張 菩， 陳留勤， 邵崇建， 李 文， 杜丁丁

（東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013）

丹霞地貌歷經(jīng)近百年的研究歷程，目前已得到國際地貌學(xué)界的認(rèn)可［1-2］。全國已發(fā)現(xiàn)1100余處丹霞地貌遺跡，集中分布在中國東南地區(qū)、四川盆地地區(qū)和祁連-六盤區(qū)3 個(gè)區(qū)域［3］。前人通過野外觀測及巖石樣品抗壓強(qiáng)度、抗酸侵蝕、鹽化學(xué)及元素地球化學(xué)等方法［4-9］，為深刻理解丹霞地貌基本特征和成因提供了重要材料。有關(guān)丹霞地貌的研究大多集中在中國東南地區(qū)［4-8］，為西北干旱區(qū)丹霞地貌研究提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。近年來，隨著西北丹霞地貌地質(zhì)遺跡資源調(diào)查和保護(hù)利用工作的開展，甘肅、陜西等地區(qū)丹霞地貌的研究取得了顯著進(jìn)步。齊德利等［9］通過測年分析，計(jì)算了崆峒山各景點(diǎn)的丹霞地貌年齡和地殼抬升速度，為解決地層歸屬爭議提出了新觀點(diǎn)。李通國等［10］分析了蘭州周邊各時(shí)代紅層的分布特征及沉積環(huán)境，提出了蘭州紅層地貌的旅游價(jià)值及開發(fā)前景。彭小華等［11］調(diào)查了延安地區(qū)丹霞地貌地質(zhì)遺跡，從構(gòu)造、地層、巖性等角度出發(fā)，結(jié)合外營力因素討論丹霞地貌的發(fā)育機(jī)制。潘志新等［12］通過野外考察，分析陜北丹霞地貌形成的地質(zhì)構(gòu)造和巖石特征，并與美國西部羚羊峽進(jìn)行了對比。Chen 等［13］在對陜北永寧山不同方向陡崖上的洞穴微地貌進(jìn)行觀察的基礎(chǔ)上，通過樣品顯微結(jié)構(gòu)觀察和鹽化學(xué)及元素地球化學(xué)研究，認(rèn)為微氣候是洞穴分布和空間組合方式差異的主要因素。丁華等［14］對陜北地區(qū)丹霞地貌地質(zhì)遺跡的開發(fā)利用價(jià)值進(jìn)行了有益探討。新疆地區(qū)主要側(cè)重地質(zhì)遺跡資源的旅游開發(fā)［15］，對丹霞地貌成因的解釋較少。

新疆阿克蘇溫宿大峽谷位于亞歐大陸溫帶干旱區(qū)，發(fā)育陡崖、方山、峰林等丹霞地貌景觀，是西北干旱氣候區(qū)丹霞地貌的典型代表，具有較好的科學(xué)研究價(jià)值及旅游開發(fā)前景。本文通過野外觀察、樣品顯微分析、鹽化學(xué)和元素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)以及ArcGIS面積高程積分方法，總結(jié)溫宿大峽谷紅層發(fā)育特征，并分析丹霞地貌特征及主控因素，以期更好地理解丹霞地貌的成因，同時(shí)為有效保護(hù)、合理開發(fā)利用西北干旱區(qū)丹霞地貌地質(zhì)遺跡資源提供參考。

1 研究區(qū)概況

溫宿大峽谷位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)溫宿縣境內(nèi)（圖1），總面積為200 km2，地理位置介于80°28′50″～80°45′01″E，41°33′54″～41°44′35″N之間。研究區(qū)為典型的溫帶大陸性干旱氣候，降水稀少，蒸發(fā)量大，氣候干燥，無霜期較長。阿合奇縣氣象站（78.45°E，40.93°N）有關(guān)溫宿大峽谷近50 a的氣象數(shù)據(jù)（圖2）顯示：研究區(qū)年均氣溫基本分布在6.5～7.5 ℃，年均氣溫變化呈“W”字型，5～7 a為一個(gè)周期，有逐漸變暖的趨勢，其中最低年均氣溫為5.14 ℃（1973 年），最高為8.12 ℃（2007 年）；年降水量變化幅度較大，其中年降水量最低為15.75 mm（1999 年），最高為649.48 mm（1981 年和1992 年），與過去40 a 對比，近10 a 的降水總量有逐漸增多的趨勢；平均風(fēng)速總體呈下降趨勢，最低為2.03 m·s-1（1998 年），最高為3.87 m·s-1（1973 年）。20 世紀(jì)70年代到80 年代末的平均風(fēng)速較大，90 年代初到21世紀(jì)初平均風(fēng)速相對下降，2002 年為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，2003—2022 年的平均風(fēng)速相比于20 世紀(jì)90 年代，整體有所增長。

圖1 溫宿大峽谷地理位置圖Fig.1 Geographical location map of Wensu Grand Canyon

圖2 1973—2022年阿克蘇地區(qū)溫宿縣氣候要素特征Fig.2 Characteristics of climate elements in Wensu County of Aksu Prefecture from 1973 to 2022

研究區(qū)在大地構(gòu)造位置上處于天山南麓與塔里木盆地北緣之間的中新生代坳陷地帶——庫車山前拗陷［15］。溫宿大峽谷沿線地層均可見較為密集的節(jié)理發(fā)育，主構(gòu)造線走向呈NW-SE 展布，地層總體向NE傾斜。鄰區(qū)范圍內(nèi)地層分布有新近系中新統(tǒng)紅色泥巖、砂巖夾石膏層；上新統(tǒng)褐紅色砂巖和礫巖；古近系的古新統(tǒng)與始新統(tǒng)并層紅色泥巖、砂巖及早白堊世褐紅色泥巖、砂巖和礫巖［16］。溫宿大峽谷范圍內(nèi)出露的地層主要為新近系上新統(tǒng)、中新統(tǒng)地層，周圍河網(wǎng)密布，形成一定厚度的河流相碎屑沉積，主要巖性為紅色礫巖和砂巖以及少量泥質(zhì)巖。研究區(qū)分別位于2 個(gè)支流區(qū)域范圍內(nèi)，因此將其劃分為南、北2個(gè)部分，靠近研究區(qū)北部存在斷層（圖3）。

圖3 溫宿大峽谷地質(zhì)圖Fig.3 Geological map of Wensu Grand Canyon

2 數(shù)據(jù)與方法

在溫宿大峽谷進(jìn)行野外考察，采集樣品合計(jì)8件。其中，AKS-1、AKS-2、AKS-3 為風(fēng)化碎屑物；AKS-4 是采自垮塌陡崖的新鮮表巖，巖性為紅色中-細(xì)粒砂巖；AKS-6 和AKS-7 分別是采自同一洞穴內(nèi)部和外部的樣品，洞內(nèi)有鹽析出，洞外干燥疏松；AKS-8和AKS-9采自同一洞穴，內(nèi)部樣品AKS-8為風(fēng)化碎屑物，外部樣品AKS-9為粗砂巖。

選取4件（AKS-2、4、6、7）砂巖樣品在掃描電鏡下進(jìn)行微觀分析，研究樣品的表面形態(tài)特征，結(jié)合能譜儀（EDS）分析點(diǎn)位圖像及元素能譜圖，根據(jù)元素含量及原子百分比，半定量分析樣品的主要化學(xué)組成。另外，將8 個(gè)樣品（AKS-1、2、3、4、6、7、8、9）磨成粉末烘干后與去離子水按1:5 混合制成溶液，震蕩72 h，取上清液完成鹽化學(xué)實(shí)驗(yàn)。使用雷磁DDSJ-308A電導(dǎo)率儀測量溶液電導(dǎo)率，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀和離子色譜儀測定溶液中主要陰、陽離子濃度，判斷鹽類型。通過X射線熒光光譜（XRF）測量樣品的主量元素含量，探討洞穴發(fā)育過程中的巖石微觀風(fēng)化機(jī)制。利用面積高程積分（Hypsometric integral，HI）法，運(yùn)用GIS 水文分析技術(shù)對研究區(qū)DEM 數(shù)據(jù)（30 m 分辨率）的流域信息進(jìn)行提取，分析溫宿大峽谷的地貌演化階段。

3 結(jié)果與分析

3.1 丹霞地貌特征

溫宿大峽谷地層產(chǎn)狀較緩，丹霞地貌景觀類型多樣（圖4），主要有山峰、陡崖、石柱、峰林、峽谷及洞穴等。山峰被陡崖圍限，由互相分離的山峰群構(gòu)成的峰林景觀比較突出，也可見大量造型生動的石柱、石菇、泥流林、凹槽、穿洞、壁龕等微地貌景觀。在垂直剖面（陡崖）上，沉積巖特有的層理構(gòu)造顯著，指示了縱向上沉積物粒徑的變化。

圖4 溫宿大峽谷丹霞地貌特征Fig.4 Danxia landforms characteristics of Wensu Grand Canyon

研究區(qū)內(nèi)頂蓋型石柱和泥流林這2種丹霞地貌極具特色。頂蓋型石柱指在石柱的頂部覆蓋著一層礫巖，石柱主體部分主要為紫紅色砂巖，而頂蓋為灰紫色礫巖，后者泥質(zhì)含量相對較低，膠結(jié)較致密，硬度較大，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，因而風(fēng)化后形成相對突出的頂蓋。泥流林指覆蓋在陡崖上的薄膜狀泥質(zhì)物，它們是降雨期間由山體頂部邊緣流下的泥水快速失水形成的，看似微型樹林而得名，也有人稱為泥乳膜［17］。

3.2 樣品微觀結(jié)構(gòu)特征

參考前人的研究方法［18-20］，將巖石表面光滑度、孔隙裂隙量、顆粒感作為分類標(biāo)準(zhǔn)，對4件砂巖樣品（AKS-2、AKS-4、AKS-6、AKS-7）的117幅掃描電鏡照片進(jìn)行分類，總結(jié)巖石顆粒表面結(jié)構(gòu)和分析其形態(tài)特征，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5。

圖5 砂巖樣品顆粒表面結(jié)構(gòu)特征Fig.5 Surface texture characteristics of sandstone samples

在掃描電子顯微鏡下，巖石碎屑顆粒磨圓度較好，分選性較差，顆粒表面粗糙，孔隙發(fā)育（圖6a）伴有裂縫產(chǎn)生，常見化學(xué)溶蝕坑穴（圖6b）、二氧化硅花（圖6c）和顆粒表面刮磷（圖6d），具有一定的方向性，碎屑顆粒表面多被風(fēng)化產(chǎn)物（如泥質(zhì)、膠結(jié)物、黏土礦物等）覆蓋，表面有鹽晶體附著。

圖6 砂巖樣品微觀形貌特征Fig.6 Microscopic morphological characteristics of sandstone samples

樣品的面掃描圖像（圖7a）顯示了Si、O、Fe、Ca、K、Mg各元素的富集區(qū)，視域（圖7a1）中Si元素分布最廣泛。樣品EDS 的X 射線能譜圖顯示，以O(shè) 和Si元素為主，但是部分能譜圖顯示有Na、K 和Al 等元素出現(xiàn)。根據(jù)已知的元素比例及化學(xué)元素的特性，可對礦物成分開展定性與半定量分析。去除C元素的干擾，Na、K的原子半徑相近，含量可以相互替代，K、Al、Si 的原子比例接近1:1:3，所以可判斷為鉀長石（圖7b）?；贓DS 半定量計(jì)算樣品的元素含量及原子百分比，結(jié)合160個(gè)點(diǎn)位的能譜圖進(jìn)行分析，研究樣品中含有石英、鈉長石、鉀長石、高嶺石和方解石等。

圖7 EDS面掃描圖與點(diǎn)分析圖Fig.7 Diagrams showing EDS mapping and point analysis

3.3 樣品鹽化學(xué)實(shí)驗(yàn)

樣品電導(dǎo)率結(jié)果顯示最大值與最小值相差很大（表1）。相比之下，采集于洞穴內(nèi)部的樣品AKS-6和AKS-8的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于外部樣品AKS-7和AKS-9。標(biāo)準(zhǔn)差顯示與平均值的離散度很大，即研究區(qū)不同砂巖樣品鹽分含量差別很大。AKS-1、AKS-3、AKS-6、AKS-8 這4 個(gè)樣品電導(dǎo)率偏高，AKS-8 的電導(dǎo)率最大，約是AKS-9的550倍。樣品有不同的電導(dǎo)率值，受到風(fēng)、流水等外動力條件的影響不同。

表1 樣品電導(dǎo)率Tab.1 Electrical conductivity of samples

樣品電導(dǎo)率數(shù)值越高，鹽溶液離子濃度越高，兩者具有一致性。選取AKS-2、AKS-4、AKS-7、AKS-9 4 個(gè)樣品，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示主要的陰離子有Cl-、和，主要的陽離子為Ca2+、Na+、K+和Mg2+（圖8）。陰離子中Cl-含量最高，次之，最少；含量最高的陽離子為Ca2+和Na+，洞穴巖石表面的鹽分中NaCl、Na2SO4（芒硝）含量較多，并伴隨有石膏、KNO3、MgSO4。所以從陰離子組成來看，以氯化物和硫酸鹽為主，從陽離子組成來看，以鈣鹽和鈉鹽為主［21］。

圖8 樣品鹽化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.8 Sample experiment results of salt chemistry

3.4 樣品元素地球化學(xué)特征

長石類礦物易受到化學(xué)蝕變，Ca、Mg、Na等易溶性組分遷移，形成主要成分為Al2O3的黏土礦物［22］。樣品主量元素測試結(jié)果（表2）顯示，樣品中主量元素都具有SiO2含量最高的相同特征，SiO2含量范圍為43.67%～74.93%，平均含量約為66.62%，樣品中石英含量占很大一部分比例。其次是Al2O3，含量范圍為5.47%～13.40%，平均含量約為10.44%。燒失量（LOI）質(zhì)量分?jǐn)?shù)有以下特征：風(fēng)化碎屑物的值均大于表巖中的值，洞穴內(nèi)部大于外部。

表2 樣品主量元素測試結(jié)果Tab.2 Test results of major elements of samples/%

樣品AKS-6 和AKS-8 是在洞穴內(nèi)部所取的樣品，樣品AKS-7和AKS-9在洞穴外部所取。以AKS-8和AKS-9 為對照組，對比樣品中的氧化物含量，洞穴外部的Al2O3、SiO2比洞穴內(nèi)部含量多，洞穴內(nèi)部的易溶性組分遷移至洞穴外部，說明干旱環(huán)境下化學(xué)風(fēng)化仍然起作用。同時(shí)，AKS-6和AKS-7對照組也說明了這一點(diǎn)。

巖石中的化學(xué)元素在化學(xué)風(fēng)化過程中會發(fā)生遷移或富集，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化。風(fēng)化碎屑物的化學(xué)元素相對于原巖的遷移行為計(jì)算公式如下［23］：

式中：Xs為風(fēng)化產(chǎn)物中待檢元素的含量；Is為風(fēng)化產(chǎn)物中參比元素的含量；Xp為母巖中待檢元素的含量；Ip為母巖中參比元素的含量。當(dāng)主量元素相對遷移變化率（%change）<0 時(shí)，代表備檢元素X相對參比元素I遷出；當(dāng)%change>0時(shí)，則相對富集。

崩塌的新鮮巖石與風(fēng)化巖石的母巖二者巖性相同，本文以表層巖石（AKS-4）作為母巖，其他樣品碎屑（AKS-1、AKS-2、AKS-3）作為風(fēng)化產(chǎn)物［24］。TiO2含量在風(fēng)化過程中幾乎不流失，所以選為參比元素計(jì)算樣品中其他元素的變化率。風(fēng)化產(chǎn)物與表巖的主量元素相對遷移特征如下圖（圖9），3個(gè)樣品中的SiO2、Al2O3、P2O5、K2O 及TFe2O3均為負(fù)值，說明這些主量元素相對于參比元素TiO2遷出。CaO、Na2O、MgO 元素含量在3 個(gè)樣品中的遷移變化率有所差異，反映了風(fēng)化產(chǎn)物相對于表巖的元素遷移及不同樣品間化學(xué)風(fēng)化程度的差異。

圖9 主量元素相對遷移變化率Fig.9 Rate of change in relative migration of major elements

3.5 丹霞地貌演化階段

Strahler 在研究河道侵蝕及相關(guān)風(fēng)化作用形成的地形時(shí)提出HI方法，使戴維斯侵蝕循環(huán)理論由定性描述進(jìn)入定量分析階段［25］，流域面較多運(yùn)用起伏比法［26］，最為高效簡潔。起伏比法的計(jì)算公式為：

式中：HI 為面積高程積分；Hmean為流域內(nèi)的平均高程；Hmax為最大高程；Hmin為最小高程。使用Arc-GIS 的水文分析技術(shù)，對溫宿大峽谷DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲取HI 分布情況（圖10）。HI 是侵蝕循環(huán)的一種指示［26］，侵蝕周期是指將地表侵蝕到基準(zhǔn)面所需的總時(shí)間。侵蝕周期可分為3 個(gè)階段，即老年期（HI≤0.4），流域處于完全穩(wěn)定狀態(tài)；平衡期或壯年期（0.4

圖10 溫宿大峽谷HI分布及其曲線Fig.10 Distribution and curve of hypsometric integral in Wensu Grand Ganyon

對依干其艾肯河?xùn)|側(cè)河流所在流域進(jìn)行分析（圖10a、d），該流域的HI為0.5，處于壯年期，HI曲線接近S 形，地貌發(fā)育處于較成熟階段。進(jìn)一步對研究區(qū)所在的南北2 個(gè)區(qū)域分析，北部區(qū)域所在流域（圖10b、e）的HI 為0.38，處于老年期，HI 曲線呈凹形，侵蝕程度較高；南部區(qū)域所在流域（圖10c、f）的HI為0.61，處于幼年期，HI曲線呈凸形。

4 討論

4.1 構(gòu)造

構(gòu)造活動是溫宿大峽谷丹霞地貌發(fā)育的主要內(nèi)營力。天山南麓山前及庫車坳陷因受到北部持續(xù)的擠壓作用變形強(qiáng)烈，形成斷裂帶；庫車組沉積晚期逐漸影響到隆起區(qū)，使其沖斷變形；新生代晚期發(fā)展為強(qiáng)擠壓階段，研究區(qū)的構(gòu)造變形主要在該時(shí)期內(nèi)形成［27］。由于受到強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動影響，研究區(qū)紅層中發(fā)育斷裂和褶皺，直立節(jié)理較為發(fā)育。古近紀(jì)以來庫車前陸坳陷泥膏鹽巖的發(fā)育可能受喜馬拉雅晚期活動的影響。喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動中晚期，天山褶皺系造山作用增強(qiáng)，斷裂活動加強(qiáng)。庫車坳陷自中生代以來經(jīng)歷了多次構(gòu)造活動，燕山早期構(gòu)造強(qiáng)度較弱，喜馬拉雅晚期擠壓應(yīng)力達(dá)到頂峰［28］。上新統(tǒng)地層沉積時(shí)期，天山南麓強(qiáng)烈抬升，山前相對下降，擠壓應(yīng)力增強(qiáng)，主要表現(xiàn)為山前凹陷，風(fēng)化碎屑物在凹陷區(qū)沉積，形成一定厚度的地層。峽谷中紅層分布清晰，受擠壓形成褶皺，被斷裂切割的紅層經(jīng)流水侵蝕形成了景觀類型豐富多樣的丹霞地貌（圖4）。

研究區(qū)整體HI為0.5，處于壯年期，地貌發(fā)育處于較成熟階段。但是，北部區(qū)域的HI 為0.38，處于老年期；南部區(qū)域的HI 為0.61，處于幼年期。鑒于研究區(qū)范圍較小，近年來的氣候因素變化幅度不大（圖2），巖性基本一致（圖3），但是研究區(qū)HI出現(xiàn)南部高而北部低的現(xiàn)象，地貌演化程度差別較大，這可能反映了構(gòu)造的影響。研究區(qū)北部靠近斷裂帶，直立節(jié)理發(fā)育，紅層結(jié)構(gòu)較破碎，導(dǎo)致風(fēng)化剝蝕速率更快，受河流侵蝕的作用更大，而研究區(qū)南部地貌剝蝕速度相對較慢，所以多呈現(xiàn)峽谷景觀。

4.2 造景巖石的結(jié)構(gòu)和成分

研究區(qū)造景巖石為新近紀(jì)紅色、黃褐色礫巖和砂巖，膠結(jié)程度較低，風(fēng)化剝落現(xiàn)象明顯。在掃描電鏡圖像（圖6）中，砂巖樣品碎屑顆粒磨圓程度較好，表面出現(xiàn)鱗片狀風(fēng)化，顆粒間裂隙豐富且孔隙較大。樣品AKS-4 為從陡崖垮塌掉落的新鮮紅色中-細(xì)粒砂巖，AKS-9 為洞穴外部含細(xì)礫粗砂巖。電導(dǎo)率數(shù)值顯示AKS-4的電導(dǎo)率大于AKS-9，說明細(xì)砂巖比含礫粗砂巖更容易被風(fēng)化。相比于砂巖，礫巖的抗風(fēng)化能力更強(qiáng)，在頂部凸出形成了研究區(qū)奇特的丹霞景觀——頂蓋型石柱（圖4d）。樣品離子濃度與電導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一致性，說明離子濃度越高，鹽富集程度越高，風(fēng)化速率越快。樣品中主要的陰離子有和Cl-，主要的陽離子為Ca2+、K+、Na+和Mg2+（圖8）。因此，洞穴內(nèi)的鹽分中NaCl、Na2SO4（芒硝）含量較多，并伴隨有石膏、KNO3、MgSO4，它們通過結(jié)晶膨脹作用破壞巖石結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致粒狀風(fēng)化。

風(fēng)化碎屑物中大部分主量元素的%change為負(fù)值，易溶解成分Ca、Mg、Na 等含量淋失虧損。巖石風(fēng)化過程中，長石礦物發(fā)生水解后生成黏土礦物，風(fēng)化產(chǎn)物吸附的水分含量相比表巖有所增加，從而導(dǎo)致LOI 質(zhì)量分?jǐn)?shù)增高［29-30］。風(fēng)化產(chǎn)物的LOI 大于表巖中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，洞穴內(nèi)部大于洞穴外部。該風(fēng)化作用過程導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)變得疏松，同時(shí)指示了化學(xué)風(fēng)化作用。

4.3 氣候

研究區(qū)地處干旱氣候，雖然降水量低，但是流水侵蝕作用依然明顯，以物理風(fēng)化為主。冬季巖石受凍脹的影響相對較大，砂巖顆粒孔隙多且裂隙大，易吸水飽和，巖層含水率較高。寒冷氣候加速了巖石內(nèi)水分的凍結(jié)速度，凍脹作用強(qiáng)烈。同時(shí)，溫宿大峽谷受到一定的風(fēng)力侵蝕，有部分礫石在重力作用下脫落形成洞穴［31］，砂巖夾層中的風(fēng)化物碎屑遇到季節(jié)性流水形成泥漿，最終在陡崖上形成泥流林（圖4i）［17］。

在微氣候方面，陡崖上洞穴內(nèi)外的濕度和溫度具有較明顯的差別，洞穴內(nèi)部的相對濕度值一般高于外部，洞穴內(nèi)部受到外緣的遮擋，相比于洞外很少經(jīng)受風(fēng)吹日曬，內(nèi)部溫度極差低于外部［32］。洞穴內(nèi)部的樣品（AKS-6 和AKS-8）電導(dǎo)率及離子濃度要比洞穴外部樣品（AKS-7和AKS-9）高得多，證明洞穴內(nèi)部有利的溫度和濕度條件更易于水分的聚集凝結(jié)，水分在巖石孔隙內(nèi)運(yùn)移導(dǎo)致鹽的溶解和結(jié)晶［33-35］。降水時(shí)，洞穴外部邊緣的濕度會高于內(nèi)部，洞穴處于相對干燥的環(huán)境，巖石孔隙中的鹽溶液過飽和而結(jié)晶，有利于鹽分的不斷積累，所以周期性的干濕交替加快了洞穴的風(fēng)化進(jìn)程。

4.4 鹽風(fēng)化作用

研究區(qū)紅層中富含鹽巖夾層，溫宿鹽丘國家地質(zhì)公園位于研究區(qū)南東約10 km 處（圖1）。鹽礦物的反復(fù)溶解、結(jié)晶過程有利于加快巖石的風(fēng)化速率［36］。在漸新世，鹽巖層開始結(jié)晶沉積，之后經(jīng)歷強(qiáng)烈的喜馬拉雅運(yùn)動發(fā)育為鹽背斜構(gòu)造，裂隙、節(jié)理發(fā)育［37］。新生代晚期膏鹽巖在強(qiáng)烈的擠壓作用下流動聚集，鹽巖層發(fā)生脆性變形［38］。同時(shí)，研究區(qū)盛行的西北季風(fēng)通過沙塵暴、降水把外部的鹽分帶到巖石表面，也是重要的鹽分來源，它們攜帶鹽降落到巖石表面并隨降水滲入到巖石微裂隙或孔隙中［39］，鹽類結(jié)晶膨脹導(dǎo)致巖石顆粒擠壓崩解［40］。本次鹽化學(xué)實(shí)驗(yàn)表明紅層巖石及風(fēng)化碎屑物含有較多鹽分，主要的鹽礦物包括氯化物、硫酸鹽和硝酸鹽等。CaO、Na2O、MgO等主量元素的相對遷移變化率為正值時(shí)，說明巖石受Ca2+、Na+、Mg2+等離子的含鹽溶液的影響。洞穴內(nèi)部的電導(dǎo)率高于洞穴外部，說明其含鹽量高于外部，鹽風(fēng)化速率更快，因此洞穴有向內(nèi)生長的趨勢。

5 結(jié)論

（1）阿克蘇溫宿大峽谷丹霞地貌是干旱氣候丹霞地貌發(fā)育的典型地區(qū)，以紅色山峰、陡崖、峽谷、頂蓋型石柱及泥流林為主要特征。造景巖石主要是新近紀(jì)紅色、黃褐色礫巖和砂巖，為丹霞地貌的發(fā)育奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。研究區(qū)構(gòu)造呈NW-SE 向，地層總體向NE 傾斜，構(gòu)造在丹霞地貌演化中具有重要作用。HI 顯示研究區(qū)南部所在流域的HI 為0.61，處于幼年期；研究區(qū)北部所在流域的HI 為0.38，處于老年期，指示地貌演化發(fā)育階段差別較大，這可能與北部斷裂更加發(fā)育導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)較為破碎易于風(fēng)化剝蝕有關(guān)。

（2）樣品掃描電鏡圖像顯示化學(xué)溶蝕坑穴發(fā)育，主量元素中SiO2和Al2O3含量最高，其他易溶性組分含量較低。與表巖相比，風(fēng)化碎屑物樣品中的大部分主量元素相對遷出，但CaO、Na2O 和MgO 等主量元素的相對遷移變化率為正值時(shí)，Ca2+、Na+和Mg2+等離子大量富集，指示了鹽結(jié)晶作用在巖石風(fēng)化過程中的重要影響。洞穴內(nèi)部的電導(dǎo)率和離子濃度均高于洞穴外部，指示鹽風(fēng)化作用通過結(jié)晶膨脹破壞巖石結(jié)構(gòu)，主要的鹽礦物有氯化物、硫酸鹽和硝酸鹽。