风化作用与风化壳

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,风化作用与风化壳,第 五 章,1,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,2,1、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,3,1、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,4,2、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,5,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,6,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,7,冰冻风化,作用,高纬度地区、中纬度高山区最甚,8,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,9,倒石锥,10,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）,11,层裂作用,12,层裂作用,13,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,14,根劈作用,15,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 6,m,2,单个砾石，边长约为 1,m,沿裂缝破裂开,表面积 12,m,2,8个碎块，每个边长约为 0.5,m,体积 (0.5),3, 8 =,1,m,3,体积 1,m,3,16,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,17,3、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,18,3、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（,FeS,2,）,在水的参与下很快会被氧化成,褐铁矿（,Fe,2,O,3,nH,2,O,）,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,。,4Fe,2+,+ 3O,2,􀃆 2Fe,2,O,3,19,氧化作用形成的褐铁矿使岩石染色成砖红色,20,3、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,CO,2,使雨水呈弱酸性,（,pH 5.5-6),土壤中生物的呼吸作用及有机质的腐烂产生,CO,2,、形成,碳酸,及,有机酸,燃烧化石燃料（煤、石油、天然气）会释放出,CO,2,、NO,2,、SO,2,，,形成“酸雨”（,pH 2-4),石林（中国）,有些矿物可被完全溶解：,CaCO,3, CO,2, H,2,O Ca,2, HCO,3,21,空气中的部分,CO,2,溶解在雨滴中，形成碳酸（,H,2,CO,3,）,一小部分,H,2,CO,2,离子化，形成氢离子(,H,),和重碳酸根离子(,HCO,3,),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(,HCO,3,),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）,22,Fig. 6.2,土壤层中的被溶蚀的长石,23,酸雨的效果：,风化前,24,酸雨的效果：,风化后,25,3、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,CO,2,时，水解作用加速进行,如长石的水解：,KAISi,3,O,8, H,2,O AI,4,(Si,4,O,10,)(OH),8, SiO,2,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：,AI,4,(Si,4,O,10,)(OH),8, H,2,O AI,2,O,3,H,2,O SiO,2,(,高岭石),(铝土矿,),26,4、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,27,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,28,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。,29,“ 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,30,岩块的棱角处更易发生化学风化,（流体有更多的接触面）,31,球状风化,32,球状风化,33,球状风化,“魔鬼的弹子”，澳大利亚,34,受节理控制的风化作用,35,硬石膏层中被溶解扩大的节理,36,1.,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,SiO,2,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,37,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,38,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,39,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,40,