晚白垩世红色溶解钙质泥岩形成的地质意义
5.4.3.1气候环境
从棕红色石灰性土壤的区域分布特征分析，晚白垩世桂林应处于热亚热带气候环境。目前，地质学家普遍认为红层是干旱气候环境的产物，特别是当它含有或含有蒸发岩时，更不用说了。桂林晚白垩世有红色岩溶地层，其中有一些属于生长在干旱气候下的植物种的孢粉化石，因此有人推断桂林晚白垩世为炎热干旱气候。
土壤学研究结果表明，石灰性土壤虽然是一种非地带性土壤，但其形成主要是碳酸盐岩化学淋滤的结果，因此其形成和分布受生物气候带的影响，表现出一定的地带性特征。目前看来，棕红色石灰土主要分布在热带和亚热带地区(表5.12)。由于受季风气候的影响，这一地区总体上表现为高温多雨，干湿季节交替，但以湿热为主。因此，一般认为，碳酸盐岩风化壳中产生的棕红色石灰土主要是热带亚热带地区湿热气候条件下化学溶解的产物。由于红色石灰土常分布在地形平缓的碳酸盐岩古风化壳上，因此常认为其形成历史悠久，受古气候影响较深。但是，这种古气候也是以湿热为主。如孙殿卿先生曾指出[21]大沽-庐山间冰期是“重要的红化期，湿热气候影响全国，大面积产生红壤风化壳，成为本次间冰期的重要标志层”。又如中国北方一些碳酸盐岩地区红色风化壳的不连续分布。对于这种现象，田继生认为是第四纪更新世第一、第二次冰期之间湿热气候条件下碳酸盐岩溶解风化的结果[22]。
另一方面，对红土化和铁的地球化学特征及转化条件的深入研究，明确了低价亚铁只有在水介质条件下才能转化为高价氧化铁，湿热是实现这种转化的良好气候条件。
由于桂林晚白垩世红色钙质泥岩的物质成分为古棕红色钙质土，所以晚白垩世桂林应处于湿热为主的热亚热带气候。钙质泥岩中的微体化石组合以表现暖湿气候的植物孢粉化石为主，还具有颗粒序层、条纹层等水痕。另外，桂林目前还没有发现白垩纪岩溶建造中的蒸发岩，也可以作为例子说明。虽然邻区如广东、桂西南、湖南等一些中新生代盆地在白垩系中有一些石膏和盐层，但它们大而薄，分散或为脉状、次生纤维等次生类型[23]，只能反映盆地在沉积成岩过程中处于短期干旱气候环境，不能作为恢复区域古气候环境的主要指标。
5.4.3.2红色钙质泥岩的沉积堆积环境
根据棕红色石灰土的成土特征和条件分析，桂林晚白垩世沉积堆积环境主要为小型山间盆地、岩溶断陷盆地和岩溶洼地。桂林晚白垩世红色岩溶构造的残存露头虽然在平面上零星分布，但分布广泛，往往呈间歇性分布。在垂直方向上，它可以到达海拔580米的猴山顶，并可以在海平面附近的李嘉存钻孔中看到。由于这种平面分布的广泛性和垂向分布的差异性，很容易被误认为是晚白垩世桂林红层沉积覆盖了全部岩溶地形，包括目前海拔300 ~ 600 m的地区。根据红色石灰土的成土特征和成土条件分析，说明桂林在晚白垩世很难形成如此大面积的厚红层覆盖。
根据前面提到的碳酸盐岩的溶解残积土成土，碳酸盐岩的成土特点之一就是成土量很少。所以一般认为，没有稳定的构造环境，没有厚厚的母岩提供成土物质的来源，没有长期湿热的气候，在高耸的碳酸盐峰顶上形成厚厚的红色风化壳是不可想象的。虽然从前面的讨论可知，主要成土期可达654.38+0.2亿年(J-K)，其中桂林晚白垩世持续约2400万年，以湿热气候条件为主，说明该地区当时具备形成厚厚红色风化壳的气候和时间条件，但进一步分析表明，构造条件和岩石条件难以满足。
首先，从构造条件分析，白垩纪时期，受燕山运动影响，桂林多期断裂构造活动较为强烈，并伴有地块升降。虽然研究结果有利于岩溶水垂直入渗淋滤岩石，但由于其强烈的活动性，水文地质条件经常发生变化，不能形成稳定的岩溶成土环境。目前残存的晚白垩世红色岩溶构造露头面积较小，多沿断裂构造发育，坡脚堆积的重力崩塌和溶钙砾岩(约75%)就是佐证。
其次，从岩石条件分析，桂林晚白垩世红色岩溶建造中的角砾岩主要为碳酸盐岩，说明该建造的物质来源主要为原地或近源碳酸盐岩。若晚白垩世红色钙质泥岩不溶物总含量为70.11%(按表5.13)，其容重为2.51t/m3[5]，则可粗略套用公式5.4.1.1。如果考虑红色岩溶地层由溶解的钙质砾岩、溶解的钙质碎屑灰岩和溶解的钙质泥岩组成，其中砾岩和钙质碎屑灰岩中的钙质泥岩和钙质铁泥胶结物仅占地层的25%左右，可以粗略估算每1m厚的红色岩溶地层需要溶解17m厚的碳酸盐岩。据此计算，如果要在桂林形成厚约100m的晚白垩世红色岩溶建造覆盖层，需要风化溶解厚约1700m的碳酸盐岩，这还不包括在建形成角砾岩所需的碳酸盐岩厚度。目前，桂林附近中泥盆统东岗岭组至下石炭统的碳酸盐岩最大厚度约为2000米，如果这种厚度的碳酸盐岩在晚白垩世被剥蚀，那么桂林的碳酸盐岩应该已经被完全剥蚀了。但目前桂林仍大面积出露上古生界碳酸盐岩，晚白垩世红色岩溶地层分别与下石炭统和中、上泥盆统碳酸盐岩呈岩溶不整合接触，这不仅说明沉积-堆积地形本身不均匀，也说明古成土期的侵蚀厚度不可能有这么大。
从以上条件分析，桂林不可能在晚白垩世形成大规模、巨厚的红色岩溶建筑盖层。从上述红色岩溶地层的产状和结构特征来看，当时的沉积环境主要是一些小型古山间盆地、岩溶断陷盆地、岩溶洼地和溶洞。由于受断裂构造的影响，岩溶断陷盆地沉降幅度较大，是周围溶蚀残留物的集中聚集地，因此沉积物-沉积物的厚度相对较大。如在潭南岩溶断陷盆地，发育总厚度约1.80m的晚白垩世红色岩溶地层，有砾岩(>:100m)和泥岩(70多米，无顶板)。通过研究红色岩溶地层的岩石结构、成分特征、地层类型和赋存特征，探讨其形成环境，认为其可分为五种微相[5]，即:岩溶盆地(洼)谷、岩溶断(洼)谷、岩溶坡脚、岩溶洼地(洼)地-溶洞-裂隙。
5.4.3.3古地貌组合类型
根据棕红色石灰土的形成过程和分布规律分析，桂林岩溶发育于晚白垩世，以峰丛和洼地为主要地貌组合类型。由于红层常被认为是干旱炎热气候的产物，而桂林在晚白垩世就有红色岩溶形成，所以有人认为晚白垩世桂林岩溶发育速度减缓。但从碳酸盐岩的成土过程和土壤的分布规律分析，晚白垩世应该是中生代岩溶发育最强烈的时期。
根据土壤学家的研究，不同亚型的石灰性土壤有不同程度的溶解和风化作用。从黑色到棕色到红色石灰性土壤，云母矿物的除钾作用逐渐加深(表5.14)；粘土矿物含量逐渐增加。这些都说明石灰岩中不溶性残留物的化学风化作用是由黑色到棕色再到红色石灰土逐渐加强的，也说明棕红色石灰土风化时间最长，是碳酸盐岩溶解残积土形成过程中接近尾声的产物。因此，桂林晚白垩世残留的红色岩溶构造并不是岩溶发育缓慢的证据，而可以作为该地区晚白垩世岩溶强烈发育的证据之一。
土壤学家的研究还表明，石灰性土壤的发育与岩溶地貌的发育密切相关，不同类型的石灰性土壤反映不同的岩溶地貌形态(表5.12)。综上所述，桂林晚白垩世形成的石灰土主要为褐色，有少量红色石灰土。因此，从表5.2和钙质泥岩的分布特征可以推断，晚白垩世桂林的岩溶地貌主要由峰林和洼地组成，局部岩溶汇水区发育小面积的峰林平原和岩溶盆地。这也从另一个侧面说明了上一节关于沉积环境以小盆地和凹陷为主的推断是可信的。
此外，石灰性土壤的分布规律也给我们一些启示。虽然现在晚白垩世红色钙质泥岩的分布高程不同，但应该是在相对低洼的地方形成的，如坡脚、洼地(谷)、溶隙、溶洞等。在相当多的红色岩溶建造中有小规模的颗粒有序层和条纹，并且其中所含的Cao和MgO的量很高，这一现象可以证明这一点。
可能有人也会问这个问题，既然这些红色的喀斯特建筑形成的时候应该是在低洼的地方，为什么现在常见在山顶呢？这是因为岩溶地层是由碳酸盐岩溶解和风化残留物组成的，所以当它与周围成岩后形成正地形的碳酸盐岩一起经历岩溶作用时，溶解速率自然低于周围的碳酸盐岩，最终导致正负地形的相互转化。例如，根据刘等人的最新研究[24]，广东罗定群、南雄群、丹霞群等断陷或拗陷盆地中的许多白垩纪红层，是在1亿年前后，由盆地周围的灰岩丘提供的大量灰岩砾石和富钙溶液形成的。虽然这种红层岩溶地貌的基本特征与普通石灰岩相似，但从整体上看，岩溶发育比普通石灰岩差。因此，随着长期的溶蚀和风化作用，正碳酸盐峰逐渐演化为负岩溶洼地，而被红色岩溶组覆盖的相邻洼地，部分因红色岩溶组的保护而遭受弱溶蚀，逐渐演化为正碳酸盐峰(图5.19)。此外，盆地和凹陷边缘的断层引起的差异波动也可能抬升盆地和凹陷中的红色岩溶地层，形成山峰。由于晚白垩世红色岩溶建造的发生与岩溶地貌的演化之间存在着这样的演化关系，所以在利用红色岩溶建造恢复古岩溶地貌、探索岩溶发育规律时，一定不能简单地搞历史的、动态的分析。
图5.19晚白垩世红色岩溶构造露头位置(产状)与岩溶地貌演化关系示意图。
1.D2d-C1碳酸盐岩；2.K2红色岩溶建筑；3.q松散的存款；4.断裂和裂缝
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