广州地区花岗岩球状风化特征及地貌景观——以火炉山森林公园为例

郭小飞 ，周 云

1.江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000；2.中国科学院广州地球化学研究所/同位素地球化学国家重点实验室，广东广州510640；3.桂林理工大学地球科学学院，广西桂林541004

广州地区花岗岩球状风化特征及地貌景观
——以火炉山森林公园为例

郭小飞1，2，周 云3

1.江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000；2.中国科学院广州地球化学研究所/同位素地球化学国家重点实验室，广东广州510640；3.桂林理工大学地球科学学院，广西桂林541004

广州地区现有众多森林公园如火炉山、凤凰山、帽峰山森林公园，其中花岗岩广泛发育，是很好的地质遗迹，并且区域内花岗岩普遍发生了球状风化.通过对火炉山森林公园内花岗岩球状风化体的地质考察与分析，总结了一系列花岗岩球状风化的特征，简要阐述了球状风化体的形成机制，并认为它们是兼具科学和美学价值的地质景观，值得进一步保护和开发.

火炉山森林公园；花岗岩；球状风化；形成机制；广州

花岗岩地貌景观古已有之，五岳之中属于花岗岩的名山占大多数，“五岳归来不看山，黄山归来不看岳”的黄山亦如是，比这些名气小的山更是数不胜数.位于广州地区众多森林公园，如火炉山、凤凰山、帽峰山森林公园内的花岗岩，普遍存在的一种地质现象就是球状风化，虽不及诸多名山的雄奇险峻，但也能形成壮美的奇观，自有一番风味.为什么花岗岩能够产生这种现象？花岗岩的凝固深度虽然深浅不一，均是在地下深处强大压力下的熔岩冷却而成，当岩体上升时，只要上覆沉积岩被剥去，就会露出大面积的花岗岩岩体［1-2］.花岗岩在形成演化过程中，受到构造应力和风化应力等作用的影响节理发育，当花岗岩接近地面或暴露时，由于块状岩石的突出棱角部位逐渐被磨平，形成了近似于球形的风化体，这种过程可以称之为球状风化.这种球状风化体俗称“孤石”，孤石形状各异，大小不同，可以在地表裸露，也可以隐伏于地下，有些时候因为受到地表搬运作用的影响而堆积起来成为孤石堆，还有些块度很小与其他种类花岗岩共生成为“石蛋群”［3-5］.笔者通过实地考察广州地区花岗岩球状风化分布特征（图1），向世人展示球状风化花岗岩地貌的壮美景观，并详细分析了花岗岩球状风化的形成过程，指出了广州地区花岗岩的科学价值和美学价值，让人们在欣赏大自然的神奇之时，能够收到寓教于乐的体验.

图1 广州地区花岗岩分布地质简图（据文献［6］修改）Fig.1 Geological sketch map of Guangzhou with granite distribution（Modified from Reference［6］）

1 球状风化花岗岩分布及特征

广州市周边森林公园主要有白云区帽峰山森林公园，天河区火炉山、龙眼洞、凤凰山森林公园，黄埔区龙头山森林公园，萝岗区金坑、天鹿湖森林公园，番禺区大夫山、滴水岩、十八罗汉森林公园，南沙区黄山鲁森林公园，花都区九龙潭森林公园，从化市风云岭、石门森林公园，增城市蕉石岭、南香山、白洞森林公园等.火炉山森林公园位于广州市天河区东北部，广汕公路南侧，西接华南植物园，北临广东树木公园，东隔大观路，与世界大观、航天奇观2个大型娱乐场所遥遥相对，涵盖沙河镇的柯木村、岑村，东圃镇的凌塘村［7］.长约3 km，面积600 hm2，自然气息浓厚，空气清新，林木繁盛，水源富饶［8］，其中白架顶、猪头石、鸡枕石三个高点海拔分别为327、240和236.8 m.通过对火炉山森林公园实地考察，我们发现火炉山到龙眼洞沿线山峰、岩壁、沟谷等处大量分布球形风化体（图2），综合分析可以得出以下分布及特征.

1）球形风化体多出现在冲刷强烈的地点，如山坡和山顶坡度转折的地方，分布位置包括山腰、山顶，多呈椭圆形、次圆形、偶见纺锤形（图2D）.石蛋直径大小不一，既有完全裸露在外也有隐伏产出的（图2F），最大的球形风化体当属鸡枕石（图2E）.其总体分布趋势具有上多下少，上大下小的特征.

2）花岗岩类型主要为二长花岗岩，主要由长石、石英、云母等构成，中粗粒结构，块状构造（图2A）.风化程度不一，从球状风化体表面可以看出，在风化过程中主要残存石英和钾长石斑晶（图2B、C）.

3）出露地表的球形风化体呈灰黄色或褐红色，物理、化学、生物等风化严重的球体表面可见层层剥落（图2H）.花岗岩从岩浆形成、上升到定位，在动力作用下形成各种各样的构造，如褶皱、断层、劈理、节理（图2G、I），成为花岗岩景观的重要基础.

图2 广州火炉山森林公园内花岗岩特征Fig.2 Characteristics of granite in Huolushan Forest Park in Guangzhou

2 形成机制

体积巨大、堆叠高耸的裸剥型石蛋，它的形成，既有球状风化又有流水冲刷的作用［2］，其成因是岩浆中的石英等富集部分不容易风化所致［5］.当花岗岩体形成之后上升接近地面或暴露时压力松弛，在物理、化学、生物的风化作用下，沿着节理呈现球状层层剥落，遗下外观以石英、长石等抗风化能力强为主的孤立岩块［1］.从图3的示意图可以大体看出花岗岩球状风化体的形成过程，具体来讲，花岗岩球状风化主要受以下几个因素控制.

1）岩性.花岗岩岩性主要表现在它的块状结构、不透水性和矿物成分构成.块状的、致密的结晶结构使风化作用只能在岩石表面进行，由外表再向内层层深入；不透水性使得雨量能在岩体表面发生径流，加强了表层冲刷和水对岩石的侵蚀作用，当岩体上的红色风化壳被剥蚀之后，流水就沿着节理下渗，巨大的花岗岩体被分离开来，成为巨大石蛋地形的初期状态.随着风化作用的深入，块状岩体的棱角脱落、消失，方块状的岩体就向圆滑的外形转变［9］.此外，岩体中不同矿物的抗风化能力不同，花岗岩中常见的造岩矿物有石英、长石、云母和角闪石等.一般来说，石英、长石的抗风化能力要优于云母类和角闪石，这也是我们野外能看到的大多数球形风化体大都具有石英、钾长石残斑的原因.这和学者［10］认为真正出类拔萃的景观和二氧化硅与钾含量较高的花岗岩体有关相吻合，他认为这些岩体往往是岩浆演化序列晚期的产物，岩石成分和结构的纯度更高，岩体的整体性更好，抗风化能力更强，似乎也更有利于具有观赏价值的地貌景观的塑造.

图3 花岗岩球形风化体形成过程示意图（引自文献［10］）Fig.3 Illustration for the formation of granite spheroidal weathering body（From Reference［10］）

2）构造.事实上，花岗岩作为一种深成侵入岩，其形成就位均是在地下深处，之所以我们能够见过如此之多的花岗岩地貌，其本身必定经历过构造抬升至近地表或完全暴露.构造活动性的升降或者断层作用造成的地形起伏，可以形成地垒地堑式的布局形态.这样一来，造成花岗岩节理发育非常明显，由此为花岗岩球状风化提供了地质基础.在以后的地质历史中，众多菱格状节理构造系统破坏了花岗岩本身的坚固性和不透水性.地下水和化学风化作用、生物风化作用都可随垂直或水平节理透入［9］.在具有厚层风化壳的花岗岩丘陵上，往往形成强烈割切的沟谷；在花岗岩山地的顶部，表层风化土冲走后，通过球状剥落，散布成巨大的石蛋［2］.

3）气候.气候对花岗岩风化的影响非常明显，在湿热条件下可发生高度风化，因为大多数化学反应均是在高温下发生的；在干旱寒冷的气候环境中，主要发生物理风化，碎裂成小碎块［11］.广州地区地处亚热带沿海，北回归线从中南部穿过，属海洋性亚热带季风气候，光热充足，水热同期，雨量充沛，还时常遭受台风影响.花岗岩受到雨水冲刷，表面的细颗粒矿物被大量的冲刷走，长时间如此就演变为冲刷沟槽，这对花岗岩球状风化的形成提供了有利的外部环境条件［4］.

3 价值评价

3.1 科学性评价

园区内球状风化花岗岩，发育规模较大，保存完整，是全方位观察研究球状风化的有利地区，可以作为基础地质科普教育的试点地区.然而需要注意的一点是，从岩土工程方面来讲，球状风化区不利于施工建设.因为孤石通常存在于自稳能力不好的残积层，相对于孤石的强度，周边风化土层强度小得多，且容易遇水软化崩解，甚至泥化［5］.待到工程施工、隧道挖掘时非常容易造成地质灾害［4］.随着工程建设的增多，一旦受到外力作用影响，极其容易出现崩塌滑坡以及塌方等工程地质灾害问题.

3.2 美学评价

如前所述，花岗岩景观形式多样、丰富多彩，其中花岗岩球形风化体做出了一定的贡献，形成了一些令人叹为观止的景观.广州地区花岗岩球状风化区同样也不例外，是一处不可多得的城市休闲地.生活在都市中的人越来越多地选择户外锻炼，诸如徒步、骑行、越野等方式来放松身体与精神享受，而广州地区花岗岩球状风化所在的地方则得天独厚，良好的地理优势造就了多条经典的徒步路线，如火龙、火凤、火帽线等.人们在得到锻炼的同时，可以欣赏到大自然的鬼斧神工，更能愉悦身心.

4 结论

花岗岩球状风化现象广泛分布于广州地区，对其进行初步的考察和分析得到以下结论：

1）球状风化花岗岩主要为二长花岗岩，球状风化体主要分布在山坡和山顶坡度转折的地方如山腰和山顶，节理等发育有利于球状风化体的形成.

2）花岗岩球状风化体的形成主要受控于自身岩性特征、所处构造背景以及当地气候条件.花岗岩体形成之后上升接近地面或暴露，在物理、化学、生物的风化作用下，沿着节理呈现球状层层剥落，遗下外观以石英、长石等抗风化能力强为主的孤立岩块.

3）这些球状风化花岗岩具有一定的科学与美学价值，在保证当地居民人身财产安全的前提下，建议加以宣传与保护并做进一步的合理开发.

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［1］施雅风.韩同林的“冰臼论”是对花岗岩类岩石“负球状风化”的误解［J］.地质论评，2010，56（3）：349－354.

［2］彭璐，王晓芳.花岗岩地貌及其地质灾害问题探讨［J］.国土资源导刊，2009，6（11）：66－67.

［3］叶起行.花岗岩的球状风化的危害及防治措施建议［J］.中国西部科技，2013，12（8）：51－51.

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［5］刘乐元.盾构机通过花岗岩球状风化体的掘进施工技术［J］.广东科技，2010，19（4）：180－182.

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CHARACTERISTICS OF GRANITE SPHEROIDAL WEATHERING AND GEOMORPHOLOGIC LANDSCAPE：A Case Study of the Huolushan Forest Park in Guangzhou

GUO Xiao-fei1，2，ZHOU Yun3
1.School of Resources and Environmental Engineering，Jiangxi University of Technology，Ganzhou 341000，Jiangxi Province，China；2.State Key Laboratory of Isotope Geochemistry，Guangzhou Institute of Geochemistry，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510640，China；3.College of Earth Sciences，Guilin University of Technology，Guilin 541004，Guangxi Autonomous Region，China

There are many forest parks in Guangzhou，such as the Huolushan Forest Park，Fenghuangshan Forest Park and Maofengshan Forest Park，where granites are widely developed.The granites，generally occur in spheroidal weathering，are valuable geoheritages.With geological survey and analysis on the spheroidal weathered granite bodies in Huolushan Forest Park，a series of characteristics of the granite spheroidal weathering，as well as its formation mechanism，are summarized.It is believed that the spheroidal weathering bodies are worthy of further protection and development as scientific and aesthetic geological landscape.

HuolushanForestPark；granite；spheroidalweathering；formationmechanism；GuangdongProvince

1671-1947（2017）05-0525-05

P931.1

A

2016－09－06；

2016－10－24.编辑：李兰英.

广西自然科学基金项目“广西钦防海槽沉积岩锆石U-Pb年代学和Hf同位素矿究”（编号2015GXNSFBA139204）.

郭小飞（1990—），男，博士，构造地质学专业，主要从事构造地球化学研究，通信地址江西省赣州市红旗大道86号，E-mail//niubidrbsr＠126.com