(图4-1，图4-2)。在流域上，该风景区位于洞庭湖支流澧水的一级支流———溇水河主要支流索溪峪流域的上游地区，其中的砂岩峰林景观则多分布于索溪峪上游各支流的溯源侵蚀区域内。
区域上武陵源风景区处于扬子地台中江南台背斜与洞庭湖台向斜交界带上的三官寺向斜中。该区内主要出露4～5套近水平的古生代沉积地层，从下到上分别为志留纪的中薄层粉砂岩夹泥岩地层(小溪峪组)、泥盆系的厚层石英砂岩夹薄层泥岩和泥质粉砂岩(云台观组，最厚达500 m左右)、顶部厚数十米的铁质砂岩夹铁矿层(黄家磴组)以及二叠系的中厚层灰岩(栖霞组和茅口组)地层。上述地层在景区构成了一个圆穹状的宽缓向斜构造，其中，产状平缓的中泥盆系厚500 m左右的云台观组厚层石英砂岩及其顶部的上泥盆统铁质砂岩及含铁石英砂岩构成了张家界砂岩峰林地貌之主体。下伏的志留系厚近千米的黄绿—暗绿色粉砂质页岩夹泥岩构成了张家界地貌之基底，上覆的二叠系厚数百米的中厚层灰岩构成了张家界砂岩峰林地貌之顶盖。虽然研究区所在的地貌部位及其岩性与构造背景为张家界砂岩峰林地貌的形成与演化提供了重要的物质基础及条件，但实地调查结果表明，砂岩峰林地貌的形成与出现与该区新生代期间的地貌演化过程关系密不可分。
图4-1研究区位置及其遥感影像特征影像引自google-earth
图4-2湘西北地区横跨第二和第三地貌阶梯的地形剖面图
二、地貌结构与特征
通过对武陵源及其周缘相关水系———澧水及其支流溇水和索溪峪等进行全面的实地调查后可以发现，武陵源景区的地貌具有明显的垂向分层和纵向分段性特征(图4-3～图4-7，图4-8～图4-17)。在垂向上，地貌的分层结构表现为层状地貌面和谷中谷，由上向下分别由夷平面、剥蚀山脊面(剥夷面)、宽谷面、峡谷以及嵌入其中的多级阶地面等构成(图4-3～图4-8)。其中，沿张家界的主要干流———澧水的中游地段，可以清楚地观察到高、低两个显著的层状地貌面:最高的地貌面为顶部大致齐平的山顶面或构成的海拔在1000 m以上的夷平面，即前人所谓的湘西期夷平面。该夷平面在张家界天台山附近比较显著，表现为海拔1200～1400 m左右、低缓起伏的山顶面，其上可见灰岩溶蚀面和溶蚀作用所形成的溶沟、溶槽和石芽等现象(图4-9～图4-10)。低一级的地貌面为切入夷平面、海拔仅300 m左右、高出河床150～200 m左右的宽谷面。由于该宽谷面在张家界地区的大部分流域内都广泛存在，且地貌形态典型，这里称其为张家界期宽谷面。嵌入张家界期宽谷面之下的是多级河流阶地，在澧水河谷中至少可以识别出6级河流阶地。其中T1和T2大都是由灰白色、灰黄色砾石层构成的堆积阶地，T3为灰黄色—棕黄色砾石层构成的堆积或基座阶地，T4以上主要是以各种基岩为基座的基座阶地或侵蚀阶地。
图4-3澧水河谷横剖面(显示拔河上千米的湘西期夷平面和高120～150 m的张家界期宽谷面)
沿澧水的一级支流———溇水河谷，可以观察到与澧水河谷类似的地貌结构(图4-4)。其中湘西期夷平面分布在海拔1000 m左右的山顶附近，夷平面之下是海拔向河谷方向逐渐降低的剥蚀山脊面和深切幅度达700～800 m左右的谷地，该谷地在武陵源景区的索溪峪河谷中最为显著，呈现为深600～800 m不等的嶂谷或峡谷地貌(图4-8)。因此，将这里称为索溪峪期深切谷地，所对应的地貌切割期命名为索溪峪期切割。在索溪峪期切割谷地的下部是个拔河约150～180 m低缓起伏的开阔宽谷面，即张家界期宽谷面。在切割宽谷面的河谷中可以发现7～8级河流阶地，其中T1，T2多为平坦开阔的堆积阶地，T3，T4常为基座阶地，而T4以上多为侵蚀阶地，局部为基座阶地，在阶地面上常见灰岩岩溶现象。
图4-4 溇水河谷横剖面
图4-5索溪峪中游河谷横剖面
沿索溪峪河谷所观察到的地貌结构与澧水、溇水河谷类似，充分表明它们具有相似的地貌发育过程。其中，在索溪峪中游地段(图4-5)，湘西期夷平面处于河谷两侧高近千米的山顶面附近，之下的索溪峪期深切谷地深达600 m左右，下部是低缓起伏、拔河约120～180 m的张家界期宽谷面(图4-11)。在该宽谷面上可以观察到古河道及相关砾石层和古岩溶作用所形成的落水洞、石芽和溶蚀沟等形象(图4-12～图4-13)，指示早期河流经历过较长时期的侧蚀夷平过程中。在切割宽谷面的河谷中可观察到较为宽阔的U形峡谷和多级河流阶地(图4-13～图4-14)。其中至少可鉴别出5级阶地，T1与T2一般为由灰白色砾石层构成的堆积阶地，局部为基座阶地;而T3～T5多为基座阶地，局部为侵蚀阶地，阶地上常见典型的冲积相红土砾石层(图4-15)。
图4-6武陵源景区的索溪峪河谷上游横剖面
图4-7索溪峪中游河谷横剖面揭示的张家界期宽谷面和澧水期深切U形峡谷
索溪峪上游横穿了武陵源景区所在的穹状平缓向斜，独特的岩层构造背景使得该区的地貌结构与其他河谷地段既有共同之处，同时也存在其特殊之处(图4-6)。在该向斜核部的二叠系灰岩顶部是海拔1200 m左右、起伏平缓的湘西期夷平面(图4-6，图4-8)。但在切割了夷平面的索溪峪期深切沟谷中部，发育了一个开阔平坦地貌面。该地貌面顶部平坦，并在区域上恰好与所谓的泥盆纪顶部产状平缓的、厚数十米的铁帽层相对应。这显然是河流在其下切过程中受到强硬的铁帽层的阻挡，而不得不在其顶部长期侧蚀摆动所至。由于此地貌面发育在特殊的地质条件下，缺少区域对比性，因此，这里称其为武陵源土砾石层。
图4-8武陵源景区内和缓起伏的湘西夷平面(顶部)、平坦的武陵源期剥夷面(中上部)和深切的索溪峪期嶂谷(中下部)期剥夷面。在此剥夷面之下是深切幅度在250～300 m左右的索溪峪期峡谷或嶂谷(图4-8)。在索溪峪期深谷的中下部，见一期拔河120～200 m左右的宽谷肩，可对应于张家界期宽谷面。在该宽谷面之下，局部保留有较窄的侵蚀阶地或基座阶地面，其上有时可见红
图4-9张家界天台山顶部的湘西期夷平面
图4-10湘西期夷平面上的灰岩溶蚀现象
图4-11索溪峪河谷两侧拔河120～160 m左右、低缓起伏的张家界期宽谷面和切入其中的澧水期U形峡谷
图4-12张家界期宽谷面上的古河道地貌
图4-13张家界期宽谷面上的古岩溶石芽
图4-14索溪峪河谷中的多级河流阶地
图4-15索溪峪高河流阶地上的红土砾石层
综合分析各流域的河谷地貌结构后不难发现，张家界地区的河谷地貌结构具有明显的规律性。从山顶面向现今河床方向，依次为大致对应于区域上最高峰顶面的湘西期夷平面，其现今海拔在1000 m以上，拔河800～1000 m左右。它一般在河间分水岭地段的山顶附近保存较好，而其他大部分地区多是经历了后期侵蚀切割或剥蚀破坏后的残余峰顶面。根据张家界天台山顶部保存较好的夷平面，可以想象当时的准平原状高原景观无疑属于典型的老年期地貌形态。切割了湘西期夷平面的索溪峪期谷地的下切幅度达600～800 m左右，是区域上最为显著的地貌景观。在武陵源景区，众多高耸、险峻的砂岩峰林大多分布于该期沟谷之中。其后在河谷中形成了张家界期宽谷面，它在武陵源—喻家嘴一带的索溪峪河谷段最为显著(图4-7，图4-11)，一般拔河150 m左右，最高可达约200 m，最低处可能只有100～120 m。该宽谷面的海拔从河流下游向上游方向是逐渐升高的，到索溪峪上游海拔在600 m左右，一般表现为较宽的谷肩形态。但在索溪峪中游，它呈现为宽阔的、低缓起伏的盘状宽谷面或山原面(图4-7)。这期地貌面属于所谓的壮年期地貌形态。在张家界期宽谷面之下为一期切割幅度100～200 m不等的峡谷或宽谷地貌，其中峡谷地貌沿索溪峪河谷最为常见，它代表了澧水流域最近一期显著的河流下切阶段，并在区域上具有普遍性。因此，这里将该期河谷称之为澧水期峡谷，对应的河流切割阶段命名为澧水期切割。该期峡谷地貌是最新地形切割的产物，属于青幼年期地貌形态。发育在澧水期河谷中的5～8级河流阶地代表了澧水期切割过程中的多次停顿。由于研究程度有限，加之对于探讨武陵源地区砂岩峰林地貌演化过程并无大碍，这里对澧水切割过程中的多次侵蚀堆积过程不再细分。
图4-16索溪峪中游的宽U形谷
图4-17索溪峪上游的V形峡谷
在河流纵向上，区域地貌常显示出宽U形谷与V形峡谷或嶂谷地形相间出现的特征。这沿索溪峪河谷表现最为突出(图4-16～图4-17)。在索溪峪上游的武陵源景区内，河流穿切厚层的坚硬石英砂岩层，形成了狭窄的V形峡谷和嶂谷地貌(图4-17)。当河流在中游地段流入三官寺向斜核部的缓倾斜灰岩地层中后，形成了宽阔的U形河谷地貌(图4-16)。沿河谷进行追索可以发现，河谷中的宽谷与峡谷地貌交替出现主要受所处部位岩性构造的控制。每当河流流经平缓的厚层石英砂岩地层或陡倾斜的灰岩、砂岩层中时，便多形成狭窄的峡谷地貌景观，呈现出典型的幼年期地貌特点，典型的如武陵源西南的百丈峡。而当河流穿过缓倾斜的灰岩地层区或较软弱的砂泥岩层分布区时，便常形成宽的U形谷地景观，表现出壮年或青壮期地貌形态特点，典型的如武陵源-喻家嘴段索溪峪河谷段(图4-11，图4-16)。因此，在地貌演化中，除了通常根据地貌面的发育时间长短而划分出的老年、壮年和青壮年期地貌形态外，受岩石地层和构造的影响，即使是发育时间相同，沿河流纵向上也会呈现出青壮年期与幼年期地貌形态交替出现的现象。