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国外花岗岩地貌的类型

一、大型地貌

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25cm,大的可达11~33m,但大多在1~2m之间。它是由具有立方体或四边形节理的岩石由于大气降水沿节理贯入经过风化使棱角逐渐变圆而形成。巨石形成过程中的初始阶段是形成核岩(corestones),即花岗岩球体外围包裹着薄片状的花岗岩碎片,事实上这种核岩和碎片在成分上并没有明显的区别,主要原因是由于水沿其中的四边形节理或弧形节理发生层层风化而形成,因为地下水是从外往内渗透的。当四边形节理在剪切作用下变成菱形时,其风化的产物就成为椭球形。

如果侵蚀的速率超过风化,则周围的包裹碎片被随后的流水等冲走,而这些核岩就残留在原地形成巨石;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)。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(logging stone)或坡栖漂砾(perched boulder)。

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。

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,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(bornhardt)、基岩残丘(nubbin)和城堡岛山(castle koppie)。

(1)残山。是最常见的一种岛山,呈穹状,而其它岛山则呈棱角状。它不是花岗岩特有的地貌景观,在其它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:①构造原因,由于块体本身是隆起的,形成了正地形;②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;③岩性变化,如果花岗岩侵入于易风化的岩石中(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;④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,而其它易风化的岩石则被风化剥蚀夷平;⑤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;⑥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,对于具体某一地区,其原因很可能是其中的一种或几种的复合。

(2)基岩残丘。是圆锥形或平顶的岛山,普遍发育在潮湿炎热的气候环境中,如澳大利亚北部的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。而在海岸的基岩残丘则与海浪的侵蚀作用有关。

(3)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,发育于一个巨大的穹隆之上,其形态类似于城堡,因而得名,其名称最早来自于非洲的赞比亚(为世界文化遗产)。城堡岛山开始于穹状体头部露出地表时,由于土壤湿的环境导致边部发生风化,而上部露出地表暴露于干燥环境中,风化速度很慢,这样其边部就遭受了长期的侵蚀。另一方面,由于水平节理的发育导致了各块体叠置形成类似于城堡的岛山。

3.尖顶山

花岗岩隆起既不是呈穹状,也不是城堡岛山,而是陡倾斜的地形,即使在山脊或谷底也没有形成平坦的地形。根据其形态特征可以划分为两种类型,一是由多个比较大的山峰组成,两山之间距离相对较大;另一是由许多密集的陡倾山峰组成,高差达1000m以上,如我国的三清山,这在世界其它地区还没有类似的景观,在此暂时将此类地貌景观称为花岗岩峰林。

此类型地貌景观不仅仅局限于花岗岩,在其它岩石中也有,但是其它岩石形成的地貌从宏观的气势上则远不及花岗岩,后者高差更大。尖顶山的形成主要与垂直节理的发育有关,其可以形成于以下气候:冰川或冰雪、潮湿炎热的环境。冰斗、冰川和河流的联合作用可产生陡的地形,霜的作用导致山峰进一步变陡,形成霜冻陡崖(峭壁)。在潮湿闷热的环境中,植物往往较为发育,对峭壁起到保护作用。无论是哪种气候环境,花岗岩的岩性较均一,这种均一的特点保证了其基岩不容易破碎,这样就避免发生快速风化导致山峰被夷平而形成花岗岩平原。

4.花岗岩平原

花岗岩强烈风化,形成细小的颗粒,并形成地势比较平坦的花岗岩平原。根据成因可以划分为如下几种类型:掩埋和剥露平原(Buried and exhumed plains)、刻蚀平原(etch plain)、山前侵蚀平原(pediment)、准平原(penplain)、山麓侵蚀平原(pediplain)和阶梯状平原(stepped assemblage)。

(1)掩埋和剥露平原。许多花岗岩被剥蚀后,又被后期岩石不整合覆盖,一般而言,这种不整合面是相当平整的。

(2)刻蚀平原。当风化物被迁移走以后,其风化前锋就成为一个刻蚀平原。

(3)山前侵蚀平原。往往呈缓倾斜,倾斜度为0.5°~7°,一般在0.5°~2.5°之间。大多向上突出。有两种类型,一是其上有基岩原地风化物的覆盖;二是缺乏风化物的覆盖,其基岩原地风化形成的砂或细砾被小溪和河流冲走产生平滑的表面。

(4)准平原。指的是低地形以及由风化作用形成的大面积的、表面有波状起伏的平地,经常有微微向上突起,这是河流侵蚀的结果。事实上山前侵蚀平原往往是某些准平原的一部分,即准平原的山前部分。

(5)阶梯状平原。指的是有几个平台的地貌景观,其形成机理与阶地类似。

二、小型地貌

1.缓倾斜山

有些由花岗岩组成的山呈缓倾斜,像平地。根据其形态,可以分为岩盆(rock basin)、蘑菇石(pedestal)、岩环(doughnuts)和浅沟(gutters)。

(1)岩盆。岩盆是基岩向下凹陷的岩石,平面上呈卵形、椭圆形或者环状。也有呈棱角状,或者多个岩盆聚合在一起呈不规则状。岩盆又可以根据其形态分为坑(pits)、盘(pans)、圆筒洼地(cylindrical hollows)和冰斗形洼地(armchair-shaped hollows)。坑呈半球状;盘相对浅,底部是平的;圆筒洼地是呈圆筒状,剖面呈矩形,平面形态多变。冰斗洼地剖面上不对称,有高的后壁,一般缓倾斜(20°~30°)。其中以盘最为常见,其既可以在极地出现,也可以在赤道,甚至沙漠中均有出现,因此它不具气候的指示意义,但是在极地最为常见。

岩盆最早被认为是人类活动的产物,但是后来发现盆的底部有花岗岩砂,所以认为是天然形成的,其原因是由于潮湿的作用,其中的黑云母和长石发生蚀变,先形成小洞,然后逐渐扩大,最后发展成盆。岩盆的形成可能只有几千年,但是在英国某些地方,有些岩盆的形成速度非常惊人,每年达0.25cm。

(2)蘑菇石。蘑菇石顾名思义,即具有蘑菇形态的岩石,其具有平滑的顶部,站立在周围岩石之上,有的在平台之上,最典型的例子是赞比亚世界文化遗产地——Domboshawa。另外,在澳大利亚南部和西部均有出现。

蘑菇石是由于其周围受到水的作用造成进一步凹陷,继而其周围形成喇叭形,并且周围由于有拗坑,其不断受到水的侵蚀进一步向下风化,于是就形成蘑菇石。

(3)岩环。指的是中间有一个小坑,而周围有一个抬升的环形脊。其形成可能与雨水的冲刷有关。

(4)浅沟。花岗岩表面被窄的、浅沟切割,浅沟基本呈平行排列,浅沟的底部比较平,其发育与节理有关,但主要发育在河床中,显示出与流水的冲刷有关,尤其是流速较高的河流,其内有较多的矿物颗粒和漂流物,其不断冲刷的结果,导致浅沟不断扩大。也有的不发育在河床中,而是发育在山坡上,如我国河南的神灵寨,其形成也与流水沿节理的冲刷有关。

2.陡倾斜山

该类型包括喇叭形倾斜(Flared slope)、底部侵蚀倾斜(Fretted basal slopes)、浪蚀台地(Rock platform)、崖麓凹陷(Scarp foot depressions)、山麓角(Piedmont angle)、槽沟(flutings)。

(1)喇叭形倾斜。喇叭形倾斜是向内凹,一般高度为几米,有的向内凹的很显著以致形成悬崖,也有的由2个或2个以上喇叭组成。喇叭形倾斜往往发育很明显的黑白条带,其中的黑色带是由于水流动痕迹中存在藻类和有机质的缘故。

由于很多喇叭形倾斜远离海岸带,并且地势很高,所以不能用波浪冲击来解释。其可能的原因是悬崖底部遭受潮湿的作用,发生风化。而干燥部分抗风化而保留下来,其最好的证据是其中的土壤是原地的。在特殊条件下,喇叭形倾斜可以和蜂窝穴共生,两者可以在一起。

(2)底部侵蚀倾斜。缺乏喇叭形倾斜,有不同程度的凹槽或悬挂,与喇叭形倾斜的平滑形态不同,底部侵蚀倾斜的边部较为粗糙并且不规则。其在多数情况下,反映了基岩的结构,主要发育在粗粒或斑状花岗岩中。其成因和喇叭形倾斜一样,是悬崖底部带受潮湿土壤侵蚀的结果。

(3)浪蚀台地。喇叭形倾斜慢慢地变缓的基岩叫浪蚀台地,大小可以从几厘米宽到几米到几百米,面积几平方米到几平方公里,它们是典型的残留山。它们主要发育在潮湿地区。

(4)崖麓凹陷。指地是浅的洼地,大多数只有几米宽,有的达几十米,深一般1~2m,但个别也可以几米深。有的可能是由于岩性不同引起的,如变质岩被剥蚀;也有的是由于河流侵蚀作用导致地形凹陷。

(5)山麓角。崖麓凹陷进一步风化和剥蚀的结果是形成山麓角。

(6)槽沟。许多陡倾斜地形包括喇叭形倾斜,具有槽沟。大多数槽沟是U形,也有的具有宽大、浅、平底的特征。沟槽主要发育于赤道雨林地区,如新加坡、马来西亚等。当然也有些发育在干旱和半干旱地区,如巴西中部、安哥拉西南部、赞比亚的Domboshawa。

3.洞穴和蜂窝穴

洞穴(caves)对于花岗岩而言并不普遍,但也存在;蜂窝穴(tafoni)是相对浅的洞,这在花岗岩中广泛发育。

(1)洞穴。花岗岩洞穴有3种类型,一种是与核岩一起的洞穴。这种洞穴的形成是由于地表水的冲刷,一些易碎风化岩石随地表水排走形成了不规则的管状空洞。澳大利亚维克多利亚的Laberlouche洞穴有200m长。另一种是与断裂有关,是由于水沿断裂风化使得断裂不断扩展的结果。这种类型的洞穴最著名的是美国德克萨斯中部的Enchanted岩洞,该洞穴有两层,上层洞穴长250m,下部长70m,每个洞都有2~3m高,都与席状节理有关,是受潮湿作用的结果。还有一种洞穴是与岩石的倒塌有关,

(2)蜂窝穴。指的是浅的洞,有一部分是封闭的,呈密集分布,形似蜂窝,在花岗岩区较为普遍,主要发育于层状构造的下侧,也有少量发育于陡倾斜的侧面。蜂窝穴半径从几厘米到几米的空洞,大者其内可容纳一人。洞的周围叫石檐,其表面有一层棕红色的外模(主要由硅铁氧化物组成),比未蚀变岩石抗风化,对岩石起到保护作用。蜂窝穴既可以出现在内陆,也可以出现在海岸区,如南极、香港、澳大利亚中部和南部。

蜂窝穴的形成可以归纳为3个阶段,第一阶段为开始阶段,主要是受到潮湿的作用,使孔隙不断加大;第二阶段是演化阶段,这个阶段是盐结晶作用,导致岩石破碎,形成碎片。至于盐的来源,原因可能有二:一是海洋成因,在海岸地区,盐被海浪带到岩石中。在近海地区,盐可能来自于海雾或者被强风吹起的盐云;二是原生盐,因为多数花岗岩中的长石和云母含有Ca、Na、SO4、Cl,风化后可以释放出来,以岩盐或石膏的形式结晶;第三阶段是石檐的形成,其与藻类的氧化作用有关。

蜂窝穴不只局限于某一气候带,其可以出现在不同气候的海岸,代表了干旱、半干旱、热和冷等不同的气候环境,但是不发育于潮湿炎热的热带地区,可能是由于频繁的雨水以及苔藓植物的生长阻止了壳模的形成,因而不能形成石檐。相似的是,在冰雪以及温带地区,也不利于石檐的形成,这样就不能形成蜂窝穴。

4.碎裂岩

许多花岗岩体由于裂隙发育碎裂成2个或多个块体,形态可以是规则的,也可以是不规则的。根据其形态可以进一步分为:分裂岩(Split rocks)、片状岩(Parted rocks)、多边型碎裂岩(Polygonal cracking)和位移块(Displaced slabs)。

(1)分裂岩。有些岩石分裂成近相等的两部分,叫分裂岩。这是由于其中存在次生节理,水沿节理渗透,并且由于冻融作用使节理扩大导致岩石分裂成近相等的两部分。然后在重力作用下发生跨塌。

(2)片状岩。由许多类似于片状的岩石叠置组成。可能是由于存在水平节理的各个岩片发生滑动形成的,但是目前对此还没有一个满意的解释。

(3)多边形碎裂岩。表面具有多边形碎裂,少数也有四边形。绝大多数裂纹很窄,往深部更窄,有些由于风化作用可以宽一点。多变形的直径大多在2~24cm之间,深度几厘米。多边形碎裂岩的形成开始于近地表,是由于外壳不平衡的结果,是由于表面层的收缩造成的,这一点与石灰岩的裂纹相似。

(4)位移块。有些不同的块体发生位移,形成位移块,根据其不同的叠置方式,可以划分为4种类型。A形帐篷(A-tents)、叠置块(overlapping slab)、位移块(displaced slabs)和水平楔(horizontal wedge)。

①A形帐篷是由一对近于长方体的块体以”A”的形式接触,显示出三角形的洞,其高度一般为10~15cm,块体的厚度大约10cm,个别可达50cm以上,最薄的只有1.3 cm。主要发育于热带地区。②叠置块是一个块体的顶端位于另一个块体的上部;③位移块是有位移的块体;④水平楔呈楔形,多数为三角形。

以上对花岗岩地貌景观主要是基于Twidale (1982, 2005)和Migon(2005)编写的《Granite Landforms》、《Landforms and Geology of Granite terrain》、《Granite Landscape of the World》三本书概括而成的,但是遗憾的是由于各种因素本书没有将中国的花岗岩地貌归并在内。事实上,中国是花岗岩出露最多的国家之一,地质历史上各个不同时代(太古宙—新生代)、不同成因类型、不同构造背景的花岗岩齐全,形成了丰富的地貌景观,尤其是中国东部的三清山花岗岩更是以风景秀丽、雄伟闻名于世。总体上,从美学的角度来看,以上描述的各种大、中、小型花岗岩地貌景观中具有观赏价值高的并不多,其中喇叭形倾斜、蜂窝穴、洞穴、摇摆石、城堡岛山等具有较高的观赏性,但大多和人文景观和植物结合作为其中的旅游资源。

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