第九章第九章 风化作用风化作用1第一节第一节 风化作用类型风化作用类型 物理风化作用物理风化作用 化学风化作用化学风化作用 生物风化作用生物风化作用 2 2物理风化作用物理风化作用v在地表或接近地表环境下，由于气温变化，大在地表或接近地表环境下，由于气温变化，大气、水和水溶液的作用，以及生物的生命活动气、水和水溶液的作用，以及生物的生命活动等因素的影响，使岩石在原地遭受分解和破坏等因素的影响，使岩石在原地遭受分解和破坏的过程的过程v风化作用使岩石、矿物在物理性状或化学组分风化作用使岩石、矿物在物理性状或化学组分上发生变化，使其强度降低或发生崩解，形成上发生变化，使其强度降低或发生崩解，形成与原来岩石有差异的新的物质组合与原来岩石有差异的新的物质组合v按作用方式可分为按作用方式可分为物理风化作用、化学物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用风化作用和生物风化作用 3物理风化作用物理风化作用n n主要是在温度变化等因素的影响下，岩石在原主要是在温度变化等因素的影响下，岩石在原主要是在温度变化等因素的影响下，岩石在原主要是在温度变化等因素的影响下，岩石在原地发生的机械破坏作用。它使岩石裂开或崩解，地发生的机械破坏作用。它使岩石裂开或崩解，地发生的机械破坏作用。它使岩石裂开或崩解，地发生的机械破坏作用。它使岩石裂开或崩解，形成大小不等的碎块，但其成分却未发生显著形成大小不等的碎块，但其成分却未发生显著形成大小不等的碎块，但其成分却未发生显著形成大小不等的碎块，但其成分却未发生显著的变化的变化的变化的变化 n温差风化温差风化n冰劈作用冰劈作用n盐类的结晶与潮解盐类的结晶与潮解n层裂或卸载作用层裂或卸载作用 4温差风化温差风化由于岩石表层温度周期由于岩石表层温度周期性的变化而使岩石崩解性的变化而使岩石崩解的过程的过程 温度变化的速度和幅度对温差风化作用影响较大，变化速度愈快、幅度愈大，岩石的膨胀和收缩交替得也愈快、伸缩量也愈大，岩石破碎得也愈快，所以这种风化作用在干旱的沙漠地区最为常见 岩石温差风化过程示意图5冰劈作用冰劈作用因充填于岩石裂隙中的水结冰体积膨胀而使岩石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崩解的过程 冰劈作用（据WK汉布林， 1980）6（1 1）温温差差风风化化：岩岩石石表表层层温温度度发发生生周周期期性性变变化化而而使使岩岩石石崩崩解解的的过过程程。干干旱旱的的沙沙漠漠气气候候带带常常见见。撒撒哈哈拉拉大大沙沙漠漠温温差差可可达达61C61C，机理（？）。，机理（？）。7（2 2）冰冰劈劈作作用用：因因结结冰冰膨膨胀胀而而产产生生压压力力，使使岩岩石石裂裂隙隙扩扩大大或或发发生生崩崩塌塌。高高寒寒和和高高山山地地区区常常见见。结结冰冰可可使使体体积积增增加加9.2，产产生生96MPa压力。压力。（3 3）盐盐类类的的结结晶晶和和潮潮解解作作用用：常常见见于于干干旱旱与与半半干干旱旱地地区区 ，原原理同冰辟作用。理同冰辟作用。8盐类的结晶与潮解盐类的结晶与潮解指充填于岩石孔隙、裂隙中含盐分的溶液，指充填于岩石孔隙、裂隙中含盐分的溶液，因水溶液浓度的变化，盐类出现结晶和溶因水溶液浓度的变化，盐类出现结晶和溶解使岩石破碎的过程解使岩石破碎的过程 常见于干旱和半干旱地区，其原理类似于冰劈作用 9层裂或卸载作用层裂或卸载作用埋藏在地壳较深处的岩石，如岩浆岩、变埋藏在地壳较深处的岩石，如岩浆岩、变质岩、沉积岩，都承受上覆岩石重量而产质岩、沉积岩，都承受上覆岩石重量而产生的静压力，一旦由于某种原因（地壳运生的静压力，一旦由于某种原因（地壳运动、剥蚀作用、人工采石等），上覆岩石动、剥蚀作用、人工采石等），上覆岩石被剥蚀掉而出露地表，岩石就因卸载而产被剥蚀掉而出露地表，岩石就因卸载而产生向上或向外的膨胀作用，从而形成一系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，促使岩石层层列平行、垂直地表的裂隙，促使岩石层层剥落和崩解，这种现象称卸载作用剥落和崩解，这种现象称卸载作用 10化学风化作用化学风化作用n n水溶液与地表附近的岩石进行化学反应，使岩水溶液与地表附近的岩石进行化学反应，使岩水溶液与地表附近的岩石进行化学反应，使岩水溶液与地表附近的岩石进行化学反应，使岩石逐渐分解的过程石逐渐分解的过程石逐渐分解的过程石逐渐分解的过程n化学风化不仅使岩石遭到破坏，而且还使破坏产物的化学成分发生显著变化，并形成一些新矿物 n溶解作用溶解作用 n水解作用水解作用 n氧化作用氧化作用 n水化（水合）作用水化（水合）作用11溶解作用溶解作用组成岩石的所有矿物都能溶解于水中，仅组成岩石的所有矿物都能溶解于水中，仅溶解度有大有小而已溶解度有大有小而已溶解度大的为易溶矿物，如岩盐、石膏等，溶解度大的为易溶矿物，如岩盐、石膏等，溶解度小的为难溶矿物溶解度小的为难溶矿物,较难溶解的碳酸盐较难溶解的碳酸盐矿物如方解石矿物如方解石,硅酸盐矿物最难溶硅酸盐矿物最难溶,如长石、如长石、云母等。云母等。溶解作用的结果，使岩石中易溶物质流失，溶解作用的结果，使岩石中易溶物质流失，难溶物质残留下来，致使岩石孔隙增大，难溶物质残留下来，致使岩石孔隙增大，强度减小，有利于进一步风化剥蚀强度减小，有利于进一步风化剥蚀 12水解作用水解作用(碳酸化作用碳酸化作用)指水和矿物相结合的一种化学反应指水和矿物相结合的一种化学反应 以以(OH)-离子团的形式出现在新组分中离子团的形式出现在新组分中常见的是长石被水解的作用 4KAlSi3O8+6H2OAl4(Si4O10)(OH)8+8SiO2+4KOH在潮湿气候条件下高岭石还会进一步被水解，最后形成铝土矿和二氧化硅，其中二氧化硅呈胶体溶液移走，铝土矿铝土矿则残留下来 13 化学风作用化学风作用（大理石像被酸雨风化）（大理石像被酸雨风化）14氧化作用氧化作用大气圈中的氧或溶于水中的氧与组成岩石大气圈中的氧或溶于水中的氧与组成岩石的元素之间的化学作用的元素之间的化学作用 常见的黄铁矿（FeS2）在地表很快就被氧化成褐铁矿（Fe203H20） 在地表形成红褐色或暗褐色的褐铁矿，覆盖于尚未遭受风化的原生矿床之上，称为铁帽铁帽。它是一种找寻这些硫化物原生矿床的良好标志 15 化学风作用（氧化作用）化学风作用（氧化作用）16水化（水合）作用水化（水合）作用有些矿物与水接触后，吸收一定数量的水到矿物有些矿物与水接触后，吸收一定数量的水到矿物组成中，成为组成中，成为结晶水或结构水结晶水或结构水，并形成一种，并形成一种含水的新矿物，这种作用称为水化作用含水的新矿物，这种作用称为水化作用水化作用改变了原有岩石中的矿物成分，形成一水化作用改变了原有岩石中的矿物成分，形成一些硬度低的新矿物，从而降低了岩石的强度，同些硬度低的新矿物，从而降低了岩石的强度，同时水化作用过程中，矿物体积常常要膨胀，还会时水化作用过程中，矿物体积常常要膨胀，还会出现风化矿物对周围岩石产生的巨大推挤力，从出现风化矿物对周围岩石产生的巨大推挤力，从而引起周围岩石的机械风化而引起周围岩石的机械风化硬石膏 石膏17v化学风化作用的最终产物包括三部分：一是化学风化作用的最终产物包括三部分：一是能溶于水中的可迁移物质；二是胶体物质能溶于水中的可迁移物质；二是胶体物质,三三是难于迁移堆积在原地的不溶残余物是难于迁移堆积在原地的不溶残余物v易溶物质在水中常以真溶液形式迁移，而部易溶物质在水中常以真溶液形式迁移，而部分难溶物质常以胶体的形式被迁移分难溶物质常以胶体的形式被迁移 v矿物和岩石在化学风化过程中是逐步分解的，矿物和岩石在化学风化过程中是逐步分解的，由于各种矿物的物理、化学性质不同，分解由于各种矿物的物理、化学性质不同，分解的难易程度也不一样的难易程度也不一样。换句话说，就是矿物矿物的抗风化能力有强弱之别的抗风化能力有强弱之别 18v在自然界中各类矿物抗风化能力的顺序是：在自然界中各类矿物抗风化能力的顺序是：氧化物、氢氧化物氧化物、氢氧化物硅酸盐硅酸盐碳酸碳酸盐盐硫化物硫化物卤化物、硫酸盐卤化物、硫酸盐 v几种常见造岩矿物的抗风化能力顺序是：几种常见造岩矿物的抗风化能力顺序是：石石英英白云母白云母长石长石黑云母黑云母角闪角闪石石辉石辉石橄榄石橄榄石 19生物风化作用生物风化作用vv生物的生命活动过程和尸体腐烂分解过程对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岩石的破坏作用v生物的机械风化作用生物的机械风化作用 v生物的化学风化作用生物的化学风化作用20生物的机械风化作用生物的机械风化作用v生物的机械风化主要表现在生物的生命活动生物的机械风化主要表现在生物的生命活动过程对岩石的机械破坏过程对岩石的机械破坏 v蚯蚓和穴居动物等使松软的岩石破碎，土粒蚯蚓和穴居动物等使松软的岩石破碎，土粒变细，有蹄类动物的践踏等对地表岩石和土变细，有蹄类动物的践踏等对地表岩石和土层的破坏，都是生物的机械风化作用的表现层的破坏，都是生物的机械风化作用的表现根劈作用根劈作用211 1 生物物理风化作用：生物物理风化作用：根劈作用根劈作用（root wedgingroot wedging） 2223生物的化学风化作用生物的化学风化作用v生物生命活动过程中的新陈代谢及尸体腐烂分解的生物生命活动过程中的新陈代谢及尸体腐烂分解的产物，与岩石中矿物的化学元素之间进行化学反应，产物，与岩石中矿物的化学元素之间进行化学反应，从而促使岩石分解破坏的作用从而促使岩石分解破坏的作用 v植物和细菌等在新陈代谢过程中，不仅可直接吸取植物和细菌等在新陈代谢过程中，不仅可直接吸取岩石中的某些元素（如钾、钠、磷等），而且可分岩石中的某些元素（如钾、钠、磷等），而且可分泌出有机酸溶解和分解岩石，以供所需的养份，结泌出有机酸溶解和分解岩石，以供所需的养份，结果便使岩石逐渐分解破坏果便使岩石逐渐分解破坏v生物死后尸体腐烂分解形成的有机酸亦会对岩石进生物死后尸体腐烂分解形成的有机酸亦会对岩石进行腐蚀破坏行腐蚀破坏 vv如微生物选矿、石油脱腊如微生物选矿、石油脱腊 等等24第二节第二节 影响风化作用的因素影响风化作用的因素vv风化作用主要取决于风化作用主要取决于自然地理条件自然地理条件和和组成岩组成岩石的矿物性质石的矿物性质 v一、气候条件的影响一、气候条件的影响v二、地形条件的影响二、地形条件的影响 v三、岩性的影响三、岩性的影响 25一、气候条件的影响一、气候条件的影响v地表各地温度、湿度变化和降水性质与降水量都取地表各地温度、湿度变化和降水性质与降水量都取决于该地区的气候情况。同时，影响水溶液性质的决于该地区的气候情况。同时，影响水溶液性质的因素。生物的生长更受气候条件的控制。因而各种因素。生物的生长更受气候条件的控制。因而各种不同气候条件地区的风化速度和主要风化作用类型不同气候条件地区的风化速度和主要风化作用类型均不相同均不相同 v气候严寒或干燥地区气候严寒或干燥地区生物稀少，降水以固态形式为生物稀少，降水以固态形式为主（寒冷区）或者很少（干旱区）。这些地区以机主（寒冷区）或者很少（干旱区）。这些地区以机械风化作用为主，化学和生物风化较弱械风化作用为主，化学和生物风化较弱 v气候潮湿炎热的地区气候潮湿炎热的地区降水量大，生物繁茂，生物的降水量大，生物繁茂，生物的新陈代谢和尸体分解过程产生的大量有机酸，具有新陈代谢和尸体分解过程产生的大量有机酸，具有较强的腐蚀力，所以在潮湿炎热区的化学风化和生较强的腐蚀力，所以在潮湿炎热区的化学风化和生物风化都十分强烈，甚至比较稳定的硅酸盐矿物亦物风化都十分强烈，甚至比较稳定的硅酸盐矿物亦分解得比较彻底，形成大量残余粘土，在有利的条分解得比较彻底，形成大量残余粘土，在有利的条件下，可形成残余矿床件下，可形成残余矿床 26二、地形条件的影响二、地形条件的影响v地形一方面地形一方面影响气候影响气候，从而间接影响风化作用，另，从而间接影响风化作用，另一方面，地形又可直接影响风化作用的进行一方面，地形又可直接影响风化作用的进行v在陡坡上，地下水位较低，生物较少，故以机械风在陡坡上，地下水位较低，生物较少，故以机械风化为主，风化产物不断向陡坡下坠落，使新鲜岩石化为主，风化产物不断向陡坡下坠落，使新鲜岩石暴露于大气中继续遭受机械风化。暴露于大气中继续遭受机械风化。v坠落在坡脚下的风化产物，或在地形平坦地区的风坠落在坡脚下的风化产物，或在地形平坦地区的风化产物，受生物影响较大，经受着长期风化破坏，化产物，受生物影响较大，经受着长期风化破坏，而且以化学风化作用为主，使其矿物分解得比较彻而且以化学风化作用为主，使其矿物分解得比较彻底，形成大量粘土矿物和土壤底，形成大量粘土矿物和土壤27三、岩性的影响三、岩性的影响v成分的影响成分的影响不同矿物的机械强度和化学成不同矿物的机械强度和化学成分不同，因而由不同矿物组成的岩石，其风分不同，因而由不同矿物组成的岩石，其风化速度和程度亦显著不同化速度和程度亦显著不同差异风化差异风化 v岩石的结构构造岩石的结构构造岩石的结构包括组成矿岩石的结构包括组成矿物是晶质或非晶质，等粒或不等粒，细粒或物是晶质或非晶质，等粒或不等粒，细粒或粗粒等。这些都对风化速度有明显的影响，粗粒等。这些都对风化速度有明显的影响，厚层砂岩或块状岩浆岩中常见厚层砂岩或块状岩浆岩中常见球形风化球形风化 28球形风化球形风化29第三节第三节 风化壳与土壤风化壳与土壤v地壳表层岩石经机械、化学风化后形成的松散地壳表层岩石经机械、化学风化后形成的松散物保留在原地称物保留在原地称残积物残积物，残积物经生物风化，残积物经生物风化，便使这些松散的无机物中含有生物生长必不可便使这些松散的无机物中含有生物生长必不可少的有机物一腐植质。这种具有腐植质、矿物少的有机物一腐植质。这种具有腐植质、矿物质、水和空气的松散物质，称为质、水和空气的松散物质，称为土壤土壤。它是。它是各种风化作用的综合产物，其中尤以生物风化各种风化作用的综合产物，其中尤以生物风化最为重要最为重要vv由由残积物残积物和和土壤土壤构成的覆盖在陆地构成的覆盖在陆地上的不连续薄壳称上的不连续薄壳称风化壳风化壳 30一、风化壳的垂直分带一、风化壳的垂直分带 上上 土壤层土壤层：粘土矿物和腐：粘土矿物和腐 殖质。殖质。 残积层残积层（近土壤层）：（近土壤层）： 不含腐植质，由不含腐植质，由 粘土矿物或其它粘土矿物或其它 风化产物组成，风化产物组成， 半风化岩石半风化岩石下下 基岩基岩：未风化岩石：未风化岩石31土壤层土壤层残积层残积层半风化岩石半风化岩石基岩基岩32v风化壳若为后来沉积物所覆盖，则称为埋藏风化壳若为后来沉积物所覆盖，则称为埋藏风化壳或风化壳或古风化壳古风化壳vv风化壳风化壳是陆地长期处于稳定或缓慢上升的情是陆地长期处于稳定或缓慢上升的情况下，岩石长期暴露地表，经受充分风化作况下，岩石长期暴露地表，经受充分风化作用发育而成的用发育而成的v如果我们在地层中见到发育良好的古风化壳，如果我们在地层中见到发育良好的古风化壳，则可推知该区在形成风化壳时，曾经是处于则可推知该区在形成风化壳时，曾经是处于构造运动不强烈且经历了长期风化的陆地，构造运动不强烈且经历了长期风化的陆地，而且从风化壳中风化产物的厚度和成分，又而且从风化壳中风化产物的厚度和成分，又能推知当时的气候条件能推知当时的气候条件 33v风化壳下大面积存在的岩石称为风化壳下大面积存在的岩石称为基岩基岩。v地表有些地方风化产物被流水等外动力地表有些地方风化产物被流水等外动力地质作用剥蚀搬走，使基岩出露于地表，地质作用剥蚀搬走，使基岩出露于地表，这种露出地表的基岩，称为基岩的露头，这种露出地表的基岩，称为基岩的露头，或简称或简称露头露头 34研究研究古风化壳古风化壳(palaeocrust of weathering) 的意义的意义1了解构造运动状况；了解构造运动状况；2.2.寻找矿产：寻找矿产：70%铁矿、铁矿、85%钻土矿、钻土矿、80%镍；镍； 3.工程建筑方面；工程建筑方面；4. .了解古气候：潮湿气候，化学风化了解古气候：潮湿气候，化学风化5.5. 古风化壳是油气良好的运移通道及储集场所。35重点掌握重点掌握1、风风化化作作用用的的概概念念及及其其常常见见类类型；型；2、风风化化壳壳、古古风风化化壳壳的的概概念念、组成及其研究意义；组成及其研究意义；3、岩石和矿物的抗风化能力。、岩石和矿物的抗风化能力。 4、影响风化作用的因素影响风化作用的因素36