丹霞山顺层洞穴风化特征的试验研究

以丹霞盆地丹霞组2段顺层洞穴为研究对象,探讨不同岩性红层抗风化能力的差异,重点关注软岩夹层的风化特征及其对顺层洞穴发育的影响。在野外考察的基础上,选择3个典型顺层洞穴为案例,采集了洞穴剖面不同岩性红层的岩样及夹层水样品,进行一系列的岩矿理化测试和水样分析实验。结果表明：洞穴剖面岩性的不均一性及软岩夹层的风化凹进是形成丹霞山顺层洞穴的主要原因。顺层洞穴发育的软岩夹层一般是粉砂质泥岩,粘土矿物含量高,以泥质胶结为主,吸水性较强,开型空隙率较大,抗压强度小,易于风化破碎;上下岩层主要是砂岩和砂砾岩,以钙质和铁质胶结为主,吸水性较弱,开型孔隙率较小,抗压强度较大,风化速度较慢。在洞穴岩层风化过程中,粘土矿物的胀缩、钙质胶结物的溶解, 及铁质胶结物的水化作用等是导致岩体结构破坏的重要因素,但促使不同岩性红层风化的主导因素有所差别。粉砂质泥岩的风化以粘土矿物的胀缩作用为主,砂岩和砂砾岩的风化则以钙质胶结物的溶解作用为主。此外,酸性雨水渗入岩体后与各种矿物进行的一系列离子交换作用也促进了顺层洞穴岩层的风化。     

国内外红层分布及其地貌发育的对比研究

为了解全球红层的时空分布规律及其地貌发育的差异,对国内外红层的分布、形成年代、地质构造背景、古地理环境、岩性和地貌特征等进行了对比研究。结果表明：国内红层主要分布于东南、西南、西北等地区,形成年代主要为中生代,尤以白垩纪为主,构造环境主要为古陆块活化时形成的断陷/拗陷盆地;沉积环境几乎全部为陆相,形成于干旱或半干旱古气候条件;岩性复杂,兼具砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩,发育了丹霞地貌、红层高原、红层山地和红层丘陵等多种地貌类型。国外红层的形成年代跨度很大,从前寒武纪到新近纪均有发育,呈现出从老陆块向新陆块扩展的趋势;构造环境分为山前/山间拗陷堆积、地台拗陷堆积、裂谷盆地堆积和弧后盆地堆积;沉积环境以陆相为主,兼具滨-浅海相和海陆过渡相,也形成于干旱、半干旱气候;岩性以砂岩、粉砂岩和泥岩为主,砾岩较少;发育的地貌类型相对单一。     

美国西部丹霞地貌特征及演化过程研究——以犹他州Zion国家公园为例

丹霞地貌是一种重要的风景地貌,研究其地貌特征和演化过程可以为保护与利用这一地质遗迹提供科学支持。中生代红层是我国丹霞地貌发育的物质基础,在美国西部的科罗拉多高原亦有大量分布。为增进国内同行对美国西部红层与丹霞地貌的了解,以犹他州Zion国家公园为例,通过实地考察,岩样理化性质测试,并结合GIS和DEM分析,对其地貌特征和演化过程进行探讨。结果表明:区域构造方面,Zion公园红层沉积于大型的弧后盆地——西部内陆盆地,盆地抬升时形成的节理群对丹霞地貌发育具有控制作用;红层岩性方面,Zion公园发育丹霞地貌的红层以风沙沉积为主,岩性为细砂—粉砂岩,但不同段的风成砂岩在胶结特性和岩石强度上存在较大差异;地貌特征方面,Zion公园整体为高原—深切峡谷景观,其中高程为1800～2000 m的部分占比最大,公园南部比北部切割侵蚀程度更高,形成的单体地貌以块状山崖—沟谷组合为主,同时还因地下水的基部渗流侵蚀和风蚀作用在崖壁上发育有各种洞穴景观;演化过程方面,Zion公园丹霞地貌发育经历了构造盆地形成—红层堆积—地壳隆升—外力塑造四个阶段,三叠纪末期形成的西部内陆盆地为红层堆积提供了相对稳定的沉积环境,侏罗纪期间干旱的气候环境下形成了大规模的风沙沉积,白垩纪末期科罗拉多高原的抬升及形成的节理裂隙为外力侵蚀提供了条件。其中,强烈的流水下切是该地区丹霞地貌发育的主导外营力,并一直持续至今。