不同前处理方法对北方红色风化壳粒度测试影响的初步探讨

选取中国北方岩溶区红色风化壳为研究对象,首先用浓度为30%的H2O2去除样品中的有机质,然后用4种不同的前处理方法分别进行处理,其中方法A未用盐酸溶液处理,方法B、C、D均用盐酸溶液分解可能存在的残余碳酸盐和次生游离氧化物,以消除其对机械颗粒可能存在的胶结作用,此外方法C的HCl在煮沸的条件下反应,方法 B的HCl在常温条件下进行,方法D则更改了超声波振荡的时间。本文样品采用Beckman公司生产的LS13320 型激光衍射粒度测试仪进行测量。结果表明,样品前处理方法对中国北方红色风化壳粒度分析结果有影响,不同的前处理方法使样品的粒度值最大产生5%左右的变化;从实验的稳定性上考虑,4种方法的平行试验标准偏差最大达到6.78%。在现有的认识条件下,粒度测量结果的可重复性是最基本的要求。本文认为方法C的测量效果要好于其他方法。      

黔北新蒲红色风化壳剖面的粒度分布特征--兼论岩溶区上覆土层的物质来源

粒度分析在风化壳物源示踪方面是一种新的尝试,具有指示直接的特点。尤其当常规的地球化学、矿物学等方法难以直观反映母岩的不均一性对风化壳的影响时,粒度分布特征却可以建立两者的对应关系,从而更为合理地指示风化壳和下伏基岩的关系。黔北新蒲剖面的下伏基岩为局部夹碎屑岩薄层的连续型碳酸盐岩,本文通过对其酸不溶物及上覆红色风化壳粒度分布特征的研究,表明基岩的垂向不均一,导致上覆风化壳粒度分布特征的差异性,同时存在与下伏不同基岩酸不溶物粒度分布特征相对应的风化壳,指示了碳酸盐岩为其上覆风化壳的成土母岩。化学风化指标在剖面的变化也支持了粒度分析结果,即风化壳母岩的不均一性。从碎屑岩夹层和碳酸盐岩对风化壳提供物源的相对份额中指出碳酸盐岩的酸不溶物对上覆风化壳的优势贡献。从粒度参数角度进一步诠释了连续型碳酸盐岩风化残积成土的现实性,为正确理解中国西南岩溶区红色风化壳的成因提供了新的探索手段。综合资料显示,碳酸盐岩特别是连续型碳酸盐岩酸不溶物构成中国西南岩溶区上覆红色风化壳的主要物质来源也是可能的。     

不同粘土矿物水敏性特征

通过改变砂样中的粘土矿物的种类和含量,结合咸淡水之间的单一和驱替实验,研究不同粘土矿物的水敏性特征。在单一的咸水和淡水情况下,当砂柱中的粘粒含量≤1.5%(重量比)时,其渗透系数基本不发生改变,即使粘粒含量从1.5%增加10%,其渗透系数也仅下降约一个数量级。各种粘土矿物中,蒙脱石导致含水介质渗透系数的下降最为明显,高岭土和伊利石约是其影响值的一半。咸淡水驱替实验中,加入蒙脱石颗粒的砂柱的渗透系数急剧下降,当蒙脱石含量达3~4%时,渗透系数已经下降的极低,可以看作不透水层,而加入高岭土和伊利石的砂柱的渗透系数没有急剧变化。对于这种现象的解释是:不同类型的粘土颗粒吸附不同数量的水分子,形成数量和大小不同的胶体团,使得介质渗透系数的变化量不同。     

岩溶地区土状堆积物物质来源判别的实用指标———粒度分布特征

选择湘西吉首完整的灰岩风化壳, 首次利用粒度参数并结合已有的矿物学、地球化学的研究成果,为湘西和贵州地区的碳酸盐岩上覆土状堆积物的残积成因提供了有力的佐证。粒度分析研究结果表明, 湘西吉首灰岩风化壳基岩酸不溶物及其上覆半风化带粒度频率分布曲线形态的一致性和渐变性,指示了风化壳对基岩的继承和演化;砂-粉砂-粘粒含量、中值粒径和平均粒径在剖面上的演化趋势,反映了一个标准残积风化壳的发育规律;频率曲线众数峰含量随深度的变化,不但指示了化学风化趋势,而且反映了风化程度的变化梯度。      

岩溶地区缺失原岩残余结构红色风化壳的粒度分布特征及成因指示——以贵州平坝为例

选择和使用合适的示踪指标，是揭示岩溶地区红色风化壳物质来源的关键。粒度参数在古环境研究中被大家广泛采用，但是在风化壳物源示踪方面还是新的尝试，尤其在我国。本文选择贵州中部平坝县3个下伏基岩为白云岩的缺失原岩结构的红色风化壳剖面，通过基岩酸不溶物和 剖面的粒度分析，表明红色风化壳物质对下伏基岩有很好的继承性。粒度参数随剖面深度呈规律变化，揭示了标准残积风化壳的发育特征。     

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。     

全风化花岗岩全岩和粘粒中粘土矿物含量变化对比

工程实践和理论研究中常用全岩和粘粒中粘土矿物绝对和相对含量。对同一样品探求两者关系,便于数据对比,有利于工程应用。以采自香港九龙的2处边坡3个探坑中51个全风化花岗岩样品为例,作者用同一套仪器、测试方法,先后采用了颗分法测粘粒质量百分比、物理化学方法测比表面积、XRD方法测矿物成分,分别得出了全岩和粘粒中粘土矿物的绝对含量和相对含量,以及用粘粒质量百分比乘以相对含量得出的换算含量。另外还将全岩XRD矿物成分同薄片统计结果进行了相关分析。对粘土矿物绝对含量基本为20%～45%的全风化花岗岩,对比分析不同含量结果表明:全岩中的某些粘土矿物,如高岭石、蛭石的绝对含量远大于换算含量;不同样品中高岭石和蛭石的相对含量变化幅度远大于它们在全岩中绝对含量变化,两者变化呈现某种一致性;全岩中粘土矿物含量远大于粘粒(粒径<2μm和<5μm两个界限)的含量。后两者相对而言变化基本一致,差值不大;同全岩中粘土矿物含量相关性较好的是比表面积;同薄片统计结果相比,全岩XRD粘土矿物含量受对风化矿物处理不确定性的影响,结果往往偏大。     

岩溶区红色风化壳物源示踪的有效方法——粒度分析

在低纬度的热带、亚热带岩溶地区,水热条件充沛,广泛发育着厚度不一的红色风化壳。由于碳酸盐岩易溶蚀,酸不溶物含量低,同时宏观上风化壳和下伏基岩呈突变接触,风化壳中原岩的残余结构消失,在野外缺乏直接的地质证据支持两者之间存在着一定的演化关系,所以这些岩溶区红色风化壳的物质来源长期以来一直存在着争议。而物质来源的准确识别是进行这些风化壳机理研究的基础和关键。笔者在对贵州岩溶台地红色风化壳的研究过程中,尝试通过粒度分析,来探讨风化壳的物质来源和演化特征。在不同环境背景下,沉积物的粒度分布特征是不同的。     

预处理过程对沉积物中粘土矿物半定量分析的影响

粘土矿物学的X射线衍射(XRD)分析是地球科学特别是海洋沉积学研究的一种重要手段,但不同的预处理方法和XRD测试条件对粘土矿物研究的鉴定和半定量分析具有明显的影响。因此,评估各种预处理方法和测试条件,对粘土矿物分析结果及其应用的影响具有重要意义。本研究选取4种组份不同的源粘土矿物,通过多个平行样品分析,比较多种不同实验条件(乙二醇饱和时间,加热温度测试条件;滴片和刮片制片方法等),评估其对粘土矿物半定量分析结果的影响。研究结果表明,乙二醇饱和时间24小时、490℃加热2小时、定向薄片刮片制样方法是粘土矿物学XRD测试分析的最佳预处理方法。乙二醇的饱和时间取决于样品中蒙脱石的相对含量,蒙脱石含量越高,所需的饱和时间越长,对多数样品的测试结果显示饱和24小时能够完全分离出蒙脱石矿物;加热温度对不同粘土矿物组分的晶体结构影响各不一样,蒙脱石在400℃时完全崩塌,而高岭石在490℃时基本消失,研究认为在490℃时加热2小时是鉴定粘土矿物类型的适宜温度条件;制片方法对粘土矿物分析的影响主要发生在低角度区(2θ值为3°~8.9°),即对蒙脱石含量的半定量计算产生影响,我们建议采用定向薄片的刮片方法能够获得比较可靠的蒙脱石含量。     

软弱夹层粘粒含量与抗剪强度参数的关系分析

分析表明,赋存环境相同、粘土矿物成分以伊利石为主的软弱夹层,在相同稠度状态下粘粒含量与抗剪强度参数具有很好的相关性。通过现场和大量的室内试验成果,建立了各种稠度状态下粘粒含量和抗剪强度参数之间的相关关系式,揭示了在研究粘粒含量对抗剪强度参数影响时,还应当考虑软弱夹层所处的天然状态。结合《温凝土重力坝设计规范》中提出的用粒度成分定量指标选取软弱结构面抗剪强度参数,对软弱夹层抗剪强度参数取值问题进行了探讨。     

黄土高原黄土．和红粘土10Be地球化学特征

充分认识元素和同位素在不同环境条件下的地球化学行为,是运用元素和同位素示 踪环境变化的前提。对来自于黄土高原的黄土、古土壤和红粘土样品的宇宙成因核素¹⁰Be测量和化学成分分析,以及各种化学淋溶实验表明：¹⁰Be主要以吸附状态赋存于粉尘沉积物粘粒矿物的表面,部分已结合进自生的粘土矿物中;在粉尘沉积物风化过程中¹⁰Be与⁹Be和～的活动性相似,基本没有发生迁移,其原因是连续沉积的粉尘含有大量的碱性物质,阻止了…Be的解吸附和淋滤;沉积和风化作用导致了¹⁰Be浓度与化学指标在黄土-古土壤和红粘土剖面中的协同变化。     

皖南网纹红土的粒度分布特征及古环境意义

安徽宣城向阳剖面高分辨率粒度分析结果表明:1)网纹红土含有较高的胶结性很强的次生氧化铁,样品前处理时单颗粒的分散效果将会显著地影响粒度测试结果。向阳剖面不含>2mm的砾石,砂粒(>63μm)的含量也很低,粘粒(<2μm)和粗粉砂(10～50μm)明显富集;2)除底部外,向阳剖面粒度组成特征反映了明显的风成特性,但不能因此忽视其强风化特征的存在,尤其是剖面中、下部的网纹红土。应肯定向阳网纹红土的风成特性,但不能简单地称其为风积成因;3)向阳剖面磁化率值与粘粒和细颗粒含量无显著正相关性,说明磁化率值不能指示网纹红土的风化强度;4)向阳剖面粒度分布特征无法提供该剖面存在多个“沉积—成土”过程旋回的证据。向阳网纹红土更多地体现了其具有原始风成沉积和后期强烈风化的双重特性。     

黄土高原黄土和红粘土~(10)Be地球化学特征

充分认识元素和同位素在不同环境条件下的地球化学行为,是运用元素和同位素示踪环境变化的前提。对来自于黄土高原的黄土、古土壤和红粘土样品的宇宙成因核素10Be测量和化学成分分析,以及各种化学淋溶实验表明：10Be主要以吸附状态赋存于粉尘沉积物粘粒矿物的表面,部分已结合进自生的粘土矿物中;在粉尘沉积物风化过程中10BC与9Be和Al的活动性相似,基本没有发生迁移,其原因是连续沉积的粉尘含有大量的碱性物质,阻止了10Be的解吸附和淋滤;沉积和风化作用导致了10Be浓度与化学指标在黄土－古土壤和红粘土剖面中的协同变化。     

碳酸盐岩酸不溶物作为贵州岩溶区红色风化壳主要物质来源的证据

贵州岩溶区红色风化壳是中国南方红色负化壳的重要组成部分，本文根据部分红色风化壳剖面野外特征、矿物学、地球化学及土壤物理学等的研究结果，对其物源及成因进行了探讨。各剖面，尤其邻近剖面显著的矿物学、地球化学差异排除了远程风成沉积物、火山灰、上覆或者高处碎屑岩层作为统一且重要物源的可能。极低的石英含量表明贵州常见的长石石英砂岩不是其主要物源，具有中稀土（MREE）富集的特征也排除了粘土岩、页岩作为主要物源的可能。风化壳剖面间的差异性均可从基岩酸不溶物的差异性得到很好解释，表明它们是下伏碳酸盐岩风化、酸不溶物（准）原地堆积的结果。部分剖面甚至显示了典型风化壳剖面的一些特征，具有正常风化序列的剖面结构特征。     

Effect of hydrochloric acid on grain size analysis of the Quaternary red clay rich in tiny ferromanganese nodules,Jiangxi province,southern China

There are many tiny ferromanganese nodules that cannot be found and eliminated easily in Quaternary red clay in southern China. The existence of these tiny ferromanganese nodules may influence grain size analysis results. Therefore, this paper focuses on the effects of the ferromanganese nodules on the grain size analysis and the effects of hydrochloric acid (HCl) on removing these nodules. The experimental results showed that the nodules clearly influenced the results of grain size analysis. The tiny ferromanganese nodules increased the coarse fraction and show a low peak in the coarse fraction of >100 μm on the frequency curves. The addition of HCl in the pretreatment process of grain size analysis can eliminate the effects of these tiny nodules effectively. Additionally, the HCl reacts with clay minerals and causes a reduction of the <4 μm fraction.     

北戴河红色风化壳地球化学特征及气候环境意义

风化壳地球化学特征具有环境指示意义。用X射线荧光光谱法(XRF)和X射线衍射法(XRD)分别测试了秦皇岛北戴河燕山大学北侧红色风化壳(简称燕大风化壳)主量元素和粘粒粘土矿物。结果表明:除Ca外,Si、Al、Fe、Na、K的含量在风化壳上均有不同程度的波动,其中Si、Na、K波动轨迹基本一致,Al、Fe则与其相反,相关性分析显示SiO2与Al2O3、TFe、Fe2O3,Al2O3与TFe、Fe2O3,Na2O与CaO具有较好相关性;粘土矿物组合为1·4nm过渡矿物(25%~45%)+伊利石(10%~20%)+伊蒙混层矿物(20%~35%)+高岭石(15%~30%),矿物演化系列是长石、黑云母→(蛭石→1·4nm过渡矿物)→(伊利石)→高岭石。与粘土矿物以1∶1型高岭石为主的富铝化南方红色风化壳相比,燕大风化壳Si淋失度,Fe、Al富集度,矿物演化程度都较低,属硅铝化风化壳。燕大风化壳是上新世暖温带到北亚热带过渡型气候的风化产物,与现代秦皇岛暖温带半湿润型气候不同,这反映第四纪以来该区气候干旱因子增多。CIA、S/A等指示的风化强度异常表明,燕大风化壳形成后至少遭受过两次构造抬升,为剥蚀型风化壳,反映该区新构造运动间歇式上升的特点。     

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...     

The variation of morphological features and mineralogical components of biological soil crusts in the Gurbantunggut Desert of Northwestern China

Increasingly complex life forms were found in older biological soil crusts in the Gurbantaunggut Desert in Northwestern China. These crusts may play a critical role in mineral erosion and desert soil formation by modifying the weathering environment and ultimately affecting mineralogical variance. To test this hypothesis, variations in the morphological features and mineralogical components of successional biological soil crusts at 1 cm were studied by optical microscopy, SEM and grain size analysis. Concentrations of erosion-resistant minerals decreased with crust succession, while minerals susceptible to weathering increased with crust development. Neogenetic minerals were found in late stage crusts, but not in early stage crusts. Silt and clay concentrations were highest in early formation crusts and soil mean particle size decreased with crust succession. Cyanobacteria, lichen and moss were shown to erode and etch rocks, and secondary minerals produced by weathering were localized with the living organisms. Thus, more developed crusts appeared to contribute to greater mineral weathering and may be a major cause of mineralogical variance seen in the Gurbantunggut Desert. The greater activity and complexity of older crusts, as well as their improved moisture condition may function to accelerate mineral weathering. Therefore, protection and recovery of biological crusts is vital for desert soil formation.