辽东半岛夷平面发育特征初步探究<sup>*</sup>

金书晨, 李永化, 魏东岚, 李新瑞, 刘大齐. (2020). 辽东半岛夷平面发育特征初步探究^* [J]. 古地理学报, 22(4): 715-726.
Jin Shu-Chen, Li Yong-Hua, Wei Dong-Lan, Li Xin-Rui, Liu Da-Qi. (2020). Preliminary study on development characteristics of planation surface in Liaodong Peninsula[J]. Journal Of Palaeogeography, 22(4): 715-726. 复制到剪切板

Doi: 10.7605/gdlxb.2020.04.048
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辽东半岛夷平面发育特征初步探究^*

金书晨¹, 李永化², 魏东岚², 李新瑞², 刘大齐²

1 首都师范大学资源环境与旅游学院,北京 100048

2 辽宁师范大学地理科学学院,辽宁大连 116029

通讯作者简介李永化,男,1959年生,教授,主要从事第四纪地质方面的教学与研究。E-mail: liyh5863@163.com。

第一作者简介金书晨,男,1994年生,博士研究生,自然地理学专业,主要研究方向为气候地貌与沉积。E-mail: 641467121@qq.com。

收稿日期:2019-08-20

基金资助:*辽宁省自然科学基金项目(编号: 2019-ZD-0475)资助

摘要

夷平面是一种与长期稳定的构造环境相关联的大尺度地貌景观,将夷平面与风化壳作为整体来研究是现代夷平面研究的主流。为了探讨辽东半岛夷平面的性质、形成环境等发育特征,对该地区的红色风化壳进行地球化学分析和粒度测试。辽东半岛红色风化壳主要出露于半岛东西两侧,厚度多在4 m左右,化学蚀变指数 CIA平均值为 82.70, ba值(( Na₂O+ K₂O+ CaO+ MgO) /Al₂O₃)平均为 0.39, S/A值( SiO₂/Al₂O₃)平均为 4.86,黏粒含量平均为 8.31%。从分析数据可以看出,辽东半岛红色风化壳是下伏基岩原地风化的产物,推测其形成于温暖、湿润的气候条件下,与南方岩溶区红色风化壳相比具有盐基淋溶率低、富铝化程度低和黏化作用弱的发育特征。结合区域地貌特征,认为研究区红色风化壳的发育主要经历了 4个阶段: ( 1)岩溶作用在古侵蚀基准面之上的整个岩体内进行,地貌起伏逐渐增大;( 2)地貌起伏达到最大,覆盖型岩溶、灰色风化壳开始发育;( 3)岩溶双层夷平面基本形成;( 4)灰色风化壳的发育近乎停止,原本位于古侵蚀基准面之下的灰色风化壳在构造运动作用下全部抬升于现代侵蚀基准面之上形成红色风化壳。因此,研究区的夷平面为古夷平面,发育阶段为红土化阶段。该研究成果可为辽东半岛新近纪以来的新构造运动及海平面变化研究提供初步依据。

关键词: 红色风化壳; 夷平面; 发育特征; 辽东半岛

中图分类号:P512.1⁺3 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2020)04-0715-12

Preliminary study on development characteristics of planation surface in Liaodong Peninsula

Jin Shu-Chen¹, Li Yong-Hua², Wei Dong-Lan², Li Xin-Rui², Liu Da-Qi²

1 College of Resources,Environment and Tourism,Capital Normal University,Beijing 100048,China

2 School of Geography,Liaoning Normal University,Liaoning Dalian 116029,China

About the corresponding author Li Yong-Hua,born in 1959,professor,is mainly engaged in teaching and research on Quaternary geology. E-mail: liyh5863@163.com.

About the first author Jin Shu-Chen,born in 1994,Ph.D. candidate,majors in physical geography. His main research direction is the climatic landforms and sedimentation. E-mail: 641467121@qq.com.

Fund:Natural Science Foundation Project of Liaoning Province(No.2019-ZD-0475)

Abstract

Planation surface is one that is associated with long-term stable tectonic environment of large scale landscape. The planation surface with the weathering crust as a whole to study is the main stream of modern planation surface research. The red weathering crust mainly is outcropped in the east and west of Liaodong Peninsula,and its thickness is around 4 m. In order to explore the properties,environment and development characteristics of the planation surface in Liaodong Peninsula,chemical elements and particle size characteristics of red weathering crust in this area were studied. The test results showed that the average value of CIA of the red weathering crust in the study area is 82.70,the average value of ba((Na₂O+K₂O+CaO+MgO)/Al₂O₃)is 0.39,the average value of S/A(SiO₂/Al₂O₃)is 4.86,and the average value of clay content is 8.31%. Compared with the red weathering crust of the karst area in the south of China,it has the characteristics of low leaching rate of salt base,low aluminization degree and weak viscosification. According to the regional geomorphologic features,the development of red weathering crust in the study area mainly went through four stages: (1)karst process was carried out in the whole rock mass above the base level of ancient erosion,and the geomorphologic fluctuation gradually increased;(2)geomorphologic fluctuation reached the maximum,and covered karst and gray weathering crust began to develop;(3)karst double-layer planation surface basically formed;(4)the development of gray weathering crust nearly stopped. With the tectonic movement,the gray weathering crust,which was originally located below the base level of ancient erosion,was all elevated above the base level of modern erosion to form red weathering crust. Therefore,the planation surface in the study area is ancient planation surface,and the development stage is lateralization stage. The results can provide a preliminary basis for revealing the neotectonic movement and sea level change in the Liaodong Peninsula from the Neogene to present.

Key words: red weathering crust; planation surface; developmental characteristics; Liaodong Peninsula

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1 概述

夷平面是一种与长期稳定的构造环境相关联的大尺度地貌景观, 将夷平面与风化壳作为一个整体来研究是现代夷平面研究的主流(李德文等, 2002)。20世纪80— 90年代, 随着青藏高原隆升问题引起国际地学界关注, 关于该地区夷平面的研究立刻引起了国内外学者的注意: Shackleton和Chengfa(1990)认为夷平面作为一个原始地面可以成为推测陆地抬升的依据; 李德文等(2000)、崔之久等(2001a)认为可以利用夷平面估计青藏高原隆升前的起始高度。除青藏高原外, 数十年来中国南方风化壳的研究亦取得了丰硕成果(朱显谟, 1993; 黄英等, 2000; 孙承兴等, 2002; 任雪梅等, 2003; 冯志刚等, 2004; 朱丽东等, 2006; 曹万杰等, 2012), 如崔之久等(2001a, 2001b)、李德文等(2002)对湘桂黔滇藏红色岩溶风化壳的研究表明, 厚层连续的岩溶风化壳只能形成于地貌发育的晚期, 对应的地貌景观应为岩溶夷平面, 其中青藏高原地区红色岩溶风化壳的形成时代对应于中新世(19— 7 Ma B.P.), 湘桂黔滇藏红色岩溶风化壳样品S/A值(SiO₂/Al₂O₃)多大于2, 平均为2.63, ba值((Na₂O+K₂O+CaO+MgO)/Al₂O₃)介于0.0925~0.57之间, 平均为0.2507, 大部分样品黏粒(< 2 m)含量很高, 部分达90%以上。王世杰等(2002)认为灰岩风化壳形成过程中, 由于方解石的迅速溶解从而使其演化特征具有突变性, 明显不同于结晶岩类风化壳。而对北方红色风化壳的研究仍十分薄弱, 多集中于对单个剖面发育特征的研究(曹家欣等, 1994; 魏东岚和张玉枝, 2014; 金书晨等, 2018; 蒋伟等, 2018; 魏东岚等, 2018), 如曹家欣等(1994)对山东庙岛群岛红色风化壳的研究表明, 该地区红色风化壳属于湿热气候条件下脱硅富铝铁型的风化产物; 熊志方和龚一鸣(2006)对北戴河红色风化壳的研究表明, 风化壳地球化学特征具有环境指示意义, 燕大风化壳是上新世暖温带至北亚热带过渡型气候的风化产物; 魏东岚等(2018)认为辽东半岛石槽剖面风化壳发育时期气候条件经历了湿热— 暖湿— 回暖— 相对暖湿的演化过程。目前, 尚缺乏对北方红色风化壳与夷平面关系、夷平面的性质及发育环境的研究。

基于此, 笔者通过大量野外调查, 选取中国北方辽东半岛七顶山、拉树房、滨海花园、石槽、城山头5个红色风化壳剖面和金石园红色风化壳采样点为研究对象, 通过分析剖面地球化学特征和粒度特征, 研究辽东半岛夷平面的发育特征, 从而为认识该区红色风化壳与夷平面的关系、夷平面的性质和发育环境等提供初步依据。

2 研究区概况

辽东半岛位于辽宁省南部, 是中国三大半岛之一, 北部宽、南部狭窄(图 1), 除少数山峰海拔在1000 m以上外, 大部分地区海拔多在500 m以下, 山势浑圆, 地势平缓(辽宁省地质矿产局, 1989)。该半岛位于新华夏系第二巨型隆起带上, 构造运动长期处于间歇性差异抬升状态(符文侠等, 1992), 北部抬升幅度大于南部地区, 导致北部海拔高于南部。辽东半岛岩溶地貌发育广泛, 南部地区以喀斯特侵蚀及侵蚀剥蚀形成的低山区丘陵为主, 中部和北部以受侵蚀剥蚀影响的山区为主, 东南部的黄海沿岸和西部的渤海沿岸则以侵蚀剥蚀丘陵及堆积、侵蚀平原为主。

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	图 1 辽东半岛红色风化壳分布Fig.1 Distribution of red weathering crust in Liaodong Peninsula

研究区所发现的红色风化壳出露地点均位于复州— 大连凹陷上。该区是亚洲最古老的地块之一, 以太古界和下元古界地层为基底, 自下而上发育有青口白系和震旦系。如图 2所示, 在本次研究的几个剖面中, 大多可见约4 m厚的红色风化壳覆盖于基岩之上, 其中滨海花园、七顶山剖面的基岩为震旦系碳酸盐岩, 拉树房、金石园剖面的基岩为震旦系黏土岩与碳酸盐岩互层, 石槽、城山头剖面基岩为震旦系石英岩、碳酸盐岩互层(郑应顺, 1987; 大连市计划委员会, 1992)。

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	图 2 辽东半岛红色风化壳样品采集Fig.2 Sample collection of red weathering crust in Liaodong Peninsula

红色风化壳上覆地层在辽东半岛东西两岸也有所不同, 半岛东部红色风化壳之上多覆盖有薄层土壤层(图 2-F), 而西部红色风化壳之上多覆盖有厚层黄土(图 2-A)。其中黄土开始沉积于中更新世早期, 具有明显的坡向性分布特征, 主要集中于辽东半岛西北部沿岸。这些黄土具有独特的双物源沉积过程, 一部分为第四纪冰期低海平面时渤海平原出露的海底砂和冲积— 洪积物, 另一部分为高空西风带气流携带的亚洲内陆干旱、半干旱地区荒漠粉尘, 其到达中国内陆黄土沉积东界辽东半岛后, 受山地阻碍, 风力减小, 承载能力降低, 大部分沉降于半岛的西北部山坡上(吕金福和李志民, 1990; 李培英等, 1992), 并使得半岛西部红色风化壳多上覆厚层黄土。

3 材料与方法

3.1 红色风化壳分布与样品采集

红色风化壳主要出露于辽东半岛东西两岸, 西部共发现红色风化壳剖面3个, 包括七顶山剖面、拉树房剖面、滨海花园剖面, 东部有石槽、城山头2个红色风化壳剖面和金石园红色风化壳采样点。本次研究共采集红色风化壳样品57个, 基岩样品4个, 具体采样位置及剖面信息见图 1和图 2。

七顶山剖面位于大连市金州区七顶山乡东部, 经纬度为121° 41'02″E, 39° 16'10″N, 海拔约50 m(图 1)。该剖面厚度约为7 m, 底部可见基岩, 红色风化壳厚度约4 m, 上覆黄土层厚1.5 m左右(图 2-A)。红色风化壳呈胶结或半胶结状态, 无明显颜色分层, 样品按照20 cm等间距连续采集20个, 编号QDS-1~QDS-20。该剖面取基岩样品1个。

滨海花园剖面位于大连市长兴岛, 经纬度为121° 27'17″E, 39° 37'04″N, 海拔约15 m(图 1)。该剖面厚度约为0.9 m, 底部可见基岩, 红色风化壳厚度约0.75 m, 上覆土壤层厚0.2 m(图 2-B)。红色风化壳整体特征与七顶山剖面相似, 未见明显颜色分层。样品按照25 cm等间距采集2个, 编号BHHY-1和BHHY-2, 并取基岩样品1个。

拉树房剖面位于大连市甘井子区拉树房村, 经纬度为121° 36'32″E, 39° 03'50″N, 海拔约40 m(图 1)。该剖面厚度约为4.1 m, 底部可见基岩, 红色风化壳厚度约3.3 m, 上覆坡积层厚0.8 m(图 2-C)。红色风化壳呈胶结或半胶结状态, 无明显颜色分层, 按照20 cm等间距连续采集14个样品, 编号LSF-1~LSF-14。取基岩样品1个。

城山头剖面位于大连市开发区大李家滨海海蚀崖上部, 经纬度为122° 04'41″E, 39° 10'55″N(图 1)。该剖面红色风化壳厚度约为2.2 m, 未见明显分层, 底部距高潮面约1.5 m, 下伏基岩为灰岩(图 2-D)。共采集红色风化壳样品4个, 编号CST-1~CST-4。

金石园风化壳样本取自大连市开发区金石园景区, 经纬度为122° 01'08″E, 39° 05'07″N, 海拔约20 m(图 1)。原本基岩上覆盖的红色风化壳已被人为剥去, 仅在基岩内部空隙处取红色风化壳样品4个, 编号JSY-1~JSY-4(图 2-E)。

石槽剖面位于大连市金州区石槽村西侧, 经纬度为122° 02'53″E, 39° 07'48″N, 海拔约20 m(图 1)。该剖面厚度约4.5 m, 底部可见基岩, 红色风化壳的厚度约为4 m, 上覆土壤层厚0.2 m(图 2-F)。红色风化壳呈胶结或半胶结状态, 未见明显分层, 按照25 cm等间距连续采集13个样品, 编号SC-1~SC-13, 并取基岩样品1个。

3.2 实验方法

粒度分析和化学元素分析在辽宁师范大学实验中心进行。粒度分析采用美国库尔特有限责任公司生产的贝克曼LS13-320型激光衍射粒度测试仪, 测试范围为0.02~2000 μ m, 测试样品的重复测试误差小于3%。常量元素分析采用日本理学公司生产的ZSX PrinmusⅡ 型X射线荧光光谱仪完成, 误差为1%~2%。

粒度分析样品前处理过程如下: (1)样品自然风干后通过2 mm孔径的筛子, 称取0.25 g过筛后的风化壳样品放入100 mL烧杯中, 加入浓度为30%的H₂O₂, 待样品反应完全后, 放在电热板上加热去除剩余H₂O₂; (2)加入体积比为1︰3的HCl, 液体体积为10 mL, 待样品反应完全后, 在电热板上加热去除剩余HCl; (3)加入100 mL蒸馏水, 静置24 h, 抽取烧杯上层的悬浊液, 反复几次, 直至溶液接近中性为止; (4)加入0.02 mol/L的六偏磷酸钠10 mL作为分散剂, 然后倒入60 mL蒸馏水, 加热沸腾5 min, 冷却后, 用粒度测试仪震荡1 min后测试。

化学元素分析样品前处理过程如下: (1)样品自然风干后通过2 mm孔径的筛子, 放入已编号的烧杯中; (2)将过筛后的样品放入温度设置为100℃的烘箱中烘干, 之后放入SM-1型研磨机中研磨约30 s; (3)将研磨后的样品均匀放入聚乙烯环中, 用BP-1型压样机压制成型; (4)将压制好的样品按照编号依次放入仪器中, 进行化学元素测量。

4 测试结果与分析

4.1 地球化学特征

4.1.1 常量元素分布特征

从表1可以看出, 辽东半岛红色风化壳主要化学成分均为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃, 三者之和占80%以上。各红色风化壳剖面自基岩至风化前锋处均表现为SiO₂含量先骤然增加, 至剖面上部逐渐减少, 而Al₂O₃和Fe₂O₃含量逐渐增加, 呈现出脱硅富铝铁化的趋势, 推测SiO₂在剖面顶部的减少与风化过程中产生H₄SiO₄淋失及剖面氧化硅的淋溶有关(Martini and Chesworth, 1992)。与基岩相比, 作为碳酸盐岩主要成分的CaO在拉树房、石槽、七顶山、滨海花园红色风化壳中均表现为重度亏损, 这符合碳酸盐岩风化壳发育过程中CaO大量流失的特征(王世杰等, 2002)。K₂O和Na₂O自基岩至风化前锋处呈现富集状态, 说明辽东半岛红色风化壳风化前锋处淋溶作用较弱。MgO除在七顶山剖面呈现亏损状态外, 其他剖面均为富集状态。可以看出, 常量元素自基岩至半风化带均出现显著突变, 这主要与方解石在风化过程中的快速淋失有关, 且这一现象普遍存在于碳酸盐岩风化壳剖面中, 与结晶岩类风化壳(王世杰等, 2002)有明显区别。

4.1.2 地球化学指标变化特征

红色风化壳的发育特征还可以通过主量元素的地球化学指标变化趋势来反映。笔者选用S/A、S/F、S/R、ba、A/NK、A/CNK、化学蚀变指数CIA共7项指标来研究辽东半岛红色风化壳的地球化学特征。各指标的计算公式如下: S/A=SiO₂/Al₂O₃; S/F=SiO₂/Fe₂O₃; S/R=SiO₂/(Fe₂O₃+Al₂O₃); ba=(Na₂O+K₂O+CaO+MgO)/Al₂O₃; A/NK=Al₂O₃/(Na₂O+K₂O); A/CNK=Al₂O₃/(CaO+Na₂O+K₂O); CIA=[Al₂O₃/(Al₂O₃+K₂O+CaO^*+Na₂O)]× 100, 式中CaO^*是存在于硅酸盐中的CaO, 当CaO的摩尔数大于Na₂O时, CaO^*=Na₂O, 反之, CaO^*=CaO(McLennan et al., 1993)。计算过程中, 均采用分子摩尔数百分比。辽东半岛红色风化壳各地球化学指标见表 1。

表 1 辽东半岛红色风化壳地球化学及粒度数据 Table1 Geochemical and particle size data of red weathering crust in Liaodong Peninsula

剖面名称	编号	深度/m	SiO₂/%	Al₂O₃/%	Fe₂O₃/%	K₂O/%	CaO/%	Na₂O/%	MgO/%	TiO₂/%	S/A	S/F	S/R	ba	CIA	A/NK	A/CNK	黏粒/%	粉砂/%	粉黏比
七顶山	QDS-1	2.40	63.13	18.56	4.62	2.26	0.88	0.24	0.45	0.67	5.78	36.48	4.99	0.30	85.13	6.52	4.17	8.16	24.91	3.05
	QDS-2	2.60	61.19	19.85	4.85	2.32	0.86	0.21	0.50	0.66	5.24	33.65	4.53	0.29	86.06	6.93	4.49	8.68	28.87	3.33
	QDS-3	2.80	63.35	18.40	5.14	2.30	0.82	0.21	0.46	0.68	5.85	32.85	4.97	0.30	85.22	6.47	4.24	9.54	31.79	3.33
	QDS-4	3.00	61.42	19.59	5.14	2.34	0.77	0.16	0.51	0.69	5.33	31.90	4.57	0.28	86.40	6.97	4.65	10.54	36.69	3.48
	QDS-5	3.20	63.10	18.73	5.20	2.19	0.69	0.16	0.44	0.74	5.73	32.38	4.87	0.27	86.62	7.11	4.82	9.82	31.81	3.24
	QDS-6	3.40	64.69	17.95	4.62	2.16	0.72	0.18	0.38	0.64	6.13	37.33	5.26	0.27	85.86	6.77	4.52	10.06	28.90	2.87
	QDS-7	3.60	63.28	18.73	4.69	2.18	0.75	0.20	0.43	0.64	5.74	35.99	4.95	0.27	86.06	6.94	4.61	7.35	22.78	3.10
	QDS-8	3.80	63.74	18.49	4.47	2.15	0.79	0.22	0.42	0.60	5.86	38.06	5.08	0.28	85.75	6.84	4.46	7.55	19.85	2.63
	QDS-9	4.00	65.30	17.72	4.23	2.03	0.82	0.30	0.40	0.60	6.26	41.19	5.44	0.29	84.78	6.58	4.23	7.40	20.04	2.71
	QDS-10	4.20	64.89	17.97	4.25	2.03	0.85	0.27	0.42	0.56	6.14	40.71	5.34	0.29	85.29	6.78	4.27	6.88	18.27	2.66
	QDS-11	4.40	62.46	19.38	5.07	2.19	0.72	0.18	0.47	0.69	5.48	32.83	4.69	0.27	86.67	7.24	4.85	8.94	26.37	2.95
	QDS-12	4.60	62.99	18.91	4.60	2.03	0.69	0.20	0.45	0.60	5.66	36.50	4.90	0.26	86.89	7.47	4.99	7.96	21.97	2.76
	QDS-13	4.80	63.39	18.62	4.85	2.06	0.76	0.24	0.47	0.64	5.79	34.83	4.96	0.28	86.00	7.06	4.63	8.75	25.48	2.91
	QDS-14	5.00	64.11	18.15	4.61	2.06	0.80	0.27	0.49	0.66	6.01	37.08	5.17	0.30	85.30	6.77	4.40	9.64	29.78	3.09
	QDS-15	5.20	64.44	17.56	4.66	2.07	0.83	0.31	0.50	0.63	6.24	36.91	5.34	0.32	84.28	6.36	4.10	9.58	34.98	3.65
	QDS-16	5.40	63.10	18.66	4.58	2.07	0.80	0.28	0.53	0.65	5.75	36.73	4.97	0.30	85.56	6.92	4.49	8.12	26.77	3.30
	QDS-17	5.60	64.17	17.71	4.47	2.04	0.82	0.32	0.53	0.61	6.16	38.32	5.31	0.32	84.38	6.45	4.18	9.34	33.11	3.54
	QDS-18	5.80	62.51	18.42	4.53	2.10	0.86	0.33	0.63	0.66	5.77	36.81	4.99	0.33	84.59	6.54	4.20	9.91	36.88	3.72
	QDS-19	6.00	64.44	16.93	4.70	1.97	0.82	0.37	0.58	0.61	6.47	36.57	5.50	0.34	83.52	6.18	3.99	9.15	33.52	3.66
	QDS-20	6.20	63.28	17.58	4.43	2.04	0.87	0.41	0.67	0.61	6.12	38.13	5.27	0.35	83.19	6.10	3.93	9.29	34.16	3.68
	平均值		63.45	18.40	4.68	2.13	0.80	0.25	0.49	0.64	5.88	36.26	5.05	0.30	85.38	6.75	4.41	8.83	28.35	3.18
	基岩		2.55	0.57	0.30	0.07	42.15	0.01	13.45	0.02
拉树房	LSF-1	1.00	66.60	15.10	5.50	2.80	0.80	0.60	0.80	0.80	7.51	32.55	6.10	0.49	75.50	3.83	2.80	3.90	60.80	15.50
	LSF-2	1.20	61.10	18.60	7.20	2.70	0.60	0.20	0.90	0.80	5.58	22.74	4.48	0.35	84.04	5.78	4.30	3.10	54.60	17.83
	LSF-3	1.40	49.60	24.20	13.10	2.80	0.60	0.10	1.10	0.90	3.49	10.09	2.59	0.29	88.10	7.71	5.65	2.70	67.90	25.35
	LSF-4	1.60	49.40	24.50	13.00	3.10	0.60	0.10	1.00	0.80	3.43	10.16	2.56	0.29	87.36	7.14	5.46	2.20	65.60	29.77
	LSF-5	1.80	47.90	23.50	15.70	2.70	0.50	0.10	1.00	0.80	3.46	8.11	2.42	0.27	88.31	7.80	6.05	2.80	63.40	22.68
	LSF-6	2.00	51.50	20.90	14.40	3.60	0.30	0.10	1.40	0.80	4.20	9.55	2.92	0.39	83.48	5.20	4.54	3.30	57.20	17.16
	LSF-7	2.20	52.00	20.1	15.00	3.60	0.30	0.10	1.30	0.80	4.40	9.25	2.98	0.40	83.09	5.03	4.41	3.00	51.40	16.94
	LSF-8	2.40	51.50	21.40	13.00	3.50	0.40	0.10	1.30	0.80	4.08	10.61	2.95	0.37	84.15	5.46	4.68	2.90	55.30	19.37
	LSF-9	2.60	46.7	22.40	17.60	2.80	0.40	0.10	1.00	0.80	3.55	7.09	2.37	0.29	87.32	7.18	5.76	2.50	49.80	20.05
	LSF-10	2.80	48.30	21.40	16.90	2.90	0.40	0.10	1.10	0.80	3.83	7.63	2.55	0.32	86.13	6.45	5.27	3.50	75.20	21.37
	LSF-11	3.00	50.70	21.00	13.20	4.50	0.30	0.10	1.50	0.90	4.09	10.21	2.92	0.45	80.38	4.20	3.75	3.10	57.60	18.30
	LSF-12	3.20	60.60	17.50	8.00	3.60	0.30	0.10	1.00	0.60	5.90	20.28	4.57	0.41	81.01	4.39	3.83	2.70	43.10	16.10
	LSF-13	3.40	56.50	19.70	9.70	3.20	0.40	0.10	1.00	0.70	4.87	15.46	3.70	0.35	83.91	5.40	4.47	2.90	58.20	20.07
	LSF-14	3.60	49.50	22.10	14.00	3.30	0.60	0.10	1.20	0.90	3.81	9.45	2.71	0.35	85.00	5.89	4.63	3.00	71.50	23.87
	平均值		52.98	20.89	12.58	3.21	0.47	0.12	1.11	0.79	4.44	13.08	3.27	0.36	84.13	5.82	4.69	2.97	59.40	20.31
	基岩		9.81	2.29	2.21	0.56	61.72	0.04	0.48	0.16
石槽	SC-1	0.25	52.40	24.50	9.10	2.80	0.50	0.30	1.30	0.90	3.63	15.41	2.94	0.31	85.94	6.97	5.65	20.32	59.60	2.93
	SC-2	0.50	55.80	22.70	8.10	2.80	0.50	0.50	1.30	0.90	4.18	18.32	3.40	0.36	82.80	5.86	4.71	18.45	60.31	3.27
	SC-3	0.75	50.80	26.10	10.60	3.10	0.40	0.10	1.30	0.80	3.31	12.79	2.63	0.29	87.43	7.37	6.11	17.84	61.06	3.42
	SC-4	1.00	49.70	26.50	10.80	3.30	0.40	0.10	1.40	0.90	3.19	12.29	2.53	0.30	87.20	7.14	5.94	20.71	65.26	3.15
	SC-5	1.25	57.20	21.30	7.50	4.90	0.20	0.10	2.00	0.80	4.57	20.35	3.73	0.52	79.45	3.94	3.67	8.97	54.54	6.08
	SC-6	1.50	53.30	24.30	9.30	3.60	0.40	0.10	1.60	0.70	3.72	15.21	2.99	0.36	85.37	6.05	5.18	12.32	76.79	6.23
	SC-7	1.75	55.40	23.20	8.50	3.80	0.40	0.10	1.40	0.70	4.06	17.41	3.29	0.37	84.01	5.46	4.66	13.01	63.88	4.91
	SC-8	2.00	51.40	25.70	9.30	3.80	0.40	0.10	1.50	0.70	3.39	14.80	2.76	0.35	85.31	6.06	5.13	9.97	55.05	5.52
	SC-9	2.25	60.00	20.40	5.90	5.20	0.30	0.10	1.50	0.70	4.99	27.04	4.21	0.49	77.58	3.55	3.28	5.79	37.55	6.49
	SC-10	2.50	57.30	21.90	6.10	5.70	0.30	0.10	1.80	0.80	4.45	24.95	3.77	0.52	77.33	3.47	3.22	7.25	48.37	6.67
	SC-11	2.75	54.30	23.80	7.60	4.70	0.50	0.10	1.60	0.80	3.88	19.02	3.22	0.43	81.46	4.52	3.86	8.82	45.70	5.18
	SC-12	3.00	57.60	20.20	6.80	2.90	0.70	0.70	1.30	0.80	4.85	22.50	3.99	0.44	78.43	4.64	3.65	14.60	63.77	4.37
	SC-13	3.25	57.50	21.40	7.20	2.90	0.70	0.70	1.40	0.90	4.58	21.28	3.77	0.42	79.81	5.02	3.92	14.31	65.81	4.60
	平均值		54.82	23.23	8.22	3.79	0.42	0.24	1.49	0.79	4.06	18.57	3.33	0.40	82.47	5.39	4.54	13.26	58.28	4.83
	基岩		1.20	0.35	0.23	0.11	60.9	0.03	0.51	0.02
城山头	CST-1	1.25	51.10	21.90	9.20	4.50	0.40	3.10	0.80	0.70	3.97	14.81	3.13	0.58	67.18	2.18	2.05
	CST-2	2.00	49.40	21.30	9.20	2.70	0.70	3.10	0.70	0.70	3.94	14.26	3.08	0.52	69.96	2.69	2.33
	CST-3	2.75	55.10	18.60	8.40	2.90	0.30	1.60	3.60	0.80	5.04	17.42	3.91	0.83	68.76	3.20	2.95
	CST-4	3.50	57.10	19.80	7.40	2.80	0.80	0.40	2.90	0.80	4.91	20.57	3.96	0.63	82.11	5.37	3.89
	平均值		53.20	20.40	8.60	3.20	0.50	2.00	2.00	0.75	4.46	16.76	3.52	0.64	72.00	3.36	2.80
滨海花园剖面	BHHY-1	0.25	60.60	16.30	4.72	3.48	0.89	0.70	0.94	0.59	6.32	34.24	5.34	0.55	72.81	3.31	2.49
	BHHY-2	0.50	61.70	15.30	4.99	3.74	0.86	0.69	0.95	0.64	6.86	32.97	5.68	0.60	70.70	2.94	2.26
	平均值		61.15	15.80	4.86	3.61	0.872	0.698	0.948	0.6165	6.59	33.60	5.51	0.57	71.75	3.12	2.38
	基岩		3.8	1.06	1.69	0.49	55.9	0.022	0.584	0.099
金石园	JSY-1		43.37	22.58	15.13	4.42	3.51	0.10	0.93	1.01	3.27	7.64	2.29	0.61	81.46	4.55	1.99
	JSY-2		46.87	22.69	13.01	4.10	2.43	0.10	1.00	0.96	3.51	9.61	2.57	0.51	82.57	4.91	2.51
	JSY-3		47.15	24.42	10.04	5.02	2.27	0.13	0.99	1.05	3.28	12.52	2.60	0.50	80.63	4.32	2.49
	JSY-4		46.01	23.80	11.94	4.90	2.24	0.17	1.06	1.06	3.29	10.28	2.49	0.52	80.22	4.26	2.46
	平均值		45.85	23.37	12.53	4.61	2.61	0.13	1.00	1.02	3.34	10.01	2.49	0.54	81.22	4.51	2.36

注: 1.计算公式为: S/A=SiO₂/Al₂O₃; S/F=SiO₂/Fe₂O₃; S/R=SiO₂/(Fe₂O₃+Al₂O₃); ba=(Na₂O+K₂O+CaO+MgO)/Al₂O₃; A/NK=Al₂O₃/(Na₂O+K₂O); A/CNK=Al₂O₃/(CaO+Na₂O+K₂O); CIA=[Al₂O₃/(Al₂O₃+K₂O+CaO^*+Na₂O)]× 100, 式中CaO^*是存在于硅酸盐中的CaO, 当CaO的摩尔数大于Na₂O时, CaO^*=Na₂O, 反之, CaO^*=CaO(McLennan et al., 1993)。

2.计算过程中, 均采用分子摩尔数百分比。

表 1 辽东半岛红色风化壳地球化学及粒度数据 Table1 Geochemical and particle size data of red weathering crust in Liaodong Peninsula

从表 1可以看出, 七顶山剖面CIA介于83.19~86.89之间, 平均值为85.38; 拉树房剖面CIA介于75.50~88.31之间, 平均值为84.13; 石槽剖面CIA介于77.33~87.43之间, 平均值为82.47; 城山头剖面CIA介于67.18~82.11之间, 平均值为72.00; 滨海花园剖面CIA介于70.70~72.81之间, 平均值为71.75; 金石园采样点CIA介于80.22~82.57之间, 平均值为81.22。不同范围的CIA值所表示的气候环境意义不同:当CIA介于65~85之间时, 表明气候温暖、湿润, 风化作用为中等化学风化; 当CIA介于85~100之间时, 风化作用为高度化学风化, 气候条件近似亚热带地区(魏东岚等, 2018)。研究区内各剖面CIA值基本接近, 介于71.75~85.38之间, 表明辽东半岛红色风化壳形成于温暖、湿润的气候条件下(曹家欣等, 1994; 熊志方和龚一鸣, 2006; 魏东岚等, 2018)。而在拉树房剖面距顶部1 m处CIA显著降低, 可能与该剖面遭受剥蚀或发育过程中的气候波动有关。总体来看, CIA在各剖面均表现为自基岩向上逐渐增大趋势, 符合红色风化壳自下而上发育程度逐渐增强的特点。

同样, S/A、S/F、S/R也是评估化学风化程度的重要参数, 可用来说明红色风化壳脱硅富铝铁化的程度, 其值越小表明脱硅富铝铁程度越高。研究区各剖面S/A、S/F、S/R均表现为自下而上逐渐减小的趋势, 说明脱硅富铝铁化程度自下而上逐渐增强, 呈正向风化序列。

另外, ba可用于判断红色风化壳的淋溶程度, 其值越小表明红色风化壳淋溶程度越高, 而A/NK、A/CNK表示碱金属的淋失程度, 其值越大表明碱金属淋失程度越高。研究区各剖面ba自基岩向上呈现逐渐变小趋势, A/NK、A/CNK呈现逐渐增大趋势, 表明红色风化壳发育成熟度自下而上越来越高。

总之, 各地球化学指标表明辽东半岛红色风化壳是下伏基岩原地风化的产物, 形成于温暖、湿润的气候条件下, 具有正向风化序列。

4.2 粒度特征

研究区红色风化壳粒度特征见表 1。笔者采用的粒级分类标准为: 黏粒(0~2 μ m)、粉砂(2~63 μ m)、砂粒(63~2000 μ m)。其中, 七顶山剖面黏粒含量介于6.88%~10.54%之间, 平均值为8.83%; 粉砂含量介于18.27%~36.88%之间, 平均值为28.35%; 粉黏比介于2.66~3.72之间, 平均值为3.18。拉树房剖面黏粒含量介于2.20%~3.90%之间, 平均值为2.97%; 粉砂含量介于43.10%~75.20%之间, 平均值为59.40%; 粉黏比介于15.50~29.77之间, 平均值为20.31。石槽剖面黏粒含量介于5.79%~20.71%之间, 平均值为13.26%; 粉砂含量介于37.55%~76.79%之间, 平均值为58.28%; 粉黏比介于2.93~6.67之间, 平均值为4.83。黏粒被认为是风化壳经强烈物理、化学风化作用后形成的新生矿物, 其含量高低可以在一定程度上反映风化壳的风化强度大小(Ducloux et al., 2002)。由于粉砂一般为未遭彻底风化的原生矿物, 黏粒主要为风化作用产生的新生矿物, 因此通常用粉黏比表征风化程度, 粉黏比越小表明风化壳风化程度越高(李德文等, 2002)。崔之久等(2001a)的研究表明, 中国湘桂黔滇藏红色岩溶风化壳黏粒含量非常高, 部分可达90%以上, 而研究区红色风化壳黏粒含量平均值介于2.97%~13.26%之间, 粉黏比平均值介于3.18~20.31之间, 黏粒含量明显低于南方岩溶区红色风化壳, 而粉黏比明显高于南方岩溶红色风化壳。因此, 粒度特征表明研究区红色风化壳风化强度低于南方岩溶区。

5 讨论

5.1 红色风化壳与夷平面

韦启蹯等(1983)研究表明, 形成1 m厚的风化壳需要600多米厚的碳酸盐岩。笔者将利用拉树房剖面基岩制备的酸不溶物质量与基岩质量进行比较, 发现基岩减少比率达到91.4%, 即100 g基岩最终只有8.6 g能够形成风化壳, 表明研究区红色风化壳的形成同样需要溶解巨厚基岩。而这种母岩物质大量流失的风化过程, 必然伴随长时间的夷平作用和岩溶作用, 最终使地貌向准平原方向发展, 地势逐渐平缓, 形成夷平面。

南方岩溶山区普遍存在严重的失土现象, 即使在茂密的原始森林中也不可能发育厚层连续的风化壳(李德文等, 1999), 而辽东半岛七顶山、拉树房、石槽剖面红色风化壳厚度多在4 m左右, 表明其形成于地表起伏不大、垂向岩溶作用较弱的条件下, 这样的发育条件只能存在于接近侵蚀基准面的夷平面上。

5.2 夷平面的性质及发育阶段

辽东半岛红色风化壳为新近纪时形成(蒋伟等, 2018), CIA平均值为82.70、ba平均值为0.39、S/A平均值为4.86、黏粒平均值为8.31%, 与南方岩溶区红色风化壳地球化学特征及粒度特征(王世杰等, 1999; 崔之久等, 2001a)相比呈现出明显的盐基淋溶率低、富铝化程度低、黏化作用弱的特点。这可能与南北方气候条件差异有关, 因为辽东半岛地处北纬39° , 与南方相比纬度偏高, 造成两者现代气候条件相差较大, 其中南方为亚热带季风气候, 辽东半岛为海洋性暖温带季风气候。按照将今论古的研究思想, 并与辽东半岛红色风化壳同期发育的湘桂黔滇藏红色岩溶风化壳地球化学特征、粒度特征(崔之久等, 2001a; 李德文等, 2002)进行对比, 认为辽东半岛新近纪水热条件较南方偏差, 导致其风化壳的盐基淋溶率低、黏化作用弱。而黏化作用与富铝化作用在土壤发育过程中通常是同步进行的(崔之久等, 2001a), 因此其与形究区风化壳呈现出富铝化程度低的特点相吻合。

李德文等(2002)对南方岩溶区红色风化壳发育模式的研究表明, 岩溶区红色风化壳的发育为二阶段模式: 夷平— 成壳期(灰土化过程)和切割— 红化期(红土化过程)。本区红色风化壳为古风化壳的残留, 尚未发现灰色风化壳(图 3-A), 这一方面说明灰色风化壳已全部抬升至现今侵蚀基准面之上且不再具备风化壳发育的条件, 另一方面说明本区风化壳早已进入红土化阶段, 在这一阶段由于风化壳逐渐远离侵蚀基准面, 导致淋溶作用逐渐增强, 这与地球化学特征所反映的正向风化序列相吻合。

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	图 3 红色风化壳发育阶段示意图Fig.3 Schematic diagram of development stage of red weathering crust

南方地区因纬度较低, 气候湿热, 红色风化壳仍能继续形成, 主体仍为灰色风化壳(图3-B)。而研究区灰色风化壳早已抬升至侵蚀基准面之上进入红土化阶段, 且不再有灰色风化壳发育, 表明其夷平面属古夷平面。

综上所述, 辽东半岛因纬度偏高, 较南方地区偏冷, 使得本区红色风化壳具有与南方红色风化壳不同的发育特点, 呈现出盐基淋溶率低、富铝化程度低、黏化作用弱的特点。研究区内灰色风化壳已全部抬升至现今侵蚀基准面之上进入到红土化阶段, 其夷平面属古夷平面。

5.3 夷平面的结构与演化过程

李德文等(2000)、崔之久等(2001b)将南方地区岩溶地貌演化最终阶段所形成的以厚层风化壳为特征的夷平面称为岩溶(双层)夷平面。根据覆盖型岩溶进行分类, 辽东半岛东西两侧红色风化壳覆盖型岩溶均属未裸露型(图 2)。西部红色风化壳上部冲刷面并未直接暴露于大气下, 而是被黄土所覆盖, 形成覆盖型岩溶— 红色风化壳— 黄土的结构, 但黄土并非夷平面的组成部分, 故不能将其当作夷平面结构, 因此辽东半岛西部夷平面结构也由两部分组成, 上部是埋藏于黄土下的风化壳, 下部是覆盖型岩溶。研究区东部夷平面具有与南方夷平面相同的结构。

结合前人对南方岩溶区夷平面的研究成果(李德文等, 1999, 2000; 崔之久等, 2001a, 2001b)及野外详细观察, 认为辽东半岛古夷平面发育主要经历4个阶段的变化(图 4)。第1阶段, 岩溶作用在古侵蚀基准面之上的整个岩体内进行, 岩体出现破裂, 垂向岩溶作用加强, 地貌起伏逐渐增大; 第2阶段, 地貌起伏达到最大, 这一阶段岩溶作用开始在古侵蚀基准面之下的岩体内进行, 覆盖型岩溶、灰色风化壳开始发育; 第3阶段, 岩溶双层夷平面基本形成, 进入岩溶地貌发育的晚期, 地面接近古侵蚀基准面, 仅留下部分塔峰, 在新构造运动的作用下部分灰色风化壳抬升至侵蚀基准之上, 垂向淋溶作用增强, 进入红土化阶段, 形成与南方夷平面相同的剖面结构; 第4阶段, 研究区第四纪气候转冷, 岩溶作用减弱, 灰色风化壳的发育近乎停止, 而新构造运动一直呈现缓慢抬升状态, 原本位于古侵蚀基准面之下的灰色风化壳全部抬升于现代侵蚀基准面之上形成红色风化壳。

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	图 4 辽东半岛夷平面演化过程Fig.4 Evolution of planation surface in Liaodong Peninsula

5.4 对新构造运动、海平面变化的指示意义

厚层红色风化壳主要发育于湿热气候条件下排水良好、构造缓慢抬升的地段, 因为当构造强烈隆升时, 风化壳易被剥蚀, 难以保留(冯志刚和王世杰, 2003)。研究区目前所发现的七顶山、拉树房、石槽剖面红色风化壳厚度多在4 m左右, 且未发现处于还原状态的灰色风化壳, 表明辽东半岛新近纪的构造抬升速率和风化前锋的位移速率相近, 处于缓慢抬升状态。

野外实地观测发现, 城山头红色风化壳剖面位于距高潮位1.5 m的位置, 残积物性质比较松散且抗侵蚀能力弱, 新近纪形成的红色风化壳能够保存至今, 表明其未曾经历过强烈的海蚀作用, 据此可以将其作为判断新近纪时海平面未曾超过现今海平面1.5 m的标志(蒋伟等, 2018)。

6 结论

1)根据辽东半岛红色风化壳主量元素、地球化学指标和粒度特征, 认为该风化壳是下伏基岩原地风化的产物, 具有正向风化序列, 形成于温暖、湿润的气候条件下, 化学风化处于中等风化水平。与南方岩溶区红色风化壳相比, 其具有盐基淋溶率低、富铝化程度低、黏化作用弱的特点, 发育强度弱于南方岩溶区红色风化壳。

2)辽东半岛红色风化壳的发育主要经历了4个阶段的变化: (1)岩溶作用在古侵蚀基准面之上的整个岩体内进行, 地貌起伏逐渐增大; (2)地貌起伏达到最大, 覆盖型岩溶、灰色风化壳开始发育; (3)岩溶双层夷平面基本形成; (4)灰色风化壳的发育近乎停止, 原本位于古侵蚀基准面之下的灰色风化壳在构造运动作用下全部抬升于现代侵蚀基准面之上形成红色风化壳。

3)辽东半岛夷平面属古夷平面, 发育阶段为红土化阶段。半岛西部夷平面由两部分组成, 上部是埋藏于黄土之下的风化壳, 下部是覆盖型岩溶, 而半岛东部夷平面具有与南方夷平面相同的结构。对该区夷平面的研究, 有助于了解辽东半岛新近纪以来的新构造运动及海平面变化。

(责任编辑张西娟李新坡; 英文审校刘贺娟)

参考文献

文献选项

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1994

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... 而对北方红色风化壳的研究仍十分薄弱,多集中于对单个剖面发育特征的研究(曹家欣等,1994 ...

... 魏东岚等,2018),如曹家欣等(1994)对山东庙岛群岛红色风化壳的研究表明,该地区红色风化壳属于湿热气候条件下脱硅富铝铁型的风化产物 ...

... 38之间,表明辽东半岛红色风化壳形成于温暖、湿润的气候条件下(曹家欣等,1994 ...

2012

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... 曹万杰等,2012),如崔之久等(2001a,2001b)、李德文等(2002)对湘桂黔滇藏红色岩溶风化壳的研究表明,厚层连续的岩溶风化壳只能形成于地貌发育的晚期,对应的地貌景观应为岩溶夷平面,其中青藏高原地区红色岩溶风化壳的形成时代对应于中新世(19#cod#x02014 ...

2001

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... 李德文等(2000)、崔之久等(2001a)认为可以利用夷平面估计青藏高原隆升前的起始高度 ...

... 崔之久等(2001a)的研究表明,中国湘桂黔滇藏红色岩溶风化壳黏粒含量非常高,部分可达90%以上,而研究区红色风化壳黏粒含量平均值介于2 ...

... 崔之久等,2001a)相比呈现出明显的盐基淋溶率低、富铝化程度低、黏化作用弱的特点 ...

... 按照将今论古的研究思想,并与辽东半岛红色风化壳同期发育的湘桂黔滇藏红色岩溶风化壳地球化学特征、粒度特征(崔之久等,2001a ...

... 而黏化作用与富铝化作用在土壤发育过程中通常是同步进行的(崔之久等,2001a),因此其与形究区风化壳呈现出富铝化程度低的特点相吻合 ...

... 崔之久等,2001a,2001b)及野外详细观察,认为辽东半岛古夷平面发育主要经历4个阶段的变化(图 4) ...

2001

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崔之久, 李德文, 冯金良, 刘耕年, 李洪江. 2001b. 覆盖型岩溶、风化壳与岩溶(双层)夷平面. 中国科学(D辑: 地球科学), 31(6): 510-519, 530.

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. 2001b. Covered karst, weathering crust and karst planation surface(of double levels). Science in China(Series D), 31(6): 510-519, 530]

厚层连续的岩溶风化壳只能形成于地貌发育的晚期,对应的地貌景观应为岩溶夷平面. 后者具有与Budel双面模式相当的剖面结构a由松散的风化壳层和壳下风化基面组成. 就灰岩区而言风化基面即覆盖型岩溶. 青藏高原、云贵高原及湘桂丘陵一线覆盖型岩溶及红色风化壳具有良好的一致性, 都是岩溶双层夷平面的组成部分, 但处于不同的后期夷平面分化阶段. 不同亚类的覆盖型岩溶和红色风化壳均指示岩溶夷平面及刻蚀平原的存在. 可以作为讨论青藏高原隆升幅度、速率等基本问题的参照系.

... 3 夷平面的结构与演化过程李德文等(2000)、崔之久等(2001b)将南方地区岩溶地貌演化最终阶段所形成的以厚层风化壳为特征的夷平面称为岩溶(双层)夷平面 ...

... 崔之久等,2001a,2001b)及野外详细观察,认为辽东半岛古夷平面发育主要经历4个阶段的变化(图 4) ...

1992

0.0

... 大连市计划委员会,1992) ...

1992

0.0

... 该半岛位于新华夏系第二巨型隆起带上,构造运动长期处于间歇性差异抬升状态(符文侠等,1992),北部抬升幅度大于南部地区,导致北部海拔高于南部 ...

2002

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2003

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... 4 对新构造运动、海平面变化的指示意义厚层红色风化壳主要发育于湿热气候条件下排水良好、构造缓慢抬升的地段,因为当构造强烈隆升时,风化壳易被剥蚀,难以保留(冯志刚和王世杰,2003) ...

2004

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... 冯志刚等,2004 ...

2000

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... 黄英等,2000 ...

2018

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蒋伟, 李永化, 魏东岚, 沈俊杰. 2018. 辽南地区晚第三纪红色风化壳及更新世高海面问题探讨. 地理科学, 38(8): 1391-1396.

[Jiang

, Li Y

, Wei D

, Shen J

. 2018. Neogene red weathering crusts in the southern Liaoning Province and the discussion of high sea level. Scientia Geographica Sinica, 38(8): 1391-1396]

The red weathering crust of Shicao profile and Chengshantou profile in the southern of Liaoning Province is studied by studying variation characteristics of elements, geochemical index, in order to reveal its geochemical characteristics. Based on analyzed the Neogene red weathering crusts in the southern Liaoning, the climatic and sea level changes were discussed. All the samples of the red weathering crust were analyzed for major geochemical elements by X-ray Fluorescence Spectrometry. The concentrations of major geochemical elements of the red weathering crust profile shows irregular change from the bottom to the top. By geochemical analyses, the profile has the characteristics of sedimentation type. SiO 2 、Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 are the three main parts in the red weathering crusts. The content of SiO 2 ranged from 49.41% - 60.02%, mean average is 54.44%. The content of Al 2 O 3 profile ranged from 18.61% - 26.48%, mean average is 22.57%. The content of Fe 2 O 3 in profile ranged from 5.92% - 10.79%, mean average is 8.30%. The ratios of SiO 2 /Al 2 O 3 ranged from 3.19% - 4.99%, mean average is 4.15%. The ratios of SiO 2 /R 2 O 3 ranged from 2.53% - 4.21%, mean average is 3.37%. Based on analyzed SiO 2 /Al 2 O 3 , SiO 2 /R 2 O 3 and the concentrations of major geochemical elements, the red weathering crusts were developed under high temperature and high humidity condition. Calculation the thickness of weathering crust and compare with the weathering crust of Shandong MiaoDao, it is believed that the formation time of this weathering crust should be Pliocene or earlier. According to the remaining height of the weathered crust of Chengshantou profile in the coastal area, the sea level today is close to the highest sea level of the southern of Liaoning province since late neogene. The remaining height of the weathered crust of Chengshantou profile in the coastal area can be used as the symbol of the highest sea level of the southern of Liaoning Province since the formation of the red weathering crust.

College of Urban and Environmental Sciences, Liaoning Normal University, Dalian 116029, Liaoning, China

以辽南地区石槽剖面与城山头剖面的红色风化壳为研究对象,利用X射线荧光光谱仪,对风化壳剖面样品进行分析。结果表明：剖面中各采样点样品的主要化学元素含量自剖面底部到顶部无规律性变化,显示了主要化学元素在风化过程中的地球化学行为较为一致,符合风化壳沉积类型特征;剖面的主要化学成分为SiO 2 、Al 2 O 3 、Fe 2 O 3 ,结合各采样点样品的主要化学元素含量及SiO 2 /Al 2 O 3 及SiO 2 /R 2 O 3 系数,可以认为这套红色风化壳应是在高温高湿的环境条件下风化作用的产物。通过与山东庙岛群岛风化壳的对比及风化壳厚度的计算,可以认为该套风化壳的形成时代应在上新世或更早。依据风化壳在滨海地区的残存高度可以推断,自第三纪晚期以来辽南地区最高海平面高度未超过今天的海平面高度。

... 蒋伟等,2018 ...

... 2 夷平面的性质及发育阶段辽东半岛红色风化壳为新近纪时形成(蒋伟等,2018),CIA平均值为82 ...

... 5 m的标志(蒋伟等,2018) ...

2018

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... 金书晨等,2018 ...

1989

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... 2 研究区概况辽东半岛位于辽宁省南部,是中国三大半岛之一,北部宽、南部狭窄(图 1),除少数山峰海拔在1000 m以上外,大部分地区海拔多在500 m以下,山势浑圆,地势平缓(辽宁省地质矿产局,1989) ...

1990

0.0

吕金福, 李志民. 1990. 辽东半岛的黄土及其沉积环境. 地理科学, 10(2): 97-106, 191.

[Lü J

, Li Z

. 1990. Loess and its sedimentary environment in Liaodong Peninsula. Science Geographica Sinica, 10(2): 97-106, 191]

The loess in Liaodong Peninsula is mainly distributed below 70 meters underground along the Bohai coastal areas,with the thickness of 10-15 metres. The loess in Liaodong Peninsula can be classified into pro-Lishi stage,Lishi stage and Malan stage.The period of pro-Lishi loess is from the Pliocene to the early Pleistocene.The loess of Lishi stage can be divided into the lower Lishi loess and the upper Lishi loess.And Malan loess stage is the later period of the Pleistocene. The silver sand content in the loess of Liaodong Peninsula is much more than the silt content.However,there is the tendency that silt content gradually increases from the lower part Io the upper part of both Lishi and Malan loess. The major minerals in the loess are light ones,such as quarts,feldspar,etc. The source of the loess substances in Liaodong Peninsula are different,some came from the inland of Shandong and Shaanxi provinces,some from the nearby sea areas,and some was brought by rivers from the low mountain and hill areas.

Department of Geography, Northeast Normal University, Changchun

辽东半岛的黄土粒度组成中,细砂的含量较多,粉砂的含量相对减少。黄土的物源较为复杂,既有来自于内陆的粉尘,又有来自附近海域的粉尘,还有经暂时流水搬运的,来自于低山丘陵区的基岩风化物。黄土地层剖面变化,说明了当时的环境特征。

... 洪积物,另一部分为高空西风带气流携带的亚洲内陆干旱、半干旱地区荒漠粉尘,其到达中国内陆黄土沉积东界辽东半岛后,受山地阻碍,风力减小,承载能力降低,大部分沉降于半岛的西北部山坡上(吕金福和李志民,1990 ...

1992

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... 李培英等,1992),并使得半岛西部红色风化壳多上覆厚层黄土 ...

1999

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... 南方岩溶山区普遍存在严重的失土现象,即使在茂密的原始森林中也不可能发育厚层连续的风化壳(李德文等,1999),而辽东半岛七顶山、拉树房、石槽剖面红色风化壳厚度多在4 m左右,表明其形成于地表起伏不大、垂向岩溶作用较弱的条件下,这样的发育条件只能存在于接近侵蚀基准面的夷平面上 ...

... 结合前人对南方岩溶区夷平面的研究成果(李德文等,1999,2000 ...

2000

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... 李德文等(2000)、崔之久等(2001a)认为可以利用夷平面估计青藏高原隆升前的起始高度 ...

... 结合前人对南方岩溶区夷平面的研究成果(李德文等,1999,2000 ...

2002

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李德文, 崔之久, 刘耕年. 2002. 湘桂黔滇藏红色岩溶风化壳的发育模式. 地理学报, 57(3): 293-300.

[Li D

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Based on research results of red weathering curst on limestones (WCL) in Hunan, Guangxi, Guizhou, Yunnan and Tibet, the authors analysed the relationship of red WCL and evolution of landforms using principles of geomorphology, clay mineralogy and geochemistry, and put forward a two-stage development model. Firstly, insoluble residual of carbonates have been cumulated in the later stage of geographical cycle and WCL was formed on planation surface (PS). This is called stage of lowering of landform and accumulation of residual or stage of planation and crustal formation. The gentle relief and backwater, derived from PS (in humid tropical), is available for the formation and preservation of clays (argilication), but restricts WCL to effective allitication. This accords with the characters of WCL in the study areas (including chemical composition and mineralogical assemblage of clays and granularity of 23 profiles). The second stage of the above model is incision of landform and allitication of WCL or incision-erubescence. The initial WCL located on PS is mainly gray due to reductive circumstance. WCL will have changed from gray (reductive) to red (oxidative) if only tectonic uplift and incision of rivers lower groundwater table, and geomorphologic and hydrogeological (hydrological) conditions have promoted to allitication. This is confirmed using material of field investigations. The WCL on the initial PS, such as Hunan and Guangxi, is mainly gray-color and those on the uplifted plateau, such as Yunnan-Guizhou and Tibetan plateaus, is red. In addition, red WCL is spatially located on PS.

1. Department of Geography, Nanjing University, Nanjing 210093, China; 2. Department of Geography, Peking University, Beijing 100871, China

基于对湘、桂、黔、滇、藏等地岩溶区红色风化壳的野外和室内研究, 从表生地貌学、粘土矿物学和地球化学的角度分析红色石灰土性质与地貌演化的关系, 提出红色岩溶风化壳发育的二阶段模式: 1) 地貌夷平-风化物质积累阶段,在地貌演化过程中溶蚀残余物质不断积累, 最后在夷平面上形成厚层连续的泥质风化壳。夷平面的地貌水文条件有利于粘粒的形成和保存, 但限制了富铝化作用的有效进行, 造就了岩溶风化壳粘粒含量高、富铝化程度低的特点。这与研究区23个红色岩溶风化壳剖面化学、粒度特征和粘土矿物组合特点是一致的。 2) 地貌切割-风化壳淋溶阶段,原始夷平面上的风化壳大多呈灰色。只有在构造隆升和地表微切割导致地下水位降低、淋溶条件开始改善的情况下, 风化壳才有可能从根本上转为红色。

... 1 概述夷平面是一种与长期稳定的构造环境相关联的大尺度地貌景观,将夷平面与风化壳作为一个整体来研究是现代夷平面研究的主流(李德文等,2002) ...

... 由于粉砂一般为未遭彻底风化的原生矿物,黏粒主要为风化作用产生的新生矿物,因此通常用粉黏比表征风化程度,粉黏比越小表明风化壳风化程度越高(李德文等,2002) ...

... 李德文等,2002)进行对比,认为辽东半岛新近纪水热条件较南方偏差,导致其风化壳的盐基淋溶率低、黏化作用弱 ...

... 李德文等(2002)对南方岩溶区红色风化壳发育模式的研究表明,岩溶区红色风化壳的发育为二阶段模式: 夷平#cod#x02014 ...

2003

0.0

... 任雪梅等,2003 ...

2002

0.0

... 孙承兴等,2002 ...

1983

0.0

... 1 红色风化壳与夷平面韦启蹯等(1983)研究表明,形成1 m厚的风化壳需要600多米厚的碳酸盐岩 ...

1999

0.0

王世杰, 季宏兵, 欧阳自远, 周德全, 郑乐平, 黎廷宇. 1999. 碳酸盐岩风化成土作用的初步研究. 中国科学(D辑: 地球科学), 29(5): 441-449.

[Wang S

, Ji H

, Ouyang Z

, Zhou D

, Zheng L

, Li T

. 1999. Preliminary study on weathering and soil forming of carbonate rocks. Science in China(Series D), 29(5): 441-449]

选择黔中、黔西、黔北、湘西岩溶山地丘陵垄岗之上的 5个基岩为白云岩和灰岩的土层剖面 ,通过剖面碳酸盐岩酸不溶物的提取实验、矿物学和微量元素地球化学等手段 ,讨论了碳酸盐岩风化成土作用的野外、矿物学和微量元素地球化学特征 ,初步论证了碳酸盐岩风化成土作用是我国南方岩溶地区土壤资源的一种重要的成土机制 .为进一步研究该地区大面积分布的土状堆积物的来源奠定了初步基础 .

... 31%,与南方岩溶区红色风化壳地球化学特征及粒度特征(王世杰等,1999 ...

2002

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... 王世杰等(2002)认为灰岩风化壳形成过程中,由于方解石的迅速溶解从而使其演化特征具有突变性,明显不同于结晶岩类风化壳 ...

... 与基岩相比,作为碳酸盐岩主要成分的CaO在拉树房、石槽、七顶山、滨海花园红色风化壳中均表现为重度亏损,这符合碳酸盐岩风化壳发育过程中CaO大量流失的特征(王世杰等,2002) ...

... 可以看出,常量元素自基岩至半风化带均出现显著突变,这主要与方解石在风化过程中的快速淋失有关,且这一现象普遍存在于碳酸盐岩风化壳剖面中,与结晶岩类风化壳(王世杰等,2002)有明显区别 ...

2006

0.0

... 熊志方和龚一鸣(2006)对北戴河红色风化壳的研究表明,风化壳地球化学特征具有环境指示意义,燕大风化壳是上新世暖温带至北亚热带过渡型气候的风化产物 ...

... 熊志方和龚一鸣,2006 ...

2014

0.0

... 魏东岚和张玉枝,2014 ...

2018

0.0

魏东岚, 沈俊杰, 李永化. 2018. 红色风化壳地球化学特征及对古气候演变的响应: 以辽南石槽剖面为例. 地理科学, 38(2): 307-313.

[Wei D

, Shen J

, Li Y

. 2018. Geochemical characteristics of red weathering crust from Shicao Profile in southern Liaoning Province and the response of paleoclimate evolution. Scientia Geographica Sinica, 38(2): 307-313]

Based on analyzed the major elements contents and other geochemical parameters of the red weathering crust from the Shicao profile in the southern of Liaoning Province, the geochemical characteristics of the weathering process and paleoclimate evolution were discussed. The results showed that the major elements are mainly composed of SiO 2 , Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 . Compared to the bedrock, Ca has been leached out strongly, while other major elements relatively enriched in the red weathering crust of Shicao profile. In general, the intensity of chemical weathering in Shicao profile was lower than the red weathering crust from the southern China, which indicated a moderate chemical weathering intensity under warm and moist climate conditions. There are four stages of weathering process in the Shicao profile that can be assigned as intensely weathering, weakening weathering, intensifying weathering, and relatively weaker weathering. Since the chemical weathering intensity of the red crust is sensitive to climate change, the geochemical parameters can be used to reconstruct the paleoclimate environment. The paleoclimate of the southern of Liaoning Province, which in the weathering period of the Shicao profile, has undergone four stages. That is hot and humid, warm and wet, return warming, relatively warm and wet.

College of Urban and Environmental Sciences, Liaoning Normal University, Dalian 116029, Liaoning, China

以辽南地区石槽剖面红色风化壳为研究对象,通过研究剖面的常量元素和地球化学指标,揭示剖面的地球化学特征,探讨剖面化学风化过程以及对古气候环境演变过程的响应。结果表明：石槽剖面红色风化壳中Ca元素重度亏损,其他常量元素均出现了相对富集;石槽剖面风化强度总体上低于南方红色风化壳,属于中等风化阶段;多个地球化学指标的垂向变化表明石槽剖面风化强度表现为风化很强 - 风化减弱 - 风化加强 - 风化较弱4个阶段的变化,指示辽南地区在石槽剖面发育期内古气候环境经历了湿热 - 暖湿 - 回暖 - 相对暖湿的演变过程。

... 魏东岚等,2018),如曹家欣等(1994)对山东庙岛群岛红色风化壳的研究表明,该地区红色风化壳属于湿热气候条件下脱硅富铝铁型的风化产物 ...

... 魏东岚等(2018)认为辽东半岛石槽剖面风化壳发育时期气候条件经历了湿热#cod#x02014 ...

... 当CIA介于85~100之间时,风化作用为高度化学风化,气候条件近似亚热带地区(魏东岚等,2018) ...

... 魏东岚等,2018) ...

1987

0.0

... 如图 2所示,在本次研究的几个剖面中,大多可见约4 m厚的红色风化壳覆盖于基岩之上,其中滨海花园、七顶山剖面的基岩为震旦系碳酸盐岩,拉树房、金石园剖面的基岩为震旦系黏土岩与碳酸盐岩互层,石槽、城山头剖面基岩为震旦系石英岩、碳酸盐岩互层(郑应顺,1987 ...

2006

0.0

... 朱丽东等,2006 ...

1993

0.0

朱显谟. 1993. 中国南方的红土与红色风化壳. 第四纪研究, 13(1): 75-84.

[Zhu X

. 1993. Red clay and red residuum in south China. Quaternary Sciences, 13(1): 75-84]

In South China red earths and laterites derived from pre-existing red clay deposits and red palaeoweathering crusts are widely distributed and their character is due primarily to their provenance rather than modern pedogenic processes. The modern bioclimatic conditions in South China are not suitable to form laterites. The red earths and laterites were formed at various periods throughout the Quaternary and their geochemical characters （high Fe 2 O 3 and Al 2 O 3 , and low SiO 2 ） were inherited from the red clays and weathering crusts. The red clay and weathering crusts are pre-Quaternary and were formed under alternating arid-hot and cool-humid climates. The climate of South China became cooler during the Neogene and although enrichment of Al 2 O 3 and depletion of SiO 2 are occurring presently in soils of the region, the process has been gradually weakening throughout the Neogene as the data from various red soils and laterites formed through the Neogene demonstrate.

Northwest Institute of Water and Soil Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Conservancy

中国南方广泛分布的发育在红土和红色风化壳上的红壤和砖红壤的特征主要是古环境长期作用的结果,与现代土壤发生过程关系不大,因为现代生物-气候条件并不适于红壤化过程的进行。第四纪以来红壤和砖红壤在不同时期所获得的地球化学特征(高三氧化二物和低硅)都是由红土和红色风化壳继承而来。红土和红色风化壳约在第四纪前干热与温湿不断交替的气温条件下形成,第三纪以来华南气候逐渐凉爽,富铝化作用也逐渐变弱,都可从第三纪以来所形成的不同红壤和砖红壤中获得启示。何况当前生物富硅化作用又很明显。

... 除青藏高原外,数十年来中国南方风化壳的研究亦取得了丰硕成果(朱显谟,1993 ...

2002

0.0

... 黏粒被认为是风化壳经强烈物理、化学风化作用后形成的新生矿物,其含量高低可以在一定程度上反映风化壳的风化强度大小(Ducloux et al ...

1992

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... 各红色风化壳剖面自基岩至风化前锋处均表现为SiO₂含量先骤然增加,至剖面上部逐渐减少,而Al₂O₃和Fe₂O₃含量逐渐增加,呈现出脱硅富铝铁化的趋势,推测SiO₂在剖面顶部的减少与风化过程中产生H₄SiO₄淋失及剖面氧化硅的淋溶有关(Martini and Chesworth,1992) ...

1993

0.0

... =CaO(McLennan et al ...

1990

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... 90年代,随着青藏高原隆升问题引起国际地学界关注,关于该地区夷平面的研究立刻引起了国内外学者的注意: Shackleton和Chengfa(1990)认为夷平面作为一个原始地面可以成为推测陆地抬升的依据 ...