石人溝南山晶洞正長花崗巖地貌特征與成因分析

石人溝南山晶洞正長花崗巖地貌特征與成因分析

石仁溝位于內(nèi)蒙古扎蘭屯市沃勒鄉(xiāng)玉林村西北約2公里處。由于山溝口山頂上有一尊像童話般的石柱，因此得名。這座山的面積約為9公里2米。主要巖性為早白亞統(tǒng)紀(jì)肉紅晶洞長花崗巖，其次，小型花崗細(xì)晶巖脈和石英脈入侵花崗巖巖體。這片土地景觀難以置信，美麗，奇異的石頭。它充分展示了自然鬼神的獨特魅力。其土地形態(tài)主要發(fā)育為穹頂峰、疊石、石蛋和晶體洞。石仁溝山的景觀性特征獨特，地形種類繁多。對其土地形態(tài)、分布特點和成因的研究有利于花崗巖土地的比較研究、地質(zhì)景觀資源的開發(fā)和保護。1巖石學(xué)和構(gòu)造背景石人溝南山晶洞正長花崗巖位于規(guī)模宏大的大興安嶺構(gòu)造-巖漿帶的中北段.區(qū)內(nèi)主要為侏羅—白堊紀(jì)構(gòu)造-巖漿活動.晚侏羅世—早白堊世中酸性火山巖分布廣泛,主要發(fā)育的巖石地層有形成于晚侏羅世的滿克頭鄂博組、瑪尼吐組和形成于早白堊世的白音高老組.區(qū)內(nèi)中生代侵入巖較為發(fā)育,與中生代火山巖相伴分布.主要出露侵入巖類型為中酸性侵入巖,其中以中深成的花崗巖類為主,依形成時代劃分為中侏羅世侵入巖(淺肉紅色二長花崗巖、灰白色花崗閃長巖、灰白色石英二長閃長巖、正長花崗巖)和早白堊世侵入巖(灰色閃長玢巖、肉紅色正長斑巖、肉紅色花崗斑巖、肉紅色晶洞正長花崗巖、肉紅色中粒堿長花崗巖).石人溝南山位于賀根山斷裂中北部,區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育,主要形成于晚華力西期和燕山期,以北東向近于平行排列的區(qū)域性斷裂最為突出.燕山運動是本區(qū)最強烈的構(gòu)造運動,并伴隨有大量的火山噴發(fā)和巖漿侵入活動,形成了本區(qū)主體構(gòu)造格架,主要表現(xiàn)為北東—北北東向和北西向兩組斷裂構(gòu)造,在塊狀的侵入巖體中形成規(guī)模不等的節(jié)理帶.2石人溝謀殺案南山巖體特征2.1肉紅巖相特征經(jīng)過區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中的野外及鏡下綜合鑒定,石人溝南山巖體為肉紅色晶洞正長花崗巖,出露面積約9km2,侵入上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)的格根敖包組地層以及中生代火山巖地層.平面上總體呈近北東向不規(guī)則條帶狀、港灣狀形態(tài),被北西向右旋走滑的炭窯溝-育林村斷裂所切錯,斷裂帶中巖石較破碎,局部發(fā)現(xiàn)有碎裂巖.巖體依照巖石結(jié)晶程度劃分為邊緣相、過渡相和中心相3個相帶.主要礦物成分為微斜長石和石英.邊緣相為肉紅色細(xì)粒晶洞正長花崗巖,肉紅色,塊狀構(gòu)造且晶洞構(gòu)造發(fā)育,細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu).斜長石,半自形板狀,大小0.5~1.5mm,由更長石組成,含量20%.堿長石,他形粒狀,大小0.5~1.5mm,由微斜長石組成,含量50%.石英,他形粒狀,大小0.5~1.5mm,含量30%.黑云母,片狀,大小0.2~2mm,只見幾片.過渡相為肉紅色中粒晶洞正長花崗巖,肉紅色,塊狀構(gòu)造且晶洞構(gòu)造發(fā)育,中粒花崗結(jié)構(gòu).斜長石,半自形板狀,大小2~4mm,由更長石組成,含量20%.堿長石,他形粒狀,大小2~3mm,由微斜長石組成,含量53%.石英,他形粒狀,大小2~3mm,含量25%.黑云母,片狀,大小0.5~1mm,含量2%.中心相為肉紅色中粗粒晶洞花崗巖,肉紅色,塊狀構(gòu)造且晶洞構(gòu)造發(fā)育,中?；◢徑Y(jié)構(gòu).斜長石,半自形板狀,大小1.5~3mm,由更長石組成,含量15%.堿長石,他形粒狀,大小2~5mm,由微斜長石組成,含量50%.石英,他形粒狀,大小2~5mm,含量35%.2.2巖石微量元素特征石人溝南山肉紅色晶洞正長花崗巖巖石化學(xué)成分具有富硅、總堿量高、貧Ti、Fe、Mg、Ca特點,呈現(xiàn)出淡色花崗巖特征.巖石固結(jié)指數(shù)(SI)0.56~1.43,分異指數(shù)(DI)92.51~95.66,固結(jié)指數(shù)偏低,分異指數(shù)偏高,說明巖石的酸性程度及結(jié)晶分異程度均較高.里特曼指數(shù)(σ43)2.02~2.12,屬鈣堿性巖石.平均稀土總量為57.33×10-6~92.61×10-6,明顯低于世界上酸性巖的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)258.0×10-6;(La/Yb)N=6.23~11.43.輕稀土富集,Eu虧損強烈(δEu=0.21~0.30);重稀土虧損及Eu負(fù)異常可能是源區(qū)在部分熔融過程中石榴石和富鉀的基性斜長石作為殘留相的結(jié)果.微量元素分析結(jié)果顯示巖體高度富集大離子親石元素(LILE)K、Rb、Th、Ba多富集,個別虧損;高場強元素(HFSE)相對于大離子親石元素(LILE)虧損;Ba、Sr、P、Ti負(fù)異常明顯,Nb未見明顯異常,K、Rb、Th正異常.表明與消減無關(guān),Ti負(fù)異?？赡苷f明本區(qū)大陸巖石圈的貢獻較大.2.3成巖時代及晶洞正長火山巖形成環(huán)境本次研究采用U-Pb激光原位方法對晶洞花崗巖中鋯石進行測年,測年結(jié)果為(118±2)Ma.綜合區(qū)內(nèi)巖體與圍巖的接觸關(guān)系,采用同位素年齡將晶洞正長花崗巖形成地質(zhì)年代定為早白堊世.晶洞正長花崗巖為高鉀鈣堿性系列A型花崗巖,形成環(huán)境為后造山期到造山期后的火山島弧,顯示了晶洞花崗巖形成于拉伸環(huán)境的特點,符合自晚古生代以來大興安嶺伸展造山的特點.2.4斷裂構(gòu)造.受區(qū)域構(gòu)造格架影響,區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為北東—北北東向和北西向兩組斷裂構(gòu)造,其次為近南北向構(gòu)造,北東—北北東向構(gòu)造控制了晶洞正長花崗巖的展布而北西向斷裂構(gòu)造則控制了現(xiàn)代溝谷的發(fā)育.斷裂帶中節(jié)理面通常較平直、光滑,節(jié)理密度每米1~3條,沿節(jié)理面巖石較為破碎,局部發(fā)現(xiàn)有碎裂巖.說明巖體內(nèi)斷裂構(gòu)造除剪切作用外還具有擠壓的性質(zhì).3巖體及巖體面質(zhì)特征石人溝南山的地貌主要類型有穹狀峰、石柱、疊石、石蛋、晶洞穴、石穴、石盆、凹槽與石脊.穹狀峰:山峰頂部渾圓,呈穹隆狀.主要特征是山峰被球狀風(fēng)化,有的甚至達到砂狀風(fēng)化而最終呈渾圓狀(圖1).石柱:孤立陡直的柱狀山體,高度可達10m以上.多由北東和北西走向的兩組垂直節(jié)理經(jīng)物理風(fēng)化后崩塌形成(圖2).疊石:由于沿晶洞正長花崗巖水平節(jié)理面的風(fēng)化強度和速度遠大于巖體其他部分,逐漸將一個整塊的花崗巖體分割成一層層石板疊加的形態(tài)(圖3a、b).石蛋:晶洞正長花崗巖沿縱向、橫向和水平3組相互垂直的節(jié)理風(fēng)化崩塌,崩塌巖塊經(jīng)球狀風(fēng)化成為石蛋(圖4).晶洞穴:晶洞正長花崗巖中的晶洞構(gòu)造較為發(fā)育,崖壁上晶洞多呈星點狀分布,經(jīng)風(fēng)化剝蝕和流水侵蝕作用而顯露出來,有的晶洞直徑可達數(shù)十厘米,并可見到長度2~3cm的石英晶簇(圖5a、b).石穴:水流沿巖石崖壁向下流淌過程中,滲透浸潤、侵蝕巖體的節(jié)理和裂隙,巖石在濕脹干縮和凍融作用下,產(chǎn)生片狀、砂狀風(fēng)化,逐漸侵蝕形成弧形內(nèi)凹的圓形、扁圓形壁龕狀凹洞,即為“石穴”(圖6).石臼、石盆:研究區(qū)降水較多,且地處北方高緯度地區(qū),在此種特殊氣候條件下,巖體頂部在差異風(fēng)化作用和凍融作用促使下局部風(fēng)化形成了松散堆積物,之后被流水沖蝕或風(fēng)蝕搬運并磨蝕形成凹坑.坑內(nèi)進而更易積水或殘存冰雪,更加強化了凹坑的物理和化學(xué)風(fēng)化作用,凹坑逐漸擴大,形成圓形、橢圓形的“石臼”、“石盆”(圖7a、b).凹槽與石脊:由于冰凍作用、晝夜溫差及流水的浸潤,巖體會發(fā)生熱脹冷縮、濕脹干縮,造成弱風(fēng)化,長石蝕變、石英破碎,并呈砂狀脫落.降水和融雪在晶洞正長花崗巖頂面形成線狀水流,沿側(cè)壁向下流淌侵蝕,剝蝕已風(fēng)化松散的表面巖石,側(cè)壁被流水逐漸侵蝕下凹,形成一系列的橫斷面呈寬闊“U”型的凹槽和弧形突起的“石脊”(圖8).4巖石學(xué)和地質(zhì)條件石人溝南山晶洞正長花崗巖地貌的形成受多種因素共同控制.主要的內(nèi)在影響因素有巖性(主要為巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造)、斷裂、裂隙、節(jié)理、新構(gòu)造運動及所處的地理位置控制.主要的外動力地質(zhì)條件為風(fēng)化剝蝕、流水侵蝕和重力崩塌.正是內(nèi)、外動力的共同作用才形成了具有獨特魅力的石人溝南山晶洞正長花崗巖地貌.4.1巖石學(xué)及微地貌石人溝南山晶洞正長花崗巖巖體具有完整的巖相帶,由中心相至邊緣相礦物顆粒逐漸變細(xì).中心相礦物顆粒較大,抗風(fēng)化能力較強,逐漸形成峻峭的山峰.巖體中較為發(fā)育的晶洞更容易受到風(fēng)化及侵蝕作用而形成晶洞穴、石穴、石盆等微地貌;過渡相及邊緣相巖體礦物相對較小,抗風(fēng)化能力弱于中心相,容易形成較緩的山麓[5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15].4.2區(qū)域構(gòu)造背景石人溝南山晶洞正長花崗巖巖體除冷凝過程中因體積收縮而產(chǎn)生的原生節(jié)理外,還受區(qū)域上構(gòu)造活動的影響,發(fā)育有北東—北北東向和北西向兩組斷裂構(gòu)造.通過節(jié)理面特征及巖石破碎形態(tài)判斷斷裂構(gòu)造性質(zhì)為壓扭性斷裂,使巖體沿斷面或節(jié)理面的風(fēng)化速度大大增加,從而形成石柱、疊石、石蛋等地貌景觀.4.3地殼外力作用及構(gòu)造環(huán)境從區(qū)域上階地的發(fā)育程度和廣泛分布的“U”型谷來看,新生代以來,石人溝南山一帶地殼活動處于緩慢的抬升狀態(tài),這種上升為流水的侵蝕、重力崩塌等外力作用提供了勢能條件,風(fēng)化及侵蝕作用沿花崗巖巖體中的節(jié)理、裂隙向縱深發(fā)育,為石柱、石蛋等地貌的形成創(chuàng)造了良好的構(gòu)造條件.4.4外動力地質(zhì)作用風(fēng)化剝蝕、其流水侵蝕、重力崩塌是形成石人溝南山晶洞正長花崗巖地貌的主要外動力條件.4.5水作用石人溝南山所處的氣候帶為寒溫帶大陸季風(fēng)性氣候帶,其特點為:冬季寒冷凍融作用強烈;夏季降水充沛流水作用較強,日照長,晝夜溫差大;春、秋季多風(fēng).有利于巖石的物理、化學(xué)和生物風(fēng)化.在有冰雪和流水的條件下,巖石熱脹冷縮、濕脹干縮,較易形成片狀及砂狀風(fēng)化、各種造巖礦物也容易蝕變分解呈高嶺土、綠泥石、綠簾石、絹云母等.總體上石人溝南山的地貌在形成過程中是以物理風(fēng)化為主,化學(xué)風(fēng)化為輔.5巖石學(xué)和地質(zhì)遺跡石人溝南山晶洞正長花崗巖產(chǎn)出在大興