岩体化学风化的非连续性及其科学意义

岩体化学风化在空间上具有高度的非连续性,这种非连续性广泛存在于从宏观、细观到微观的所有尺度。宏观结构面是化学风化最主要的发生场所;风化岩体内,新鲜岩块被沿结构面内法线方向发育的腐蚀带包围,呈斑点状分散于腐岩中。微缝等细观损伤普遍存在于各类岩石中;化学风化从岩块内不同空间位置的水力有效空隙向三维空间扩展,决定了细观尺度上化学风化的非连续性。矿物溶解是在晶体中具有过剩表面能的缺陷位置优先发生的,因而具有显著的微观非连续性。由于非连续特性,化学风化可增大水岩界面,提升矿物溶解反应的规模及速率。通过对既有损伤的扩展及在损伤空间堆积残余物,化学风化具有分离—裂化岩体、岩块及造岩矿物的重要作用,这种作用可使以新鲜岩石为主的岩体大规模脱离母岩,而堆积于坡脚的岩石块体在化学风化的继续作用下,可裂解为更小的岩屑或矿物碎屑,为向水体搬运创造条件,从而极大地促进斜坡夷平及地貌重塑进程。     

岩石化学风化时效效应的离散元模拟

微观上,岩石由晶粒和晶粒之间的联接组成。在岩石的风化过程中,晶粒之间的联接会被削弱,导致岩石微观缺陷的发展,从而表现为显著的时效效应。在已有胶结模型的基础上,将岩石的化学风化过程等效为颗粒之间胶结物质不断溶蚀进而影响颗粒之间胶结强度和刚度的过程,基于此建立了考虑化学风化的微观接触模型。随后将模型植入离散元软件,运用离散元方法（DEM）,模拟和对比分析了室内腐蚀试验与DEM模拟化学风化试验,结果表明：该模型可以反映岩石强度的化学风化时效效应,即随着反应时间增加,强度减小;可以反映单轴压缩试验中裂隙压密阶段以后变形的时效效应,即随着反应时间的增加,弹性模量、破坏时应变减小;粒间胶结的破坏,即微观缺陷的发育,是导致岩石化学风化时效效应的微观原因。同时DEM模拟风化与加载耦合的试验现象表明,施工过程中的施工速度会影响岩石的强度,施工应该选择合适的速率。     

贵州高原地区典型风化剖面地球化学特征及其对比研究

选取了贵州高原喀斯特地区的典型硅酸盐风化剖面(毕节邓家湾剖面)和碳酸盐岩风化剖面(安顺平坝剖面)作为研究对象,以贵州地区的铝土矿剖面和中国黄土作为对比,对其元素分布特征及化学风化作用和强度与进行了研究。结果表明:SiO2、Fe2O3、Al2O3均为两个剖面含量最高的组分,但由于成土母质的化学组分不同,元素分布差异比较明显;同时由于经历的化学风化阶段并不相同,两个剖面的化学蚀变指数(CIA)值相差较大,邓家湾剖面经历了中等强度的风化作用,而平坝剖面的风化强度则十分强烈,CIA反映了土壤剖面的化学组成的差别,以及成土母质、风化成土过程和程度上的差异;虽然两个剖面稀土元素总量都较高,但配分模式存在着明显的差异,剖面的形成基本上是由于各自基岩的风化作用形成的,受中国黄土的影响并不明显。      

成都平原风尘堆积的化学风化特征及其古气候意义

对成都平原胜利红土剖面进行了系统的常量元素分析,并与川西典型黄土、古土壤样品的地球化学特征进行对比,研究本区风尘堆积所经历的化学风化作用过程,并对该序列化学风化特征的古气候意义进行探讨.研究结果表明,成都红土的常量元素组成与川西典型黄土、古土壤样品相似,与上地壳的平均化学成分也基本一致,说明成都红土与川西黄土一样,在堆积以前也经历了多次充分混合作用.在成都红土的形成过程中,Ca、Na元素大量淋失,含量很低,K、Mg也出现了不同程度的淋失,说明成都红土经历了斜长石和钾长石的化学风化过程.进一步的研究表明,成都黏土已达到中等风化的末期阶段,而网纹红土已进入强烈风化作用阶段.从整个序列的化学风化参数来看,距今1.13 Ma以来化学风化强度不断减弱,表明四川盆地及周围地区更新世中期以来有逐渐变干的趋势,与全球气候变化具有一致性.     

西江流域化学风化过程及其CO2消耗通量

为深入评估中国南方陆地风化过程及河流物质循环过程, 通过测定西江主要干、支流丰水期及枯水期水体主要离子和锶及其同位素比值, 结合Galy模型对西江流域化学风化特征及CO2消耗通量进行计算。结果表明: (1)西江流域化学风化受人类活动的影响较小, 流域化学风化过程主要受到碳酸的控制。(2)河水阳离子的主要物质来源为硅酸盐岩和碳酸盐岩风化, 硅酸盐岩在丰水期和枯水期的阳离子物质来源摩尔占比均为0.04, 碳酸盐岩中石灰岩占比分别为0.79和0.78, 白云岩分别为0.17和0.18。(3)西江流域在丰水期和枯水期的化学风化过程具有一定的差异性, 由于硫酸参与白云岩的风化作用影响碳酸盐岩风化过程中的CO2消耗通量, 导致各个化学风化过程所涉及的CO2通量有所差别。(4)碳酸风化碳酸盐岩在丰水期和枯水期所消耗的CO2通量分别为(0.78~244.25)×106 mol/km2/yr和(0.10~49.16)×106 mol/km2/yr, 硫酸风化碳酸盐岩所产生的CO2通量分别为(0.25~42.16)×106 mol/km2/yr和(0.01~13.90)×106 mol/km2/yr, 碳酸风化硅酸盐岩所消耗CO2通量的分别为(0.05~17.83)×106 mol/km2/yr和(0.02~6.07)×106 mol/km2/yr。     

雅砻江下游干热河谷表土化学风化及其控制因子

化学风化是地表岩石矿物向土壤释放营养元素同时形成土壤粘粒组分的地球化学过程,这一过程使土壤具有生态环境功能。本文选择采集青藏高原东南缘的雅砻江下游不同地貌部位和植物群落的表土样品并分析其粒度组成和地球化学特征。结果表明：研究区表土粒度组成以粉砂为主（46.68%）,其次是砂粒（34.05%）和粘粒（19.28%）;元素组成以Si、Al和Fe为主;K、P和Si相对于上陆壳亏损,与区内沉积岩为主的岩石分布特征一致。研究区表土粘粒含量和化学蚀变指数（CIA）存在明显的空间差异：海拔 < 1300 m、坡度较大的南部谷坡地表土粘粒平均含量为6.51%,CIA平均为65,处于脱Ca、Na的中等风化阶段早期;海拔>2400 m、坡度平缓的西部坡地和宽谷地表土粘粒含量达39.21%,CIA平均达86,风化程度较高。母岩、海拔、坡度和土壤总氮含量对表土CIA值的贡献依次是57.34%、23.46%、10.33%和6.87%。显然,母岩性质是控制研究区表土化学风化过程的主要因素,地貌条件（海拔和坡度）是驱动化学风化过程最重要的外部因素,且海拔高度的影响大于坡度;生物作用对CIA值有一定的贡献。本研究可为深入探讨干热河谷地区土壤生物地球化学过程提供基础数据。

     

基于结构体的峨眉山玄武岩风化程度评价（Ⅲ）——既有风化指数评价

提要：以峨眉山玄武岩核心区7个区域的13个具有壳核结构的玄武岩结构体为基础,对主要风化指数的适宜性进行了研究。18个风化指数均不适合于风化初期的峨眉山玄武岩风化程度评价。能够指示风化中后期峨眉山玄武岩风化程度的指数包括Parker指数、BA1、BA、BA3、BA2、碱/铝指数、碱/倍半氧化物指数、WPI、SA、SF、Kr、硅/倍半氧化物、CIW、CIA及LOI,其中更为合理的是碱/铝指数、碱/倍半氧化物指数和硅/倍半氧化物。17个风化指数中,指示性最差的是A、B和B1。Fe2O3控制着风化初期峨眉山玄武岩碱/倍半氧化物指数、SF、Kr及硅/倍半氧化物的变化,应成为风化程度评价需要考虑的重要因素。     

白水黄土-红粘土化学风化强度的剖面特征与粒度效应

白水剖面黄土-红粘土全样化学分析表明,以CIA指数为代表的化学风化强度从剖面下部往上逐步变弱,波动增大,总体趋势与深海氧同位素代表的全球冰量变化可以很好对比。分粒级组分化学分析则显示,黄土-红粘土主要元素迁移及化学风化强度与粒度强烈相关,CIA指数表征的化学风化强度变化在相当程度上受到粒度变化的控制。总体上,黄土-红粘土各粒级颗粒的风化程度都不高,而且沉积之后的成土风化作用对其主要元素含量的影响有限,黄土-红粘土化学成分的长期变化趋势主要受到物源的新加入和混合过程的影响。从剖面变化看,粗粒级部分(5～20μm和20～63μm)的风化指数的变化特征与细粒级部分(2O/Al2O3,Na2O/Al2O3,CaO/Al2O3和MgO/Al2O3比率的变化依次出现转折,这很可能与晚新生代黄土-红粘土物源区构造抬升、冰川剥蚀能力不断加大,使得新鲜基岩不断被剥蚀、去顶,由此造成主要造岩矿物顺序剥蚀、接受风化,成为粉尘新物源有关。     

黔中白云岩风化剖面淋溶实验及其元素地球化学特征

本文通过化学淋溶方法对分布在黔中白云岩风化剖面——平坝剖面进行研究,较系统地分析了原样、酸溶（AS）和酸不溶相（AI）中主量、微量和稀土元素（REE）的地球化学过程和分布分配特征。结果显示：主量元素在酸不溶相中其化学成分和原样非常接近,只是相对含量有所变化;微量元素在酸溶相（AS）中的分配率差别很大,在0～73.22%之间波动,其中Ga、Y、Ba、Pb、U的分配率均在30%以上;尤其值得我们注意的是Y和Zr的淋失量分别达到了59.64%和0.34%,这与传统所认为的Y和Zr为稳定元素不一致,可能对我们重新认识表生过程中化学元素的活动性及分配分布情况具有重要的指导意义;剖面稀土元素超常富集层的形成主要是由于对白云岩残积的继承和磷酸盐矿物的存在,这与先前所得出的结论基本一致。酸淋溶试验同时也反映出研究区的风化作用实质上是一种天然的酸淋溶作用。最后笔者等对酸溶相（AS）中REE和Sr的主要储库进行了讨论,推测磷酸盐是平坝剖面基岩和土层中酸溶相（AS）中REE的主要储库,而Sr的存在形式是碳酸盐矿物本身。     

全新世岱海流域化学风化及其对气候事件的响应

通过对岱海 12.08 m沉积岩芯 210Pb和 AMS- 14C精确定年及地球化学、物理指标的综合分析,重建了包括 8.2 ka冷期、中世纪暖期 (MWP)和小冰期 (LIA)等典型气候事件在内的全新世以来所经历的化学风化及其环境演化过程.全新世早-中期 (9.0～ 3.5 ka),岱海流域处于温暖湿润气候环境,主要环境特征表现为流域化学风化显著增强、生物生产力逐步提高、湖泊水位大幅度抬升.在 7.90～ 8.25 ka期间存在一次冷气候事件,其发生时间与来自湖沼、海洋、生物组合和极地冰芯等在内的全球环境记录基本一致,具体表现为流域化学风化减弱、湖泊生产力降低以及湖泊水位下降. 2.5 ka以来,岱海沉积物中环境指标的显著变化,表明进入气候波动更频繁的新冰期.岱海沉积物中的指标变化也展示了本世纪以来的气候增暖过程,但其化学风化强度还没有达到 MWP的程度.     

化学风化过程中的Rb-Sr同位素:假等时线形成机制及其意义

利用RbSr衰变系列对结晶岩进行地质年龄测定是一种广泛应用且十分成功的同位素测年技术[1]。而风化作用往往使岩石和矿物的铷锶含量及同位素比值发生变化,无法再进行RbSr同位素计年。但许多风化岩石的87Sr86Sr与87Rb86Sr之间仍存在类似等时线的线性相关关系,有时甚至形成一条非常理想的“RbSr等时线”[1]。迄今为止,仍少有研究仔细探讨这种“等时线”的具体形成机制,明确其实际意义。本文以江西南部黑云母花岗岩、花岗斑岩和片岩风化壳为例,通过对风化过程中主要矿物、铷锶含量及同位素变化规律的研究,探讨风化条件下RbSr假等时线的具体成因和意义。研究显示     

中温带气候区花岗岩风化剖面元素地球化学特征及其环境意义

岩石风化是地球关键带中重要的地质过程,对环境变化具有重要的指示意义。不同气候区岩石风化过程具有其特殊性,本文选取位于中温带气候区的哈尔滨英杰花岗岩风化剖面为研究对象,通过元素地球化学特征分析,揭示岩石风化程度及元素迁移富集规律,并结合磁化率和色度指标,对其风化环境进行探讨。结果表明,研究区剖面整体化学风化程度较低（CIA值为56~68）;Ca、Na、K等活动性较强元素随风化作用的进行表现为明显亏损;高场强元素与轻稀土元素也表现出较强的活动性,揭示了即使在中低等程度的化学风化下稳定元素也容易迁移。Si/Al和Ti/Al比值指示半风化层和腐泥岩层为原位风化产物,而顶部的氧化土层则可能受外来物质的影响。化学风化表现为自下而上逐渐减小的特征,这种异常的风化规律是由后期物理风化对其原有化学风化的叠加改造所致。对风化环境的多指标分析表明,在风化剖面形成后,区域气候逐渐变干,化学风化向物理风化转变,温差风化及冰劈作用形成大量裂隙导致原有的风化剖面被改造,并最终形成了研究区独特的风化模式,这为解释中温带气候区干冷环境下花岗岩风化特征提供了新的思路。

     

化学蚀变指数(CIA)反映湿润亚热带风化壳型土壤风化强度的适用性探讨

风化壳型土壤剖面是记录"地球关键带"长期信息的重要载体。然而,目前对大范围的风化壳-土壤原位风化过程研究较少,化学风化指标能否指示其风化强度存在争议。本研究以广东省湿润亚热带气候主导区的6个花岗岩风化壳型土壤剖面为研究对象,结合土壤的常量元素地球化学和粒度数据来描述剖面的化学风化和物理变化,探讨CIA反映湿润亚热带风化壳型土壤风化强度的适用性。结果显示：在温带地区迁移作用微弱的惰性元素Fe、Al、Ti在亚热带风化剖面上层含量相对中下层较低;随着地区降水量的增加,CIA从剖面顶部到底部数值呈增加趋势,这与风化壳剖面自上而下风化强度减弱的理想风化趋势相悖;并且发现CIA指标与气候参数,尤其是降水之间存在良好的反相关关系（R2=0.77,P < 0.01,y=-0.0065x+104.01）。通过对该异常现象的探讨,得到以下认识：在湿润亚热带地区,风化壳表层土壤具有复杂的物理、化学变化,尤其是高降水量引起的物理侵蚀使得化学活动性弱的Fe、Al、Ti氧化物、以及粘粒被地表径流带走或者下渗到更深层土壤中,使得表层土壤的CIA值偏低,不能真实反映其化学风化强度。因此,在应用CIA指标反映湿润亚热带高降水地区风化壳土壤剖面的风化强度时应当谨慎。     

成都粘土地球化学特征及其对物源和风化强度的指示

提要：成都平原晚更新世成都粘土地球化学分析表明,不同剖面样品的化学组成具有较好的一致性,以SiO2（平均75.24%）、Al2O3（平均14.12%）、Fe2O3（平均5.81%）为主,地球化学特征与UCC基本相似。与北方黄土相比,成都粘土具有较高的TiO2/Al2O3、Zr/Al、Zr/Ti和Y/Al以及较低的Eu/Eu?鄢、LaN/SmN和LaN/YbN比值,这些特征与成都平原第四系深层土壤样品组成一致,表明成都粘土来源于当地,与北方黄土物源不同。成都粘土CIA平均值为78.59,高于北方黄土平均值（69.34）,经历了中期的K迁移阶段,在风化过程中Ca、Na、Mg和K是主要的活动性元素。与北方黄土相比,成都粘土Na、Mg、K和Ca亏损较大,表明经历了更强的化学风化。     

基于结构体的峨眉山玄武岩风化程度评价（Ⅳ）：风化指数FF

提要：岩石化学风化程度评价指标应该同时满足以下三个基本条件,即与风化程度之间的关系简单明确、对风化程度变化具有足够的敏感性和易于确定和不易受到人为因素影响。作为铁镁质岩石的主要代表,（峨眉山）玄武岩风化程度评价除考虑可引起组分淋失与富集的水解反应外,还应充分考虑二价铁的氧化反应。新鲜峨眉山玄武岩中并存的二价铁和三价铁的含量总体稳定,910个样品的FeO、Fe₂O₃平均含量分别为8.45%和5.15%,以均匀、随机的方式赋存于辉石、橄榄石、杏仁体中的绿泥石、磁铁矿及火山玻璃中。风化玄武岩、玄武岩斜坡地下水及新鲜玄武岩浸泡液的地球化学研究结果表明,FeO及Fe₂O₃含量对峨眉山玄武岩风化程度的敏感性明显高于其他组分,同时铁又是玄武岩风化过程中活动性最差的元素之一。三价铁和二价铁的摩尔数比值（FF）适合于峨眉山玄武岩整个风化过程的风化程度判别,比既有风化指数具有更高的分辨率,尤其是对风化初期玄武岩。     

浙北地区土壤硒元素特征及其生态环境效应评价

本文从土壤硒的集散规律出发,研究了浙北地区土壤硒的分布特征及其与土壤成因、土壤理化特性的关系.研究表明,浙北地区土壤硒可分为富硒、足硒、潜在硒不足3种类型,土壤硒含量与土壤成因类型(成土母质)密切相关,受成土改造作用、土壤质地、pH、Eh值和有机质含量等理化性状控制.依据硒元素的生物化学性状、分布形态及生物有效性特点,参照国内外有关的硒生态景观评价标准对浙北土壤硒进行了初步的生态环境效应评价.