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。     

贵州高原岩溶台地红色风化壳的物源辨析

贵州高原岩溶台地上广泛分布着相对均一(通常3～5ｍ)的红色风化壳,是中国南方红色风化壳的重要组成部分。但对岩溶台地红色风化壳的成因及其物源长期存在争议。作者最近在黔西、黔中、黔北和黔东等地选取了数十个岩溶台地垄岗之上红色风化壳剖面,运用矿物学、地球化学等方法,首次系统研究了它们的物质来源及成因,认为它们与下伏基岩有明显的继承性,是碳酸盐岩中酸不溶物原地风化残积的产物。碳酸盐岩红色风化壳往往没有明显的半风化过渡带,剖面主体由成分均一的全风化土层构成,仅在土层之下有数厘米到十多厘米厚的碳酸盐岩岩粉层出现,岩-土界面清晰、突变。但一些风化壳中偶尔可见原岩中的风化残余物,如花     

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。     

热带地区碳酸盐岩上覆红色风化壳的成因机理及元素演化

开展热带岩溶地区红色风化壳元素地球化学演化规律研究,有助于丰富碳酸盐岩风化成土理论的认识。在越南北部选取典型的碳酸盐岩风化剖面,分析热带气候条件下碳酸盐岩上覆红色风化壳中主量元素的物质来源和演化特征。结果表明:无论Ti/Zr的元素比值分析,Hf-Zr、Nb-Ta及Sm-Nd的元素对协变分析,还是上地壳元素平均值(UCC)标准化分析,两个剖面的上覆风化壳均显示原地残积的特征,即两个剖面是碳酸盐岩的原位风化产物。碳酸盐岩风化成土过程中,CaO、MgO淋失明显,Al_2O_3和Fe_2O_3发生富集,显示两个剖面均经历较强的风化过程,但是白云岩和灰岩剖面有一定的分异特征。越南北部白云岩风化剖面从基岩到上部土层显示出稳定的Ti-Fe元素共富集特征,而灰岩剖面中Fe的增长速率明显超过Ti。白云岩上覆风化壳经历了强烈的风化作用,其脱硅作用弱于灰岩风化剖面,而富集铝的作用强于灰岩。迁移系数的演化规律说明两个剖面中长石成分(钾长石、钠长石等)或次生矿物(伊利石等)在风化成土过程中逐渐分解,同时Al、Fe、Si等稳定元素的在风化剖面中不断富集。     

老挝南部安东花岗闪长岩砖红土型风化壳分带及微量元素地球化学特征

在热带雨林特殊生态景观中和湿热气候条件下,老挝南部阿速波省(Attapeu)安东地区(Antoum)二叠纪花岗闪长岩形成了发育完整的砖红土型风化壳,该风化壳剖面分带明显,最下部为蚀变花岗闪长岩(基岩),往上依次为半风化蚀变花岗闪长岩→高岭石残积层带→砖红土带→森林表土带.测试了采集于红土型风化壳剖面不同分带样品的20种微量元素含量,微量元素可划分出6种变化模式,其中最明显的为Cu、Mo、As、Bi、Au等在高岭土风化带上部显著富集.认为在今后土壤地球化学普查和详查中,经过加大采样深度,采用固定相态提取法或部分提取法可能是强化地球化学异常、探测深部找矿信息的有效途径.     

花岗质基岩风化壳结构特征及油气地质意义:以柴达木盆地东坪地区基岩风化壳为例

近年来,不少学者开始关注基岩油藏,但有关基岩风化壳的研究尚未有报道.以柴达木盆地东坪地区基岩风化壳为研究对象,结合东坪地区的地质资料、测井资料及地球化学资料,对花岗质基岩风化壳的结构特征及其与油气储集的关系进行了系统的研究.结果表明:(1) 建立了以Al₂O₃、CaO、Na₂O、K₂O为主要判别依据的花岗质基岩风化指数,准确的识别出古土壤层、残积层、半风化层、未风化层;(2) 根据成像测井响应特征及常规测井曲线可以很好地识别古风化壳特征;(3) 东坪地区基岩风化壳的主要储集空间有基岩溶蚀孔洞、基质矿物溶孔和基岩裂缝,共3种,为致密储层,风化壳由风化基面向上,孔隙逐渐发育,至半风化岩石中部的孔隙度较大,且以大孔隙为主,由半风化岩石到风化粘土层,孔隙的规模变小,逐渐以微孔隙为主,纵向上,孔隙度与风化程度、构造缝发育情况、埋藏深度及其和应力释放中心的距离具有相关性.风化壳的存在大大的改善了储层物性,扩展了含气面积,增加了含气层系,对花岗质基岩地层油气藏和深层油气勘探具有重要的理论价值和科学意义.      

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。      

碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物

氧化铁矿物是碳酸盐岩红色风化壳的主要矿物成分和重要结构单元。运用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、穆斯堡尔谱和电子探针等方法对碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物进行了系统研究。碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物主要有针铁矿、赤铁矿和磁赤铁矿。氧化铁矿物组合、含量和化学成分随成土环境和风化强度在剖面中呈明显的规律性变化,这为碳酸盐岩风化成土作用、红色风化壳成因与环境问题的深入研究提供了重要的矿物学依据。     

浅析北方红粘土对碳酸盐岩溶蚀作用的影响

北方碳酸盐岩发育的红色风化壳大都是第Ⅰ、Ⅱ间冰期湿热气候条件下溶蚀与风化作用的结果,形成硅铝—铁型风化壳。风化壳中红粘土化学成分R_2O_3(Al_2O_3+Fe_2O_3)含量达20—30％。当降水或地表水的垂直下渗、红粘土的氢离子浓度加大,溶蚀性增强,沿红粘土和碳酸盐岩接触面产生溶蚀作用,形成石芽、溶沟、溶槽、溶痕等岩溶地形,并在它们的表面保留有红粘土痕迹。     

高海拔山地碳酸盐岩风化壳的发育特征及其地貌意义

研究区位于云南东川拱王山山顶的落雪,海拔高度在3600m左右。山顶面为一缓丘及丘间溶蚀洼地构成的第三纪残留夷平面。在夷平面上发育了碳酸盐岩的黄色风化壳。本文基于风化壳的地球化学、物理化学及矿物学等特征,重点研究了风化环境对风化壳发育特征的影响,以及风化壳与第三纪残留夷平面的关系。所研究的风化壳剖面发育于低温、降水充沛和湿润的气候条件下。分析测试结果表明,风化壳仍处于CaO、MgO淋失, SiO2富积阶段,是一种弱度风化的富SiO2风化壳。风化壳的特征表明其形成于第三纪夷平面解体之后,而不能代表第三纪夷平面的原有相关堆积。      

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。      

Heterogeneity of Parent Rocks and Its Constraints on Geochemical Criteria in Weathering Crusts of Carbonate Rocks

Owing to the low contents of their acid-insoluble components, carbonate rocks tend to decrease sharply in volume in association with the formation of weathering crust. The formation of a 1 m-thick weathering crust would usually consume more than ten meters to several tens of meters of thickness of parent rocks. The knowledge of how to identify the homogeneity of parent rocks is essential to understand the formation mechanism of weathering crust in karst regions, especially that of thick-layered red weathering crust. In this work the grain-size analyses have demonstrated that the three profiles studied are the residual weathering crust of carbonate rocks and further showed that there objectively exists the heterogeneity of parent rocks in the three studied weathering crusts. The heterogeneity of parent rocks can also be reflected m geochemical parameters of major elements, just as the characteristics of frequency plot of grain-size distribution. Conservative trace element ratios Zr/Hf and Nb/Ta are proven     

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。     

模拟不同气候条件下碳酸盐岩风化作用的淋溶实验研究

通过模拟干热、湿热与干冷3种气候条件,以饱和CO2水作为淋溶液,对黔中岩溶区3条碳酸盐岩风化壳岩-土界面的岩粉层试样进行了淋溶实验(其中干热、湿热条件下淋溶到残余酸不溶物阶段),对淋出液的pH值以及主要造岩元素的浓度进行了动态分析。结果表明,碳酸盐岩风化壳岩-土界面由岩到土的转变过程中,伴随碳酸盐的溶蚀,酸不溶物已表现出明显的风化倾向。碳酸盐的溶蚀强度表现为干冷>干热>湿热的变化趋势。温度低,碳酸盐的溶解速率大;排水条件好,碳酸盐溶解释放的Ca、Mg易随风化流体排出体系。对于酸不溶物组分,淋溶实验中有:(1)K、Na、Mg、Si、P的载体矿物风化强度在干热条件下最大(至于Ca,由于方解石与白云石均是其主要的载体矿物,酸不溶物相中的Ca难以在淋出液中有效识别)。在干冷与湿热之间,K、Na、Mg等盐基离子的溶出能力大多表现为湿热>干冷,指示了温度对盐基离子释放强度的重要制约作用;而Si和P未表现出一致的变化趋势,可能源于淋溶体系微环境的差异。(2)Fe与Mn表现出弱迁移性。其中,Fe在干冷环境下淋出强度最弱,说明温度是制约含Fe矿物分解速率的重要因素。而Fe在干热与湿热之间,以及Mn在3种淋溶条件下,未呈现出一致的变化趋势。(3)Al和Ti在碳酸盐岩风化过程中表现出强烈的惰性。      

Fission Track Dating of Authigenic Quartz in Red Weathering Crusts of Carbonate Rocks in Guizhou Province

The Cenozoic evolution history of Guizhou Province, which is located on the southeastern flank of the Qinghai-Tibet Plateau, is unclear because of the lack of sedimentation records. The red weathering crusts widespread on the Yunnan-Guizhou Plateau may bear critical information about their evolution history. This work firstly determined the ages of four red weathering crusts in eastern, central and northern Guizhou. The material used in fission track dating is well-crystallized quartz occurring in many in-situ weathering crusts of carbonate rocks. The results showed that the fission track ages of quartz vary over a wide range from 1 to 25 Ma in the four profiles, significantly younger than the ages of the Triassic and Cambrian parent rocks. In combination with the evolution history of the regional geology during the period from 25 to 1 Ma, the ages of quartz can exclude the possibility that the origin of quartz has nothing to do with primary clastic minerals in parent rocks, authigenesis during diagenesi     

贵州碳酸盐岩红色风化壳次生石英的裂变径迹测年研究

贵州位于青藏高原东南缘,由于缺乏沉积记录其新生代的地质演化历史还不很明晰,而广泛分布于云贵高原的碳酸盐岩红色风化壳可能蕴涵着重要的地质演化信息.本文对贵州多个原位碳酸盐岩红色风化壳中产出的晶体形态较好的石英进行了裂变径迹方法测年.结果显示,石英的裂变径迹年龄数据呈现出较大的变化范围,从 1 Ma到 25 Ma,且远远地小于其三叠纪和寒武纪的母岩年龄;结合贵州 25 Ma到 1 Ma的区域地质演化历史,裂变径迹年龄值可以排除石英来源于母岩碎屑、成岩过程的次生形成以及火山活动产生的热水沉淀或交代形成的可能性,而只能推断为该晶体形态较好的石英于碳酸盐岩风化作用产生的富硅流体中沉淀形成;各剖面石英的年龄值与新生代的青藏高原夷平期、华南红土期、贵州构造稳定期乃至世界范围内的风化气候期有着良好的对应关系,说明次生石英裂变径迹测年具有很好的可行性和可靠性.     

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。