51风化作用与风化壳

风化作用与风化壳第五章本章主要内容：概述物理风化作用化学风化作用风化作用的速度风化壳简介第5章风化作用与风化壳1、概述风化作用：由于温度的变化、以及大气、水溶液、生物的作用，使岩石在原地发生物理、化学变化的过程。•所形成的产物不发生显著位移。这与侵蚀/剥蚀作用（运动的地质营力－如风、流水、冰川等－将岩石颗粒移离原地）有明显区别。•主要发生在地表或近地表处，向下逐渐减弱以至停止－风化层：岩石遭受风化作用后形成的一层风化产物（碎屑、蚀变物、残留物）－基岩:风化层之下未遭受风化作用的岩石1、概述风化作用：由于温度的变化、以及大气、水溶液、生物的作用，使岩石在原地发生物理、化学变化的过程。风化作用物理风化作用化学风化作用岩石在风化营力作用下发生机械破碎岩石在氧、水溶液作用下发生矿物分解/蚀变产物：岩石碎块、碎屑产物：溶解物、新生物、残留物2、物理风化作用•剥离作用•冰劈作用（冰冻风化作用）•层裂作用•根劈作用－岩石在风化营力作用下发生机械破碎•昼夜/季节温度变化•岩石表面和内部不均匀膨胀－收缩•岩石表层呈鳞片状层层脱落剥离作用冰劈倒石锥冰劈作用•昼夜温度在冰点上下变化•岩石裂缝中的水结冰、体积膨胀（9％）•岩石破裂崩解冰冻风化作用•高纬度地区、中纬度高山区最甚倒石锥：冰冻风化作用产生的岩石碎屑坠落至山麓堆积而成倒石锥层裂作用•深部岩石被抬升、出露地表•因“卸载”导致岩石体积膨胀（外层较内部膨胀更甚）•形成平行地表的裂隙（层状节理）层裂作用层裂作用根劈作用•“生物物理风化作用”•生长在裂隙中的植物的根系使裂隙扩大、引起岩石崩解根劈作用物理风化作用改变表面积/体积比，使化学风化作用更易进行表面积＝6m2单个砾石，边长约为1m沿裂缝破裂开表面积＝12m28个碎块，每个边长约为0.5m体积＝(0.5)38=1m3体积＝1m3碎块大小为原始岩块大小的1/2表面积2碎块大小为原始岩块大小的1/4表面积4碎块大小为原始岩块大小的1/8表面积8物理风化作用改变表面积/体积比，使化学风化作用更易进行3、化学风化作用•氧化作用•溶解作用•水解作用－岩石在氧、水溶液作用下发生矿物分解/蚀变3、化学风化作用1）氧化作用•空气中约21％是氧气•在潮湿空气中氧化作用很强•有机化合物、低价氧化物、硫化物最易遭受氧化作用黄铁矿遭受氧化作用后变为褐铁矿如黄铁矿（FeS2）在水的参与下很快会被氧化成褐铁矿（Fe2O3·nH2O）众多含铁矿物－如铁镁硅酸盐矿物（辉石、闪石、黑云母、橄榄石）在有水参与时会氧化成褐铁矿。4Fe2++3O2􀃆2Fe2O3氧化作用形成的褐铁矿使岩石染色成砖红色3、化学风化作用2）溶解作用•酸性溶液使岩石、矿物分解破坏的过程•空气中的CO2使雨水呈弱酸性（pH5.5-6)•土壤中生物的呼吸作用及有机质的腐烂产生CO2、形成碳酸及有机酸•燃烧化石燃料（煤、石油、天然气）会释放出CO2、NO2、SO2，形成“酸雨”（pH2-4)石林（中国）有些矿物可被完全溶解：CaCO3＋CO2＋H2OCa2＋＋HCO3－空气中的部分CO2溶解在雨滴中，形成碳酸（H2CO3）一小部分H2CO2离子化，形成氢离子(H＋)和重碳酸根离子(HCO3－),使雨滴略显酸性略显酸性的水将长石中的钾离子和二氧化硅溶解出来把长石变为粘土矿物高岭石溶出的钾离子(K＋)和重碳酸根离子(HCO3－)进入地下水或河流长石的溶解过程有些矿物在溶液作用下被变成新的矿物（如长石高岭石）Fig.6.2土壤层中的被溶蚀的长石酸雨的效果：风化前酸雨的效果：风化后3、化学风化作用3）水解作用•矿物遇水后结构改变、形成带OH－的新矿物•当水中溶有CO2时，水解作用加速进行如长石的水解：KAISi3O8＋H2OAI4(Si4O10)(OH)8＋SiO2＋KOH(正长石)(高岭石)在湿热气候条件下高岭石还会继续水解，最后形成铝土矿和二氧化硅。二氧化硅呈胶体溶液带走，残留下铝土矿：AI4(Si4O10)(OH)8＋H2OAI2O3H2O＋SiO2(高岭石)(铝土矿)4、风化作用的速度影响风化作用速度的主要因素•岩石性质•气候条件•构造条件高寒、干燥地区：生物稀少、降水呈固态或很少－盛行物理风化作用炎热、潮湿地区：生物繁茂、降水充沛、温度高－化学风化作用强烈矿物成分与化学成分：晶体格架稳定性；单矿岩/复矿岩；矿物颜色－风化作用速度、程度、产物裂缝发育程度：裂缝发育－便于水溶液和生物活动，更易风化差异风化-相同风化条件下，由于岩石性质不同（抗风化能力不同）表现出的不同风化程度地表地表差异风化作用使金刚石富集金刚石金刚石管风化作用使金刚石富集金刚石由“金刚石管”（从上地幔升起的碎裂的超基性岩柱）带至地表。金刚石在形成时散布于金刚石管内；超基性岩在地表被风化剥蚀，抗风化的金刚石形成富集。“球状风化”•物理风化与化学风化共同作用的结果•形成于有几组交叉裂隙的厚层砂岩和块状岩浆岩岩块的棱角处更易发生化学风化（流体有更多的接触面）球状风化球状风化球状风化－“魔鬼的弹子”，澳大利亚受节理控制的风化作用硬石膏层中被溶解扩大的节理1.碎屑物质——主要是物理风化作用的产物，也有一部分是岩石在化学风化过程种完全分解的矿物碎屑。包括岩石碎屑和矿物碎屑，是碎屑沉积物的重要来源。2.溶解物质——是化学风化和生物风化作用的产物。一部分是以溶液形式被水带走（K、Na、Ca、Mg等元素的碳酸盐、硫酸盐、氯化物以及少数Mn、P氧化物），它是化学沉积物的主要来源。另一部分是SiO2以胶体溶液形式被水带走。3.难溶物质——一些相对不活跃的Fe、Al等元素残留物在原地，形成褐铁矿、粘土矿和铝土矿。5、风化作用的产物残积物——岩石风化后在原地残留的物质称为残积物。残积物的特征：3.表面较平坦,底界起伏不平与基岩是过渡关系,具有垂直分带性1.成分主要为残留原地的碎屑物以及新形成的矿物。2.岩石碎屑物质大小不均，棱角显著，结构松散，不具层理。5、风化作用的产物——在大陆地壳的表层由风化残积物组成的一层不连续的薄壳称为风化壳。厚度一般为数厘米至数十米。如果被较新的岩石覆盖而保存下来的风化壳称为古风化壳。1、风化壳的分层土壤层残积层(碎屑层)半风化层基岩6、风化壳•风化壳中可形成一些有经济价值的残余型矿床和残积砂矿；如Fe、Mn、Al、Ni和粘土矿等残余矿床，金、金刚石等残积砂矿。•古风化壳还是很好的储集空间，它是油气和其它矿床储集的有利场所。•从古风化壳特征可推断古地理、古气候条件。•风化壳也给工程施工带来一定困难，甚至造成灾害。因此，查明地下风化壳特征在工程建筑上也具有十分重要的意义。6、风化壳的意义