1、第二篇第二篇 地表动力地质作用地表动力地质作用第三章第三章 风化作用风化作用n掌握掌握:n风化作用；风化作用的不同类型风化作用；风化作用的不同类型;物理风化作用物理风化作用,化学风化作用化学风化作用,生物风化作用；影响风化作用的生物风化作用；影响风化作用的因素。因素。n了解了解:n残积物和风化壳的概念，土壤残积物和风化壳的概念，土壤本章涉及的英文术语nWeathering,physical weathering,chemical weathering,biological weathering;nSolution,oxidation,hydration,hydrolysis;nRoot wed
2、ging,differential weathering,spheroidal weatheringnSequence of migration of elementsnEluvium,crust of weathering第一节第一节 风化作用的类型风化作用的类型n风化作用风化作用weathering的概念的概念:n在在地表或近地表地表或近地表的环境中的环境中,由于由于温度温度变变化化,大气大气,水水和和水溶液水溶液及及生物生物等因素的等因素的影响影响,使使岩石在原地岩石在原地遭受破坏的过程。遭受破坏的过程。n风化作用的结果风化作用的结果:n单纯的机械破碎单纯的机械破碎,岩石由大块变成小块岩
3、石由大块变成小块n岩石矿物的分解岩石矿物的分解,一部分被水溶液带走一部分被水溶液带走,一部分残留在原地一部分残留在原地此“风化”非彼“风化”n化学中的“风化”：含结晶水的化合物在空气中失去结晶水的过程。例子：碳酸钠晶体的风化。与之相对的是“潮解”。n地质学中的“风化”：岩石在近地表的环境中，由于物理、化学或者生物的作用而遭受破坏的过程。第一节第一节 风化作用的类型风化作用的类型n物理风化作用物理风化作用Physical weatheringn化学风化作用化学风化作用Chemical weatheringn生物风化作用生物风化作用Biological weathering一一 、物理风化作用物理
4、风化作用概念：指由于概念：指由于(大气大气)温度温度变化等自然因素的影变化等自然因素的影响，响，使岩石在使岩石在原地原地发生发生崩解崩解的作用的作用。仅仅是机械破碎的过程而化学成分等等无明仅仅是机械破碎的过程而化学成分等等无明显改变显改变物理风化作用的方式物理风化作用的方式：温差风化、冰劈作用、盐类的结晶与潮解温差风化、冰劈作用、盐类的结晶与潮解物理风化作用的方式物理风化作用的方式1 1、温差风化、温差风化:由于温度的变化，岩石反复膨胀和收由于温度的变化，岩石反复膨胀和收缩，使岩石崩解的作用。缩，使岩石崩解的作用。多在温差大的干旱和半干旱地区发生。多在温差大的干旱和半干旱地区发生。温差风化过程
5、温差风化过程物理风化作用的方式物理风化作用的方式2.2.冰劈作用冰劈作用 由于由于气温气温的变化，岩石的变化，岩石裂隙中的水反复裂隙中的水反复结冰和融化结冰和融化，从而造成岩石裂隙不断扩，从而造成岩石裂隙不断扩大，使岩石发生崩解的作用。大，使岩石发生崩解的作用。主要发生主要发生有高纬度及高山区有高纬度及高山区冰冰 劈劈 作作 用用物理风化作用的方式物理风化作用的方式n3.3.盐类的结晶与潮解作用盐类的结晶与潮解作用n由于岩石裂隙中的盐类反复结晶、由于岩石裂隙中的盐类反复结晶、潮解，使岩石崩解的作用。潮解，使岩石崩解的作用。n多发生在干旱及半干旱地区。多发生在干旱及半干旱地区。二、二、化学风化作
6、用化学风化作用化学化学风化作用风化作用(chemical weathering)在在大气大气、水水和和水溶液水溶液的作用下的作用下,使岩石、矿使岩石、矿物发生物发生分解分解的作用。的作用。发生了化学反应发生了化学反应,成分改变成分改变化学风化的方式：化学风化的方式：溶解作用、氧化作用、水化作用、水解溶解作用、氧化作用、水化作用、水解作用作用化学风化作用的方式化学风化作用的方式溶解作用溶解作用(solution)岩石中矿物溶解于水而产生分解的过程。岩石中矿物溶解于水而产生分解的过程。卤化物、硫酸盐、碳酸盐等矿物易溶于水卤化物、硫酸盐、碳酸盐等矿物易溶于水,常见是碳酸盐矿物溶于含常见是碳酸盐矿物溶
7、于含CO2的水溶液中。的水溶液中。如如CaCO3(方解石方解石)+H2O+CO2Ca(HCO3)2 溶解作用起重要作用的地区风化作用的方式风化作用的方式2.氧化作用氧化作用(oxidation)矿物与大气或水中的游离氧反矿物与大气或水中的游离氧反应，应，生成氧化物的过程。生成氧化物的过程。4FeS2(黄铁矿黄铁矿)+19O2+mH2O2Fe2O3 nH2O+8H2SO4铁帽（铁帽（gossan）的形成）的形成n黄铁矿氧化生成黄铁矿氧化生成FeSO4nFeSO4继续氧化生成继续氧化生成Fe2(SO4)3nFe2(SO4)3 是强酸弱碱盐，是强酸弱碱盐，易水易水解成解成Fe(OH)3沉淀沉淀nFe
8、(OH)3脱水形成褐铁矿脱水形成褐铁矿铁帽和硫化物矿床的关系化学风化作用的方式化学风化作用的方式3.3.水化作用（水化作用（hydration)hydration)把水分子结合到矿物的晶格中的把水分子结合到矿物的晶格中的 作用作用。水分子在矿物晶格中成为结晶水水分子在矿物晶格中成为结晶水,只有只有在高温下才能分离出来，因而原矿物在高温下才能分离出来，因而原矿物就变成含水的新矿物。就变成含水的新矿物。hydration实例实例 Fe2O3+nH2OFe2O3nH2O CaSO4+2H2O CaSO4 2H2Ohydration的结果的结果n增大矿物的体积增大矿物的体积n增大对围岩的的压力增大对围
9、岩的的压力n导致矿物的硬度降低，导致矿物的硬度降低，从从而削弱岩石抵抗风化作用而削弱岩石抵抗风化作用的能力的能力化学风化作用的方式化学风化作用的方式4.水解作用水解作用(hydrolysis)在水中电离的矿物阴离子或阳离子与在水中电离的矿物阴离子或阳离子与H2O离解成的离解成的H+和和OH-相互结合，形相互结合，形成难电离的弱电解质的过程。成难电离的弱电解质的过程。碳酸化作用：有碳酸化作用：有CO2参与的水解反应参与的水解反应水解作用的实例水解作用的实例4KAlSi3O8+6H2OAl4Si4O10(OH)8+8SiO2+4K(OH）钾长石钾长石 高岭石高岭石 蛋白石胶体蛋白石胶体Al4Si4
10、O10(OH)8+nH2O2Al2O3+4SiO2+4H2O 高岭石高岭石 铝土矿铝土矿水解作用的结果水解作用的结果 水解作用导致岩石和矿物的破坏水解作用导致岩石和矿物的破坏 水解时水解时OH-离子与金属阳离子一离子与金属阳离子一 起进入海洋，使海洋的起进入海洋，使海洋的PH值增大值增大 而而H+则与铝硅酸络则与铝硅酸络 阴离子结合生成难溶解的粘土矿阴离子结合生成难溶解的粘土矿 物，残留在大陆。物，残留在大陆。三、生物风化作用三、生物风化作用n概念：概念：生物的生命活动引起岩石的分解生物的生命活动引起岩石的分解n分类：分类：n生物物理风化作用生物物理风化作用：指生物活动导致岩石：指生物活动导致
11、岩石机械破坏的作用机械破坏的作用n生物化学风化作用生物化学风化作用：生物在新陈代谢过程：生物在新陈代谢过程中产生的分泌物和生物死亡后的遗体腐烂中产生的分泌物和生物死亡后的遗体腐烂的分解产物使岩石分解破坏的作用的分解产物使岩石分解破坏的作用生物物理风化作用：根劈作用地地 衣衣第二节第二节 影响风化作用的因素影响风化作用的因素 影响风化作用的因素包括：影响风化作用的因素包括：岩石的成分岩石的成分 结构结构 裂隙发育程度裂隙发育程度 气候和地形气候和地形一、岩石成分对风化作用的影响一、岩石成分对风化作用的影响元素的迁移能力元素的迁移能力 元素及其化合物在风化过程中元素及其化合物在风化过程中从矿物中析
12、出的难易程度。从矿物中析出的难易程度。元素迁移系列元素迁移系列元素的迁移系列元素的迁移系列迁移系列元素的组成迁移系列元素的组成1.极易迁移的元素极易迁移的元素 Cl(Br、B、I)S2.易被迁移的元素易被迁移的元素 K Ca Na Mg F Sr Zn U3.可迁移的元素可迁移的元素SiO2(硅酸盐的）硅酸盐的）Mn P、Ba Rb Ni Cu 4.略可迁移的元素略可迁移的元素 Al Fe Ti5.不迁移的元素不迁移的元素SiO2(石英）石英）元素迁移能力与气候有关n寒冷冰冻气候区n干旱、半干旱气候区：近1-2系列迁移n温暖潮湿气候区：1，2，3系列n炎热潮湿气候区：1，2，3，4系列一、岩石
13、成分对风化作用的影响一、岩石成分对风化作用的影响2.矿物的抗风化能力矿物的抗风化能力-矿物成分矿物成分 各类矿物的耐风化能力的顺序：自然元素各类矿物的耐风化能力的顺序：自然元素氧氧化物、氢氧化物化物、氢氧化物硅酸盐、硫化物硅酸盐、硫化物硫酸盐、卤硫酸盐、卤化物。化物。共价键型矿物的抗风化能力大于离子键型的矿物共价键型矿物的抗风化能力大于离子键型的矿物 对同类矿物而言对同类矿物而言，浅色或无色矿物抗风化能浅色或无色矿物抗风化能力大于深色矿物；表层形成的矿物比地下深处高力大于深色矿物；表层形成的矿物比地下深处高温高压环境中形成的矿物耐风化；岩浆岩矿物中温高压环境中形成的矿物耐风化；岩浆岩矿物中抗风
14、化能力与结晶顺序相反。抗风化能力与结晶顺序相反。鲍文序列鲍文序列3.岩石抗风化能力岩石抗风化能力n在相同的外界条件下在相同的外界条件下,单矿物组单矿物组成的岩石成的岩石,其抗风化能力大于复其抗风化能力大于复矿物岩石矿物岩石n沉积岩的抗风化能力大于岩浆岩沉积岩的抗风化能力大于岩浆岩差异风化差异风化n在相同自然条件下在相同自然条件下,由于岩性由于岩性(矿物组成矿物组成)的不同而导致风化速度不同的不同而导致风化速度不同,使岩石表面使岩石表面出现凸凹不平的现象。如长江西岭峡中出现凸凹不平的现象。如长江西岭峡中的牛肝马肺峡的牛肝马肺峡牛肝马肺远景岩石结构、裂隙发育岩石结构、裂隙发育程度对风化作用的影响程
15、度对风化作用的影响n颗粒大的岩石易于化学风化颗粒大的岩石易于化学风化n孔隙度大的岩石且连通性好的岩孔隙度大的岩石且连通性好的岩石石,易于风化易于风化n沉积岩中钙质胶结的岩石较硅质沉积岩中钙质胶结的岩石较硅质胶结的岩石易于风化胶结的岩石易于风化n裂隙发育的岩石易于风化裂隙发育的岩石易于风化球形风化球形风化n岩石中因发育多组裂隙岩石中因发育多组裂隙，由于风化作用的影由于风化作用的影响响,岩石表面趋于圆化岩石表面趋于圆化(球状球状)的现象的现象,是由是由物理风化和化学风化共同作用的结果。常见物理风化和化学风化共同作用的结果。常见于较细、均质岩石中，如粉砂岩、凝灰岩、于较细、均质岩石中，如粉砂岩、凝灰
16、岩、火山熔岩中火山熔岩中，球形风化球形风化球形风化球形风化球形风化过程球形风化过程三、气候带对风化作用的影响三、气候带对风化作用的影响n气温和降雨量气温和降雨量n气温的高低化学风化气温的高低化学风化n昼夜温差大小物理风化昼夜温差大小物理风化n降雨量水的多少和化学风化作用的强弱。降雨量水的多少和化学风化作用的强弱。n气候决定了风化作用的类型气候决定了风化作用的类型n冰冻气候带冰劈作用，基本无化学风化；冰冻气候带冰劈作用，基本无化学风化；n干旱、半干旱区温差风化为主，化学风化作用微弱；干旱、半干旱区温差风化为主，化学风化作用微弱；n温暖潮湿区化学风化显著，生物风化发育；温暖潮湿区化学风化显著，生物
17、风化发育；n炎热潮湿区化学风化、生物风化强烈、彻底。炎热潮湿区化学风化、生物风化强烈、彻底。不同气候带风化作用的强度和深度不同气候带风化作用的强度和深度四、地形对风化作用的影响四、地形对风化作用的影响n随随地形高低地形高低的变化，引起气候的垂直分带，从的变化，引起气候的垂直分带，从而导致风化作用的类型和速度不同。而导致风化作用的类型和速度不同。n同一高度的同一高度的阳坡和阴坡阳坡和阴坡因温度有差异，风化作因温度有差异，风化作用强度也会有差异，阳坡比阴坡风化作用强。用强度也会有差异，阳坡比阴坡风化作用强。n地形陡缓地形陡缓对风化作用也有影响。对风化作用也有影响。n陡坡地下水位低，植被稀少，风化产
18、物不易保存，陡坡地下水位低，植被稀少，风化产物不易保存，而缓坡则相反，化学和生物风化相对强烈，而缓坡则相反，化学和生物风化相对强烈，风化产风化产物易保存。物易保存。第三节第三节 风化壳及土壤风化壳及土壤n一、风化壳（一、风化壳（curst of weathering）n残积物残积物n土壤土壤n风化壳风化壳n三个概念之间的关系三个概念之间的关系残积物（eluvium）n残积物（残积物（eluvium）：地表岩石经过：地表岩石经过长期的长期的风化作用风化作用，各种矿物发生不同，各种矿物发生不同程度的程度的分解分解，可迁移的成分从原矿物，可迁移的成分从原矿物中迁移出来随水流走，剩下的物质残中迁移出来
19、随水流走，剩下的物质残留在原地称为残积物。留在原地称为残积物。n简单的说，简单的说，残积物残积物就是：就是：经长期物理经长期物理和化学风化作用后残留在原地的风化和化学风化作用后残留在原地的风化产物。产物。土壤土壤n土壤土壤:经过生物风化作用的改造而经过生物风化作用的改造而富含腐植质富含腐植质的残积物的残积物。n风化壳：风化壳：在陆地表面由在陆地表面由残积物残积物和和土壤土壤构成的一层不连续的、厚薄构成的一层不连续的、厚薄不均的薄壳。不均的薄壳。风化壳风化壳n风化壳：风化壳：在陆地表面由残积物和土壤在陆地表面由残积物和土壤构成的一层不连续的、厚薄不均的薄构成的一层不连续的、厚薄不均的薄壳。壳。n
20、风化壳性质受岩石性质、气候、地形风化壳性质受岩石性质、气候、地形等因素的影响。等因素的影响。n风化壳具有垂直分带性（风化壳具有垂直分带性（土壤层、残积层、半风化层）和水平分带性（和水平分带性（五种风化壳类型）。（一）风化壳的垂直分带性（一）风化壳的垂直分带性n风化壳的三层结构n土壤层土壤层：主要由粘土矿物和腐殖质组成，是主要由粘土矿物和腐殖质组成，是残积物经生物风化作用的产物残积物经生物风化作用的产物。n残积层残积层：主要由岩石风化形成的粘土矿物或主要由岩石风化形成的粘土矿物或其他风化产物组成，结构疏松，不含腐殖质其他风化产物组成，结构疏松，不含腐殖质。n半风化层半风化层：由只发生轻微风化的岩
21、石组成，由只发生轻微风化的岩石组成，岩石较致密，完全保留原岩的结构、构造。岩石较致密，完全保留原岩的结构、构造。n向下过渡为向下过渡为基岩基岩。（二）风化壳的水平分带性（二）风化壳的水平分带性n由于气候的影响，各个地区由于气候的影响，各个地区的风化作用的强度和风化产的风化作用的强度和风化产物的特点都有不同，产生了物的特点都有不同，产生了水平的分带。水平的分带。主要的风化壳类型主要的风化壳类型n岩屑型岩屑型高寒地区高寒地区n硅铝型粘土型硅铝型粘土型温带潮湿温带潮湿n硅铝型碳酸盐型硅铝型碳酸盐型温带半干旱温带半干旱n硅铝氧化物，硫酸盐型硅铝氧化物，硫酸盐型干旱气候干旱气候n砖红土型砖红土型湿热的热
22、带湿热的热带气候气候岩屑型风化壳燕山大学燕山大学 风化壳（温带潮湿）风化壳（温带潮湿）砖红土型风化壳中国砖红土的分布吴哥窟（三）古风化壳（三）古风化壳n地质历史时期形成的风化壳称为古风化地质历史时期形成的风化壳称为古风化壳。壳。n意义：了解一个地区地壳的运动史；古意义：了解一个地区地壳的运动史；古风化壳形成时的气候、古地形特点；指风化壳形成时的气候、古地形特点；指导寻找残积型的铝土矿矿、铁矿、高岭导寻找残积型的铝土矿矿、铁矿、高岭土矿等。土矿等。华北地区O1/C2之间的古风化壳C2本溪组：硬绿泥石角岩（含 铁），红柱石角岩（含铝）O1马家沟组：巨厚层灰岩二、土壤n土壤是以各种风化产物或松散推积
23、物为母土壤是以各种风化产物或松散推积物为母质，经过生物和化学作用为主的成土作用质，经过生物和化学作用为主的成土作用形成的。形成的。n土壤与残积层的区别土壤与残积层的区别土壤具有植物生长所需要的有机组分、无机组土壤具有植物生长所需要的有机组分、无机组分、微量元素和水分。分、微量元素和水分。n土壤具有成层结构，自上而下分为腐殖层、土壤具有成层结构，自上而下分为腐殖层、淋溶层、淀积层。淋溶层、淀积层。土壤分层土壤分层n腐殖层：腐殖层：颜色较深，含有植物分解产生的大颜色较深，含有植物分解产生的大量腐殖质，有机物含量可达量腐殖质，有机物含量可达25%，具有团粒、，具有团粒、孔隙和细小裂隙等结构，矿物在有
24、机酸的作用孔隙和细小裂隙等结构，矿物在有机酸的作用下被分解。下被分解。n淋溶层：淋溶层：颜色较浅，被分解物、微粒矿物和颜色较浅，被分解物、微粒矿物和有机质在淋滤作用和淋溶作用下，从本层往下有机质在淋滤作用和淋溶作用下，从本层往下移动，本层缺少有机质。移动，本层缺少有机质。n淀积层：淀积层：由母质层组成，颜色与下伏成土母由母质层组成，颜色与下伏成土母质相近，但淀积从上部淋滤下来的成分。质相近，但淀积从上部淋滤下来的成分。土壤剖面腐殖层腐殖层淋溶层淋溶层淀积层淀积层中国土壤的分布图土壤与气候、植被土壤与气候、植被n土壤的形成与气候和植被密切相关，因土壤的形成与气候和植被密切相关，因此研究土壤可以反
25、映古气候和古植被状此研究土壤可以反映古气候和古植被状况。况。n中国北方的黄土中国北方的黄土-古土壤系列；南方的网古土壤系列；南方的网纹红土。纹红土。江西星子县的网纹红土江西星子县的网纹红土江西修水第四阶地江西修水第四阶地江西修水第三阶地江西修水第三阶地砾石层砾石层砾石层砾石层红土主要位于修水河谷的三、四红土主要位于修水河谷的三、四级阶地上（进贤组），分上、下级阶地上（进贤组），分上、下两段，由网纹化红土和砂砾石层两段，由网纹化红土和砂砾石层组成，具二元结构，总厚约组成，具二元结构，总厚约1818米。米。BM网纹红土中常见的植硅石网纹红土中常见的植硅石 小小 结结n风化作用是地表揭开了地质作用的序幕。风化作用是地表揭开了地质作用的序幕。按成因风化作用可分为物理风化作用、化按成因风化作用可分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用，学风化作用和生物风化作用，其主要产物其主要产物石风化壳和残积物。影响风化作用的因素石风化壳和残积物。影响风化作用的因素主要有岩石性质、气候、地形和时间等。主要有岩石性质、气候、地形和时间等。
