高海拔山地碳酸盐岩风化壳的发育特征及其地貌意义

T ab. 4 A na lytica l resu lts of the clay m inera l
项目
样号 L X121 L X122 L X123
取样深度 (m ) 游离 SiO 2 (% ) 游离 Fe2O 3 (% ) 游离A l2O 3 (% ) 6 lf (Λm 3 kg) 6 hf (Λm 3 kg)
第 21 卷 第 4 期 中 国 岩 溶 2002 年 12 月 CA R SOLO G ICA S IN ICA
V o l. 21 N o. 4 D ec. 2002
文章编号: 1001- 4810 (2002) 04- 023源自文库- 06
9. 17
0. 43 1. 10 1. 41 0. 20 54. 57 12. 49 0. 34 0. 54 0. 60 3. 83 4. 51 19. 80 7. 96
6. 20
0. 33 1. 25 1. 95 0. 19 53. 05 15. 39 0. 51 0. 50 0. 61 6. 00 2. 48 17. 54 4. 90
起伏的平坦地面, 不包括异地成因的沉积面或堆积 面, 而包括原地形成的残积型风化壳) [11～ 15 ]①。区域地 貌属小江流域的高山峡谷区, 山顶残留夷平面海拔高 度 3600m 左右, 峡谷最低海拔为 1100m 的小江河床。 研究区属高原季风气候, 但由于受山体走向、坡向、海 拔高度及悬殊的深切峡谷地貌等因素影响, 造成了在 不同高度带上气候具有明显的分异特征, 即“立体气 候”特征明显。年平均温度随海拔高度增高而降低; 日 平均气温≥10℃年积温亦有同样的递减趋势; 降水量 随海拔高度的增高而增大; 干燥指数 K (K = E P , E - 蒸发力, P - 为同期降水量) 则反之。从最低的小江 河床至最高的落雪山顶大海, 垂直气候带依次为南亚
1 研究区自然条件
研究区位于云南东川拱王山山顶的落雪大海及 二海 (图 1)。山顶面为一缓丘及丘间溶蚀洼地构成的 第三纪残留夷平面 (在本文, 作者把夷平面理解为: 以 侵蚀成因为主, 并有不同程度风化作用参与形成的低
① 基金项目: 国家重点基础研究发展规划项目 (“973”, G1998040800) 及国家自然科学基金 (40001004) 项目 作者简介: 冯金良 (1964- ) , 男, 副研究员, 博士后, 主要从事地貌与第四纪地质、环境地质方面的研究工作。 收稿日期: 2002- 09- 08
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24 0 中国岩溶 2002 年
第 21 卷 第 4 期 冯金良等: 高海拔山地碳酸盐岩风化壳的发育特征及其地貌意义 24 1
沉积结构和构造, 亦无异地岩性组分混入。 上覆粘土 质地松散与基岩间的风化前锋界面清晰, 为突变接 触。 风化前锋处的基岩面凹凸不平, 土下岩溶形态发 育。 基于上述野外观察, 确认该处松散堆积应为原地 形成的风化残留物, 即风化壳。
0. 22 0. 30 0. 25 0. 21
0. 38 0. 15 0. 16 0. 25
0. 33 0. 49 0. 46 0. 27
注: 1. 阳离子代换量测定采用醋酸铵法; 2. m eq 100g: 毫克当量 100g 土
H+ 0. 17 0. 21 0. 15 0. 08
盐基总量 盐基饱和度
图 1 研究区山顶面地貌略图 F ig. 1 Sketch m ap of the resea rch a rea 1. 等高线 (m ) ; 2. 高程点; 3. 水系; 4. 岩溶洼地; 5. 岩溶漏斗及塌陷; 6. 陡崖
2 取样剖面
采样剖面位于落雪山顶的大海, 地理位置为 26° 14. 21′N , 102°55. 45′E, 海拔高度 3633m。山顶为和缓 的山丘及丘间洼地 (图 1)。 剖面位于缓丘坡麓的上 部, 向下缓丘坡麓发育峰状及塔状石林。 剖面自上而
高海拔山地碳酸盐岩风化壳的发育特征及其地貌意义①
冯金良1, 崔之久2, 朱立平1
(1. 中科院地理科学与资源研究所, 北京 100101; 2. 北京大学环境学院, 北京 100871)
摘 要: 研究区位于云南东川拱王山山顶的落雪, 海拔高度在 3600m 左右。山顶面 为一缓丘及丘间溶蚀洼地构成的第三纪残留夷平面。在夷平面上发育了碳酸盐岩 的黄色风化壳。本文基于风化壳的地球化学、物理化学及矿物学等特征, 重点研究 了风化环境对风化壳发育特征的影响, 以及风化壳与第三纪残留夷平面的关系。 所研究的风化壳剖面发育于低温、降水充沛和湿润的气候条件下。 分析测试结果 表明, 风化壳仍处于 CaO、M gO 淋失, SiO 2 富积阶段, 是一种弱度风化的富 SiO 2 风 化壳。 风化壳的特征表明其形成于第三纪夷平面解体之后, 而不能代表第三纪夷 平面的原有相关堆积。 关键词: 拱王山; 高海拔山地; 碳酸盐岩; 红土性风化壳; 风化环境; 夷平面 中图分类号: P512. 1 文献标识码: A
0. 25 0. 40
L X1- 4 0. 55
母岩 L X1- 5
0. 80
CaO M gO K 2O N a2O SiO 2 A l2O 3 M nO T iO 2 P2O 5 F e2O 3 F eO LO I 有机质
S iO 2 R 2O 3 分子比
0. 82 0. 97 1. 20 0. 16 54. 97 10. 03 0. 27 0. 46 0. 60 0. 22 6. 01 23. 56 13. 01
热带、北亚热带、南温带和北温带。 据东川区新村 (海 拔 1240m )、汤丹 (海拔 2264m ) 和落雪 (海拔 3175m ) 气象台站的气象观测资料, 外推得知山顶面的主要环 境指标为: 年平均气温为 3. 93℃; 日平均气温≥10℃ 年积温约为 251℃; 年降水量为 1258. 9mm ; 干燥指数 K 为 0. 734。表明由谷地的半干旱气候向山顶演变为 湿润气候②。 残留夷平面上岩溶地貌较为发育, 大的 岩溶地貌单元为溶蚀缓丘及丘间溶蚀洼地构成; 缓丘 坡麓发育塔状石林, 出露基岩面上发育溶沟、石牙及 溶穴等岩溶地貌形态; 丘间洼地内发育溶斗、串珠状 塌陷坑, 在个别塌陷坑内见地下洞穴出露, 有的塌陷 坑因底部堵塞而积水。
4. 68
0. 26 1. 25 1. 96 0. 21 61. 08 12. 90 0. 53 0. 52 0. 51 6. 71 1. 12 12. 86 2. 42
6. 03
26. 82 20. 54 痕量 0. 01 5. 72 0. 03 0. 03 0. 01 0. 12 0. 06 0. 27 46. 06
下为: 0～ 10cm 为黑色亚高山草甸土, 质地为亚粘土, 含大量未完全分解的植物残体和草根; 10～ 30cm 为 黄色粘土, 局部见上覆的黑色土壤混入; 30～ 60cm 为 黄色粘土, 底部偶见半风化的白云岩碎屑; 60cm 以下 为元古界昆阳群落雪组的白云岩 (图 2)。基岩面之上 的松散堆积质地均一, 无风力或流水搬运堆积常见的
化壳或被埋藏或被抬升至不同的海拔高度。古环境演 变和新构造运动的改造使风化壳可能经历了在不同 地貌部位和不同的风化环境的改造, 从而进一步增加 了基于风化壳的分时、分类环境因素的提取和重建的 困难。
此外, 风化壳 (尤其是红土化深度发育的风化壳) 经常与夷平面伴生的特性, 为通过夷平面的这种相关 残余堆积来间接研究和重建夷平面的发育环境、地貌 特征, 以及可能的夷平面分期奠定了基础[9, 。 10 ] 但必 须首先确认风化壳和夷平面是同期发育的, 或者是在 夷平面原有风化壳基础上的继承性发育。本文以云南 东川拱王山山顶面上的风化壳为例, 初步探讨高海拔 山地低温、降水充沛环境条件下碳酸盐岩风化壳的发 育特征, 以及风化壳与第三纪残留夷平面的关系。
M g2+
K+
N a+
A l3+
LX1- 1 LX1- 2 LX1- 3 LX1- 4
0. 05 0. 25 0. 40 0. 55
6. 64 6. 50 6. 38 6. 27
25. 04 12. 46 8. 49 3. 93
15. 77 6. 85 5. 12 2. 39
6. 54 3. 77 1. 71 0. 68
0. 05 0. 25 0. 40
2. 89 2. 68
1. 79 1. 66
2. 11 1. 96
图 2 风化壳剖面图 F ig. 2 P rofile of w ea thering cru st
3 实验内容及结果
对取自落雪的风化壳样品及其发育母岩进行了
矿质全量 (全样)、离子交换特性、游离氧化物、磁化率 以及 X - 衍射粘粒矿物 (≤2Λ) 等项目的分析测试, 实 验结果见表 1、表 2、表 3 及表 4。
(m eq 100g)
(% )
22. 91 11. 07 7. 24 3. 53
91. 49 88. 84 85. 28 89. 82
表 3 风化壳的游离氧化物及磁化率
表 4 粘土矿物 (≤2Λ)X2射线衍射分析结果
T ab. 3 Con ten t of free ox ides and m agnetic su scep tib ility
0 引 言
风化壳是岩石表生作用下的产物。 因为母岩性 质、发育环境和发育时间的差异, 导致风化壳的物理、 地球化学和矿物组成存在很大的差异, 如从极地地区 的碎屑风化壳至热带气候的残余型铝土矿风化 壳[1, 2]。 这种差异的存在, 客观上使确认、恢复和重建 风化壳形成时的古环境、古地貌特征的研究成为可 能[3, 4]。当然, 通过风化壳的地球化学和矿物组成等特 征或性质确认和重建古地理条件的前提条件, 是首先 建立风化壳发育环境和地貌特征与风化壳地球化学、 矿物组成等特征的一一对应关系。完成这项工作的理 论基础仍是“将今论古”的原则。 所以, 对现代环境及 地貌条件下风化壳地球化学和矿物组成的研究是十 分必要和很有意义的[5～ 7]。 此外, 不同母岩 (质) 风化 过程和风化机理的研究是后期重建工作的基石, 因为 古环境、古地貌恢复方法的建立, 以及古环境、古地貌 重建结果的可信度是以此为基础的[ 8 ]。由于在地史时 期, 尤其是第三纪以来, 风化壳的形成环境并非是一 成不变的。 同时风化壳的产出状态亦是变化的, 因为 风化壳形成后由于新构造运动的解体和改造, 致使风
① 云南地矿局区调队, 1∶20 万区域地质图及说明书, 1981, 207- 208. ② 东川市农业区划委员会, 东川市综合农业区划, 1989, 8- 32.
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表 1 风化壳矿质全量 (全样) 分析结果
T ab. 1 A na lytica l resu lts of chem ica l
com po sition (w ho le sam p le)
岩性 LX1- 1
分析 深度 项目 (m ) 0. 05
风 化 壳 LX1- 2 LX1- 3
SiO 2 A l2O 3 分子比
9. 30
7. 41
5. 85
8. 04
表 2 风化壳的阳离子交换特性 T ab. 2 Cha racteristics of ca tion exchange
取样深度
交换量
样品编号
pH 值
(m )
(m eq 100g) Ca2+
交换阳离子组成 (m eq 100g)