再论山脊壶穴的冰川融水成因——兼与施雅风院士商榷

针对施雅风院士新提出的壶穴之负球状风化说,笔者特撰文与施老商榷。笔者认为:壶穴的形成并不受花岗岩中节理的控制,也与风化作用无关,不能用负球状风化来解释。壶穴是高速旋转水流侵蚀的结果,在中国东部花岗岩山脊上发现的壶穴是第四纪冰川融水侵蚀的标志。近年来观察到的格陵兰冰上湖泊的突然排泄为壶穴的冰川融水成因说提供了重要的证据。壶穴成因争论的本质是中国东部是否曾经发育过第四纪冰川,建议第四纪学界关注中国东部第四纪冰川的其他地貌标志。韩同林研究员的冰臼论促进了中国东部第四纪冰川地貌的再研究,应当给予积极评价。     

海岸壶穴与风化坑的成因差异及证据——以广东沙扒镇和庙湾岛海岸为例

风化坑和壶穴都是常见的岩石坑穴地形,其形成原因和形态完全不同,但容易被误解和混淆。广东西部沙扒镇海岸和珠江口外庙湾岛海岸同时发育了风化坑和海岸壶穴。近年来我们对两处地区进行了考察,从地貌学、沉积学、岩石化学和矿物学等各个方面对风化坑和海岸壶穴的形成过程和影响因素进行了论证,并将两者进行了对比。研究表明在不同的岩石(火成岩和变质岩)上均能形成风化坑或海岸壶穴,各种证据显示风化坑形成于岩石表面积水的风化作用,海岸壶穴则是由海浪的侵蚀作用而形成:1)风化坑可以形成于高潮线以上的各个高度平坦的岩石面上,平均高潮线以下不能形成风化坑,而海岸壶穴可形成于平均高潮面之下,其形成高度不超出高潮面; 2)海岸壶穴与风化坑在形态上有明显区别,如不同的侧壁形态、底部、口径边缘及宽深比等; 3)海岸壶穴中堆积物颗粒磨圆度和分选度好于风化坑中颗粒; 4)风化坑内堆积物的化学蚀变指数CIA值均高于附近地面岩石的CIA值,而风化坑内堆积物中矿物的英长比高于地表岩石的英长比,但CIA值和英长比均不能区分海岸壶穴和风化坑中的堆积物; 5)风化坑内颗粒含大量的粘土矿物,而海岸壶穴中无粘土矿物; 6)风化坑和海岸壶穴的堆积物具有显著不同的化学元素迁移特征。     

壶穴、锅穴、冰臼、岩臼等术语的辨析与使用建议

由于专家喜好不同和几本权威汉语专业辞典互不一致,壶穴、锅穴、冰臼、岩臼等术语的使用和理解存在着较严重的混乱状况。①本文建议应统一将“pothole”译为壶穴,表示基岩表面tg侵蚀而形成的一种凹坑;“kettlehole”或“kettle”译为锅穴,代表冰川沉积区因冰体融化而形成的洼地。②对于“冰臼”、“岩臼”的使用,两作者亦未能达成共识：吕洪波建议继续使用“冰臼”,等同于“冰川壶穴”,对应于“glacial pothole”,摒弃“岩臼”这一新的提法;章雨旭建议修改“壶穴”的原始定义,不再强调其快速旋转水流成因,仅强调其“口小、肚大、底平”的形态特征,同时摒弃“冰臼”和“岩臼”等术语,仅用“壶穴”一词,若强调“壶穴”的不同成因．可在其前面加注成因术语,如“冰川壶穴”、“河成壶穴”、“风化壶穴”等。③对于其他凹坑,有专用名称的用专用名称,如风化穴（tafoni）、风蚀凹槽、风龛（alcove）等;没有的则用一般词汇,称为“坑”、“穴”、“洞”（pit,hollow,cavity）等。     

北京延庆白龙潭被揭示为一巨型山谷壶穴

北京市延庆县大庄科乡在环境整治中对山谷中的白龙潭进行了清理,发现白龙潭原来是一个巨型壶穴. 北京电视台分别于2010年8月13日和9月9日对其发现和挖掘过程进行了报道(北京电视台,2010a,2010b),很多报纸和网站也对该壶穴进行了报道或转载(中国新闻网,2010a;2010b;中国日报,2010).     

内蒙古赤峰召庙花岗岩表面的冰川壶穴、泄水槽、盐风化穴和剥离面理

在内蒙古赤峰市巴林左旗林东镇以南约20 km的召庙, 出露一片面积约20 km2的花岗岩, 称为召庙花岗岩体。该岩体被至少2组垂直节理及与地面起伏一致的剥离面理切割成大小不等的弧形岩块, 构成高于周围地表300~400 m的花岗岩山区。在多条花岗岩山脊上保存有大小不等的壶穴, 山脊两侧则发育从上到下紧密排列的泄水槽, 而泄水槽则被剥离面理横向切割, 沿剥离面理的露头线发育大小不等的风化穴。通过详细的野外调查, 认为花岗岩山脊上的壶穴不是风蚀和风化所致, 而是晚更新世冰盖上的冰川融水下泄冲刷形成的; 山脊两侧的泄水槽也是冰川融水下泄冲刷的结果; 剥离面理是第四纪冰川发育导致地表之下岩石温度变化的热变应力所致, 可用于恢复第四纪冰川作用时期的基岩古地貌; 盐风化穴是第四纪冰川退缩后本区重要的物理风化类型, 优先沿着剥离面理发育。本区3种微型地貌景观和大型的剥离面理共生组合记录了更新世以来召庙花岗岩山区的地貌演化史。     

驳施雅风“冰臼”“负球状风化”成因论

施雅风院士最近撰文指出笔者等近年来在中国东部发现的若干"冰臼"并非冰川遗迹,而是花岗岩经"负球状风化"而成。然而,他所谓的"负球状风化说"与当地的气候环境条件和客观存在的事实完全相悖。冰臼是地表负地形之一,现今是"堆积区"而不是"侵蚀区",以现代常见的侵蚀作用产生冰臼的所谓"风说"、"壶说"、"风雨说"、"差异风化说"、"负球状风化"等,都是不可能的。这些假说是对过去业己形成冰臼群进行不同成因推断,是对冰臼群成因的最大误解。冰臼只能由大量冰川融水沿冰川裂隙自上向下,以滴水穿石的方式形成滚流水钻,强烈冲击下伏基岩产生。从河流流水动力学特点上看,急流旋涡主要产生水平力为主,而冰臼的形成主要是垂直力才有可能产生,因此河流流水也是无法产生冰臼的。     

川北旺苍苍王峡龙潭子河壶穴形态及成因初探

河成壶穴是山区河床基岩上常见的微地貌类型,记录了区域地貌演化过程、水流与河床边界相互作用的关键信息。基于此,笔者等以川北旺苍苍王峡龙潭子河110处河成壶穴为研究对象,详细测量其形态特征并进行统计分析。结果表明：非串珠状壶穴大小、深度及形态在河床纵剖面上的分布没有明显的规律性,而串珠状壶穴具有一定的规律性;壶穴集中分布在下寒武统阎王碥组硅质砾岩中,其中发育的石英砂岩夹层对壶穴的形成和演化起到了关键性作用,双层天生桥壶穴则是典型的代表;区内发育NE、E—W向平面共轭X型构造节理和S—N向构造节理,三角形、菱形、不规则形壶穴多受两组或3组节理控制,其中S—N向构造节理还控制了壶穴的长轴走向和河谷走向;构造节理对壶穴口形态的演化影响显著,而对壶穴垂直剖面形态的影响不显著。本研究将丰富和完善河成壶穴地貌的数据资料,为米仓山地区河流地貌和构造演化提供科学依据。     

川北旺苍苍王峡龙潭子河壶穴形态及成因初探

河成壶穴是山区河床基岩上常见的微地貌类型,记录了区域地貌演化过程、水流与河床边界相互作用的关键信息。基于此,本文以川北旺苍苍王峡龙潭子河110处河成壶穴为研究对象,详细测量其形态特征并进行统计分析。结果表明：非串珠状壶穴大小、深度及形态在河床纵剖面上的分布没有明显的规律性,而串珠状壶穴具有一定的规律性;壶穴集中分布在下寒武统阎王碥组硅质砾岩中,其中发育的石英砂岩夹层对壶穴的形成和演化起到了关键性作用,双层天生桥壶穴则是典型的代表;区内发育NE、E—W向平面共轭X型构造节理和S—N向构造节理,三角形、菱形、不规则形壶穴多受两组或 3 组节理控制,其中S—N向构造节理还控制了壶穴的长轴走向和河谷走向;构造节理对壶穴口形态的演化影响显著,而对壶穴垂直剖面形态的影响不显著。本研究将丰富和完善河成壶穴地貌的数据资料,为米仓山地区河流地貌和构造演化提供科学依据。     

差异风化型危岩力学模型及破坏机制研究

差异风化型危岩多形成于由砂岩和泥岩等软、硬岩性组成的互层陡倾岩质边坡中,其崩塌破坏属地质灾害中的常见形态。以普洱渡危岩高边坡为例,推导出差异风化型危岩岩腔后壁泥岩压应力随岩腔深度增加而增大的计算公式。据普洱渡危岩高边坡地形地貌和地质构造特征建立了两类4种差异风化型危岩力学模型：第1类为主控结构面贯通率等于1时的泥岩基座压裂破坏型和转动破坏型危岩;第2类为主控结构面贯通率小于1时的坠落型和倾倒型危岩。利用岩石强度理论推导出研究区砂岩的二次抛物线型摩尔强度包络方程,以极限平衡理论和摩尔强度理论推导了4种危岩体在自重、地震力和裂隙水压力共同作用下的崩塌破坏判别表达式,并由此反演出危岩体的临界崩塌边界方程,得出危岩体崩塌边界（岩腔深度、危岩体厚度和高度、主控裂隙深度）之间的关系,为现场预测和判别危岩体的稳定性和崩落时序提供简便可靠的依据。     

河北承德偏硅酸矿泉水成因模式:岩石风化与水岩作用证据

【研究目的】承德地处京津冀水源涵养功能区,矿泉水资源丰富,研究其赋存分布与形成机制对矿泉水可持续利用与水源涵养优化具有重要意义。【研究方法】采用岩石地球化学和水化学分析、化学风化指数、矿物表面微观形态分析,同位素示踪等方法系统梳理了研究区地下水偏硅酸空间分异的影响因素,从岩石风化与水化学耦合角度探讨了偏硅酸矿泉水的成藏机制。【研究结果】结果表明：研究区常温水体偏硅酸含量达30 mg/L以上样品占比达5.16%,地热水偏硅酸平均含量达61.76 mg/L。偏硅酸矿泉水成藏受岩石风化和地质构造控制,风化酸性介质影响,水化学形成作用制约。风化敏感程度愈高,易风化矿物含量愈高的含水介质赋存地下水偏硅酸含量愈高。研究区硅酸盐岩总体处于初等化学风化——长石类矿物和辉石等镁铁质矿物风化形成高岭石、蒙脱石和伊利石阶段。构造深部幔源CO₂、工矿活动和人类生产生活输入的外源硫酸和硝酸共同参与岩石风化脱硅过程,偏硅酸矿泉水、地热水温泉出露处多为构造复合部位或主干断裂与次级断裂的交汇部位。【结论】承德市偏硅酸矿泉水成因模式可概化为构造断裂深循环淋溶型、风化裂隙浅循环淋溶型和层间孔隙裂隙-补给富集埋藏型3类。植被覆盖较好的玄武岩、火山碎屑岩、陆源碎屑岩流域山前宽缓沟谷与导水断裂交汇带,侵入岩导水导热断裂带、侵入岩与围岩接触带,花岗岩、片麻岩和陆源碎屑岩与碳酸盐岩接触带为偏硅酸矿泉水开采潜力区。创新点：（1）从岩石风化与水岩作用水化学耦合角度探讨了偏硅酸矿泉水的成藏机制;（2）系统总结了承德市偏硅酸矿泉水空间分布的影响因素与成因模式。     

黄土高原风尘序列的碳酸盐成因及其风化过程

碳酸盐是黄土高原风尘序列的主要组成部分,其含量与原生碳酸盐溶解、再沉淀,以及含钙硅酸盐化学风化强度等密切相关。碳酸盐在表生环境下极易移动,且其迁移变化受大气降水、温度等古气候所制约,因此黄土次生碳酸盐记录了古气候的重要信息。甘肃西峰赵家川剖面碳酸盐含量、磁化率的系统测定和风尘序列地质特征研究表明,在整个剖面中,碳酸盐含量和磁化率曲线呈显著的负相关,并从剖面上部到红粘土底部,碳酸盐含量有增加趋势。黄土、古土壤和红粘土沉积分别处在不同风化阶段:黄土化学风化最弱,处于钙质残积阶段,古土壤处于强烈钙质淋溶阶段和硅铝残积阶段,红粘土化学风化最强烈,处于硅铝残积阶段或红土化阶段;不同的化学风化阶段古气候性质有别。     

风化壳剖面的定年研究

风化壳时间序列的建立是提取有关信息的根本前提。然而,风化壳的定年一直被认为是一道国际难题。近年来,风化作用及风化壳剖面的研究越来越受到人们的关注,有关风化壳定年的研究也取得了一些重要进展。本对此进行了归纳和总结,并对各种方法进行了评述。     

Cavernous Weathering in Aeolian Sandstones: An Example from the Yongningshan Hill of the Loess Plateau, Northwest China

Cavernous weathering is commonly found on sandstone slopes in different environments. Either a single dominant process or polygenetic agents require to be invoked in order to interpret the development. The Yongningshan hill of the central Loess Plateau is representative of cliff dwellings in Northwest China, which is characterized by well-developed cavernous weathering features and provides a good opportunity for the better understanding of sandstone weathering in the Loess Plateau. Multiple methods, including field survey, in-situ rock strength measurement, along with experiments on samples for microscopic observation, element composition and salt chemistry, were employed to investigate the controlling factors of cavernous weathering. The results show that cavern development is different on the four slopes with the western slope hosting massive honeycombs, tafoni and hardened surfaces. The porous and permeable aeolian sandstones are fundamental, because they provide space and pathways for the transportation of water and salt, honeycombs dominantly aligning within the lamination of cross-beds. The environmental factors such as the seasonal wetting and drying cycle, aeolian salt, moisture and water vapor are key factors for the development of cavernous weathering forms. The northern and northwestern wind-blown dust storms have brought abundant salts, the lengthier dry periods of the wetting and drying cycle being beneficial for salt accumulation within caverns, favoring salt weathering.     

是蹄窝,不是壶穴——北京西山古道蹄窝成因考

北京境内的西部山区统称为北京西山,亦简称京西,是北京西部的天然屏障,也是京城连接河北、山西和内蒙古等地的重要通道。京西矿产资源丰富,尤其盛产优质煤炭,是京城重要的能源基地。京西风景秀美,宗教文化渊源深厚,是北京周边的宗教圣地。连接京西重要军事设施、宗教场所和数百个自然村落的古代道路统称京西古道,主要繁荣于明清年间。随着现代铁路和公路开通,这些古道渐渐冷清。但近年来,成了人们郊游的良好场所。在人工开凿修建的古道上(大型铺砌路石和垭口基岩路面)散布着许多直径十几厘米的圆形凹坑,本是运送煤炭等货物的驮畜数百年间长期不断踩踏的产物,因此通常被称为"蹄窝"。近年来,这些蹄窝却被某些地质学家当作天然形成的"壶穴"在网上作科普宣传,且被许多游人信以为真。本文从京西古道的发展史、元明清三朝京西煤矿的开采历史文献等方面对京西古道进行了考证,特别对京西古道上的蹄窝首次进行了系统的测量与描述,从其空间分布、形成的时间要素、微观特征、永定河及大石河河谷中的天然壶穴对比、人文历史证据以及与中国国内其他古道的视频资料等诸多方面对蹄窝的成因进行了讨论,证实京西古道上的蹄窝不是水流冲刷形成的壶穴,而是运送煤炭等货物的驮畜数百年间不断踩踏所形成的蹄坑。在蹄窝的形成过程中,不排除有岩石的差异性风化和溶蚀作用的参与,但这种作用远小于牲蹄踩踏的机械作用。     

微生物对硅酸盐矿物风化作用研究进展

微生物对硅酸盐矿物风化的影响研究取得了一系列重要进展。在贫营养环境中,微生物风化硅酸盐矿物获取营养物质,加速了硅酸盐矿物的风化;由于微生物的作用,矿物的风化会不遵循正常的矿物化学风化序列,表现出稳定矿物比不稳定矿物更易风化的特征。微生物风化硅酸盐矿物时会在硅酸盐矿物表面留下痕迹,即富集或转移相应的元素和矿物,而且还能改变硅酸盐矿物的化学组成和结构。微生物的上述行为受营养基质含量、有机酸、生物膜、胞外聚合物以及氧化还原作用的影响。     

伯克霍尔德菌作用下黑云母的风化作用——对次生矿物的初步研究

以黑云母为矿物材料,以伯克霍尔德菌为微生物材料进行了矿物风化的长期培养实验。用X射线衍射仪测定了小于1μm粒级的固相产物的矿物成分,用扫描电子显微镜/X射线能谱仪观察和测定了矿物形态和化学成分。结果表明,伯克霍尔德菌菌株8B不仅能加速黑云母的风化进程,而且能促进形成鳞片状和球状粘土矿物(很有可能分别是蛭石和蒙脱石)。通过对次生矿物形成过程的分析,认为蛭石是黑云母通过结构转变的方式而形成,其转化过程具继承型模式的特点;蒙脱石则可能是黑云母溶解后重新结晶而成,属于溶解-沉淀模式。     

硅酸盐风化与全球碳循 环研究回顾及新进展

硅酸盐风化是大气CO2 的一个主要汇,直接影响到全球碳循环进而影响全球气候。自Walker 等（1981）进行的开创 工作以来,有关“硅酸盐风化- 碳循环- 气候变化”方面的研究大量涌现。从计算机模型到河流水化学研究,从流域面积 超过百万平方公里的大河到数十数百平方公里的单岩性小河流,取得了很多重要的进展。从全球尺度上看,硅酸盐风化每 年所消耗的大气CO2 量为0.138~0.169 Gt,相比现在大气碳库中碳的含量（约800 Gt）,乍看似乎是微不足道的,然而硅酸盐 风化消耗CO2 并将其作为碳酸盐矿物埋藏在海洋,它的存留时间超过了百万年。因此,在地质时间尺度上,硅酸盐风化是 调节全球碳循环的一个重要机制。对小流域进行的研究发现,热带地区流经玄武岩/蛇绿岩的小流域有着最高的硅酸盐风化 和大气CO2 消耗速率,热带区域火山岩化学风化消耗的大气CO2 占全球硅酸盐风化所消耗量的10%,而流域面积不到1%。     

Are They Formed by Undercooling Crystallization or Devitrification？－On Origin of Various Textures inPlasticFragmentsofWeldedTuffs

ＡｒｅＴｈｅｙＦｏｒｍｅｄｂｙＵｎｄｅｒｃｏｏｌｉｎｇＣｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｒＤｅｖｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ？－ＯｎＯｒｉｇｉｎｏｆＶａｒｉｏｕｓＴｅｘｔｕｒｅｓｉｎＰｌａｓｔｉｃＦｒａｇｍｅｎｔｓｏｆＷｅｌｄｅｄＴｕｆｆｓＤｕＹａｎｇｓｏ...