辽宁大连地区中—新元古界砂岩盐风化穴的发现及意义

吴子杰,邱隆伟,王海鹏,仲米山,高福亮,侯静,李欣

1)中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院,山东青岛,266580;2)辽宁省地质勘查院有限责任公司,辽宁大连,116100;3)吉林大学 地球科学学院,长春,130061

1 研究目的

辽宁大连地区位于华北克拉通的东北缘(Zhao Guochun et al.,2012),这里中—新元古代地层发育,自下而上分别为永宁群、细河群、五行山群和金县群,其中永宁群和细河群是一套碎屑岩沉积组合,永宁群包含永宁组,细河群包含钓鱼台组、南芬组、桥头组。曾有学者针对该套碎屑岩组合开展过岩石学、层序地层学、古气候学以及物源分析等研究工作,取得了诸多成果。笔者在此地开展中—新元古代地层专题研究过程中,曾报道过在桥头组砂岩中发现了微生物诱发成因沉积构造(MISS)(吴子杰等,2022),引起了广泛关注。在之后的野外调查过程中又在大连瓦房店地区的钓鱼台组、桥头组砂岩层中发现了密集分布的蜂窝状小型洞穴,该类洞穴以往从未被公开报道。笔者等通过对其分布、形态等特征的观察,初步分析了其成因,旨在引起学界对大连地区该类洞穴的关注,吸引更多学者开展关于其形成机理、影响因素等方面的深入研究,进而探讨其对人类生活的影响。

2 研究方法

通过对大连地区的野外调查,笔者在瓦房店复州城周边地区钓鱼台组和桥头组砂岩层表面发现了一种大小不等、形状各异、呈密集分布的小型洞穴,看上去如蜂窝一样紧密排列。笔者选取岳山山顶桥头组砂岩露头的蜂窝状洞穴进行重点剖析,并与国内外典型的风化洞穴特征进行比对,以确定洞穴的基本成因。

3 研究结果

本研究选取的岳山露头点位于大连瓦房店市复州城镇东7 km岳山山顶处,GPS坐标为东经121°48′31″、北纬39°44′46″(图1a)。露头点岩性为灰白色中厚层硅质胶结粗中粒石英砂岩,地层层位属于桥头组二段的顶部,地层倾角较缓,产状为200°∠10°。蜂窝状风化洞穴整体位于露头点砂岩层西北侧的表面(图1b),在砂岩层的顶面以及东侧、南侧均未见到洞穴发育,洞穴整体为圆形或椭圆形,直径在1～5 cm,深度在1～2 cm,部分小洞穴已风化连接在一起形成了相对较大的洞穴(图1c)。洞穴的内部见有风化剥落的泥砂,且剥落的泥砂成分与整体岩性保持一致。

图1 研究露头点位置(a)及盐风化穴宏观特征(b)、(c)

4 讨论

关于砂岩蜂窝状洞穴国内均有大量发育,但关于其成因目前却尚未达成共识(谭艳等,2015)。大连地区中—新元古界砂岩中的蜂窝状洞穴最早是由辽宁省地质勘查院在1∶5万区域地质调查中发现,但并未进行研究报道,据笔者调研了解,该风化洞穴最初被解释为砾石风化脱落而成。但通过详细的观察,不论是露头表面还是岩石内部均未有砾石存在,因此砾石脱落成因并不能使人信服。吕洪波等(2017,2022)通过十数年的野外考察与研究,系统总结了中国不同气候带盐风化作用的特征和形成机理,为本研究提供了基础。通过与其报道的典型盐风化穴进行对比分析,并经吕洪波老师对大连地区中—新元古界砂岩蜂窝状洞穴野外照片的观察鉴定,确定该洞穴为盐风化成因。

岳山露头点海拔约200 m,距离西北部的将军石海滨仅19 km,距离西部的红沿河海滨27 km。由于该地区地势相对较高,常受冷暖气流相会影响而形成海雾,而海雾中所含大量的盐分遇到砂岩露头后会析出附着到岩石表面,而盐类在岩石表面结晶产生的张力使岩石表面的碎屑颗粒撑开而脱落,经过长期周期性的干湿交替蒸发作用,就形成了盐风化穴。据统计1966～2015年瓦房店地区的主导风向为北风(王会品等,2018),但该盐风化穴主要位于露头点的西北侧,因此该风化穴的形成应是受更早期的海风和盐类结晶影响,关于其具体的形成机理还需要深入的研究和探讨。

盐风化作用是地球表面普遍存在的一种物理风化作用,但却一直被地学界忽视,很多地表上盐风化穴形成的地貌均被解释为其他作用的结果(吕洪波等,2017)。盐风化最主要的结果就是导致岩石表面的崩解和破损,因此盐风化作用的结果具有两面性,其既可以形成独特的地貌景观供人类参观,又可以破坏地貌景观给人类留下遗憾。大连地区三面环海且地质遗迹众多,长期的海浪拍打和海雾浸润作用,加之四季分明的气候特征都在对地质遗迹进行着破坏,应该引起一定的重视。

5 结论

辽宁大连地区中—新元古界砂岩中发育的蜂窝状洞穴,通过与典型的盐风化穴特征进行比对分析,确定该蜂窝状洞穴为盐风化穴。该风化穴由海雾中盐分在砂岩中析出结晶,致使岩石表面碎屑颗粒脱落风化而形成。关于大连地区盐风化穴的具体形成机理,还需要进一步讨论。盐风化作用可对大连地区的地质遗迹进行破坏,应该引起重视。

致谢：感谢辽宁省地质勘查院有限责任公司对本研究的支持,感谢章雨旭研究员对本文提出的修改建议。