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1、第 5 3 卷 ?增 刊 2 0 0 7 年 8 月? ?地 ?质 ?论 ?评 ? ? ?GEOLOGICAL REVIEW ? ?Vol. 53? Supp. Aug . ? 2007注: 本文是三清山国家地质公园资助的?三清山花岗岩地质地貌发展演化研究 项目的成果之一。项目组组长是陈安泽, 成员有浦庆余、 张招崇、 郭克毅和简平。收稿日期: 2007?03 ?15;改回日期: 2007?06 ?13; 责任编辑: 周健。作者简介: 魏罕蓉, 女, 1985 年生。学士, 岩石学专业。花岗岩地貌类型及其形成机制初步分析魏罕蓉, 张招崇 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 北京,
2、100083内容提要: 花岗岩是地壳最丰富的岩石类型之一, 由于其不同的构造地质背景、 不同的岩石类型以及受不同的气候条件和不同的后期地壳运动影响, 形成了不同的地貌景观。本文介绍了花岗岩风化的控制因素、 世界上各种地貌景观的特征, 并简要介绍了主要地貌景观的形成机制, 指出一种地貌景观的最后形成可能受多种因素控制, 是内因和外因共同作用的结果。关键词: 花岗岩; 地貌; 风化; 形成机制? ? 花岗岩是构成大陆地壳最主要的岩石类型之一, 可以形成于不同的地质构造背景, 如大洋中脊、岛弧、 活动大陆边缘、 大陆板内、 碰撞造山带等。由 于其不同大地构造背景, 产生了不同的岩浆成分和结构构造以及
3、不同的断裂( 裂隙) 型式( Pitcher,1983) ; 同时也由于所处的不同的气候环境, 导致了 花岗岩 地貌具有 不同的类 型。Twidale ( 1982,2005) 和 Migon( 2006) 系统总结了国外主要花岗岩地貌的特征, 但遗憾的是没有包括中国一些典型花岗岩地貌。目前, 国内还没有对花岗岩的地貌景观 进行过系统的研究, 但从已有的零星研究来看, 我国以花岗岩为主题的地质公园和风景区已经有数十 个, 较之国外风景要更加秀丽。本文试图通过介绍国外花岗岩的地貌类型及其主要特征, 并初步分析其形成机制, 以期对国内花岗岩的地貌研究有所裨益。1 ? 花岗岩风化的控制因素花岗岩各种
4、各样的地貌景观除了与其原始侵位 时的形态有关外, 还主要与后期的风化作用有关, 所以在介绍花岗岩地貌和分析其成因之前, 有必要介绍花岗岩风化的控制因素。按风化作用性质可以分 为物理风化和化学风化。前者导致岩石破碎, 主要是热涨冷缩的结果, 主要发育在寒冷的气候环境, 尤其是沙漠地区, 这种效应更加明显, 如一些薄层状花 岗岩就是这种物理风化的结果。与物理风化相反的是, 化学风化主要发生在湿热的环境, 主要是在水和氧气 等的 作 用下, 岩石 的化 学 成分 发 生变 化( T widale, 1986; Campbell 在干旱寒冷的气候环境中, 主要发生物理风 化, 碎裂成小碎块。 花岗岩的
5、成分总体上影响不大, 但是 SiO2含量高的岩石相对抗风化, 黑云母和角闪石含量高的岩石容易风化。 # 结构也有一定的 影响, 细粒结构较粗粒结构的岩石相对容易化学风化, 因为其单位体积中有更大的表面积, 因而具有高的自由能, 而粗粒结构的岩石相对抗蚀变, 所以有些 粗粒结构的花岗岩在地貌上地势较高。但是在有些地方, 粗粒结构的花岗岩似乎更容易风化, 其原因可 能是裂隙密度大, 尤其是似斑状花岗岩。 裂缝的发育程度对花岗岩的风化影响最大, 因为新鲜的花岗岩通常很致密, 不象火山岩那样发育气孔, 孔隙度 和渗透性均很低, 这样其裂隙发育程度就直接决定了花岗岩的物理和化学风化程度。一般而言, 花岗
6、岩区的裂隙发育程度与其形成时的大地构造背景和后期的构造活动有关, 因此花岗岩的地貌特征可能 和其大地构造背景有着密切的联系。2 ? 花岗岩地貌类型由于花岗岩所处的构造背景和气候环境与其他岩石类型( 包括其他火成岩、 沉积岩和变质岩) 可能是相似的, 这样的风化过程和其他岩石类型也有可能是相似的, 同时也由于花岗岩形成过程和其他岩 石类型不同以及本身特殊的矿物组成和化学成分,又决定了其具有特殊的地貌类型。根据花岗岩的地貌形态, 一般将花岗岩地貌划分为大型地貌( major landforms)和 小 型 地 貌 ( minorlandforms,Twidale, 1982; Campbell,
7、1997; Migon, 2006) ,大型 地 貌 又 可 划 分 为 巨 石 ( boulder ) 、岛 山( inselberg) 、 尖顶山( all- slopes topography) 、 花岗 岩平原( granite plains) 。小型地貌又可划分为缓倾斜地貌( gentle slopes) 、 陡倾斜地貌( steep slopes) 、洞穴和蜂窝穴( caves and tafoni) 、 碎裂石( crackedblocks) 。每一种岩石类型又可进一步划分为亚类, 具体划分方案及代表性地貌分别见表 1 和表 2。表 1? 大型花岗岩地貌的分类Table 1? C
8、lassification of major granite landforms类型亚类典型地区巨石核岩 corestones美国内华达东 Lake T ahoe 碎砾 Grus法国 Palmer 摇摆石 Logging stone津巴布韦 Salisbury 坡栖漂砾 Perched boulder法国南 Peyro Clabado岛山残山 bornhardt阿尔及利亚南撒哈拉沙漠 基岩残丘 Nubbin澳大利亚西 Pilbara 城堡岛山 Castle koppie津巴布韦 M rewe% M arandellas尖顶山四周倾斜山All ?slope mountains格林兰南Sermas
9、oq峰林 Peak forest中国黄山花岗岩平原掩埋和剥露平原Buried and exhumed plains南非Cape T own 刻蚀平原 Etch plain澳大利亚西Wiluna 山前侵蚀平原 Pediments南非 U contic ?hie Hill 准平原 Peneplains南非 Eyre 半岛 阶梯状平原Stepped assemblages南非Namaqualand表 2? 小型花岗岩地貌的分类 Table 2? Classification of minor granite landforms亚类典型地区缓倾斜岩盆 Rock basin澳大利亚 pildappa蘑菇
10、石Pedestal津巴布韦 Domboshawa岩环 Rock dougfnut美国德克萨斯州Enchanted Rock浅沟 Gutters南非 M urray 盆地陡倾斜喇叭型倾斜 Flared slope澳大利亚西部 Hyden Rock底部侵蚀倾斜Fretted basal slopes南非 Eyre 半岛浪蚀台地 Rock platform南非 Eyre 半岛 崖麓凹陷Scarp foot depressions南非 Eyre 半岛山麓角 Piedmont angle澳大利亚 Naraku槽沟 Flutings南非 Kangaroo 岛洞穴和蜂窝穴洞穴 Caves美国德克萨斯Ench
11、anted Rock蜂窝穴T afoni南非 Eyre 半岛碎裂岩分裂岩Split rocks澳大利亚 Devil片状岩 Parted rocks澳大利亚 Devil多边型碎裂岩Polygonal cracking南非 Eyre 半岛位移块 Displaced slabs南非 Eyre 半岛3 ? 大型地貌3. 1? 巨石巨石( boulders) 指的是呈近圆形或椭圆形的石 块, 也有少量呈立方体, 是花岗岩区最典型的地貌,发育在花岗岩区的正地形中, 直径变化大, 小的只有25 cm, 大的可达 11 33 m( 图 1) , 但大多数在 1 2图 1? 维克多利亚东北 Laviathan
12、巨石,其大小为 33 m 反之, 如果风化速率超过侵蚀, 则核岩进一步风化 形成较小的碎砾( grus, 图 3) 。如果核岩较为发育, 而包裹的碎片较少, 则当这些碎片被迁移走以后, 其中 的几个核岩可以重叠在一起形成摇摆石( loggingstone, 图 4) 或坡栖漂砾( perched boulder, 图5) 。 值得指出的是, 有些巨石与冰川作用有关, 如美国著名的 Yosemite 国家公园的巨石, 但并不是所有的巨石均与冰川有关, 其形成主要与在潮湿环境中近地表四边形裂隙系统的发育有关。3. 2? 岛山 岛山指的是在平地上的一些峰、 脊和孤独的山丘, 就象大海中的岛屿一样,
13、因此称为岛山。其一般比较陡, 但可以出现不同的形态, 大小也不相同, 这主 要取决 于其 结构, 可以分 为3 种类型 : 残山149增刊魏罕蓉等: 花岗岩地貌类型及其形成机制初步分析图 5? 法国南 Peyro Clabado 地区的坡栖漂砾(据 Twidale, 1982)Fig. 5? Perched boulder from Peyro Clabado region,France ( after T widale, 1982)( bornhardt) 、 基岩残丘( nubbin) 和城堡岛山( castlekoppie) 。图 6? 阿尔及利亚撒哈拉沙漠的花岗岩岛山的穹状隆起(据 T
14、widale, 1982)Fig. 6? Domal uplift of granite inselberg fromSaharadesert area ( after Twidale, 1982)残山是最常见的一种岛山, 呈穹状( 图 6) , 而其 他岛山则呈棱角状。它不是花岗岩特有的地貌景观, 在其他火成岩和沉积岩中也有类似的景观。残山的形成原因可能是多方面的, 主要原因有: ! 构造原因, 由于块体本身是隆起的, 形成了正地形; 岩 石发育裂隙的特殊性, 即顶部发育向上突出的弧形节理和一组垂直节理, 这样风化后其头部就呈穹状, 而四周呈陡立的山丘; # 岩性变化, 如果花岗岩侵入于易风
15、化的岩石中( 如片麻岩) , 由于花岗岩本身比较抗风化, 周围的围岩容易发生风化, 这样周围的岩 石被风化, 而花岗岩则被保留下来; 岩相变化: 众所周知, 花岗岩体往往是由不同岩性组成的杂岩体,如前所述, 暗色矿物含量高的岩石容易风化, 而浅色矿物含量高的岩石则抗风化, 这样抗风化强的岩石 就呈残山出现, 而其他易风化的岩石则被风化剥蚀夷平; 气候: 在干旱地区( 如沙漠) , 由于强烈的紫外线的照射引起岩石膨胀, 外层呈向上突起的弧形 脱落形成穹状形态; (压力卸载: 当花岗岩处于强烈剥蚀时, 其上层岩石被剥蚀, 因而压力突然释放, 引起径向应力, 由此出现穹状形态。当然, 对于具体某一地
16、区, 其原因很可能是其中的一种或几种的复合。 基岩残丘是圆锥形或平顶的岛山( 图 7) , 普遍发育在潮湿炎热的气候环境中, 如澳大利亚北部的图 7? 澳大利亚西 Pilbara 的基岩残丘( 据 Twidale, 1982)Fig. 7? Nubbin from Pilbara district, Australia(after Twidale, 1982)图 8? 基岩残丘的形成过程( 据 Twidale, 1982)Fig. 8? Sketch figure showing the formation of nubbin(after Twidale, 1982)热带季风地区和香港等地, 也有个别发育在干旱地区, 如美国德克萨斯中部、 纳米比亚中部河谷等。大 多数基岩残丘形成于近地表环境, 尤其是在潮湿温暖气候环境中, 强烈的风化作用导致岩石破碎。而150地? 质? 论? 评2007 年在海岸的基岩残丘则与海浪的侵蚀作用有关。基岩 残丘的形成过程见图 8。城堡岛山的规模比残山小得多, 是由若干个岩石块体叠置而成( 图 9) , 发育于一个巨大的穹隆之 上,
