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鬼斧神工的地质之美!

桔灯勘探2018-01-11 17:10:57

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大自然真美,无论是大海还是沙漠、高山还是峡谷,都是美不胜收。嵇少丞老师整理了一系列构造地质学的科普文章,不仅涵盖了鬼斧神工的地质之美,还对其地质成因等各方面做了介绍。


1

爱走弯路的河流


美国Arizona州大峡谷,Colorado河


这些蛇样扭曲的河道,叫曲流,特别常见于冲积平原。在基岩出露的山区在一定构造条件下,亦可形成曲流。


美国大峡谷的Tatahatso Point


流水的冲刷搬运能力与流速有关。在稍有弯曲的河道上,水流形成螺旋状前进的环流,使得流速鋭急的主流冲向凹岸,这样凹岸就经受强烈的侵蚀。相反,在凸岸因为水的流速降低,有利泥沙在此处不断堆积,凸岸越来越凸,而凹岸越来越凹。上述过程反复不断,河道就变得十分曲折。



九曲回肠



北美Rocky_mountains的曲流





南非的 Kariega 河



月牙湖与曲流


月牙湖的形成机理图



西伯利亚的 Ob River



加拿大的Winnipeg, 大地洁白,被雪覆盖。



2

美丽的沙漠沙丘



非对称的沙丘, 指示风向从右到左吹来


新月形沙丘


这是是横向沙丘,其丘脊线呈弧形,即新月形沙丘两侧在顺风的方向上有两个向前延伸的尖角,新月形沙丘的高度一般在数米至十余米。


在风力的作用下,沙子不断往沙丘上加积,沙丘增大,背风坡的沙粒因超过临界角度(休止角),发生重力垮塌,沙子下滑,涡流将其再吹向沙丘两侧,继续生长两翼,典型的新月形沙丘最终形成。



纵向沙垄


沙丘两侧不同的地质过程图解:


沙丘的延长方向与起沙风合成风的方向基本平行,呈长条垄状展布,可达数十千米长,几十甚至上百米高,几百米宽。沙源丰富时形成复合型纵向沙垄, 照片上看久像玉米棒的表面。



星形沙丘或金字塔形沙丘


星形沙丘的成因复杂,一般认为是在地形较复杂的地区由多风向风沙流长期作用的结果。



非洲纳米比亚的沙丘


风把易碎、软弱的岩层逐渐磨蚀而走,留下孤立突起的坚硬的岩柱,即风蚀柱;如果风蚀柱的头大根小、形似蘑菇,我们就叫它为蘑菇岩。这些就是所谓的风蚀地貌。中国的风蚀地貌主要分布区在青海柴达木,南疆和田、罗布泊,东疆哈密、吐鲁番,北疆克拉玛依附近地区



风蚀作用形成的蘑菇岩



风蚀作用形成的石林



风蚀作用形成的蘑菇岩



风蚀作用形成的“博士帽”, 所幸不是绿色的。



风蚀作用形成的天生桥


石柱与石蘑菇


 石蘑菇



这是海岸沙垄,由海陆冲击而成,与沙漠上的风成沙丘有别,规模亦小很多。






3

摇摇欲坠的风动石



风动石


往往呈等轴状、巍然地卧在其他岩石上面,两者之间的接触面积很小,看上去很悬(玄)、很险、随时都有可能倾倒的样子。极个别情况下,大风袭来,巨石微微晃动,发出响声,故名为“风动石”。人推是否亦会轻轻摇动,完全取决于石块的体积。


澳洲的风动石



风动石突然像刀切西瓜一样被分成两瓣,切口原来是一张裂隙(节理)


大多数风动石是原地成因的,即通过差异性风化、剥蚀而来。坚硬的、难风化的、不破碎的、裂隙少的岩石留存下来,而压在其下的软弱的、破裂多、易碎的、易水溶的岩石被剥蚀搬运而去,随着上下岩层之间的接触面积越来越小,景观就越来越奇。



英国快倒的风动石



加拿大东海边的风动石



风动石的奇妙之处就在于它前后左右重量平衡极佳,大风吹来时,石体左右晃动,但倾斜到一定角度就不会再动了。




4

自然金块(狗头金)



澳大利亚的狗头金


狗头金是天然产出的,质地不纯的,颗粒大而形态不规则的块金。它通常由自然金、石英和其他矿物集合体组成。有人以其形似狗头,称之为狗头金。有人以其形似马蹄,称之为马蹄金;但多数通称这种天然块金为狗头金。



5

千层薄饼岩



千层岩与潮涌洞


千层薄饼岩其实是一种产状水平的、薄层状的石灰岩与泥岩或页岩互层的沉积岩。软弱的、孔隙度大、质地疏松、易破易碎的泥页岩,在外力例如海浪、风、雨水等长期作用下,逐渐剥蚀而去,形成负突起(凹槽),而相对坚硬的、致密的石灰岩抗风化抗剥蚀的能力强,构成正突起(凸脊)。


千层岩与潮涌洞


在垂直剖面上看,从下到上,一层突出的石灰岩之后是一层凹进去的泥页岩,之后又是一层突出的石灰岩,再是一层凹进去的泥页岩 .......彼此重复。



石灰岩的光学显微照片,其中有许多海洋生物骨骼




6

浪喷泉


Quobba的浪喷泉



夏威夷, Kauai的 Spouting Horn 浪喷泉




由强风驱赶着海水强力涌进喇叭形洞穴(例如、溶洞),然后从海岸陆地上的出口喷射天空,有的高达几十米,射到空中的水柱由于压力剧减,顿时化作水泡气雾,继续翻滚腾跃,阳光下烟霭霞影,掩映如锦,景象蔚然壮观。



天女散花



外海的巨浪滚滚而来,海水骤然涌进L形洞穴。


浪喷泉的形成机理:

外海的巨浪滚滚而来,海水骤然涌进L形洞穴。



Savai'i岛的Alofaaga 浪喷泉,又称之为 Taga浪喷泉




7

绳状熔岩或火山绳



世界上有一种绳,不是棉做的, 不是麻做的,不是竹篾做的,也不是铁丝做的,而是石头做的,我们不妨称之为石绳或绳石。与其他绳不同,石绳不能弯、不能折,岩石般的坚硬。




世界上最大规模的玄武岩喷发不是出现在陆地,而在海底的大洋中脊,洋中脊向两边扩张得越快,玄武岩喷发就愈多。



在地质学上这种石头称之为绳状熔岩或火山绳,是火山岩浆喷发出到地表,顺坡而下,冷却表皮收到内部尚未凝固尚在流动的岩浆的作用下,推挤、扭动、卷曲而成,似波状起伏,或似绳索盘绕铺地,或似未叠床单。



多像褶皱的床单



这张照片最能说明石绳是如何形成的



8

美钻背后地球伤疤



加工后的Cullinan 金刚石 (Tower of London)


璀璨的钻石,最得女人的厚爱。钻石是唯一一种集最高硬度,强折射率和高色散于一体的宝石品种,任何其它宝石品种(蓝宝石、翡翠、和田玉等)都是不可比拟的。


俄罗斯西伯利亚东部的Mirny金刚石矿,边上发展成一个城市。


俄罗斯西伯利亚的东部有个叫Mirny的金刚石采矿坑,直径达1200 米,深525米。自1955年在这里发现金刚石矿,到2001年采完,从这个矿坑里共采出金刚石2000公斤,其中最大的金刚石发现于1980年,为342.5克拉。平流空气途径矿坑,流面必然向下弯曲,直抵坑底。所以,不允许飞小飞机和直升机低空飞越矿坑, 因为矿坑会把飞机吸进去。


钻石矿的开采过程中,需要谨小慎微,不能使用炸药,以确保矿石中钻石原石颗粒完好无损。否则,开采不当会导致严重的经济损失。



9

地陷



Guatemala市的地陷


湖水漏了,漏进地下河流。

上图:漏后; 下图:漏前。


这幅漫画很好地说明了地陷发展的三阶段:


老牛:这难道是我踩的?



国外制作的地陷构造图解



地陷(航拍照片,新西兰Otago北部, 石灰岩地区)



草原上的地陷



10

石烂就像剥洋葱



澳大利亚“魔鬼大理岩”(花岗岩)



澳大利亚“魔鬼大理岩”(花岗岩)


自然界有两种极其重要的地质作用,一种是造山作用,另外一种是去山作用,前者形成高耸的山脉与山链,后者把高山夷平,两者都是非常缓慢的过程。


澳大利亚“魔鬼大理岩”(花岗岩)长面包, "烤的火候正适,黄黄的,想咬一口”。“面包”还被切了一刀。



澳大利亚球状风化的花岗岩与可爱的袋鼠


情人之间互表衷心常用一句话就是:“海枯石烂不变心”。其实,在地质的时间尺度里,海也会枯,石亦可烂。石烂就像剥洋葱,越剥越小,越剥越圆,硬心在中央。


石面包(法式)

澳大利亚“魔鬼大理岩”(花岗岩)


澳大利亚“魔鬼大理岩”(花岗岩)





开裂、剪错的石球,叫公母石怎样?



砂岩的球状风化



11

送给美女的“巧克力山




巧克力山


在菲律宾的保和岛(Bohol Island)中部,有1268座巧克力山,其形状就像放大了的巧克力颗粒。这些巧克力山上长满了植被,主要是当地的一种茅草、野生甘蔗、菊花和一些蕨类植物。这些植物的颜色随季节、气温、雨量变化而改变:春天嫩绿、夏天深绿、初秋蛋黄、深秋黄红。旱季,则变成棕褐的咖啡色,更像巨大的巧克力被上帝巧妙地排摆在广袤平原上,巧克力山这个令人垂涎欲滴的名字由此而来。



12

岩桥相会


美国犹他州的国家公园,有2000多座石拱门桥


岩桥就是自然界由风化剥蚀(溶蚀、风蚀)等地质作用在岩石中形成的地下河与溶洞经部分崩塌后残留的顶板横跨陆地(陆岩桥)、海水(海岩桥)的拱桥状地貌,两端与地面连接,中间悬空而呈桥状。



立体交叉岩桥


快要断掉的岩桥,即将失去的一大自然景观


英吉利海峡的杜德尔岩桥,海岸边的砾石很漂亮


对比上图与下图,你便知道岩桥也倒塌。这就是澳大利亚的伦敦岩桥,原来有双拱,造型十分壮观。在1990年的1月15号,靠近海岸的那一拱洞突然崩裂,使两位游客瞬间置身两座分离的小岛之上。



13

大山如何瘦身



赤裸裸的扒光山,美国加州Yosemite国家公园。


扒光山让我想起香港人所说的“扒光猪”,意思就是有人在香港因为热把衣服一件件脱掉,最后赤裸裸、光溜溜。


山会通过一层层“扒皮”达到“瘦身”,这一层层“扒皮”的过程在地质学上就叫做层剥( Exfoliation)。



山体的层剥作用机制示意图


山抬升得越高,距离地球中心的距离越远,抬至地表的岩石由于压力减少必然发生膨胀伸展, 形成所谓的卸载张破裂,它们总是平行于地形,或者说张应力出现在垂直于地形面的方向上。 然后雨水、地下水、酸雨、空气以及各种微生物等沿着上述的张性破裂侵入, 结果产生由表及里, 层层风化剥离的地质现象,就像剥馒头皮一样,山体逐渐瘦身,表面变得光滑滑、赤裸裸的。



典型的岩石剥皮构造



石头退皮



14

火山弹



火山弹


处于地球深处岩浆房的高压岩浆快速上升到地表,因压力剧减,直接喷射至高空,炽热的岩浆及其包含的固体岩块,划着一道道美丽的弧线,在飞行过程中快速冷凝,然后重重地摔落地面,就像大炮打出去的炮弹,故称之为火山弹。



喷发的火山,火山弹划出一道道黄红色弧线,分外美丽。


落地后还没有冷却透的火山弹, 可以把青草燃着。



火山的主要特征,黑块为火山弹。火山灰可以飞扬几百公里远。


由于流体动力学的原因,火山熔岩在空中快速飞行过程中,还会作自身的旋转运动,一边飞行、一边旋转、一边冷却, 于是就形成流弹形,麻花形、纺锤形、椭球形、陀螺形、牛角状等形状,如果在撞击地面那一霎那,熔岩还没有彻底冷却凝固,火山弹就可能被摔成饼状、牛粪状或呈其他的不规则状。如果地面坚硬,在撞击地面那一霎那, 熔岩已经冷却凝固,火山弹则会摔得粉身碎骨。



在飞行过程中旋转的火山弹


玄武岩火山弹中的上地幔橄榄岩包体,绿色矿物为橄榄石,黑色矿物为辉石。橄榄岩被玄武岩浆从地下40-60公里深处带到地表。



15

锥形山



美国北卡罗来纳州领航山(Pilot Mountain)的照片,圆圆的锥台状的山顶上突兀一个先白后绿的圆头,白的是坚硬的、变质石英岩,绿的是植被。石英岩因其抗风化能力强,故能长期残留山顶。估计此山亦是一个向斜构造,不过山顶仅残余一个由石英岩构成的向斜轴部。






美国北卡罗来纳州领航山



16

大洋漂石




一个名叫Fredrik的澳大利亚人在南太平洋汤加国的瓦瓦乌(Vava’u)岛西侧洋面上驾着一只游艇,他简直不敢相信自己的眼睛,前方出现一遍几公里长的、银色的沙滩,而地图却没有任何岛屿。驶近一看,原来是海面上漂浮着一层白色的石头。这种石头在地质上叫“浮岩”,是含很多空隙、具泡沫结构的火山喷发岩。因为大多数空隙是孤立、封闭的,石头的比重所以比水还轻,故能浮于水面。


游艇开过的印子,说明“沙滩”的确是漂浮水上的石头


Fredrik不是地质学家,但是他意外的发现震惊了地学界,因为其科学意义非同小可。Fredrik照的相片曾在海外地学家中疯传。



17

石头写字


人类把字写在纸张上,而石头把字写在大地上。


大地为纸,石头写个大S



石头写的小S



拿座山头写个字母 Z



石头写的字母 W



石头写的字母 M



石头写的字母 N

石头写的字母 V



石头写的字母 N


两个大陆汇聚、碰撞、挤压,使得岩石形成褶皱,褶皱分成许多级别:一级、二级、三级……大褶皱中套小褶皱,小褶皱中套更小的褶皱……在大褶皱的不同部位,小褶皱(又称寄生褶皱)的形态不一样,在背斜褶皱的顶部出现“M”形褶皱,在向斜褶皱的底部出现“W”形褶皱,在左右两翼各出现“Z”和“S”形的褶皱,这就是构造地质学上著名的Pumpelly准则(Pumpelly's Rule)。



Pumpelly's Rule图解(黄色层表示弱岩层,形成寄生褶皱)


寄生褶皱一般出现在软弱成分层中。据寄生褶皱的位置,构造地质学界判别局域大褶皱的存在。寻找褶皱是石油勘探工作的一项重要任务,因为石油几乎总是出现在背斜褶皱的顶部。


18

带眼睛的石头



石上有眼,睛瞳炯炯,千古绝伦


石眼是岩石塑性变形的结果。原先的圆球物质被构造应力压扁拉长成为椭球,形状很像人的眼睛,故称之为石眼。 因石眼的化学成分和结构不同于周围基质岩石,故具不同的颜色而突显出来。


构造地质学家,通过研究地壳岩石变形的方式及其应变量,进一步了解造山、造洋的具体过程。



应变的两种端元类型



石眼犹如在细腻的石头上天然镶嵌了圆形或椭圆形的物质,翠绿相间,色泽亮丽,质地细嫩晶莹,天生丽质,含蓄高雅





19

地球的铁石心肠



虽然现在“铁石心肠”, 当初也曾“温柔随和”、“柔情似水”。环境决定一切。


这是常见一种地质形变现象。本来岩石中含有不同强度的成分层,在构造挤压过程中,那些柔弱岩层与周边岩石一起塑性变形,形成一系列极其不规则的褶皱,貌似动物的肠子。构造地质学形象地称之为肠状褶皱。


如果把那些石头肠拉直、展开到变形前的长度,我们就可发现这些岩石经受的缩短量竟然高达百分之几千,原来巨大的坚硬的山脉被压短如此之多,地质作用如此神奇!  



20

不叠被子的地貌结构



褶皱在水平地表的行迹


构造地质学界提出的阿尔卑斯山脉的褶皱模式,就像床上未叠的被子



航空照片上的褶皱形态


平卧褶皱,多像叠褶起来的被子



21

岩石中的风火轮


岩石中的“风火轮”: (a-b) 石榴子石中Mn含量分别图,从红到兰Mn含量降低。(c-d) EBSD晶格定向填图。



岩石中的“风火轮”:由Mn含量变化图指示的石榴子石生长与旋转历史



岩石中“风火轮”



岩石的“风火轮”



22
石头中永不消逝的电波


盐湖面上的差异性溶解造成的现象,难溶的物质形成正突起。


在漫长的地质过程中,如果上面再沉积几层这样结构的岩石,在剖面上就形成“心电图”那样的波形。





台湾海岸的蜂窝石以及其他岩石中蜂窝构造也与选择性溶解有关,即是一种缝合面。



23

壶穴奇观


壶穴是一种有趣的、极具观赏价值和科学意义的地质构造,以光、曲、滑、漏、透、空为特征,是长居河滩、大得不能移进室内欣赏的、精美绝伦的天然奇石。


壶穴之间可以相互合并,形成复杂的形态。



壶穴是由水流携带乱石、砂子对原先小幅低凹之地(例如,节理与层理交界处)岩石进行研磨、摩擦、刻划、撞击等过程形成的。


整理自网络

作者:嵇少丞

版权归所属方所有


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