1、第27卷第1期 2007年1月 第四纪研究 QUATERNARY SCIENCES Vo127， No1 January，2007 文章编号 10017410(2007)O19307 地带性与非地带性夷平面术 张信宝 周力平 汪阳春 吴积善 贺秀斌 齐永青 ( 国 学 成都山地灾害与环境研究所，成都610041；中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质 国家重点实验室，西安710075；北京大学城市与环境学系，北京100871) 摘要 夷平面是指由剥蚀和夷平作用所产生的，以截面形式横切所有在年龄上先于它的地层和构造的一种平缓 地形。前人普遍认为，夷平面是在构造相对稳定条件下经过长期外营力作用形
2、成的一个接近基准面的平坦地形， 是地貌长期演化的终极产物。流水侵蚀是夷平面形成的动力学基础。“夷平面”一直是解释新生代以来大的构造 格局和地貌演化的重要理论依据，如我国青藏高原隆升的研究。基于气候地貌学原理，文章提出了寒冻夷平面和 干旱夷平面的概念；从坡地演化过程理论模型人手，探讨了寒冻、干旱夷平面和流水夷平面的形成机理；提出有别 于传统“构造侵蚀旋迥”理论的“构造隆升和地面剥夷动态平衡”的气候夷平地貌假说；此外，还简要分析了这三类 夷平面的全球分布规律。 主题词 寒冻 干旱流水夷平面地带性非地带性 中图分类号 P931 文献标识码 A 夷平面是指由剥蚀和夷平作用所产生的，以截 面形式横切所有
3、在年龄上先于它的地层和构造的一 种平缓地形 。一般认为夷平面是在构造相对稳 定条件下经过长期外营力作用形成的一个接近基准 面的平坦地形，是地貌长期发展的终极产物。 潘保田和崔之久等有关夷平面的综述文 章 “ ，系统地介绍了夷平面(planation surface)形 成的三大理论：准平原，山麓侵蚀平原和刻蚀平 原 。准平原理论是戴维斯提出 ，强调地形的侵 蚀降低在地貌演化中的重要作用。他把构造运动平 息后的地貌过程分为青年期、壮年期和晚年期3个 阶段，晚年期河谷变得非常宽广，地势起伏已经到了 一个基本水平线附近，形成了所谓准平原。夷平面 为抬升后的准平原。山麓侵蚀平原理论是彭克首先 提出，金
4、又进一步发展完善的 ，认为地貌的演化 主要由坡地的平行后退完成的，地球上典型的坡地 形态从上到下，由凸形坡、自由面、直线坡(搬运坡) 和凹形坡(基坡)4部分组成，自由面的平行后退使 基坡不断向山地延伸并形成山足面。当平行后退发 展到最后仅留下残立的岛山时，形成山麓剥蚀平原。 克苏德格提出的冻融剥夷平原可归类于山麓剥蚀平 原 。该理论认为冰缘环境下的坡地，一般由上部 基岩陡坡和下部冻融碎屑物缓坡组成，由于强烈的 寒冻风化和崩塌作用，上部陡坡以平行后退为主；在 融冻泥流和融水冲刷下，下部缓坡不断向平坦方向 发展。这种基岩陡坡的平行后退和碎屑物缓坡的扩 展作用被称为冻融夷平作用，坡麓地带形成的的平
5、坦地形称为冻融山足面。长期持续冻融夷平作用形 成的平坦地形，称为冻融剥夷平原。刻蚀平原理论 又称“双层水平面”理论，是布德尔提出 ，认为构 造长期稳定的热带稀树草原(savanna)地区，风化 壳深厚，流水搬运能力较弱，往往形成相互平行的地 面和风化壳基面两个平坦水平面。崔之久等提出的 岩溶夷平面理论 ” ，可归类于刻蚀平原理论，但 反映了岩溶作用的自身特点，较好地解释了我国南 方岩溶区夷平面的形成。 上述的3个理论已经认识到夷平面和气候之间 存在一定的关系。如Davis 的侵蚀循环理论，认为 准平原形成是以河流侵蚀为主、辅助以坡地上的化 学风化和土壤蠕动等准平原化过程，要求比较湿润 的气候。
6、金 的山麓侵蚀平原理论主要根据他在 非洲南部的干旱半干旱地区的工作形成，一般认为 第一作者简介：张信宝男60岁研究员侵蚀地貌专业Email：zxbaoimdeaecn 中国科学院知识创新工程重要方向项目(批准号：KZCX3一SW323)、国家自然科学基金项目(批准号：90502002)和国家重点基础研究发展 规划项目(批准号：2004CB720200)资助 20060105收稿，20060606收修改稿 维普资讯 http:/ 94 第 四 纪 研 究 2007年 此模式适合于解释干旱、半干旱地区的地貌演化。 Budel 的“双层水平面”理论，主要适用于解释干 湿季交替的热带稀树草原地区的夷平
7、面。Gregory 等 认为，科罗拉多Front山脉海拔22003300m 的高低起伏面不是抬升的夷平面，而是在暴雨较少 的湿热气候条件下的高海拔位置形成的，其气候意 义大于构造意义。崔之久等的红色岩溶风化壳，显 然是在热带、亚热带气候下形成的 “。尽管认识 到不同气候条件下的夷平面形成机制有所差异，但 地貌学界仍普遍认为，这并未动摇流水侵蚀是夷平 面形成的动力学基础，对“夷平面是在构造相对稳 定条件下经过长期外营力作用形成的一个接近基准 面的平坦地形，是地貌长期发展的终极产物”的传 统认识也未产生怀疑 。基于这一认识，夷平面一 直广泛应用于区域地貌与构造演化的研究，如我国 青藏高原隆升的研究
8、“” 。 受川西北高原地貌的垂直地带性和中文“草 原”一词暗含“干旱区平坦地形与草本植被相关”的 启迪，笔者最近对夷平面的气候地带性问题进行了 思考，查阅了一些文献，认为存在地带性的寒冻和干 旱夷平面。本文试图从坡地演化过程理论模型人 手，探讨地带性的寒冻、干旱夷平面和非地带性的流 水夷平面的形成机理及分布规律。敬请批评指正， 以利地貌科学的发展。 1坡地演化过程理论模型 王铮等 的理论地理学概论一书，介绍了 地貌演化的一些理论模型。如Kirkby提出的坡地 演化模型 ： f1一m、 Y=Yo1一(xx1) (1) 式中，)，0为坡顶高度；Y为坡地某点高度； 。为 坡地总水平长度； 为坡地某点
9、水平长度；m和7,分 别为对应于不同坡面过程的坡地形态系数。 Kirkby 。认为，m=0，7,=1，对应于土层蠕动土 溜；m=0，n=12，对应于雨滴溅蚀；m=1317， n=1320，对应于面蚀；m=23，7,=23，对应 于沟蚀和河流作用(图1)。由图1可见，坡面发育 过程以土溜和溅蚀为主的坡地剖面形态，呈上凸形； 流水侵蚀为主的坡地剖面形态，呈下凹形。据此，可 以作如下合理的推断：构造稳定的缓慢隆升陆块，在 以流水为主的长期外营力作用下，将被侵蚀为剖面 呈下凹形的地形：河流上游为丘陵山地，中下游为平 原。河流的侵蚀基准面为海平面，流水侵蚀的终极 地形是以海平面为基准的，有分水岭残余山丘
10、分布 的广袤平原。Davis等的准平原理论 和King等完 善的山麓侵蚀平原理论 分别强调地形的侵蚀降 低和坡地的平行后退，在河流中下游平原地形(准 平原)形成中的作用。这两个理论可能分别适用于 湿润气候区和干旱气候区流水夷平地貌的解释。融 冻土溜和雨滴溅蚀分别是冰缘区和干旱、半干旱区 坡地演化的主要外营力，也可形成坡地剖面形态为 上凸形的夷平地形。这也就是说，冰缘区和干旱、半 干旱区的夷平面可能不一定是流水夷平的产物，而 分别是寒冻夷平和干旱夷平的产物。 zJC1 图1 坡面的剖面形态特征 Fig1 Characteristics of slope profile shapes 2寒冻夷平面
11、 寒冻夷平面分布于中、低纬高海拔地区，如青藏 高原；高纬地区，如极地的苔原地带。以青藏高原东 北部的川西北高原为例，海拔38004200m的丘状 起伏的山原面是公认的夷平面。山原面地处冰缘 带，发育有多年冻土，亚寒带高山灌丛草甸植被，丘 坡融冻土溜发育；发育现代冰川、海拔超过5500m 的年宝玉则和雪宝顶的两座高原高山，出露岩层为 花岗岩和石灰岩等结晶岩；而广大高原面区出露岩 层主要为三叠系砂板岩。笔者从这两种地貌的岩性 差异，意识到丘状起伏的高原面，可能是融冻土溜侵 蚀形成的夷平面。砂板岩抗寒冻风化能力差，风化 碎屑颗粒细，含水量较高，岩土强度低，组成的坡地 易于融冻土溜的发育。据此，笔者对
12、准平原隆升的 高原形成机制和高原面与冰川山地的高程差异是不 均匀构造抬升的结果等传统观点 提出了置疑， 认为冰缘地貌带的丘状高原夷平面，可能是地面隆 升到冰缘带高度后，构造隆升和融冻土溜地面剥夷 竞争平衡的产物。在长期稳定的气候条件下，在一 定的构造隆升速率幅度内，斜坡变形以融冻土溜为 维普资讯 http:/ 1期 张信宝等：地带性与非地带性夷平面 95 主的坡地形态往往处于稳定态(steady state)，即构 造隆升速率和地面剥夷速率相等。融冻土溜的剥夷 速率极限值，是融冻夷平面形成的最大允许构造隆 升速率。砂板岩风化碎屑颗粒细，含水量较高，岩土 强度低，融冻土溜的地面剥夷速率极限值一般
13、远高 于高原构造隆升速率，因此高原面的高程一般不超 过冰缘地貌带的上限。花岗岩和石灰岩等结晶岩， 风化碎屑颗粒粗，含水量低，岩土强度高，结晶岩融 冻土溜的地面剥夷速率极限值多低于高原构造隆升 速率，在隆升与夷平的竞争中，隆升往往战胜夷平， 高程超过冰缘地貌带的上限，形成耸立的冰川雪山。 川西北高原隆升前为准平原的推断是不可靠的，深 切割的山地，经过长期的隆升一剥夷作用，也可以形 成丘状起伏的高原 (图2)。高原面与冰川山地 的巨大高程差异，未必是构造抬升幅度差异所致，也 可能是岩层差异侵蚀的结果。 川西北高原寒冻夷平面认识的突破，使我们不 得不反思青藏高原夷平面形成和高原隆升的一些科 学问题。
14、我们初步认为，青藏高原高原面也是寒冻 夷平面，是高原面隆升到冰缘带高度后，构造隆升和 融冻土溜地面剥夷竞争达到平衡的产物。青藏高原 隆升前不一定是准平原，也未必是从海拔lO00m左 右的准平原，3MaBP以来逐渐抬升到海拔4000 4500m左右的高原 。高原隆升到冰缘带的高 度后，砂板岩分布区融冻土溜发育，经过隆升一剥夷 的长期竞争，形成丘状起伏的高原面。其后，构造隆 升和地面剥夷基本平衡，高原面的形态和高程变化 不大。高原边缘地带和高原内部的花岗岩和石灰岩 等结晶岩分布区，构造隆升速率可能高于融冻土溜 剥夷速率极限值，形成冰川发育的高耸山地。由于 高原构造隆升速率一般不超过砂板岩坡地融冻土
15、溜 (a)隆升前为波状起伏的准平原 (b)隆井前为河流深切割的山地 剥夷速率的极限值，因此高原面的地面高度从未超 过冰缘地貌带的上限，也就是说青藏高原高原面地 区从未发育过大冰盖。崔之久等的青藏高原岩溶风 化壳研究，确证了青藏高原曾经发育有红色岩溶风 化壳 ”。但这并不能表明青藏高原隆升前是准 平原，因红色岩溶风化壳既可以发育于热带亚热带 的准平原，也可以发育于深切割山地的热带亚热带 气候河谷地带。我们认为，印度板块和欧亚板块的 碰撞，可能首先导致青藏高原南部喜马拉雅山一带 等区域的强烈隆升；随着时间的推移，强烈隆升的范 围逐渐扩大，青藏高原的面积越来越大，高原对区域 气候的影响也越来越大。
16、中、低纬高海拔的寒冻夷平面，除面积最大的青 藏高原高原面外，西欧阿尔卑斯山、中亚的高加索 山、天山、阿尔泰山和南美的安第斯山等地均有分 布，一般呈斑块状分布，未形成大面积的高原。这些 寒冻夷平面在山地垂直带中，均位于亚高山暗针叶 林之上的亚寒带灌丛草甸带，融冻土溜发育，出露岩 层也多为非结晶岩。 第四纪冰期阶段，北美和欧洲高纬地区发育有大 面积的冰盖(面状冰川) ” ，冰盖冰川在运移过程 中铲刮下伏地面，和在消融退缩过程中冰川挟带的大 量碎屑物质的沉积，形成了大面积的低海拔平原。此 类低海拔平原是面状冰川侵蚀、融冻侵蚀和流水作用 共同形成的准平原。高、中纬地区的一些高平原，往 往是第四纪冰期时
17、冰盖外围冰缘地带融冻夷平形成 的寒冻夷平面，如欧洲的阿登一洛林高原、中俄罗 斯一伏尔加河沿岸高地；亚洲的中西伯利亚高原；和 美国东北部的一些高原和高地。高纬地区现代苔原 区海拔低，高程接近海平面，由于季节性流水作用的 叠加，寒冻夷平面往往为地面平坦的低平原。 现代高原地貌 图2川西北高原地貌演化示意图 Fig2 A diagram of geomorphological evolution of the northwest Sichuan Plateau 维普资讯 http:/ 96 第 四 纪 研 究 2007经 3干旱夷平面 干旱夷平面主要分布于热带、亚热带稀树草原 和温带干旱、半干旱草原
18、地区。布德尔对热带稀树 草原地区准平原的形成进行了深入的研究，提出了 “双层水平面”理论 J。认为经过长期的构造稳定， 在热带稀树草原地区可形成两个相互平行的平坦水 平面：一是地表松散层顶部暴露于大气下的冲刷面， 另一个是松散层底部与未风化基岩接触的埋藏面。 巨厚风化壳得以在热带稀树草原地区保存，应归因 于强烈的化学风化和流水的低输移能力，不能将风 化产物全部输移出高原面。他没有详述准平原的形 成过程。但从他对地表过程的分析来看，准平原主 要是通过山麓剥蚀过程形成的。 我们认为，雨滴溅蚀可以更好地解释气候较干 旱的草原地区准平原的形成(图3)。地面起伏的草 原，低凹处土壤水分条件较好，植被茂盛
19、；高凸处土 壤水分条件较差，植被稀疏。高凸处裸露的土壤，没 有植被的保护，易于遭受雨滴的打击，溅蚀分散土壤 颗粒，并将其溅散到低凹处。在地表径流不能将溅 蚀产出的泥沙全部输移出高原面的情况下，起伏的 地形逐渐被夷平为平坦的平原。干旱夷平面只能形 成于构造隆升速率低于溅蚀产沙速率的区域，因此 均分布构造稳定的地台区。新构造活动强烈的地区 多为山地，水系输沙能力较高，足以输移溅蚀产出的 泥沙，不利于干旱、半干旱草原准平原的形成。草原 地面高凸处水分条件差，植被稀疏，易遭受雨滴溅 蚀，岩土的抗蚀性差异对地面起伏的影响不大，因此 干旱、半干旱草原准平原地面多较平坦。 世界上热带亚热带稀树草原干旱夷平面
20、主要 有：亚洲印度的德干高原，非洲的东非高原，南美洲 的巴西高原和圭亚那高原，大洋洲中西部的一些高 - I - ：雨滴溅蚀 风化壳 -+-I 夷平前的地面凸起 原等。笔者认为中国华南低山丘陵区的深厚花岗岩 风化壳，可能暗示华南第三纪曾发育有热带、亚热带 稀树草原准平原。温带干旱、半干旱草原干旱夷平 面主要有：亚洲的蒙古高原、内蒙古高原、伊朗高原、 土耳其、安纳托利亚高原和中亚的一些高原、高地； 非洲南部高原；北美洲的美国中西部的一些高原、高 地；南美洲的巴塔哥利亚高原等。 植被稀疏的荒漠地区的干旱夷平过程，除了雨 滴溅蚀，还有风蚀的作用。总的来说，风蚀也趋向于 夷平地面，但在地表组成物质主要为
21、松散的沙质物 质时，为了达到最小阻力，地表形态多呈波状。因 此，荒漠基岩裸露区多为较平坦的戈壁；河湖相沙物 质出露区多为丘状起伏的沙漠。全球的主要沙漠、 戈壁均有荒漠夷平面的分布。荒漠夷平面和干旱草 原夷平面之间为逐渐过渡，两者往往很难区分。 4流水夷平面 流水夷平面是流水侵蚀的产物，河流作用形成 的平坦地形。流水夷平面是抬升或埋葬的河流平 原，包括阶地及其相邻的低平地形。表征河流作用 的阶地砂砾层，是判别流水夷平面的关键证据 (图4) 。河流和河流塑造而成的流水夷平面广 布于地球的各个气候带，因此是非地带性的。全球 所有河流的冲、洪积平原都可以认为是发育中的准 平原，是未来的夷平面。 滨海平
22、原成因的夷平面是海浪侵蚀的产物，海洋 是非地带性的，此类成因的夷平面也是非地带性的。 5 结语 本文冲破了传统夷平面理论的束缚，基于气候 地貌原理，提出了寒冻夷平面和干旱夷平面的概念， 并力图阐明其形成机理，揭示其分布规律。无庸讳 季节性潜水位 夷平后的平坦地面 图3 干旱夷平面形成的雨滴溅蚀机制 Fig3 Mechanics of dry planation surface formed through rain splash erosion 风化壳 J 维普资讯 http:/ 1期 张信宝等：地带性与非地带性夷平面 目 350 髓 担 30o 0 2 4 距离km 6 图4川中丘陵区内江附
23、近的丘顶夷平面 Fig4 The hill top planation surface near Neijiang City，the Hilly Sichuan Basin 言，“气候夷平面形成的构造隆升和地面剥夷动态 平衡”的理论刚刚提出，尚不完善，论据也未必十分 充分，还有赖于深入的讨论和进一步的工作。但如 能成立，将对地貌学的发展带来深远的影响。 致谢此文是在刘东生院士、崔之久教授等学 者的鼓励下完成的，在此表示衷心感谢。 参考文献(References) 1徐叔鹰论夷平面的成因、年龄与变形兰州大学学报(自然科 学版)，1963，(2)：96106 Xu ShuyingThe cause
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43、t，Chinese Academy of Sciences，Xi an 710075； Department of Geography，Peking University，Beijing 100871) Abstract Planation surfaces are kind of fiat or gentle landforms，which are products of denudation and planation processesThe surface cuts cross all strata and tectonics，which are older than formatio
44、n of the surfaceBy classical theory of“tectonicserosion cycles”，planation surfaces are the final products of geomorphologic evolution after long-term exogenic processes under stable tectonic conditionsFluvial erosion is the basic mechanics of the surface formation and the surface elevations are rela
45、ted to erosion base levelsThe geomorphologic evolution theory is corresponding to classical geological theory of“platformgeosyncline”Both of the two theories were formed at the end of the 19th Century along with the famous Darwin Theory on biological evolutionHowever，as the “platform-geosynclinetheo
46、ry has been replaced by the“plate tectonics”theory since the 1960sthe geomorphologic theory of“tectonicserosion cycles”which has been used for interpreting large-scale tectonic structures and geomorphologic evolution in Cenozoic Era，for example，the uplifting processes of the Tibetan Plateau in China
47、 thus】oses its theoretic basjs 维普资讯 http:/ 1期 张信宝等：地带性与非地带性夷平面 Based on climate geomorphologic principles，a hypothesis on the formation of zonal and non-zonal planation surfaces is proposed in this paperThe zonal planation surfaces include frigid and arid planation surfaces while the nonzonal ones i
48、nclude only fluvial planation surfacesFrigid planation surfaces are formed by freezing-thawing erosion of soft creeping or earth flows in periglacial regionsThe surfaces are distributed in high plateaus of the low or middle latitude regions，for example，the Tibetan Plateau，and in lowlands of the hi gh latitude regions in the worldArid planation surfaces are formed by rain splashing erosion in semiarid and arid regionsThe arid planation surfaces are very distinguishing in the tropical and subtropical
