崂山天然石臼的石英砂表面特征及化学风化过程研究

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中国东部地区在第四纪时期的冰川问题一直存在争议。崂山地区位于中国东部,通过对崂山地区发育的天然石臼的研究,探究天然石臼的成因,进而为崂山地区是否发育冰川问题提供证据。关于这种天然石臼的其他解释主要有:壶穴、冰臼、风蚀穴及风化坑等。本文通过数次对崂山的考察,对收集到的石臼内的碎屑物及石臼外表层岩石进行研究。  本文首先利用扫描电镜(SEM)观察石臼内碎屑物中的石英砂的表面形态特征,结果显示:石臼内石英砂大多呈多棱角状、次棱角状到次圆状,表面具有蝶形坑、新月形撞击坑、麻坑等风成特征,出现频率为22.8%,还出现了贝壳状断口、V形撞击坑、平行解理面等水成特征,出现频率为68.9%,同时也有SiO2溶蚀和沉淀作用的痕迹,出现频率仅为8.3%。由此看出,崂山天然石臼内碎屑物主要受到水动力的磨蚀作用较多,其次是风动力作用,同时受到积水的影响,颗粒表面出现了少量的SiO2溶蚀和沉淀特征。本文又利用X射线粉晶衍射法(XRD)对天然石臼内碎屑物与石臼外表层岩石进行了矿物分析,发现每个天然石臼内碎屑物的英长比都要大于石臼外表层岩石的英长比,说明天然石臼存在一种差异风化现象。最后又使用X射线荧光光谱法(XRF)对样品进行分析,然后分别算出坑内外的化学蚀变指数(CIA)值与化学组分迁移,结果显示:天然石臼内的大量堆积的Ca与Mg是外部加入的,在后期风化过程中大量流失的元素主要是Na和K。而且,崂山天然石臼内的CIA值总是大于石臼外表层岩石的CIA值,说明二者均受到过化学风化的作用,并且石臼内部受到的风化作用更强。由于风化时间长短不同,山顶岩石风化后剥落滚到其他地方,里面的新鲜岩石露出后再继续风化,导致山顶与山下沉积物的CIA值相差较大,所以反映崂山温暖湿润气候的应该是崂山山下沉积物的CIA值。  综合上述石英砂的表面形态特征、磨圆度、天然石臼的外貌特征、石臼内外的英长比、CIA值以及化学组分迁移等方面所反映的情况,表明崂山天然石臼是经过石臼内积水产生的风化作用形成的,同时有来自外部的风动力的加入,进一步对天然石臼进行磨蚀改造,形成了如今形态较大的天然石臼。与“冰臼说”的高速冰川融水和“壶穴说”的流水冲刷不符,也为中国东部崂山地区在第四纪时期并未发育冰川提供新的证据。同时,我们初步研究认为,天然石臼的形成与崂山发育的气泡洞之间有一定的联系,天然石臼是在崂山岩体按节理崩塌后暴露在顶部岩石上的一些气泡洞的基础上,经过后期风化作用形成的。有关该研究有待我们进一步深入。
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