新疆大學(xué)地勘學(xué)院木合塔爾買買提第十章風(fēng)化作用第十章風(fēng)化作用風(fēng)化作用：由于溫度的變化、大氣(氧氣)、水溶液以及生物的作用，使地表巖石或礦物在原地發(fā)生物理、化學(xué)變化的過程叫風(fēng)化作用。它發(fā)生以后，原來高溫高壓下形成的礦物被破壞，形成一些在常溫常壓下較穩(wěn)定的新礦物，構(gòu)成陸殼表層風(fēng)化層，風(fēng)化層之下的完整的巖石稱為基巖，露出地表的基巖稱為露頭。第一節(jié)風(fēng)化作用的類型一、物理風(fēng)化（機(jī)械風(fēng)化）作用

1．定義：巖石和礦物發(fā)生機(jī)械破碎而不改變其化學(xué)成分的風(fēng)化作用，稱為機(jī)械風(fēng)化作用，它是由于溫度變化及巖石空隙中水和鹽分的物態(tài)變化引起的，特征:●機(jī)械風(fēng)化與破碎●不能改變化學(xué)成分,不會(huì)形成新礦物●溫差大的沙漠、戈壁及干寒地區(qū)表現(xiàn)明顯。2.物理風(fēng)化四方式作用方式主要有：（1）巖石的熱脹冷縮溫度晝夜變化、季節(jié)變化。日變化影響最大，內(nèi)陸干旱沙漠地區(qū)，晝夜溫差變化、物理風(fēng)化最強(qiáng)烈。如西北沙漠地區(qū)，白天47℃，晚上-3℃，相差50℃。

①不同礦物脹縮系數(shù)不一，相互脫落。石英31×10-6，長石17×10-6，

②表里不一。白天，表面受曬膨脹，晚上，表面冷縮，內(nèi)部受熱開始脹?！锵募拘陆衬貐^(qū)、冰達(dá)坂的實(shí)例(晝夜溫差達(dá)60-70多度)。

(2)冰劈作用(干寒區(qū))●巖石裂隙中的水結(jié)冰后體積會(huì)增大，達(dá)到一定限度后巖石就會(huì)崩解滾落?！駰l件：a.巖石有貫通的空隙，可使水滲入并流動(dòng)（封閉空隙如氣孔不行）；b.有足夠的水分；c.溫度常在冰點(diǎn)上下波動(dòng)?！锔珊畢^(qū)（烏市）的馬路、道路與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。冰劈作用示意圖⑶層裂或卸載作用fracture&unloading

深部巖石上升減壓會(huì)造成向上或向外的膨漲,產(chǎn)生與地面平行的膨脹節(jié)理。

★黃山?jīng)]有層理的花崗巖區(qū);新疆凝灰?guī)r地區(qū);南方采石場。⑷鹽分結(jié)晶撐裂作用●巖石中多含鹽類,這些鹽分在晚上因吸收大氣水分會(huì)潮解,并滲入巖石內(nèi)部，溶解所經(jīng)巖石中鹽分。白天烈日照曬,使地下水沿巖石裂隙上升蒸發(fā),巖石中鹽分飽和結(jié)晶、撐裂巖石?！袢绱朔磸?fù),使巖石崩解?！癜l(fā)生在蒸發(fā)量大于降水量的半干旱地區(qū)。機(jī)械風(fēng)化作用可以形成倒石錐地貌。石林二、化學(xué)風(fēng)化作用

1.特征:●不僅破壞巖石，而且使其化學(xué)成分變化、并形成新礦物?！駧r石在水、氧、二氧化碳作用下,產(chǎn)生化學(xué)分解?！駵貪竦哪戏降貐^(qū)表現(xiàn)明顯。氧、水溶液不僅使地表附近的巖石發(fā)生破碎，而且使它們的化學(xué)成分發(fā)生改變，這就是化學(xué)風(fēng)化作用。通過化學(xué)反應(yīng)，使那些在地表?xiàng)l件下不穩(wěn)定的礦物變成另一種新的礦物(它適應(yīng)地表環(huán)境)。2.化學(xué)風(fēng)化五種方式1.溶解作用使礦物發(fā)生部分溶解分化的作用。任何礦物都溶于水，只是溶解度有大有小?！褚兹芪镔|(zhì)的流失將導(dǎo)致巖石空隙加大,加速剝蝕?！翊蠖鄶?shù)礦物可溶解于水，但溶解度不同。每公斤25度的純水中，可溶解：1/340g云母,1/115g滑石,1.5/100g方解石,2.1g硬石膏,320g巖鹽●影響溶解度的因素：溫度、壓力、PH值。

CaCO3+CO2+H2O-->Ca(HCO3)2

方解石(重碳酸鈣)2.水化作用有些礦物吸引一定數(shù)量的水。石膏+H2O-->硬石膏●礦物加水會(huì)形成含水礦物(CaSO4+2H2O=CaSO4·2H2O),從而使體積膨脹、硬度降低?！裼行┑V物能吸收一定水參加到礦物品格中，形成含水分子的礦物。3.水解作用水和礦物相結(jié)合的一種化學(xué)反應(yīng)。正長石+H2O-->高嶺石+。

●弱酸強(qiáng)堿鹽或強(qiáng)酸弱堿鹽,遇水會(huì)解離成帶不同電荷的離子，這些離子分別與水中的H+、OH-發(fā)生反應(yīng)，形成含OH-的新礦物，稱為水解?！袼猓衡涢L石→高嶺土(富集)+SiO2(帶走)+K(OH)(帶走)進(jìn)一步水解：高嶺土→鋁土礦(耐火材料富集)+SiO2(帶走)

4.碳酸化作用含CO2的水溶液和某些礦物中K、Na、Ca等金屬陽離子結(jié)合,可形成隨水遷移的碳酸鹽礦物。如鉀長石+H2O+CO2→高嶺土（富集）+8SiO2+2K2CO3●斜長石易碳酸化,可使很硬的花崗巖被瓦解！●碳酸鉀有利于植物生長,因而花崗巖地區(qū)(富長石)植被發(fā)育。5.氧化作用礦物被氧化后可形成新礦物；在地表富氧條件下某些礦物中的元素可從低價(jià)變?yōu)楦邇r(jià)。如黃鐵礦或磁鐵礦→褐鐵礦（見P136）●松散褐鐵礦及反應(yīng)中產(chǎn)生的硫酸,導(dǎo)致巖石破壞。●地表褐鐵礦常是地下大礦的表層標(biāo)志,稱為鐵帽?！窈S鐵礦較多的巖石不宜作建筑、裝潢材料?！癜瞪V物黑云母、角閃石含量高的花崗巖，容易風(fēng)化，不是好的建筑材料。

空氣中1/5氧黃鐵礦FeS2(++)氧化成褐鐵礦Fe2O3.H2O(3+)，由銅黃色變?yōu)楹旨t色，顏色變深，結(jié)構(gòu)變疏松。在地表稱鐵帽，地下連著礦床。經(jīng)過徹底的化學(xué)風(fēng)化作用，一切活潑的元素均從礦物中風(fēng)化出來并隨水流失，只有性質(zhì)穩(wěn)定的元素舅Fe，Mn，Al，Ni等才殘留原地，如果這些元素富集到具有工業(yè)價(jià)值時(shí)，就成為殘余礦床?；瘜W(xué)風(fēng)化作用三、生物風(fēng)化作用生物的生命活動(dòng)過程和尸體腐爛分解過程對(duì)巖石的破壞作用有機(jī)械和化學(xué)兩種方式：

1.生物的機(jī)械風(fēng)化作用植物根對(duì)巖石的破壞，如蘇州天平山花崗巖中的根劈、天山雪蓮的根劈snowlotus，蚯蚓等鉆洞，人類活動(dòng)如挖洞、采礦等對(duì)巖石進(jìn)行破碎。

2.生物的化學(xué)風(fēng)化作用生物死亡后，腐爛分解形成一種腐植質(zhì)(膠狀的物質(zhì))，是一種有機(jī)酸，對(duì)巖石起腐蝕作用.

地殼表層巖石經(jīng)機(jī)械破碎，化學(xué)風(fēng)化后形成的松散物，再經(jīng)過生物的化學(xué)風(fēng)化作用，增加了有機(jī)物質(zhì)---腐殖質(zhì)，這種具有腐殖質(zhì)、礦物質(zhì)、水和空氣的松散物質(zhì)叫做土壤。第二節(jié)影響風(fēng)化作用的因素

風(fēng)化作用的速度主要取決于自然地理?xiàng)l件和組成巖石的礦物性質(zhì)。一、氣候氣候寒冷或干燥地區(qū)，生物稀少，寒冷地區(qū)降水以固態(tài)形式為主，干旱區(qū)降水很少。以物理風(fēng)化作用為主，化學(xué)和生物風(fēng)化為次。巖石破碎，但很少有化學(xué)風(fēng)化形成的粘土礦物，以生物風(fēng)化為主形成的土壤也很薄。

氣候潮濕炎熱地區(qū)，降水量大，生物繁茂，生物的新陳代謝和尸體分解過程產(chǎn)生的大量有機(jī)酸，具有較強(qiáng)的腐蝕能力，故化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化都十分強(qiáng)烈，形成大量粘土，在有利的條件下可形成殘積礦床。可形成較厚的土壤層。北方:花崗巖(低山、圓滑的山頭);灰?guī)r(高山)南方:花崗巖(高山峻嶺),灰?guī)r(低山溶洞)二、地形條件地形影響氣候，間接影響風(fēng)化作用；另一方面，陡坡上，地下水位低，生物較少，以物理風(fēng)化為主.地勢平坦，受生物影響較大，化學(xué)風(fēng)化作用為主。三、巖石的特征

1.成分

(1)巖漿巖比變質(zhì)巖和沉積巖易于風(fēng)化。巖漿形成于高溫高壓，礦物質(zhì)種類多(內(nèi)部礦物抗風(fēng)化能力差異大)。

(2)巖漿巖中基性巖比酸性巖易于風(fēng)化，基性巖中暗色礦物較多，顏色深，易于吸熱、散熱。

(3)沉積巖易溶巖石(如石膏、碳酸鹽類等巖石)比其它沉積巖易于風(fēng)化。

差異風(fēng)化：在相同的條件下，不同礦物組成的巖塊由于風(fēng)化速度不等，巖石表面凹凸不平；或由不同巖性組成的巖層，抗風(fēng)化能力弱的巖層形成相互平行的溝槽，砂巖、頁巖互層，頁巖呈溝槽。通過差異風(fēng)化，我們可以確定巖層產(chǎn)狀。

2.巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

(1)巖石結(jié)構(gòu)較疏松的易于風(fēng)化；(2)不等粒易于風(fēng)化，粒度粗者較細(xì)者易于風(fēng)化；(3)構(gòu)造破碎帶易于風(fēng)化，往往形成洼地或溝谷。

球形風(fēng)化：在節(jié)理發(fā)育的厚層砂巖或塊狀巖漿巖中，巖石常被風(fēng)化成球形或橢圓形，這種現(xiàn)象叫做球形風(fēng)化，它是物理風(fēng)化為和化學(xué)風(fēng)化聯(lián)合作用的結(jié)果。

球形風(fēng)化的主要條件有：(1)巖石具厚層或塊狀構(gòu)造；(2)發(fā)育幾組交叉裂隙；(3)巖石難于溶解；(4)巖石主要為等粒結(jié)構(gòu)。3.節(jié)理發(fā)育者易風(fēng)化:試劍石、石桌(蘇州虎丘），鯽魚背（黃山）被三組以上裂隙切割出來的巖塊，外部棱角明顯，在風(fēng)化作用過程中，棱角首先被風(fēng)化，最后成球狀。

球狀風(fēng)化：節(jié)理包圍的碎塊，在化學(xué)風(fēng)化（水溶液）、物理風(fēng)化（溫度變化）下，棱角消失，圓化成球狀；以化學(xué)風(fēng)化為主?；◢弾r、閃長巖、輝長巖、厚層砂巖,塊狀、等粒巖石易形成球狀風(fēng)化;與結(jié)核的區(qū)別是成分是否一致。

第三節(jié)

風(fēng)化作用的產(chǎn)物、風(fēng)化殼及其研究意義

一．風(fēng)化產(chǎn)物的類型

1.不同的巖石有不同的風(fēng)化產(chǎn)物。

2.風(fēng)化產(chǎn)物構(gòu)成：

a.碎屑:機(jī)械風(fēng)化的碎塊

b.易溶物質(zhì)：Ka，Na，Ca，Mgc.難溶物質(zhì)：Fe，Al3.研究風(fēng)化產(chǎn)物的目的:推測母巖的性質(zhì)、尋找原生礦體Au,Cu,Ni等二．殘積物：巖石風(fēng)化后殘留原地的物質(zhì),以風(fēng)化殼為標(biāo)志。巖石經(jīng)風(fēng)化后部分易熔物質(zhì)被水帶走流失，余下的碎屑巖和化學(xué)風(fēng)化中形成的一些新礦物便殘留原地，這些殘留在原地的風(fēng)化產(chǎn)物稱殘積物。殘積物的礦物組成、化學(xué)成分、顏色與下伏地層(原巖)有一定的關(guān)系，它們常具有棱角，無分選性，無層理，向下逐漸過渡到基巖，在存在生物活動(dòng)物的地區(qū)，殘積物頂部發(fā)育成土壤。三、風(fēng)化殼

1.風(fēng)化殼：殘積物和土壤在大陸地殼表層構(gòu)成一層不連續(xù)的薄殼，稱之為風(fēng)化殼。

2.風(fēng)化殼可由一層殘積物組成，也可由幾層風(fēng)化分解程度不同的殘積物組成，而且層與層之間常逐漸過渡而無明顯分界線。由于風(fēng)化作用以地表最強(qiáng)烈，并向深處減弱，故具垂直分帶。一個(gè)完整的風(fēng)化殼在剖面上，從下往上可分為以下幾層：層1：未經(jīng)風(fēng)化的基巖。

層2：半風(fēng)化層，巖石機(jī)械破碎成碎塊。

層3：殘積層，物理和化學(xué)風(fēng)化，由下而上，風(fēng)化程度由淺至深，碎屑顆粒由大變小。

層4：土壤層，經(jīng)受長期物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用，形成土壤。在沒有生物風(fēng)化作用的地區(qū)土壤層缺失。

3.風(fēng)化殼的厚度和成分：因地而異，一般潮濕炎熱氣候區(qū)，風(fēng)化殼厚度大，并有可能形成Fe，Mn，Al，Ni等殘積礦床(風(fēng)化殼型礦床)，干旱地區(qū)風(fēng)化殼薄，常僅數(shù)十厘米且結(jié)構(gòu)簡單。