芷江花山寨丹霞地貌特征及力学成因初探.DOC

芷江花山寨丹霞地貌特征及力学成因初探 张 祖 安 （芷江侗族自治县建设局 湖南芷江 419100） 提 要 中亚热带暖湿气候造就了花山寨丹霞地貌的地表特征。本文着重论述了日较差、 水的冻胀及日照对风化球、莲花座、洞穴生成发育的影响，并提出进一步定量研究的问题。 关键词 花山寨 丹霞地貌 力学成因 气候影响 1 花山寨地理概况 花山寨地处云贵高原东部的湘西丘陵区，介于109°46′00″E～109°47′29″E，27°31′15″N～27°32′12″N之间。其主峰顶海拨高程335.0m，相对高程85.0m左右。 在这1.5km2范围内，放眼四野，绝无棱角峥嵘的挺拨峰林。山体轮廓线均呈圆弧舒缓，连绵起伏的光滑曲线。丹霞地貌的地表特征已进入发育晚期。 花山寨岩石颜色呈粉红色、褐红色。总体以砂岩为主，灰色砾石夹杂其中，占5%～18%。砾石呈次圆状，粒径4mm～20mm。经抽样测定，砂岩干比重为2.122g/cm3，孔隙率为14.29%，抗压强度为9.522MPa。 四周环境，地形低洼平坦，水稻田四周环绕，在主峰以北300m、以东800m处青鹤溪流水潺潺。 图1 风化石球 2 丹霞地貌的形态特征 花山寨地貌形态特征主要有：表层附着砂、风化球、莲花座、月亮门、洞穴等。 2.1 表层附着砂 置身于这粉红色的岩岭，或峭壁、或山脊、或洼地，远近高低满目细砂，赤裸的山体通身都附着一层细砂。以手触摸滑移，颇有砂感。这细砂已与山体分离而依附其上。砂粒直径0.07mm～2.00mm。 2.2 风化球 在山脊较平坦部位，散布着若干表面圆曲又非正球的砂岩球。径长0.6m～2.0m。其下部镶嵌入砂土0.1m～0.3m深度(图1)。 2.3 莲花座 在山麓分布着许多凹凸不平，形似莲花瓣的水平连续带状图纹。它夹在光滑的山体面层之间，异常显眼。图纹深度0.1m～1.0m，长度数米，高度1m左右。最大一处深度2.0m，长度30.0m，高度4.0m(图2)。 图2 莲花座状风化带 2.4 月亮门 是洞穴发育的过渡阶段。多发生于峭壁的山腰部位，形成一道弧凸向上、凹入山壁深度1m左右的圆弧槽。远处仰望，恰似一弯新月悬挂中天。其中尺寸最大的一处，凹深度1.5m，弦长24.5m，弧高4.2m。经测量计算，其弧高与弦长之比值有一定的取值区间，为1：(4.2～5.8)。(图3)。 2.5 洞穴 图3 崖壁上的弧形崩塌槽—月亮门 在山体某些立面的山麓形成许多大小不同、深浅不一的洞穴。洞穴的内壁、天棚面及地坪均呈光滑曲面。其面与面之间无明显交接界线，都是曲面过渡。较大的洞穴有乌龟洞与蛤蟆洞。其余均为较小的浅洞。洞口的高宽比、洞穴的深宽比分别有一定的取值区间。经测量计算，高宽比为1：(2.4～3.5)。深宽比为1：(1.5～2.4)。其中，乌龟洞的深度有明显人工外力迹象。 3 地表特征的力学成因 3.1 现代气候特征 该区位于中亚热带季风气候带。冬季受西风带冷空气影响；夏季受东南季风影响①。 气温 ≥10 ℃积温为5129.0℃,240天～300天。年平均气温为16.5℃。最冷候平均气温为-0.2℃,多发生于1月份。年极端最低气温为-11.5℃;极端最高气温为39.9℃。 降水 年平均总降水量为1242.0mm。最大日降水量为179.6mm。日降水量≥0.1mm的雨日为160天。降水日主要分布于4月至8月。 常年主导风为东北风，年平均风速为2级，最大风速为33.0m/s。 3.2 物理风化 较大平均气温日较差的暖湿气候，决定着该地区丹霞地貌地表特征的发育演变。虽然不排除化学风化与生物风化的作用；但是，从其现状看，主要表现为物理风化。而物理风化主要因昼夜温度差产生的岩体不均匀膨胀及收缩，和因寒冷季节低温产生水的冻胀破坏。 3.3.1 由于温度差产生不均匀膨胀及收缩 该地区气温变化情况：较大的日较差多发生于春、秋季。昼夜温差最大值为21.1℃。 在气温影响下，尤其是太阳直接照射下，使山体表层岩石分子热运动得以加速，局部温度升高。太阳辐射能转换为热能。岩石在导热过程中，温度较高的表层分子的热振 ① 本文气象数据由芷江气象局提供。 动能量较大。因热振动相互关联，能量逐步向深层传递。热振动时，分子间的平均距离发生变化，温度越高，其距离越大，即发生热膨胀现象。因为红砂岩是热的不良导体，在岩石一定深度范围内各层的温差是很大的，因而各层的热膨胀程度有很大区别。夜间气温降低，岩石表层温度急剧下降，其体积急剧收缩，造成表里收缩量的差异。