第10章 风化作用

球状风化条件：成分一致，发育几组节理。 花岗岩、闪长岩、辉长岩、厚层砂岩、块状 -等粒岩石易发生球状风化。 与岩石结核的区别：成分是否一致。
◆ 差异风化：抗风化能力不一致的矿物或岩石共生在一起，抗风化 能力强者突出地表，抗风化能力弱者凹入，此现象称之。
洋葱石--球状风化
龙岩黄坑二叠纪长石砂岩的球状风化-褐铁矿晕圈
二、残积物 (eluvium) 岩石风化后残留原地的物质。
1. 特征：结构松散、大小不一、棱角显著、没有层理。 2. 矿产：◆ 抗风化力强的重矿物如金刚石、金、锡石可残留原地，富集
成残积型砂矿。◆ 若岩石中活动组分被水带走，稳定组分 Fe、Al残留原 地，可富集成残余型砂矿。
三、风化壳 基岩上由风化产物组成的不 连续的薄层。
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⑶ 层裂或卸载作用 (unloading)
深部岩石上升减压，或浅部岩石剥蚀夷平，均会造成岩石向上或 向外的膨胀, 产生与地面平行的膨胀节理(水平节理），从而使风 化过程加速。
◆ 新疆天山花岗岩中的卸载节理;南方采石场。 ⑷ 盐分结晶撑裂作用 (crystallization of salt)
风化和侵蚀紧密相连。风化一般不发生大规模移位，侵蚀则明显移 位。因风化和侵蚀,高山可变成平地,地貌被不断改观。
风化+侵蚀称为剥蚀。分为机械、化学和生物三种风化作用。
若无剥蚀(denudation)，则世界面貌不可想象！
新 疆 天 山 花 岗 岩
舒良树摄 舒良树摄
安 徽 黄 山 花 岗 岩
没有风化作用，就不会有如此壮丽的河山
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黄山归来不看岳
第一节
Section 1
风化作用的类型
Types of Weathering
一、机械风化 (mechanical weathering) 又称物理风化
1.特征（features) ●基本处于原地的机械破碎与分解； ●其方式有胀缩、冰劈、卸载、结晶； ●不能改变化学成分,不会形成新矿物； ●温差大的沙漠戈壁及干寒区表现最明显。 2. 四种方式 (four patterns of mechanical weathering) (1)热胀冷缩 (expansion by heating and contraction by cooling)
二、地形 (landform)
高度：高山易化-崩落；
地形：陡峭地形，风化物难保留，易冲刷，岩石裸露，促进风化； 坡向：朝阳的山坡岩石容易被风化。
三、岩石性质( natures of rock)
1．矿物的抗风化能力:（从小到大）岩盐→石膏→方解石→橄榄石→ 钙长石→辉石→角闪石→钠长石→黑云母→钾长石→白云母→粘土矿 物→石英→铝铁氧化物 2. 成分：成分不一者，易风化；成分均一者，抗风化力强。如石英 砂岩区多形成屹立突起的地形。 3．结构(texture)：疏松的结构易风化(砾石层、)；坚硬的岩石抗风 化力强(石英砂岩、石英岩、硅化带)。 4．节理(joint)：节理发育者易风化。如湖南张家界、苏州花岗岩一 线天、虎丘的试剑石、黄山的鲫鱼背等。 5. 球状风化与差异风化 (onion & differential weathering) ◆ 球状风化: 四周被节理包围的碎块，在化学风化(水溶液)与物理 风化(温差变化)的联合作用下，棱角消失，呈洋葱状圆化的现象，称 球状风化。以化学风化为主。
5.丹霞地貌
该名称源于“丹霞层”。是冯景兰1928年在广东仁化县丹霞 一带地质调查时所创的地层名称。由红色砂砾岩、砂岩、粉砂 岩组成，其时代为晚白垩世到古近世。 丹霞地貌是指层厚大、产状平缓、节理发育、铁钙质胶结不 匀的红色碎屑岩系，在流水侵蚀和风化作用下，通过重力崩 塌、侵蚀、溶蚀等作用，形成城堡状、宝塔状、柱状、棒状、 方山状、园山状、峰林状地貌景观。该地貌在广东仁化县的丹 霞山最典型，故名。此外，在广东南雄、福建永安、泰宁、武 夷山、江西龙虎山、浙江永康方岩、四川灌县、河北承德，此 地貌都很发育。现均已辟为旅游景区。
●岩石中多含盐。这些盐分在夜晚吸收大气水分而潮解。当其渗入 岩石内部，会溶解所经岩石中的盐分，增大裂隙溶液中盐分比例。 白天烈日照晒,会使地下水沿岩石裂隙上升蒸发。结果就使岩石裂 隙溶液中的盐分过饱和而结晶，岩石被撑裂； ●如此反复,使巨大岩石发生崩解。
◆多发生在蒸发量大于降水量的半干旱地区。如哈密。
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广东仁化县丹霞山
寿桃山
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鹰潭龙虎山古近系丹霞组
本章重点
1. 概念：风化、 侵蚀、 剥蚀；机械风化、化学风化、生物风
●岩石裂隙中的水结冰后体积会增 大，达到一定限度后就会使岩石崩解 滚落。 ●条件：a.岩石有贯通的空隙，可使 水渗入并流动（孔隙封闭、气孔不连 通者则不行）； b.有足够的水分； c.温度常在冰点上下波动。
◆ 干寒区的公路与城市建设问题 （乌市） 冰劈作用示意图
冰劈→崩解→滚石坡
（乌市南80km，冰达坂，H4280m）
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玉山县三清山花岗岩风化地貌
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玉山县三清山花岗岩风化地貌
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安徽潜山县天柱山花岗岩风化地貌
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福鼎县太姥山花岗岩风化地貌
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厦门鼓浪屿花岗岩风化地貌
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浙江缙云县仙都K1流纹岩风化地貌
湘 西 张 家 界 化 学
+
机 械 风 化 地 貌
云南元谋：土林地貌
摇摆石(砂岩)
矿物被氧化后可形成新矿物。在地表富氧条件下,某些矿物中
如: 2FeS2黄铁矿+ 7O2 + 2H2O→2FeSO4硫酸亚铁+ 2H2SO4 12FeSO4硫酸亚铁+ 3O2 + 6H2O→Fe2(SO4)2硫酸铁+ 4Fe(OH)3褐铁矿
●氧化产生松散的褐铁矿和硫酸,会加剧岩石风化； ●地表褐铁矿常是地下大矿的表层标志,称为铁帽(gossan)； ●含黄铁矿较多的岩石，容易风化，不宜作建筑材料；含黑云 母、角闪石及钾长石高的花岗岩，很容易风化，且含放射性元 素，不宜作建筑、面板、装潢材料。
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球状风化 形成过程
a.岩石被节理切割 b.风化初期 c.风化晚期
第三节 风化作用的产物
Section 3 Products of Weathering 一、风化的产物
1.风化产物的构成 a.碎屑 (fragments): 机械风化的碎块； b.易溶物质 (dissolve)：Ka，Na，Ca，Mg等,易流失； c.难溶物质：Fe，Al等，多残留原地。 2.岩石类型：不同的岩石有不同的风化产物。 3.研究意义：推测母岩性质、找原生矿体Au,Cu,Ni等。
苏州花岗岩中松树的根劈、天山雪莲（snow lotus）的根劈。
2. 生物分泌的有机酸，腐蚀岩石使之风化; 3. 生物腐烂分解，形成有机酸，腐蚀岩石使之风化; 4. 人类的破坏：矿山滥采和爆破、长江沿岸化工厂的污水排放， 导致环境污染，危害人类生存条件，同时也加速岩石的风化。 在湿热的南方，机械、化学、生物风化三者常常联合作用， 密不可分；在干冷的北方，机械风化占优势。
苏州天平山花岗岩“一线天”
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天平山山顶的风化花岗岩
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沿 直 立 节 理 而 机 械 与 化 学 联 合 风 化 的 产 物
溶解→淋滤(leaching) ：玉山县蜂洞状奥陶纪灰岩
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三、生物风化 (biological weathering)
生物活动引起的岩石物理与化学变化。主要有： 1. 植物的根劈作用 （root splitting）;
土壤
1.特征：没有层理、底界起伏、结构 残积层 松散、有垂直分带性。 2.风化壳典型剖面 Ⅰ. 土壤(粘土、细小石英颗粒、植物 半风化岩 的根)→ II. 残积物→ Ⅲ. 半风化岩→ Ⅳ. 基岩 花岗闪长岩 3.研究意义 ◆ 代表不整合面，标志造山结束 风化壳剖面 ◆ 矿产、油气、水的存储构造 （周口店花岗闪长岩） ◆ 影响工程稳固
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天山玉希达坂碱性岩中的卸载节理
新疆天山艾肯达坂花岗岩中的水平与垂直节理
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盐分结晶撑裂作用 ：鼓包状盐碱沼泽地 (哈密)
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二、化学风化作用 (chemical weathering)
1. 基本特征 ●岩石在水、氧、二氧化碳作用下,发生化学分解； ●不仅破坏岩石，而且发生化学反应，形成新矿物； ●温湿的南方地区表现较明显。
2. 五种方式 (five patterns)
(1) 溶解作用 (solution):使矿物发生部分溶解与分化的作用。
●影响溶解度的因素：温度、压力、 pH值； ●大多数矿物可溶解于水，但溶解度差别悬殊；
溶解度排序（由大到小）：
岩盐→石膏→方解石→橄榄石→辉石→角闪石→长石→云母→石英
◆易溶物质的溶解-流失将导致岩石空隙加大,加速剥蚀。
普通地质学 (Physical Geology)
第十章 风化作用
Chapter 10 Weathering
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南京大学地球科学与工程学院 舒良树
◆风化作用（weathering）
定义（definition）：地表岩石在外动力（温度、压力、大气、 水、生物）作用下发生机械破碎、化学分解和生物分解，在原地形 成松散堆积物的过程。
●斜长石易碳酸化,可使花岗岩被强烈风化瓦解（disintegration)。 ●碳酸钾有利于植物生长。南方多雨水，因而富长石的花岗岩地区 植被多很发育。
水解+碳酸化→花岗岩风化
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“红楼梦”电视剧中的顽石（黄山）
⑸ 氧化作用 (oxidation) 的元素可从低价变为高价。
水解+碳酸化→花岗岩风化
苏 州 天 平 山 花 岗 岩 根 劈
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第二节 制约岩石风化性质与特征的因素
Section 2 Factors Constraining on Weathering 一、气候 (climate)