第二节 风化作用与块体运动.ppt

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第二节风化作用与块体运动,一、风化作用地表岩石与矿物在太阳辐射、大气、水和生物参与下理化性质发生变化，颗粒细化、矿物成分改变，从而形成新物质的过程，称为风化过程或风化作用。

出露地表的坚硬岩石，在太阳辐射下并与水圈、大气圈和生物圈接触，从而使岩石发生物理、化学性质的变化称为风化；引起岩石这种变化的作用称为风化作用；岩石经过风化作用后，形成松散的岩屑和土层。

由于各种岩石抵抗风化的能力有差异，抗蚀力强的岩石相对突起，抗蚀力弱的岩石相对凹下，这样就形成所谓差别侵蚀地貌。

风化是一切外力的先导。

（一）风化作用的类型,1.物理风化一个岩石由整体破裂为碎屑，裂隙、孔隙和比面积增加，物理性质发生显著变化而化学性质不变的过程,以温度变化为主要影响因素，是一种不改变或很少改变岩石化学成分的破坏作用。

这种破坏只是使岩石由大块变成小块，由小块变成砂和细粉，最终成为岩土,2.化学风化,是指岩石在大气、水和生物作用下发生分解进而形成化学组成与性质完全不同的新物质的过程。

玄武岩也和其他的岩石一样，在自然界中不断受到化学和物理的风化作用，使得岩石表面崩解，由外向內类似洋葱狀一片片地被剥离的球狀风化,几种主要的化学风化形式,

（1）水化作用是岩石矿物吸收水分后转变为含水矿物，体积膨胀，硬度降低，抵抗能力削弱并对周围岩石产生压力。

例硬石膏经水化变为石膏CaSO4+2H2OCaSO4.2H2O硬度（硬）（软）体积增大30%,

（2）水解作用是水体进入地表岩石，水中的氢离子与矿物中的盐基离子发生交换形成可溶性盐类，即矿物遇水分解的过程。

例正长石水解形成高岭土、SiO2溶胶等2KAlSi3O8+CO2+2H2OAl2Si2O5（OH）4+4SiO2+K2CO3岩石泥质溶胶溶液,长石,高岭土硬度小于指甲,（3）溶解作用,是指岩石中的无机矿物不同程度溶解于水中并被带走，难溶物质残留原地、岩石空隙度增加、强度降低的过程。

例喀斯特溶洞,CaCO3+H2O+CO2=Ca（HCO3）2Ca（HCO3）2=CaCO3+CO2+H2O,石灰岩,（4）氧化作用,是指矿物被大气游离、水体溶解氧氧化，形成高价化合物的过程。

4FeS2+15O2+10H2O4FeO（OH）+8H2SO4以上四种过程往往同时进行，且效果相同。

化学风化取决与温度、湿度和水溶液的pH值。

3.生物在化学风化中的作用,生物不仅为化学风化提供反应剂，还可以亲自参加对矿物的分解，,

（1）生物的机械风化作用,植物根对岩石的破坏，蚯蚓等钻洞，人类活动如挖洞、采矿等对岩石进行破碎。

蚯蚓钻洞,

（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.地壳表层岩石经机械破碎，化学风化后形成的松散物，再经过生物的化学风化作用，增加了有机物质-腐殖质，这种具有腐殖质、矿物质、水和空气的松散物质叫做土壤。

风化作用的几种结果,风化作用总的结果主要是削弱破坏岩石颗粒间的联接，形成、扩大岩体裂隙，降低断面的粗糙程度，产生次生粘土矿物等，从而降低了岩体的强度和稳定性。

1风化作用破坏岩石中矿物颗粒之间的联接,我们知道，岩石是由矿物组成的，而组成岩石的各矿物颗粒的膨胀率往往不同，因此，在冬夏或昼夜气温变化时，岩石中的各种颗粒便会发生不均匀的膨胀和收缩，久而久之便会使岩石发生破碎；或者由于水的作用，溶蚀、水解岩石中的某些可溶物质，也将削弱或破坏矿物颗粒间的联结，使岩石破碎，大大降低岩石的力学强度，对建筑物十分不利,2风化作用能形成或加剧岩石的裂隙,气温升降和岩石干湿变化，都会使岩石沿着已有的联结软弱部位（如未开裂的层理、片理、劈理，矿物颗粒的集合面，以及矿物解理面等），形成新的裂隙，即风化裂隙。

或者对原有裂隙进一步增宽、加深、延展和扩大。

这种岩石裂隙的生成或加剧主要是水的楔入和冻胀作用的结果。

3风化作用降低岩石裂隙面的粗糙度,岩石裂隙面上存在着许多大小、高低不同的“石齿”。

通常，“石齿”愈大、愈高、愈多，其抗剪强度愈高；反之，其抗剪强度则较低。

风化降低了“石齿”高度，或使其变小，变少，从而降低了岩石结构面的抗剪强度和其他工程地质性能。

4风化作用分解岩石原有矿物而产生次生粘土矿物,化学风化作用能使成分复杂的矿物（主要使原生的硅铝酸盐矿物）分解破坏，并产生次生粘土矿物。

粘土矿物与水作用后，产生一系列复杂的物理化学变化，降低岩石的力学强度，改变岩石的物理性质和水理性质。

风化作用对岩石的破坏，首先是从地表开始，逐渐向地壳内部深入。

在正常情况下，愈接近地表的岩石，风化得愈剧烈，向深处便逐渐减弱，直至过渡到不受风化，这些岩石才是所谓的新鲜岩石。

这样在地壳表层便形成了一个由风化岩石构成的层，一般称为风化壳。

在整个风化壳的剖面上，岩石的风化程度是不同的，因而岩石的外部特征及其物理力学性质也不相同，,影响风化作用的因素,风化作用的速度主要取决于自然地理条件和组成岩石的矿物性质。

一、气候条件,1.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。

2.气候潮湿炎热地区，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，具有较强的腐蚀能力，故化学风化和生物风化都十分强烈，形成大量粘土，在有利的条件下可形成残积矿床。

可形成较厚的土壤层。

二、地形条件,地形影响气候，间接影响风化作用；另一方面，陡坡上，地下水位低，生物较少，以物理风化为主.地势平坦，受生物影响较大，化学风化作用为主。

三、岩石性质,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）.,岩浆岩,岩浆岩,变质岩,沉积岩,

（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.,基性玄武岩,酸性花岗岩,（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.,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。

通过差异风化，我们可以确定岩层产状。

2.岩石的结构构造,A岩石结构较疏松的易于风化；B不等粒易于风化，粒度粗者比细者易于风化；C构造破碎带易于风化，往往形成洼地或沟谷。

补充：

球形风化,在节理发育的厚层砂岩或块状岩浆岩中，岩石常被风化成球形或椭圆形，这种现象叫做球形风化，它是物理风化为和化学风化联合作用的结果。

球形风化的主要条件有：

（1）岩石具厚层或块状构造；

（2）发育几组交叉裂隙；（3）岩石难于溶解；（4）岩石主要为等粒结构。

（二）风化壳,风化作用的残留矿物、次生矿物及可溶性物质统称风化产物风化产物虽经风化与剥蚀而依然残留原地覆盖于母岩表面者即是风化壳或称残积物,锆石矿沙,金刚石,孔雀石,石英,白云母,高岭土外观呈白、浅灰等色，含杂质时呈黄、灰、黑色等。

致密块状或疏松土状，有滑腻感，硬度小于指甲。

比重2.42.6。

干燥后粘舌，有吸水性。

耐火度可达1770-1790。

可塑性低，粘结性小，具良好的绝缘性和化学稳定性。

纯净的高岭土煅烧后色白，白度可达8090%。

主要用于陶瓷、造纸、橡胶工业，也可供作搪瓷、塑料、油漆等工业部门使用。

蒙脱石外观一般呈白色、粉红色、浅灰色、淡黄色，当被杂质污染时可呈灰绿色、紫棕色及其他较深的颜色。

疏松土状者光泽暗淡，致密块状者呈蜡状光泽。

硬度12，性柔软。

块状或土状，有滑感。

比重23。

吸水后体积膨胀，最大吸水量为其体积的815倍。

具高可塑性和良好的粘结性，在水溶液中呈悬浮和胶凝状，还具有阳离子交换的特性。

伊利石，晶体结构属2：

1型，显微镜下，伊利石常具有弯曲的叶片状轮廓，电子显微镜下，伊利石常呈边界圆滑的鳞片状或带有尖角和直边的片状。

元素的迁移系列,1.形成风化壳的基本条件,一是有利于风化作用持续进行的气候、岩性和结构条件二是有利于风化产物残留原地的地貌、植被、水文与水文地质条件,山地草甸,草甸土剖面,植被丰富,土壤剖面,2.风化壳的基本特征,

（1）空间分布承不连续性，厚度差异大

（2）组成物质以粘土和碎屑为主（3）结构松散，表层分散性强，分解程度高（4）发育和保存较好的可以分为强度、中度和微风化三层,强度风化层,中度风化层,微风化层,3.风化壳基本类型及其分布,1.热带砖红壤2.亚热带红黄壤3.温带森林棕壤4.半湿润草原森林栗钙土5.干旱区灰漠土6.高寒区灰化土,4.风化壳的研究意义,

（1）地壳运动与古地理：

长期稳定或隆起，风化壳得以充分发育，古风化壳代表古代沉积间断，发育构造运动.

（2）古地理：

陆地，不同气候条件，风壳物征不一.（3）矿产：

残余型矿床，残积砂矿床（金、金刚石）.（4）工程建设：

对近代埋藏的风化壳应填重对待。

某些水库工程对风化壳厚度估计不够，蓄水后坝下渗漏严重。

二、块体运动与重力地貌,块体运动是指在重力作用下，岩体或土体沿斜坡向下的运动。

这种运动通常与地表水及地下水的作用有关。

根据其运动的速度和性质，可分为崩落、滑动和蠕动等几种，并相应地形成各种地貌。

1.崩落与崩落地貌,陡峭斜坡上土体、岩体、岩层，由于重力作用而发生突然的、快速的下移运动，称为崩落。

崩塌时块体运动速度一般为5200m/s。

崩塌往往发生在很陡的斜坡地带，如具悬崖的峡谷地带或海、湖岸地带，坡度常大于6070。

这些陡坡通常由坚硬而裂隙发育的岩石组成，尤其在垂直节理发育或层理、劈理的倾向与坡向一致的地方更易发生崩塌。

崩塌发生的过程，是岩石中已有的构造裂隙和释压裂隙随着风化作用的不断进行而进一步扩大和发展，使陡坡处于极不稳定状态，一旦遇到地震、暴雨或不合理地开挖坡脚、地下采空等因素的触发，岩体即发生崩塌。

崩塌下来的岩土体堆积于山麓地带，主要为粗碎屑物，棱角明显，大小混杂。