Hongbolu的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/Hongbolu

博文

江西弋阳龟峰丹霞地貌区的盐风化穴与多边形龟裂纹 精选

已有 5682 次阅读 2021-12-24 16:44 |个人分类:地学探讨|系统分类:图片百科

        中国的江南和华南有大片的侏罗—白垩纪红层出露区,经过雨水冲刷和河流切割而形成以赤壁丹崖为特征的丹霞地貌。丹霞地貌形成的物质基础是红层(砂砾岩),而红层随着地壳隆升而出露地表,其断裂则成为水流切割的优选地带,因此沿着某些断裂形成陡崖。宏观上丹霞地貌的主要成因机制地学界已经弄清:降水沿着断裂渗透和河流切割而形成赤壁丹崖。然而,地学界对崖壁上分布的形态各异的洞穴却一直没有给出令人信服的机制解。几年前,我对广东北部的丹霞山世界地质公园、江西鹰潭的龙虎山世界地质公园进行了初步地质考察,明确指出这些洞穴是盐风化作用的结果,先后写成两篇博文发布于我在科学网的博客:

        1赤壁丹崖谁开洞?盐类结晶乃功臣

              https://blog.sciencenet.cn/blog-39040-1173004.html

Slide5.JPG

        2龙虎山前叹崖墓,盐风化穴好藏身

              https://blog.sciencenet.cn/blog-39040-1244075.html  

Slide6.JPG

        遗憾的是,我当时竟漏掉了一个非常重要的景区:龙虎山世界地质公园龟峰景区。从网上搜索照片发现,龟峰景区的盐风化地貌更加普遍,而恰恰是这些洞穴对龟峰景区独特的地质景观起到了关键的装饰作用。为了弥补缺憾,我们于2021年10月自驾去了龟峰景区,在管委魏晨蕾老师带领下考察了其主要景点。本文就专门介绍该区的盐风化地貌,顺便探讨一下砂岩表面龟裂纹的成因

    弋阳龟峰位于武夷山北麓与信江平原交界带,属于低山丘陵区。出露的主要地层为晚白垩世沉积形成的圭峰群(据Kusky et al, 2010;李馨敏等,2018),由巨厚层洪积砾岩和少量砂岩(及含砾砂岩)组成(见下图)。

Slide13.JPG

    地层整体上向北西方向倾斜,倾角一般不超过20度。降水沿着NE和NW两组断裂切割,形成北东向和北西向交叉的一系列沟谷,将山体切割成一个个四边形柱体,而块体的东南边缘往往是陡峭的山崖,而其东北边缘和西南边缘也有陡崖发育,只是这些陡崖东段高而西段低而已。

    宏观上,龟峰景区被断裂切割的岩块多有着馒头状的浑圆顶部,加之局部有差异风化形成的突出岩石,这便形成了大小不等的龟状地形,也是龟峰景区的重要特征之一。

    显然,这些龟背形小山丘的形成与本区暴雨冲刷关系密切,年平均降水量近2000mm  就是重要的动力基础,而山脚下松散坡积物表面的流痕就是暴雨冲刷的证据。

Slide16.JPG

    本篇博文不再详述龟背地貌的形成过程,而是重点探讨一下崖壁上洞穴的成因。

    关于丹霞地貌区崖壁上洞穴成因,以前有很多猜测式判断,但都缺少充足的证据。我和苏德辰等(吕洪波等,2017)对丹霞山世界地质公园崖壁上的洞穴进行初步研究,明确指出其成因为盐风化作用,而且强调盐风化是物理风化作用。

    吕洪波,苏德辰,章雨旭,冯雪东,李春旺. 2017. 中国不同气候带盐风化作用的地貌特征。地质论评,63(4):911—926. (文中专门讨论了丹霞山崖壁洞穴的盐风化成因)

           http://www.geojournals.cn/georev/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20176304006&flag=1


    接着,我又在科学网上发布博文(吕洪波,2017),进一步以图文形式进行了详细解读。

    普遍存在的盐风化地貌:一直被误解,今日始澄清!

           https://blog.sciencenet.cn/blog-39040-1066209.html (科学网博文,列举了丹霞山盐风化穴)


    近年来,东华理工郭福生教授带领的团队对上述洞穴开展了广泛的野外考察调研,提出了“雨水冲刷”、“砾石脱落”的成因机制解(如:李馨敏等,2018),接着发表论文提倡多成因说(如:CHEN Liuqin et al., 2019)。相关文献举例:

    李馨敏,郭福生,陈留勤,王凤之,李余亮. 2018. 龙虎山世界地质公园象鼻山栈道洞穴地貌成因。山地学报,36(4):509~518. (强调砾石脱落)       

         CHEN Liuqin, GUO Fusheng,  LIU Fujun, XU Huan, DING Ting, and LIU Xin. 2019. Origin of Tafoni in the Late Cretaceous Aeolian Sandstones, Danxiashan UNESCO Global Geopark, South China. Acta Geologica Sinica (English Edition), 93 (2): 451—463. 

强调丹霞山崖壁上的洞穴为多成因

    郭福生,陈留勤,严兆彬,刘富军,潘志新,张炜强,胡海平. 2020. 丹霞地貌定义、分类及丹霞作用研究。地质学报,94(2):361—374.(强调砾石脱落)

    东华理工的郭福生教授团队对中国丹霞地貌的多种地质景观进行了长期的研究,先后发表了几十篇研究论文,丰富了中国丹霞地貌的研究内容,为今后更深入的研究奠定了良好的基础。通过阅读他们的论文,也让我对丹霞地貌多种地质景观有了更清晰的认识。这里对丹霞地貌区崖壁洞穴的“砾石脱落”说和我的“盐风化”说进行简单的分析对比,以博文形式与郭老师团队进行学术交流与讨论,欢迎郭老师团队以及国内外同行批评指正。

    当我们对地质现象(景观)进行成因分析时,首先以事实为依据,通过符合地学原理的逻辑分析肯定自己的学说,否定相反的认识,这是地学研究的基本要求。我将通过地质事实和逻辑推理否定龟峰崖壁洞穴的砾石脱落说,肯定盐风化说。

         观察事实:龟峰的红层主要由细砾岩和含砾砂岩组成,纯的砂岩较少,而崖壁上的洞穴总是沿着相对细的砂层发育,相对粗的砾岩层洞穴就发育得差。

         为何砾石脱落说不对?

        第一、沉积学常识告诉我们:沉积物经过分选后趋向于粒度相近的沉积物堆积在同一层内,符合物以类聚原理。砂岩层内可以含有细砾而构成含砾砂岩,或者干脆形成细砾岩(砾石之间充填以砂和泥等填隙物,导致空隙渗透率降低),但砂岩层内很少含有不协调的巨大砾石。一旦砂岩层中包含着巨大的砾石,必然是突发事件沉积(如:滑塌沉积等)。所以,用砾石脱落来解释砂岩或者含砾砂岩层表面发育的风化穴是不符合地质学原理的。

        第二、即使我们用掉落砾石来解释洞穴的成因,那也得找出该层砂岩含有巨大砾石的证据。请看相关砂层表面还有没有掉落的大砾石存在吗?如果没有,说明这种假设不成立。

Slide22.JPG

        有位朋友对着一张照片自圆其说地解释:“露出的砾石都掉到崖下去了” ;问他“为何崖下没有残存掉落的大砾石?”他说:“都被人捡走了辩论高手啊...

    事实上,地学研究者大都喜欢“自圆其说”,但前提是必须符合地质学的基本原理,还必须找到地质事实支撑自己的认识。

    顺便再次强调:地质学的真谛不是自圆其说,而是尊重事实。

    盐风化说解释这些洞穴的成因:  

    第一、崖壁上的洞穴优先选择含砾少的砂岩层发育,因为砂岩层孔隙度高,渗透性好,便于雨水将尘埃中的盐分通过渗透作用带入到岩石空隙中,在崖壁表面干燥过饱和导致盐类结晶,撑掉表面的沉积物碎屑。

    第二、相比较而言,砾石多或者分选差的沉积层渗透率不好,自然受到盐风化作用的影响就小,所以表面洞穴就少。

    第三、虽然龟峰地区雨水充沛,但旱季蒸发多时,也能在岩洞内找到盐霜。而从洞顶脱落的岩石碎屑直接掉落在洞底,被暴雨冲刷到洞外。

    第四、在海边和内陆干旱区到处可见更加明显的盐风化穴,因此该成因说具有非常广泛的理论依据和事实支撑。

    第五、龟峰岩壁上的洞穴沿着特定的砂层或含砾砂岩及细砾岩分布,同时避开崖壁纵向的流水沟。原因是:选择相对渗透率高的岩层发育,而流水多的地方干燥时间短,盐溶液只能在两侧率先过饱和结晶并发育盐风化穴。

    第六、洞穴的形成和演化都可以用盐风化作用进行合理的成因解释,相反却无法用其他成因说解释通。

    下面看事实是否支持我提出的盐风化学说:

Slide25.JPG
Slide26.JPG

龟峰红层砂岩露头表面多边形龟裂纹的成因探讨:

    龟峰景区红层主要由砾岩组成,夹着少量巨厚层砂岩或含砾砂岩,其中很多粒度均匀的巨厚层砂岩表面分布着多边形龟裂纹。前人对这种龟裂现象进行了探讨,其中以郭福生教授团队认识最明确,认为可能代表着沉积时为干旱炎热环境,也可能代表着岩石剥蚀上升过程中的温差变化。他们在论文中描述如下:

    “还有一种在岩石层面或侧面发育的一种方寸大小的龟形裂纹 ,其成因可能是地层在沉积过程中出露水面发生的龟裂 ,或成岩脱水产生的收缩以及在后期地壳上升剥蚀过程中温差产生的裂痕 ,这些作用产生一些几厘米至几十厘米大小的六边形龟裂,布满岩石表面。

    具体内容见下述两篇论文:

    张松,郭福生,姜勇彪. 2008. 江西省龟峰丹霞地貌景观类型与成因分析。资源调查与环境,29(1):69—75.

    姜勇彪,郭福生,熊国宝,江民显,吴敏. 2009. 江西龟峰丹霞地貌景观特色及开发探讨。东华理工大学学报(社会科学版),28(3):221—224.

    我觉得他们的认识值得借鉴,但我更倾向于岩石露头表面温度剧烈变化所致。

    岩石露头上的多边形裂纹并非龟峰景区独有,也不限于沉积岩。在江西灵山地质公园花岗岩露头表面就有广泛分布。我于2019年3月考察灵山后,在科学网上发布一篇博文:

    江西灵山环形山花岗岩表面发现多边形龟裂微地貌景观

        https://blog.sciencenet.cn/blog-39040-1250732.html 

        初步认定:这种多边形龟裂纹并非今天常规风化所致,而是几千年乃至上万年前冰缘气候下冷冻造成的。

    同理,龟峰景区的多边形裂纹也是冰缘气候下冻裂的结果。为什么这样说呢?下面看看其特征,进而分析其形成机理。

    第一、多边形龟裂纹仅发育在均匀的厚层砂岩层的露头表面或四周,向内延伸仅几厘米,这就否定了原始沉积环境和成岩阶段的变化因素。

    第二、龟裂纹发育的砂岩露头被盐风化穴破坏,说明其形成早于盐风化穴开始发育的时间点,不是现今的气候环境造成的。盐风化穴有的已经超过一米深,依照每10年风化1mm 的速率计算,这些盐风化穴的演化至少需要几千年。既然这种多边形裂纹形成早于盐风化穴,就必然是至少几千年乃至上万年前形成的。

    第三、砂岩表面裂纹与砂岩岩块边界有关,最常见的裂缝平行于相邻的边界,因此与露头环境有关。

    分析:既然与定向应力无关,与沉积环境和成岩作用无关,唯一的因素是露头表面的温度变化,而且变化幅度大于当下的温度变化。据此推测是数千年乃至上万年前冰缘气候下的产物。

    根据龟裂是剧烈的降温收缩的结果,与霜冻相关联,应该对应于冰缘地貌环境(那时年温差巨大)。

    看看照片吧:

弋阳龟峰景区的盐风化地貌.jpg

    讨论完盐风化穴和龟裂纹的成因,顺便以图示解释一下其他地质景观:

    典型的龟形地貌,配一幅对联吧:

    对于破解龟峰景区的地质景观而言,一天的考察时间显然太短。然而,10月下旬也正处于疫情传播阶段,我们不敢停下来做更进一步研究。在龟峰景区管委魏晨蕾老师的带领下浏览了主要地质景点,听取了她的详细介绍,虽觉收获不小,但毕竟匆忙。还有南岩石窟景区因第二天下雨也放弃了,留给下一次考察吧!

    鉴于我们考察那天能见度不是非常理想,而且我的重点集中于解读盐风化穴和龟裂纹,无暇观赏宏观景观和拍摄风景照片,我的照片看上去有些昏暗,无法与读者分享。下面借用魏晨蕾老师传过来的几张风景照,让大家欣赏一下龟峰景区的美色吧:

    龙虎山世界地质公园有两个重要景区:龙虎山景区和龟峰景区。如果说,龙虎山景区显示了丹霞地貌的壮观和宏伟,那么龟峰景区则展示了其精致和秀美的特征。希望明年疫情不再出现,让我们到龟峰景区尽情地观赏大自然的美丽与神奇吧!

致谢:

    感谢郭福生教授团队的研究工作,感谢众多同行对丹霞地貌的科学解读,更感谢管委魏晨蕾老师的详细讲解和热情招待!


吕洪波

2021年12月24日



https://blog.sciencenet.cn/blog-39040-1317995.html

上一篇:回顾2020足迹,祝福2021新春
下一篇:哈密魔鬼城风蚀地貌解析
收藏 IP: 223.80.234.*| 热度|

16 尤明庆 杨正瓴 刘继顺 黄永义 刁承泰 贺静 杜学领 杨学祥 李学宽 张士宏 王俊杰 周忠浩 苏德辰 徐长庆 杨光 朱晓青

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (10 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2022-8-16 15:42

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部