普通地质学—风化作用

第十章风化作用

风化作用：指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物在原地与大气、水及生物接触过程中产生

物理、化学变化而形成松散碎屑物甚至土壤的过程。

第一节风化作用的类型

根据风化作用的因素和性质可将其分为三种类型：物理风化作用、化学风化、生物风化。一、物理（机械）风化作用

在地表或接近地表条件下，岩石、矿物在原地产生的机械破碎而不改变其化学成分的过程。作用方式主要有：

1、温差风化：指由于岩石表层温度周期性的变化而使岩石崩解的过程。温度昼夜变化、季节变化等。日变化影响最大，内陆干旱沙漠地区，昼夜温差变化、物理风化最强烈。如西

北沙漠地区，昼夜温差50℃。

（1）不同矿物胀缩系数不一，相互脱落。

（2）表里不一。白天，表面受晒膨胀，晚上，表面冷缩，内部受热开始膨胀。

2、冰劈作用：指因充填于岩石裂隙中的水结冰体积膨胀而使岩石崩解的过程。条件：

①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）；

②有足够的水分；

③温度常在冰点上下波动。

3、层裂（卸载、释荷）：指岩石因上覆岩石剥去，卸载产生向上或向外的膨胀作用，从而形成一系列平行、垂直地表的裂隙，促使岩石层层剥落与崩解。

4、盐分结晶的撑裂作用：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。

二、化学风化

地表岩石在水、氧及二氧化碳等作用下发生化学成分变化，使其成分分解，易溶解者流失，难溶解者残留原地，并产生新矿物的作用。温湿的南方地区表现较明显。

有以下方式：

（1）溶解作用：任何矿物都溶于水，只是溶解度有大有小。

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）：石盐、石膏、方

解石、橄榄石、辉石、角闪石、长石、云母、石英。易溶物质的溶解将导致岩石空隙加大，加速剥蚀。

（2）水化作用：有些矿物能够吸引一定数量的水加入到矿物晶格中，转变成含水新矿物。导致体积膨胀，硬度降低。

如：硬石膏转变成石膏后，体积膨胀约59％，从而对周围岩石产生压力，促使岩石破坏。

此外，石膏较硬石膏的溶解度大，硬度低，能加快风化速度。

（3）水解作用：弱酸强碱盐或强酸弱碱盐遇水会解离成为带不同电荷的离子，这些离子分别与水中的H+和0H-发生反应，形成含0H-的新矿物。

（4）碳酸化作用：溶于水中的CO2形成CO32-,它们能夺取盐类矿物中的K、Na、Ca等金

属例子，结合成易溶的碳酸盐而随水迁移，使原有矿物分解，这种变化称为碳酸化作用。（5）氧化作用：空气中1/5为氧

如：黄铁矿FeS22+氧化成褐铁矿Fe2O3。H2O3+，由铜黄色变为褐红色，颜色变深，结构变疏松。在地表称铁帽，地下连着矿床。

三、生物风化作用

生物对岩石、矿物产生的破坏作用（生物的生命活动过程和尸体腐烂分解过程对岩石的破

坏作用）。

（1）生物的机械风化作用:植物根对岩石的破坏（又称根劈），蚯蚓等钻洞，人类活动如

挖洞、采矿等对岩石进行破碎。

（2）生物的化学风化作用:生物死亡后，腐烂分解形成一种腐植质(胶状的物质)，是一种

有机酸，对岩石起腐蚀作用。

第二节影响风化作用的因素

影响风化作用的因素主要有气候、植被、地形和岩石特征等方面。

一、气候条件

气候因素包括温度、降雨量和湿度，它们是控制风化作用的重要因素。

气候寒冷或干燥地区，生物稀少，寒冷地区降水以固态形式为主。干旱区降水很少，以物

理风化作用为主，化学和生物风化为次，岩石破碎，但很少有化学风化形成的粘土矿物，

以生物风化为主形成的土壤也很薄。

二、地形条件

（1）地势的高度影响气候，间接影响风化作用；

（2）另一方面，地势起伏也有影响，陡坡上，地下水位低，生物较少，以物理风化为主；在地势平坦的区域，受生物影响较大，化学风化作用为主；

(3)山坡的朝向会涉及气候和日照强度，也会间接影响风化作用。

三、岩石的特征

1、成分

（1）岩浆岩比变质岩和沉积岩易于风化。岩浆形成于高温高压，矿物质种类多（内部矿物抗风化能力差异大）。

（2）岩浆岩中基性岩比酸性岩易于风化，基性岩中暗色矿物较多，颜色深，易于吸热、散热。

（3）沉积岩易溶岩石（如石膏、碳酸盐类等岩石）比其它沉积岩易于风化。

2、岩石的结构、构造

(1)岩石结构较疏松的易于风化；

(2)不等粒易于风化，粒度粗者比细者易于风化；

(3)构造破碎带易于风化，往往形成洼地或沟谷。

3、节理发育状况

节理破坏了岩石的连续性和完整性，增加了岩石的可渗透性，是促进岩石风化的因素。岩

石中节理发育密集之处，往往风化强烈。

差异风化：在相同的条件下，不同矿物组成的岩块由于风化速度不等，岩石表面凹凸不平；或由不同岩性组成的岩层，抗风化能力弱的岩层形成相互平行的沟槽，砂岩、页岩互层，

页岩呈沟槽。

第三节风化作用的产物

物理风化作用使岩石崩解成粗细不等、棱角明显的碎块。碎屑常覆盖在原岩的表面，其成

分与原岩一致。如果地形较陡，岩石碎屑在重力的作用下，向坡下滚动或坠落，堆积在坡脚。形成上部岩石碎屑小，下部岩石碎屑粗的堆积体，称倒石堆。

一、风化产物的类型

1、碎屑物质：主要是物理风化形成的岩石碎屑和矿物碎屑，少数是在化学风化过程中未完全分解的矿物碎屑。

2、溶解物质：化学风化和生物风化的产物。

3、难溶物质：岩石中相对不活泼的Fe、Al等元素在原地残留，形成褐铁矿、黏土矿物以

及铝土矿等。

二、残积物

残积物：岩石风化后在原地残留的物质。其特征为：

1、结构松散，碎屑往往大小不均，棱角明显，无层理。

2、多分布在分水岭、山坡和低洼地带，其顶面较平坦，而底界起伏不平，与基岩呈过渡关系。

3、残积物常具垂直分带性：底部风化微弱、中部显著、上部强烈。

三、风化壳