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“丹霞地貌”是由中国地理学家“命名”的一种地貌类型,至今已有80多年的研究历史。20世纪90年代以来,随着中国的改革开放、综合国力的不断增强,中国丹霞地貌的研究开始走向世界。2009年5月,在广东韶关召开的第一届丹霞地貌国际研讨会是丹霞地貌在中国研究80余年来的首次国际学术交流,也是丹霞地貌学术研究有史以来规格最高、规模最大、影响最大的一次盛会,在丹霞地貌研究历史上具有划时代意义。我们可以自豪的认为:目前中国丹霞地貌的研究,无论在基础方面、理论方面还是在实际运用方面(包括旅游开发与规划等)都处于世界的最前沿。 本文在研究过程中力求达到宏观与微观、定性与定量、理论与实践、自然与人文的结合。在全面分析五处研究地丹霞地貌自然背景的基础上,理论上重点宏观概括丹霞地貌的成因,实验上重点微观对比岩性差异对丹霞地貌发育的影响,从中归纳出丹霞地貌发育的机制:丹霞地貌的发育是时间、空间和物质上的统一,内力与外力共同作用的结果。 从时间范畴来看,研究地丹霞地貌发育的红层盆地全部是形成于中生代炎热干燥气候条件下的内陆盆地红色陆相建造,它们的地壳基底奠定于古生代,物质基础形成于中生代,抬升和丹霞地貌发育(造型)于新生代。尤其是白垩纪开始,盆地内部形成了巨厚的红色碎屑岩系,为丹霞地貌的发育提供了空间和物质基础,宏观影响丹霞地貌的水平分异。这时,内力是矛盾的主要方面。 从空间的范畴来看,丹霞地貌具有水平分异和垂直分异的特点。丹霞地貌水平分异具有规律性、随机性和复杂性:五处研究地的丹霞地貌主要分布在红层盆地的边缘;红层盆地的构造沉积旋回可能影响丹霞地貌水平分异的随机性;红层盆地的类型和规模,会使丹霞地貌水平分异更加复杂化。由于五处研究地的红层盆地在喜马拉雅运动期间,主要发生了以块状构造为特征的整体性或差异性抬升,形成了各级断裂(层)和节理,将丹霞山块切割成规则或不规则的岩块。在大断裂线的控制下,研究地的丹霞地貌空间展布以北东方向为主,而次生发育的断层和节理(北西、北北东或东西方向为主),叠加在这些主断裂线上,使研究地丹霞地貌水平分异复杂化。构造隆升叠加在上述水平分异之上,局部导致丹霞地貌垂直分异,造成同一地带丹霞地貌发育的不均衡性,使丹霞地貌空间分异更加复杂。新构造运动时期产生差异性和间歇性抬升,使得较早抬升后保持长期稳定的区域,在流水侵蚀和重力崩塌等外力作用下,丹霞地貌按连续过程从幼年期到老年期逐步演化,容易形成高峰深峡,洞穴却不甚发育;而抬升较缓的地区,岩体受侵蚀早期差异分化强烈,往往形成较多的洞穴。这时,内力和外力共同影响丹霞地貌的发育。 从物质的范畴来看,丹霞岩体被切割成规则或不规则的块体后,在外力的侵蚀下,由于岩性的不同产生差异风化,形成凹槽和岩穴;随着凹槽和岩穴的不断扩大,顶部凌空的岩体在重力作用下,便会沿着破裂面崩塌滑落,在山麓形成大小不等的崩积石,在流水的作用下,较小的石块被流水搬运,大的崩积石残留地表,山体后退,露出新鲜剥蚀的山体面,形成围谷和峰丛等地貌,而各种造型石可以看成是山体受外力侵蚀不断变小残留在地表的最后阶段,这时,外力是矛盾的主要方面。这样,在内力的“主导”作用和外力的“雕塑”作用下,发育成了绚丽多姿的各种丹霞地貌类型。 本文对中国丹霞地貌可视化的问题和岩性实验定量研究问题进行了初步尝试。在阐述了丹霞地貌的概念和数量之后,重点分析了中国丹霞地貌的空间分布,探讨中国丹霞地貌空间可视化的问题。在研究过程中,利用计算机技术进行数据处理、图像制作和空间分析。使用Google Earth 4对黄进教授实地考察的我国799处丹霞地貌进行空间定位,通过互联网获得它们的经纬度;然后使用Free Version of GPS Track Maker #13.6软件提取空间数据;在Excel 2003中对数据进行处理、保存;最后使用Arcgis 9.2编辑保存的数据,进行制图和可视化分析,说明中国丹霞地貌分布与地形、红层和气候等自然要素之间的内在联系。 本文最大的亮点是对五处世界自然遗产提名进行了系统的实验地貌学研究。通过实地考察、钻孔获取岩芯标本,在实验室进行丹霞地貌岩体的抗压、抗酸和抗冻融实验,并对实验现象进行了分析和对实验数据进行挖掘。实验数据显示:24块岩芯的(包括砂岩和砾岩)干抗压时强度最大(一般大于60MPa),最高为140MPa。24块岩芯的湿抗压和20块岩芯冻融后抗压强度大都在15-60MPa,实验模拟的环境下,温度的变化和干湿变化这两种状况对丹霞地貌岩体造成的影响不是很大。相比较而言,酸侵蚀对丹霞地貌岩体破坏力最大:在63块抗酸侵蚀实验的岩芯中,有49块岩芯被酸侵蚀破裂,剩下14块岩芯中的三块砂岩抗压强度数值小于10MPa;11块砾岩岩芯的抗压强度数值在15-45MPa之间,丹霞地貌岩体抗酸侵蚀的高度脆弱性由此可见。实验数据表明,各地丹霞地貌岩体抗压能力有所差异:福建泰宁砂岩的干、湿抗压强度差距最大,干抗压最高为140MPa,湿抗压最低为10MPa,干湿抗压强度相差130MPa;江西龙虎山砂岩的干、湿抗压强度最小,干抗压最大为50MPa,湿抗压为零。 以上丹霞地貌岩体抗压实验特点和丹霞地貌发育之间的联系是:凹槽大都发育在砂岩层。这是因为丹霞地貌岩体(砂岩和砾岩)在干燥环境下抗压强度都比较大,在雨水、流水和温度变化的影响下,它们的抗压强度都会降低。通常是砂岩的降低幅度大,抗压强度低,最先遭到侵蚀剥落,形成凹槽,并进一步发育成岩穴或其他丹霞地貌类型。岩性的抗压强度的差异和丹霞地貌主体特征有一定的相关性。例如,福建泰宁砂岩的干、湿抗压强度的差异在四处研究地中最大(最大差值为130MPa),当这些岩体在遭受雨水和流水的侵蚀后,由于砂岩抗压强度的急剧降低,首先容易被风化剥落,形成泰宁千姿百态的以凹槽为主体丹霞地貌景观,并进一步发育其他丹霞地貌类型。龙虎山砂岩的干、湿抗压强度相对较弱(在0-50MPa),在雨水和流水的侵蚀下,软弱的砂岩层被侵蚀剥落,引起上部砾岩层的崩塌,继而引起山体后退等链锁反应,致使龙虎山比其他三处研究地更加相对快速地发育为丹霞地貌老年期阶段。 抗酸实验表明,丹霞地貌岩体被酸侵蚀之后抗压强度都会大大降低,而且,随着酸溶液浓度的加大,岩体遭破坏的程度急剧增大,破裂时间急剧缩短。鉴于丹霞地貌岩体(砂岩和砾岩)对抗酸侵蚀具有高度脆弱性,当它们遭受诸如酸雨的外力侵蚀时,更容易遭到破坏,属于生态环境脆弱地区。所以,当这些研究地申报世界自然遗产成功之后,在开发利用的同时更要注意规划和保护,以达到人类的永续利用,人与自然的和谐共生。