微地域搬运——碳酸盐岩红色风化壳形成过程的一种方式

由于差异溶蚀作用,由碳酸盐岩强烈风化形成的红色风化壳通常表现出独特的剖面构型:风化壳发育深厚、下伏基岩面强烈起伏波动、溶沟和石牙相间展布。以黔中岩溶台地之上发育的红色风化壳——平坝剖面为例,通过宏观地质、地球化学、粒度分析以及矿物学等方法,并以邻近的两个石灰土剖面(罗吏剖面和龙洞堡剖面)作对比,对碳酸盐岩红色风化壳的形成过程进行了讨论,论证了微地域搬运是碳酸盐岩红色风化壳尤其是厚层红色风化壳形成过程的一种方式。溶沟部位的风化壳,从风化前锋向上的一定深度范围内,为原位残积风化的产物(残积层);在此深度以上的部分,为地势较高的相邻石牙部位不同风化程度的残积物的搬运堆积(堆积层),也是导致风化指标随深度呈锯齿状波动的直接原因。后者一般组成剖面的主体。风化壳的年代地层学表现为,在残积层,从风化前锋向上,风化年龄由新到老;在堆积层,从下到上,风化年龄由老到新。风化前锋是一个重要的地球化学作用场所,在这一狭窄的界面上,伴随碳酸盐矿物的快速淋失,残余酸不溶物开始了明显分解。而风化壳的后期演化是一个缓慢而长期的过程。达到重力平衡的剖面(即风化壳表面平缓、不发生微地域搬运的剖面),在由表及里的风化作用下,从地表向下的一定深度范...     

发育完整的灰岩风化壳及其矿物学和地球化学特征

对于碳酸盐岩土覆土壤成因、尽管碳酸盐岩风化残积成土说被多数学者认同,但由于碳酸盐岩中酸不溶物含量极低,在风化成土过程中会伴随着巨大的体积缩小变化,原岩结构和半风化带无法保留,从而缺失了探索上覆土壤物质来源的重要中间环节,使得这种观点缺乏野外宏观证据的支持。最近,我们在贵州、湖南等地发现了数个以泥质灰岩和泥质白云岩为基岩的碳酸盐岩风化壳剖面,尚保留有较好的原岩结构,具有明显的风化壳分带和过渡现象。这些风化壳剖面的发现为深入研究碳酸盐岩风化成土过程提供了良好的研究场所。本文选取了较为典型的吉首泥灰岩风化壳剖面,从矿物学地球化学的角度来探讨碳酸盐岩风化壳的形成过程和发育特征,结果表明该风化壳既遵循非碳酸盐岩（主要是结晶岩类）风化壳的发育特征,也具有自己独特的地球化学演化规律。风化壳总体特点受碳酸盐中的酸不溶物矿物组合及化学成分的影响甚至控制,风化非碳酸盐风壳相似的发育特征。吉首泥灰岩风化壳剖面的发育特征和作者早先提出 的碳酸盐岩风化成土的两阶段模式是一致的,即以碳酸盐矿物大量淋失、酸不溶物逐渐堆积或残积为特征的早期阶段和残积物进一步风化成土的阶段,后一阶段的演化类似非碳酸盐岩类的风化过程。     

岩性不均一的灰岩风化壳发育特征——贵阳花溪剖面粒度分布特征的指示

通过贵阳花溪夹泥质薄层的灰岩风化壳剖面的粒度分布特征的研究,结合矿物成分分析,揭示出岩性不均一的灰岩风化壳的发育特征: 灰岩作为剖面主体的成土母岩,风化早期,其以碳酸盐矿物的大量溶蚀及酸不溶物的残余积累为特征,同时方解石的溶解也延缓了酸不溶物的风化; 后期,随着易溶盐类消失殆尽,酸不溶物作为风化主体,开始了类似其它岩类的风化过程。而灰岩中的泥质薄层夹层,作为风化壳的次要组分,在灰岩风化过程中,由于存在巨大的体积缩小变化,泥质薄层被错断并被灰岩的风化产物所包裹,延缓了其风化发育进程。于是,各端元组分由于所处的微环境的差异,受风化溶液的影响程度不同,按照各自的风化方向和演化方式进行。随着风化程度不断增强,泥质薄片的包裹体分解,端元组分逐渐混合、趋同,风化壳趋于均质化,以统一的风化成土作用向表生稳定的矿物转变。      

酸不溶物对碳酸盐岩风化壳发育程度的影响

通过对贵州岩溶区（包括湘西）不同地层系统碳酸盐岩发育的红色风化壳、以及结合本区和处于同一气候带的邻区不同岩类红色风化壳的对比研究,结果表明：（1）碳酸盐岩红色风化壳的发育程度明显受基岩酸不溶物成分的控制,酸不溶物的风化成熟度越高,红色风化壳的发育程度一般也越强。由于不同地层系统碳酸盐岩的酸不溶物组成不同,在此基础上发育的红色风化壳的风化强度自然存在着差异;（2）风化壳相对于母岩的进一步风化潜力或空间,随着基岩酸不溶物风化成熟度的增大而降低,从而更容易达到风化平衡;（3）在碳酸盐岩风化壳突变的岩-土界面,伴随碳酸盐的充分淋失、酸不溶物的地球化学指标发生了突变。因此,碳酸盐的溶解不但未阻滞和延缓了硅酸盐组分的分解,而且促进其快速风化。（4）在达到高岭石化甚至弱红土化阶段的酸不溶物基础上,发育的风化壳比结晶岩类风化壳具有更高的风化起点,也就表现出更高的风化强度。因此,笼统地把碳酸盐岩风化壳看作是弱于玄武岩及花岗岩等结晶岩类风化壳发育程度的弱风化类型是不妥的。     

赣南花岗岩风化壳型稀土矿床中纳米级稀土矿物的研究

为揭示次生风化成因稀土矿物的赋存形态和分布特征,对赣南安远岗下稀土矿区花岗岩风化壳剖面进行了研究。采集风化壳不同层位的样品进行分选、提纯,场发射扫描电镜和透射电镜研究结果表明,与稀土矿物紧密相关的粘土矿物是高岭石和埃洛石等,风化壳中发现的纳米级稀土矿物既有附着于其他矿物表面的微细颗粒,也有呈集合体存在的稀土矿物(可能为方铈石),这一现象有助于进一步认识风化壳稀土矿床的形成过程。     

碳酸盐岩风化壳岩-土界面风化作用机制——淋溶模拟实验的初步研究

碳酸盐岩风化壳通常呈现出清晰突变的岩-土界面,成为直接利用野外地质剖面的发育特征探索碳酸盐岩风化作用过程的障碍。本文选择贵州中部及湘西的4条典型碳酸盐岩原位风化壳的岩-土界面作为研究对象,模拟干热风化条件(即气候温暖或炎热、排水条件良好的风化状态),在24～29.5℃的环境温度下,利用饱和CO2水对各剖面岩粉层样柱开展了系统的淋溶实验研究(淋溶终点以碳酸盐完全溶蚀为标志)。通过对淋出液中主要造岩元素和淋溶残余物的动态取样分析,初步揭示了碳酸盐岩风化壳岩-土界面的风化作用机制。结果表明:①碳酸盐岩风化壳岩-土界面风化过程中,碳酸盐的溶蚀和酸不溶物的分解是同步进行的,在碳酸盐淋溶伊始,酸不溶物已表现出明显的风化倾向;②排水条件良好的风化环境下,由硅酸盐等酸不溶物组分分解溶出的盐基离子及Si等元素更易随风化溶液淋失,使得在风化残余物中难以形成蒙脱石、伊利石、高岭石等自生粘土矿物。酸不溶物相的其他造岩元素中,Ti和Al为惰性元素,Fe为弱迁移元素,Mn和P表现出明显的活性;③碳酸盐岩岩粉层的水-岩作用过程中,当碳酸盐含量对水-岩反应而言过量时,碳酸盐的溶蚀强度主要受岩粉层质地的制约。粒度粗,渗透性强,水-岩作用时间短,碳酸盐的溶蚀量低,反之亦然。而酸不溶物组分对于水-岩反应而言,在整个淋溶周期内都是不足的,其含量成为制约水-岩反应强度的主要因素。     

碳酸盐岩风化过程中高场强元素的地球化学行为研究——来自碳酸盐岩淋溶实验的证据

选择黔中地区的一条白云岩原位风化剖面（平坝剖面）作为研究对象,通过对岩-土界面之下的岩粉层（砂状碳酸盐岩）动态淋溶过程中高场强元素（HFSE）地球化学行为的研究,并结合其在风化壳剖面的分布特征,获得了以下主要认识:（1）碳酸盐岩风化过程中,HFSE间存在明显的分馏,而且元素分馏主要出现在岩-土界面作用过程中,即碳酸盐岩溶蚀形成残积土阶段;元素的地球化学惰性由强到弱的顺序依次为Zr>Hf>Nb>Sc>Th>Ta>Ti>Y,其中,Zr是最稳定的元素,Hf仅次于Zr,Nb和Sc也相对较为惰性,而Th、Ta、Ti、Y呈现出明显的活性;（2）对于碳酸盐岩风化剖面的质量平衡计算,Zr是理想的参比元素（即惰性元素）;（3）由基岩酸不溶物至风化壳剖面,元素对Nb-Ta、Zr-Hf显示出较好的协变性,没有明显分馏,因此,在利用这类元素对岩溶区风化壳的物源进行示踪时,碳酸盐岩作为潜在母岩,宜采用其酸不溶物作为参比对象;（4）碳酸盐岩风化过程中,虽然Sc也是一个较为稳定的HFSE,但在风化母岩中分布不均匀,不宜用于岩溶区风化壳的物源示踪。      

涠洲岛和斜阳岛红色风化壳粘土矿物和化学特征及成土环境研究

选择涠洲岛和斜阳岛的两个玄武岩风化壳和一个凝灰岩风化壳,用X射线粉晶衍射法(XRD)和X射线荧光光谱法(XRF)分别测定了风化剖面各层粘土矿物和主量元素.结果表明:各风化剖面粘土矿物以7×10-10m埃洛石为主,且普遍含有针铁矿和赤铁矿,表明风化程度较高.风化剖面表层化学特征指标出现异常变化,其中一个剖面表层含有次生方解石支持了存在海岛复盐基作用对风化壳的影响.风化剖面底层的化学特征指标和粘土矿物亦表明地下水对风化壳的发育有着重要影响.热带季风气候仍然是控制该地区风化壳发育的主要因素,但海岛环境特有的复盐基作用和地下水也对风化壳的发育产生了一定影响.     

江西三清山花岗岩景观地貌的基本特征及其形成历史

三清山花岗岩体形成于燕山晚期，岩体侵位定位后又经历了大约50Ma的侵蚀和剥蚀，将上覆5000m的地层搬到南北两侧的断陷盆地中，形成白垩纪红色砂岩和砂砾岩地层，花岗岩体便出露地表。又经过大约50～60Ma的构造演化和地貌演变形成了目前海拔1000～1800m的玉京峰期壮年地面和1200～1300m的怀玉山期壮年地面。至距今2．4Ma以前的上新世，在这两期古地面上曾先后发育了红色风化壳。红色风化壳的底部形成了众多的石蛋。进入更新世，随着地壳的强列抬升和气候变冷，冰冻风化、块体运动和流水侵蚀，古地面上的沟谷迅速向下侵蚀，古地面受到切割、破坏，风化壳也被侵蚀掉，形成深切峡谷、悬崖峭壁和柱、峰林立的景观，在柱、峰顶部残存着一些花岗岩石蛋。这种海拔超过1500m，相对高差超过1000m的高山地貌巍为壮观，石柱、尖峰显得十分秀丽，这就是三清山式地貌——高山尖峰地貌的特色，是提供旅人欣赏的主要花岗岩景观地貌，也是需要人们切实保护的重要地质遗迹。     

华南与风化壳型稀土矿床有关的花岗岩类特征及其演化

稀土是我国优势矿产之一.华南地区的稀土成矿作用,除了少数原生岩浆型矿化(如西华山)以及砂矿(如姑婆山)外,真正具有工业意义的主要是由花岗岩风化后形成的风化壳型(或称离子吸附型)稀土矿床.这类矿床一般是由于富含稀土的花岗岩在地表遭受强烈风化,释放出来的稀土元素被以高岭石为主的粘土矿物所吸附而在风化壳中富集成矿,它们广泛分布于南岭及其邻近地区的许多地方,尤以赣南和广东最为丰富.     

云南勐满红土风化壳特征及其意义

云南勐满更新世红土风化壳与我国南方同时期红土风化壳对比,有着较好的一致性。对勐满红土的化学组分分析及其粘土矿物的风化程度研究都表明,该红土风化壳形成于温暖、湿润化学风化的古气候环境。     

前寒武纪游离氧的生成和大气氧的积累

我国北方的许多地区,分布着鞍山式铁矿的厚大矿源层.它们是晚太古代(35～36亿年)或早元古代(25～17亿年)的沉积变质或火山沉积变质产物.这些矿源层,有的被寒武系不整合覆盖着,有的则被震旦亚界不整合覆盖着.这些不整合构造和古侵蚀面的存在,对古风化壳型富铁矿的形成,无疑是有利的条件.但当人们在局部地区看到这些古侵蚀面上缺乏化学风化产物(即所谓"干净"或"很干净")或风化淋滤较弱时,就常提出     

江西相山响石风化壳球形风化层的微量元素地球化学特征

风化壳的形成过程中化学风化因素尤为重要，江西相山响石风化壳不同部位遭受的风化程度不一。为了解风化作用对不同风化部位中微量元素的迁移影响，本文以江西相山风化壳中风化土样、风化球体及基岩为研究对象开展地球化学分析。微量元素方面，以Rb、Sr、Ba、Cs为代表的活动性元素，随着风化作用的进行，逐步从寄主矿物中淋失，风化土样、风化球体与基岩的元素含量表现出明显差异；过渡系金属Sc、V、Cr的含量变化差别不大，被有效地保留；风化土样与风化球体和基岩均富集Rb、Th、U、Nb、Ce、Nd、Hf、Ti、Yb，风化土样与风化球体和基岩具有较为一致的分布趋势；Th、U的分布与其自身性质有关，基岩与风化球体和风化土样三者在风化过程中Th含量基本保持不变，U含量出现一定差异；相山风化壳中不同部位风化程度不一，微量元素的地球化学特征不一。     

辽东半岛夷平面发育特征初步探究

夷平面是一种与长期稳定的构造环境相关联的大尺度地貌景观,将夷平面与风化壳作为整体来研究是现代夷平面研究的主流。为了探讨辽东半岛夷平面的性质、形成环境等发育特征,对该地区的红色风化壳进行地球化学分析和粒度测试。辽东半岛红色风化壳主要出露于半岛东西两侧,厚度多在4 m左右,化学蚀变指数CIA平均值为82. 70,ba值((Na_2O+K_2O+CaO+MgO)/Al_2O_3)平均为0. 39,S/A值(SiO_2/Al_2O_3)平均为4. 86,黏粒含量平均为8. 31%。从分析数据可以看出,辽东半岛红色风化壳是下伏基岩原地风化的产物,推测其形成于温暖、湿润的气候条件下,与南方岩溶区红色风化壳相比具有盐基淋溶率低、富铝化程度低和黏化作用弱的发育特征。结合区域地貌特征,认为研究区红色风化壳的发育主要经历了4个阶段:(1)岩溶作用在古侵蚀基准面之上的整个岩体内进行,地貌起伏逐渐增大;(2)地貌起伏达到最大,覆盖型岩溶、灰色风化壳开始发育;(3)岩溶双层夷平面基本形成;(4)灰色风化壳的发育近乎停止,原本位于古侵蚀基准面之下的灰色风化壳在构造运动作用下全部抬升于现代侵蚀基准面之上形成红色风化壳。因此,研究区的夷平面为古夷平面,发育阶段为红土化阶段。该研究成果可为辽东半岛新近纪以来的新构造运动及海平面变化研究提供初步依据。     

湘西岩溶区风化壳的物源:石英粒度分布特征的指示

对湘西岩溶区呈镶嵌景观展布的4条风化剖面中石英粒度分布特征的进行对比研究,发现区域上碳酸盐岩风化成土作用具有极大可能性.基岩为灰岩的两条风化剖面(WC1和WC2)的频率分布曲线呈单峰窄峰态,众数值分别为4.9(φ)和4(φ);两条碎屑岩风化剖面(WC3和DBK)的频率分布曲线呈单峰宽峰态,众数值分别约为5.1(φ)和6(φ).而且各剖面基岩与上覆风化壳的石英粒度频率分布曲线呈现良好的对应关系.石英粒度的标准差、偏度、尖度等参数也显示,各剖面样品基本上分布于不同的区域.研究结果还表明:(1)母岩风化过程中,石英粒度分布特征是完全可以继承的;(2)剖面WC1和WC2为碳酸盐岩风化壳.说明在湘西岩溶区,在有利的地貌单元,碳酸盐岩是完全可以风化成土的;(3)不同风化剖面的石英粒度分布特征不同,说明在区域上,风化壳不具有共同的物源,下伏基岩是其上覆风化壳的成土母岩;(4)石英粒度分布特征是用于岩溶区风化壳物源示踪的良好指标.     

云贵高原碳酸盐岩风化壳的古地磁定年探讨

云贵高原乃至中国残积型红土及红土性风化壳的形成年代是一个长期以来悬而未决的问题。本文以云贵高原厚度分别为9. 47m 和5. 4m的两个碳酸盐岩风化剖面为例,探讨了古地磁方法在碳酸盐岩风化剖面定年中的应用。古地磁定年结果初步表明,其发育时间在布容正极性世内,即两个风化壳剖面的发育年龄不会大于0. 78Ma B. P. 。此外,对古地磁方法应用于碳酸盐岩风化剖面定年中可能存在的问题进行了讨论,其中包括风化壳的成因、风化过程中的体积变化、母岩的岩石磁性、磁性载体矿物及其记录磁信号的稳定性等问题。      

广东湛江湖光岩地区玄武岩风化壳Fe同位素研究

本文对广东湛江湖光岩地区厚度分别为4 m和7 m的两个不同喷发时代玄武岩形成的风化壳样品进行Fe同位素分析,分析结果显示:厚度4m风化壳样品Fe同位素组成δ57Fe范围为0.17‰～0.57‰;厚度7 m风化壳样品Fe同位素组成δ57Fe范围为0.20‰～0.68‰,相对于标准物质IRMM-014,不同深度风化壳样品均显示Fe的重同位素富集.两风化壳剖面自下而上,随风化程度增大,风化壳样品中Fe同位素分馏程度也呈现逐渐增大的趋势,表明风化壳样品中Fe的重同位素富集趋势与风化壳的发育程度正相关,风化壳土壤中Fe同位素组成是反映土壤风化程度的指标.另一方面,风化过程可将地球外部圈层(岩石圈、水圈、生物圈)有机结合起来,风化壳土壤Fe同位素组成变化是表生植物和水淋滤共同作用的结果,对化学风化过程中Fe同位素研究,将会极大地补充表生过程中同位素地球化学的知识,同时Fe同位素可作为表生过程中物质的循环、环境的变化等过程中有力的示踪/指示技术手段加以应用.     

《论红土型金矿的矿化时间》

红土型金矿指产于红土风化壳中，金的富集与成矿均与红土风化作用密切相关的矿床。金矿红土风化剖面一般见于热带、亚热带地区，年平均温度在２０℃以上，降雨量１５００～２０００ｍｍ，产出地形较为平坦，其风化剖面自上而下分为：①腐植质红土层，厚０～２ｍ；②上部红土层，厚０～５ｍ；③含矿红土层，金矿赋存于豆状、球状或结核状铁矿物中，红土的主要矿物成分为三水铝石、针铁矿、高岭石等；④杂色红土层；⑤半风化基岩层。红土风化作用过程顺序为：①碳酸盐型风化壳阶段；②高岭土型风化壳阶段；③砖红土型风化壳阶段。风化作用过程取决于化学溶解迁移（Ｄ）、机械迁移（Ｔ）及与之相关的雨量（Ｒ）、降雨特征、坡长（Ｘ）（指分水岭至坡底的水平距离）、坡度（）及植被发育情况等。通常风化堆积模型如下：式中：ｚ为土壤厚度，ｔ为风化进行的时间，ｄｚ／ｄｔ表示风化堆积的速度（ｍｍ／ａ），Ｐｓ为土壤状态参数，Ｄ为化学迁移速率，Ｔ为机械迁移速率。计算表明，一般合矿红土风化剖面厚３０～５０ｍ，其形成时限一般在１～１０Ｍａ之间。我国南方属热一亚热带地区，具备红土化金矿床的形成条件，应注意普查这一类型矿床。     

风化壳40Ar/39Ar年代学研究意义：进展、问题与展望

风化壳是不同地质历史时期风化作用的环境和物质记录,其组成、厚度、成熟度、保存程度等是古气候条件、区域构造活动性及地貌演化的直接反映。风化壳的形成年代是风化壳研究的关键内容,精确的风化壳年龄数据是查明一系列区域甚至全球事件的重要途径。风化壳中次生矿物（主要是钡硬锰矿族矿物和明矾石族矿物）的40Ar/39Ar年代学研究首次实现了对风化壳和风化作用的直接和精确定年,所获得的年龄数据为风化壳的形成演化、区域古气候古环境恢复、化学风化历史与矿床次生富集过程及新构造运动和山脉隆升历史等一系列重大地质问题的解决提供了重要途径。然而,风化壳中次生矿物定年存在的潜在问题及风化壳剖面取样的不完整性,有可能使风化壳的年龄分布变得相当复杂,导致对化学风化历史、风化壳形成过程和形成环境等的认识出现困难。为此,必须开展对风化壳的详细野外地质研究和精细取样,并综合采用多种先进测试手段,才能获得可靠的风化壳年龄数据。在对风化壳年龄数据进行解释时,还需要系统分析多种地质、环境资料（如古生物、盆地沉积物等）,才可能获得有意义的地貌、构造和古气候信息。我国华南地区广泛分布的红色风化壳中含有丰富的钡硬锰矿族矿物,是研究该区新生代以来化学风化、大规模次生富集成矿及古气候古环境演变的理想对象。     

吉林南部震旦纪万隆组与八道江组之间风化壳的发现

以往地质学家认为吉林省南部震旦纪万隆组与上覆八道江组之间是整合接触。笔者经过野外考察和室内研究 ,认为二者应为风化壳不整合接触关系。化学分析显示 ,风化壳泥岩与下伏母岩白云质灰岩相比化学成分发生巨大变化 ,粘土化矿物元素 (SiO2 Al2 O3 )与CaO和LOI的淋失相反 ,从 13.5 7%增加到 5 5 .6 3% ,具明显的风化成土特征。化学蚀变系数 (CIA)和质量迁移系数分析给出了相同的结果 :CIA值达到了 39.4 3% ,Ca元素的质量迁移系数达到 - 0 .97,几乎全部淋失 ,表明化学风化作用明显。综合研究表明 ,该风化壳处于碳酸盐岩风化成土的第二阶段 ,即母岩中“不溶物”在风化过程中逐步堆积形成残积土的阶段 ,为二级层序界面