花崗巖風化殼崩崗侵蝕剖面風化強度和粒度分布特征

熊平生， 袁 航

(衡陽師范學院 城市與旅游學院, 湖南 衡陽 421002)

崩崗是我國南方紅壤丘陵地區特殊的水土流失形式，也是水土流失發展到嚴重程度的重要標志之一。在地理學界，一些學者將崩崗侵蝕形成的地貌景觀稱為“爛山地貌”、“劣地景觀”。南方崩崗侵蝕是丘陵山區生態安全、糧食安全、防洪安全和人居安全的主要威脅,是丘陵區發展生態經濟、振興農業的最大障礙,嚴重制約了地方社會經濟的可持續發展。據調查統計，南方崩崗主要分布在廣東、江西、湖南、福建、湖北、安徽等省，共計20.13萬個。國外學者大多將其歸為崩坡、崩塌或沖溝等重力作用類型[1-2]，有的學者也將其作為沖溝的一種[3]進行研究。

目前，有關花崗巖不同層次巖土特性對崩崗發育的影響開展大量的工作，包括花崗巖崩崗不同土層的粒度組成[4-7]、土壤可蝕性[8-12]、土體微結構[13]、礦物成分[14-15]、土體力學性質[16-18]等方面。研究表明,花崗巖巖土特性與崩崗的發生有直接性的關系。目前國內對花崗巖崩崗侵蝕過程和侵蝕機理在定量化和空間性的理論體系不夠系統和深入。尤其是對花崗巖崩崗坡面侵蝕起源機制等關鍵科技問題不明確。本文將結合粒度分析和風化參數指標分析方法，探討花崗巖風化殼崩崗侵蝕剖面的粒度分布特征、化學風化分布特征，以及風化殼崩崗剖面侵蝕和粒度組成、風化強度之間的相互聯系和內在規律，揭示影響紅壤崩崗侵蝕的影響，為紅壤丘陵地區崩崗防治提供理論依據。

1　樣品與方法

采樣地點位于贛縣田村崩崗群，地理坐標為114°58.730′E，25°48.851′N，紅土厚約9 m，贛縣屬于中亞熱帶丘陵山區季風濕潤氣候區，具有氣候溫和，四季分明，光照充足，年平均氣溫19.3℃，年均降雨量1 476.7 mm。贛縣北部出露震旦紀和寒武紀地層，中部局部地區見寒武紀和震旦紀地層，東南部出露震旦紀、寒武紀，局部地區見泥盆紀地層。田村剖面屬于典型的花崗巖崩崗侵蝕剖面，由上往下依次為：土壤層、均質紅土層、沙土層和風化碎屑層，剖面下部為巨厚的花崗巖，未見底板。紅壤層：TC1(1—20 cm)，黃棕色，有流水痕跡。均質紅土層：TC2—TC5(20—100 cm),棕紅色、土層膠結緊實、粘重。沙土層：TC6—TC45(100—900 cm)，紅黃交錯網狀斑紋，含較多的高嶺土和云母。

田村剖面屬于典型花崗巖風化殼崩崗剖面，取樣時先剔除剖面表土，向剖面內挖10—20 cm不等的豎槽，盡量拉直取樣豎線，在豎槽內從下往上以20 cm為間距連續采樣，總共采集到45件樣品，每件樣品約200 g，同時供粒度測試和化學成分分析用。土樣采集后，在實驗室自然涼干，取樣10 g在瑪瑙研缽研碎過100目土篩，裝袋送往南京師范大學地理科學學院實驗室，進行元素化學分析，使用儀器為荷蘭PANalytical公司生產的X射線熒光光譜儀，測試誤差小于5%。粒度測試在西南大學地理科學學院第四紀實驗室完成，所用儀器為英國馬爾文Masterizer-2000型激光粒度儀，測量誤差小于1%。

圖1花崗巖崩崗侵蝕剖面地層

2　結果與分析

2.1　粒度組分相關性分析

對<1 μm細黏粒、<4 μm黏粒、4～63 μm粉砂粒、>63 μm砂礫組分、中值礫徑作一元線性回歸分析(表1)，發現<4 μm的黏粒組分分別與>63 μm砂礫組分、中值粒徑呈較顯著負相關性(R=-0.837，R=-0.732)，<1 μm細黏粒組分分別與>63 μm砂礫組分、中值粒徑呈較好的負相關性(R=-0.783，R=-0.687)。4～63 μm粉砂粒組分分別與>63 μm的組分、中值粒徑呈顯著負相關關系(R=-0.994，R=-0.882)，而4～63 μm粉砂組分分別與<1 μm細黏粒組分、<4 μm黏粒組分正相關性較好(R=0.717，R=0.774)。>63 μm的砂礫組分與中值礫徑呈顯著正相關性(R=0.886)，>63 μm的砂礫組分分別與<1 μm細黏粒組分、<4 μm黏粒組分、4～63 μm粉砂粒呈顯著的負相關性(R=-0.687，R=-0.732，R=-0.882)。

2.2　粒度組分分布特征

由圖2發現，花崗巖風化殼崩崗剖面粒度組成以粉砂礫組分含量最多，平均值為52.52%，分布范圍介于18.33%～83.72%。其次是砂礫組分，平均值為38.38%，分布在3.43%～78.04%，黏粒組分含量最少，平均值為9.09%，分布在3.62%～17.47%。

<1 μm細黏粒組分曲線、<4 μm黏粒組分曲線和4～63 μm粉砂組分曲線波動趨勢較為一致，由剖面底部往上呈現先略微遞減而后波動遞增的變化趨勢，大于63 μm砂礫組分曲線、中值粒徑曲線波動相近似，由下往上呈現先略微遞增而后波動遞減的變化趨勢。在剖面580—780 cm深度以砂礫組分為主(65.66%)，粉砂粒組分(28.94%)為次，黏粒組分最少(5.39%)，中值礫徑值為138.358。該深度段的粗粒組合特征往往使得土體的內聚力降低，抗沖抗蝕能力下降，在外力作用下很容易失穩崩塌。初步認為，田村剖面580—780 cm深度有可能是崩崗侵蝕起源區域。

表1　花崗巖風化殼不同粒度組分相關系數矩陣　%

圖2花崗巖崩崗侵蝕剖面粒度分布曲線

2.3　化學風化強度

本文采用了常見的化學風化強度參數指標：化學蝕變指數CIA[19]、殘積系數Ki[20]、退堿系數Bc[21]、風化淋溶系數BA[22]。化學蝕變指數CIA、殘積系數Ki與紅土化學風化強度呈正比關系；風化淋溶系數BA、退堿系數Bc反映紅土風化過程中易溶元素的淋溶遷移程度，與化學風化強度呈反比關系。經過計算得出，花崗巖崩崗侵蝕剖面CIA平均值為86.16，分布范圍介于81.01～92.64。殘積系數Ki平均值為11.15，分布范圍在7.21～24.95。退堿系數Bc均值為0.015，分布在0.095～0.023，風化淋溶系數BA均值為25.46，分布在11.35～35.61。風化參數指標一致顯示，田村崩崗風化殼剖面遭受到了強烈的化學風化作用，強烈的風化作用為崩崗侵蝕的產生提供了良好的物質基礎，即為深厚的風化殼土層。CIA值與對應的Ki值正相關性較好(R=0.740)，BA與對應的Bc值呈正相關性較好(R=0.638)。CIA值與BA呈顯著負相關性(R=-0.973)。由圖3顯示，Ki曲線和CIA曲線從底部往上呈現先小幅度遞減而后波動遞增的變化趨勢，而BA曲線和Bc曲線從下往上呈現先小幅度遞增而后遞減的趨勢。風化參數指標一致表明，田村崩崗風化殼剖面的化學風化強度由底部往上呈現先小幅度遞減而后遞增的變化趨勢。風化強度曲線的變化與上述<1 μm細黏粒組分曲線、<4 μm黏粒組分曲線和4～63 μm粉砂組分曲線較為近似。

圖3花崗巖崩崗侵蝕剖面化學風化參數曲線

2.4　粒度組份和風化強度的相關性

對花崗巖風化殼不同粒度組分與對應化學風化參數一元線性相關性分析(表2和圖4)發現，CIA值分別與<1 μm細黏粒組分、<4 μm黏粒組分、4～63 μm粉砂組分正相關性較好(R=0.523，R=0.584，R=0.761)，CIA分別與>63 μm砂礫組分、中值礫徑負相關性較好(R=-0.75584，R=-0.59134)；Ki分別與<1 μm細黏粒組分、<4 μm黏粒組分組分正相關性較好(R=0.576，R=0.554)，與4～63 μm粉砂組分正相關性較弱(R=0.483)；Ki與>63 μm砂礫組分負相關性較好(R=-0.510)，與中值礫徑負相關性較弱(R=-0.372)。BA分別與<1 μm細黏粒組分、<4 μm黏粒組分、4～63 μm粉砂粒組分負相關性較好(R=-0.551，R=-0.589，R=-0.723)，與>63 μm砂礫組分、中值礫徑值正相關性較好(R=0.723，R=0.564)。Bc與<1 μm細黏粒組分、<4 μm黏粒組分、4～63 μm粉砂粒組分負相關性較弱(R=-0.258，R=-0.275，R=-0.312)，與>63 μm砂礫組分、中值礫徑值正相關性較弱(R=0.316，R=0.211)。風化參數指標和粒度相關性表明，化學風化作用強度增強時，<1 μm細黏粒組分、<4 μm黏粒組分、4～63 μm粉砂粒組分增加，>63 μm砂礫組分減少。化學風化強度與4～63μm粉砂粒組分正相關性相對更好；化學風化作用減弱時，<4 μm黏粒組分、4～63 μm粉砂粒組分減少，>63μm砂礫組分增多。

表2　粒度組分和化學風化參數相關系數矩陣 %

圖4　崩崗侵蝕剖面CIA與不同粒度組分的相關性

3　結 論

(1) 花崗巖風化殼崩崗剖面粒度組成以粉砂礫含量最多，平均值為52.52%，其次是砂礫，平均值為38.38%，黏粒含量較少，為9.09%。4～63 μm粉砂粒組分與<1 μm細黏粒組分、<4 μm黏粒組分正相關性較好；>63 μm的砂礫組分與中值礫徑呈顯著正相關性。剖面580～780 cm深度砂礫組分含量特別高，其次是粉砂粒，黏粒含量為剖面最少，這種粗粒結構組合往往是花崗巖風化殼崩崗侵蝕發源區域。

(2) 化學蝕變指數CIA、風化淋溶系數BA、殘積系數Ki和退堿系數Bc一致表明，田村崩崗風化殼剖面遭受到了強烈的化學風化作用，強烈的風化作用為崩崗侵蝕的產生提供了良好的物質來源。Ki曲線和CIA曲線從底部往上呈現先小幅度遞減而后遞增的變化趨勢，BA曲線和Bc曲線從下往上呈現先小幅度遞增而后遞減變化。剖面580～780 cm深度為化學風化程度最弱區域。

(3) 風化參數指標和粒度組分相關性分析表明，化學風化作用強度增強時，<1 μm細黏粒組分、<4 μm黏粒組分、4～63 μm粉砂粒組分增加，>63 μm砂礫組分減少。化學風化作用減弱時，<4 μm黏粒組分、4～63 μm粉砂粒組分減少，>63 μm砂礫組分增多。

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