风化作用
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风化作用
风化壳类型：硅铝-碳酸盐型风化壳
特点：温带半干旱，有机酸起积极作用，碱金属元 素析出和碳酸盐的富集（主要是CaCO3）
温带 半干旱气候
标志性矿物：方解石、白云石、高岭石、蒙脱石。
/wikipedia/commons/e/ef/China_100.78713E_35.63718N.jpg
寒带气候
风化壳类型：岩屑（或机械）型风化壳 特点：气候严寒，岩石受微弱化学和生物化学作用 破坏，元素迁移作用弱，以机械破坏为主。 高山 高寒气候
标志性矿物：经轻微化学变化的岩石。
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4. 水解作用：在水中电离的矿物阴离子或阳离子与H2O离解成的H+和OH-相
互结合，生成难电离的弱电解质的过程。水解作用反应不可逆，通常是水中的 H+臵换矿物中碱金属离子，因此，发生水解作用的矿物主要是弱酸强碱盐组成 的矿物。水解作用导致矿物分解和岩石破坏，在表生地球化学中具有重 要意义。
Mg2SiO4+ 4H2O
可迁移的元素 略可迁移的元素
实际不可迁移的元素
Al、Fe、Ti
SiO2（石英）
受气候控制，迁移能力与温度和湿度成正比
岩石矿物的抗风化能力：与矿物自身化学性质、元素组成、形成环境及其颜色
有关。
矿物抗风化能力的规律：
自然元素 > 氧化物、 氢氧化合物 > 硅酸盐、 硫化物 > 硫酸盐、卤化物
岩石抗风化能力的规律：
2. 氧化作用：矿物与大气或水中的游离态氧发生反应，生成氧化物的作用。
铁帽
赤铁矿
针铁矿
氧化作用所能达到的地带，称为氧化带，深度随岩石性质、裂隙发育程度和地 下水情况而异。
第四章 风化作用
理条件和组成岩石的矿物性质。
一、气候条件 二、地形条件 三、岩石性质（成分、结构、构造）
一、气候对风化作用的影响
主要影响地表的温度、降水量和生物的繁衍。
1.气候寒冷或干燥地区，生物、植被稀少，降水很少。以物
理风化作用为主。化学风化作用较缓慢和微弱，岩石常风化 成具棱角状的粗大碎屑。 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，岩石遭受风化的程度较 深，深达数十米以下的岩石斗可能收到风化破坏。
2. 水化作用 有些矿物吸引一定数量的水，形成含水分子的新矿物。 硬石膏（CaSO4）+2H2O-->石膏(CaSO4.2H2O)
2. 溶解作用
二、化学风化
3.水解作用 水和矿物相结合的一种化学反应。水解作用的实质是矿物与水的 电离产物(H+及OH-)作用，形成易溶于水的氢氧化物，从而从矿 物中脱离出来，因而可使岩石发生破坏。 钾长石+H2O-->高岭石+Sio2+KOH 4.碳酸化作用 当水中溶有CO2时，结合形成碳酸离解为H和(Hco3)，易于金 属离子K、Na、Ca结合形成碳酸盐，这种作用称为碳酸化作用。 硅酸盐矿物经碳酸化作用其中碱金属变成碳酸盐随水流失，如花 岗岩中的正长石受到长期碳酸化作用时，则发生如下反应： 钾长石+H2O+Co2 -->高岭石+Sio2+碳酸钾
二、化学风化 5.氧化作用
大气圈中氧含量为 20．1％。当岩石和矿物 暴露于地表或位于地表层 时，与氧充分接触，发生 一系列氧化反应。
二、化学风化
黄铁矿氧化后可 变成褐铁矿
第二节 风化作用的方式
10----风化作用分析
C. 化学风化晚期阶段——Si作为一种胶体也被淋溶，剩 余Al和Fe的化合物，此阶段也叫富Al、Fe阶段，产物称 为富Al、Fe残积层〔风化壳〕；
4)、化学风化作用的产物
固态产物：褐铁矿和粘土矿物〔包括高岭石〕，前者 为黄褐色，后者为灰白色。二者混合形成红土。这是 热带、亚热带地区多数岩石经化学风化后残留原地的 产物，即残积物。
2、生物化学风化 菌类〔微生物〕作用产生酸性物质分解
岩石。该作用参与形成矿物质和有机质共 存的新物质——土壤。
其次节 制约岩石风化性质与特性的因素
一、气侯条件 二、地形地貌条件 三、岩石的特征 四、地壳运动 五、人类活动
一、气候因素
温度——温差大、冷热变化频繁利于物 理风化；温度变化对岩石在水中的溶解 度和化学反响速度、水溶液浓度有较大
在金属硫化物矿床的上部，常发育以褐铁矿为主的残 积物，称为铁帽。它往往被作为查找地下隐伏的金属 硫化物矿床的找矿标志。
三、生物风化作用
生物作用使岩石在原地发生破坏的过程。 包括：生物物理风化、生物化学风化。
1、生物物理风化 生物活动参与下的机械破坏作用：①
根劈；②地下动物把地下岩屑带到地表； ③直接在岩石上打洞 。
spheroidal weathering〔球形风化示意图〕
spheroidal weathering
差异风化：抗风化力气不一的岩石共生 在一起，则抗风化力气强的岩石突出， 抗风化力气弱得凹入，称为～。
四、地壳运动 猛烈上升期：风化速度快，风化壳厚度
不大 稳定期：风化彻底，风化壳厚度大
五、人类活动
1〕 热胀冷缩——温度变化使岩石反复地表里不均地胀 缩，产生垂直、平行于岩石外表的裂隙，彼此脱离，层 层剥落，使岩石裂开。
4)、化学风化作用的产物
固态产物：褐铁矿和粘土矿物〔包括高岭石〕，前者 为黄褐色，后者为灰白色。二者混合形成红土。这是 热带、亚热带地区多数岩石经化学风化后残留原地的 产物，即残积物。
2、生物化学风化 菌类〔微生物〕作用产生酸性物质分解
岩石。该作用参与形成矿物质和有机质共 存的新物质——土壤。
其次节 制约岩石风化性质与特性的因素
一、气侯条件 二、地形地貌条件 三、岩石的特征 四、地壳运动 五、人类活动
一、气候因素
温度——温差大、冷热变化频繁利于物 理风化；温度变化对岩石在水中的溶解 度和化学反响速度、水溶液浓度有较大
在金属硫化物矿床的上部，常发育以褐铁矿为主的残 积物，称为铁帽。它往往被作为查找地下隐伏的金属 硫化物矿床的找矿标志。
三、生物风化作用
生物作用使岩石在原地发生破坏的过程。 包括：生物物理风化、生物化学风化。
1、生物物理风化 生物活动参与下的机械破坏作用：①
根劈；②地下动物把地下岩屑带到地表； ③直接在岩石上打洞 。
spheroidal weathering〔球形风化示意图〕
spheroidal weathering
差异风化：抗风化力气不一的岩石共生 在一起，则抗风化力气强的岩石突出， 抗风化力气弱得凹入，称为～。
四、地壳运动 猛烈上升期：风化速度快，风化壳厚度
不大 稳定期：风化彻底，风化壳厚度大
五、人类活动
1〕 热胀冷缩——温度变化使岩石反复地表里不均地胀 缩，产生垂直、平行于岩石外表的裂隙，彼此脱离，层 层剥落，使岩石裂开。
风化作用_普通地质学
倒石锥
二、残积物 ——岩石风化后在原地残留的物质。
残积物的特征：
1.为残留原地的碎屑物以及新形成的残留下的矿物；
2.岩石碎屑物质大小不均，棱角显著，结构松散， 不具
层理。可在山麓处堆积成倒石锥。其下部可形成 残余砂 矿； 3.可形成覆盖在基岩上的风化壳。
三、风化壳
——在地壳的表层由风化残积物
（钠长石）
（高岭石）
（石英）
三、生物风化作用
---生物活动对岩石造成的物理或化学破坏作用。
（一）生物物理风化作用
1.根劈作用——树根对岩石的劈裂作用 2.穴居动物破坏作用——打洞对岩石造成 的破坏作用
（二）生物化学风化作用
1、生物的新陈代谢作用； 2、生物遗体腐烂分解的产物引起岩石的溶解，从而 破坏岩石。
三、岩石特征
1.岩石成分
岩石抗风化能力的强弱与它所含 矿物成分和数量有密切的关系.
三、岩石特征
1.岩石成分
常见矿物的抗风化能力由小到大的次序为： 方解石 橄榄石 辉石 角闪石 长石 云母 粘土 矿物 石英 单矿物组成的岩石与复矿岩相比，其抗风化能力 更强。
花岗岩风化外貌
2.岩石的结构、构造
致密、坚硬程度越高,岩层厚度越大越难风化
上述三类风化作用在大多数情况下都是相伴而
生，相互影响和促进，共同破坏着岩石。
第八章 风化作用
第一节 风化作用的概念及类型
第二节 影响风化作用的因素
第三节 风化作用产物及风化壳的概念
第二节 影响风化作用的因素
一、气候——通过气温、降水量以及生物繁衍表现出来
高寒、干燥地区：生物稀少、降水呈固态或很少－盛行物理风化作用
1、矿物岩石的热胀冷缩使岩石破坏
第九章 风化作用
采石场中岩石的席理
（2）岩石、矿物的热胀冷缩发生剥离作用 ）岩石、 岩石是热的不良导体，在长期的昼 夜、季节性温差变化的影响下，岩 体表里受热不均，胀缩交替，反复 进行，致使岩体表里间产生裂隙甚 至崩解成碎块。
岩石热胀冷缩导致岩石 破坏过程示意图
（3）岩石空隙中水的冻结与融化引起冰劈作用 ） 冰劈作用——岩石裂隙中的水冻结成冰，使岩石受撑而破裂 的作用。
类型 碎屑型 硅铝—氮化物 硫酸盐型 硅铝—碳酸盐 型
气候条件 寒带及高山 寒冷气候区 干旱气候
标型元素
标型矿物 原生矿物
风化作用程度标志 物理风化形成的碎屑物
Cl、Na、 岩盐、硝石、芒硝、 Na、Ca、Mg析出的形 S(Ca、Mg) 硬石膏等 成氮化物，硫酸盐富集 Ca、Mg （Na） 碳酸盐、芒硝、高 岭石、有时有锰的 氧化物和氢氧化物 及粘土矿物 二氧化硅部分流失、主 要聚集Ca、Mg碳酸盐， Mg、Na元素部分聚集
褐铁矿
黄铁矿
常见的金属硫化物中往往共生 有铁的硫化物,在地表风化形成 残留原地的褐铁矿顶盖,叫“铁 帽”。
（2）溶解作用 ）
水是天然的优良溶剂。水分子是偶极分子，能与偶极型或离子型的分 子相结合。大部分矿物是离子键型化合物,当其与天然水接触时,部分 易溶离子脱离矿物进入水中，呈溶解状态被水带走。矿物的溶解度取 决于矿物的化学特性，以及温度、压力、水中二氧化碳含量和pH值等。 卤化物类、硫酸盐和碳酸盐类矿物为易溶或较易溶矿物，而硅酸盐类 矿物为难溶矿物。溶解作用可以选择性地带走岩石中的易溶矿物，留 下一些空洞；也可以把可溶性单矿物岩溶解殆尽，而难溶物质则残留 原地。 常见矿物的溶解度从大到小顺序为：
影响土壤发育的因素主要是气候和植被。
我国的主要土壤类型
风化作用
二、化学风化
3、水解作用：
K2O· 2O3· Al 6SiO2+nH2O=Al2O3· 2SiO2· 2O+4SiO2· 2O+2KO 2H nH H 正长石 高岭土 蛋白石 Al2O3· 2SiO2· 2O+nH2O=Al2O3· 2O+2SiO2· 2O 2H nH 2H 高岭土 铝土矿
第一节 风化作用的类型
第一节 风化作用的类型
二、化学风化 2、水化作用：岩石中的一些矿物与水接触后，其
分子可以与水分子结合，形成新的含水化合物， 这一过程称为水化作用。如：
CaSO4+2H2O=CaSO4· 2O 2H 硬石膏 石膏 Fe2O3+nH2O= Fe2O3· 2O nH 赤铁矿 褐铁矿
第一节 风化作用的类型
2、生物化学风化：
第一节 风化作用的类型
二、化学风化 • 不同矿物的溶解度
第一节 风化作用的类型
二、化学风化 • 根据溶解度对矿物的分类：
（1）极易溶矿物：K、Na的各种化合物； （2）易溶矿物：Ca、Mg、Fe、Mn、Al的卤化物和 硫酸盐； （3）微溶矿物：Ba、Sr、Zn等的硫酸盐等； （4）难溶矿物：Zn、Ca、Mg等的硅酸盐和Cu、Pb 的碳酸盐； （5）极难溶矿物：Fe、Al等的氢氧化物。
新生盐类形成导致的岩石破碎的过程，称为盐风 化。
• 机制：
第一节 风化作用的类型
一、物理风化 • 实验：
一块花岗岩标本在Na2SiO4溶液浸泡17小时，然后 在1050C下干燥7小时。43次后岩石破碎。
第一节 风化作用的类型
二、化学风化
化学风化的概念：岩石与水、水溶液和空气中
的氧、二氧化碳等接触，由于溶解、水化、水 解、碳酸化以及氧化等作用发生的化学成分和 化学性质的变化， 称为化学风化。 主要有五种类型。
3、水解作用：
K2O· 2O3· Al 6SiO2+nH2O=Al2O3· 2SiO2· 2O+4SiO2· 2O+2KO 2H nH H 正长石 高岭土 蛋白石 Al2O3· 2SiO2· 2O+nH2O=Al2O3· 2O+2SiO2· 2O 2H nH 2H 高岭土 铝土矿
第一节 风化作用的类型
第一节 风化作用的类型
二、化学风化 2、水化作用：岩石中的一些矿物与水接触后，其
分子可以与水分子结合，形成新的含水化合物， 这一过程称为水化作用。如：
CaSO4+2H2O=CaSO4· 2O 2H 硬石膏 石膏 Fe2O3+nH2O= Fe2O3· 2O nH 赤铁矿 褐铁矿
第一节 风化作用的类型
2、生物化学风化：
第一节 风化作用的类型
二、化学风化 • 不同矿物的溶解度
第一节 风化作用的类型
二、化学风化 • 根据溶解度对矿物的分类：
（1）极易溶矿物：K、Na的各种化合物； （2）易溶矿物：Ca、Mg、Fe、Mn、Al的卤化物和 硫酸盐； （3）微溶矿物：Ba、Sr、Zn等的硫酸盐等； （4）难溶矿物：Zn、Ca、Mg等的硅酸盐和Cu、Pb 的碳酸盐； （5）极难溶矿物：Fe、Al等的氢氧化物。
新生盐类形成导致的岩石破碎的过程，称为盐风 化。
• 机制：
第一节 风化作用的类型
一、物理风化 • 实验：
一块花岗岩标本在Na2SiO4溶液浸泡17小时，然后 在1050C下干燥7小时。43次后岩石破碎。
第一节 风化作用的类型
二、化学风化
化学风化的概念：岩石与水、水溶液和空气中
的氧、二氧化碳等接触，由于溶解、水化、水 解、碳酸化以及氧化等作用发生的化学成分和 化学性质的变化， 称为化学风化。 主要有五种类型。
风化作用
有些矿物可被完全溶解： CaCO3 ＋ CO2 ＋ H2O = Ca2＋ ＋ HCO3－
溶洞（贵州）
（3）水化作用： 有些矿物与水起反应，吸收水分子形成新的矿物。
例如：硬石膏与水作用后形成石膏，体积增大60%， 对周围岩石产生很大压力，因而促进了物理的破坏作用。
CaSO4 ＋ 2H2O = CaSO4· 2H2O 硬石膏 石膏
经过水化作用而形成的石膏较硬石膏的 溶解度要大得多，加速了石膏被水的溶解。
（4）水解作用：
矿物与含有自由离子H＋和[OH]－的水作用，能使矿 物的阳离子形成氢氧化物，从矿物中解脱出来，因而 破坏了矿物。 例如：正长石与水作用，可使正长石中的钾形成 KOH溶于水中，正长石最后变为高岭石而被破坏。 4KAlSi3O8 ＋ 6[H ＋ ＋ (OH) － ]=Al4Si4O10(OH)8 ＋ 8SiO2 ＋ 4KOH 正长石 离解水 高岭石
一般的残积土的特征
组织结构全部破坏，已成土状，锹镐易开挖，干钻易钻进，具可 塑
全风化花岗岩的特征
结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可 用镐挖，干钻可钻进
孔隙水和裂隙水有何特征？
:主要赋存在松散沉积物颗粒间孔隙中的地下水。在堆积平 原和山间盆地内的第四纪地层中分布广泛。是工农业和生活用水 的重要供水水源。孔隙水的分布、补给、径流和排泄决定于沉积 物的类型、地质构造和地貌等。不同成因的沉积物中 ，存在着不 同的孔 隙水 。在山前地带形成的洪积扇内，近山处的卵砾石层中 有巨厚的孔隙潜水含水层；到了平原或盆地内部，由于砂砾层与 粘土层交互成层 ，形成承压孔隙水含水层 。在平原河 流的中 、 下游地区的河床 相的砂砾层中，存在着宽度和厚度不大的带状孔 隙水含水层。在湖泊成因的岸边缘相的粗粒沉积物中，多形成厚 而稳定的层状孔隙水含水层。在冰川消融水搬运分选而形成的冰 水沉积物中，有透水性较好的孔隙水含水层。深层孔隙承压水往 往远离补给区。离补给区越远，补给条件越差，补给量有限，故 深层孔隙承压水的开采应有所节制。 :存在于岩石裂隙中的地下水。与孔隙水相比较，它分布不 均匀，往往无统一的水力联系。是丘陵、山区供水的重要水源， 也是矿坑充水的重要来源。按含水介质裂隙的成因，可分为风化 裂隙水、成岩裂隙水与构造裂隙水。按埋藏条件，可以是潜水或 承压水。按裂隙水的水力联系程度分为风化壳网状裂隙水、层状 裂隙水和脉状裂隙水。与孔隙水比较，裂隙水分布不均匀，水力 联系不好，介质的渗透性具有不均一性与各向异性。
风化作用
• 块状构造的岩石质地相对较为均匀，抗各 种风化作用能力较强。具其他构造的岩石 （如斑杂状、条带状），抗各种风化作用 的能力较弱。
• 节理构造发育的岩石，在节理发育部位较 易受到风化作作用的影响形成洼地和沟谷， X节理发育的块状岩石中球状风化现象十分 常见。
岩性的差 异性风化
温差风化：温度变化引起的物理风化作用
冰劈作用：水的物态变化引起的物理风 化作用
层裂：释荷作用引起的物理风化作用.地下深处岩 石由于上覆岩石被剥蚀掉，使原来深处的岩石出 露地表．当上伏岩石的压力消除，露出地表的岩 石就会产生向上的膨胀，出现一些平等于地面的 裂隙。
盐类结晶：潮解性盐类夜晚吸收水分、熔解，白天 在阳光蒸发下结晶,对岩石有压力交替反复使岩石碎 裂。
分层结构
二、风化壳的类型
1、碎屑风化壳（碎屑残积阶段） 以物理风化为主,化学风化轻微，主
要发生在寒冷的高纬高山冻原带,以冻融风 化为主.
风化产物以岩屑为主,上部强烈风化成 含砾石砂土或细粒砂土,下部变为粗角砾,最 下部过渡为风化裂隙发育的基岩.
2、硅铝-碳酸盐(硫酸盐)风化壳（钙质残积阶段）
主要发生在干旱(荒漠)或温带半干旱(草原)区,以 温差风化为主.是在物理风化作用基础上开始化学风 化时期阶段.
一、风化壳的剖面构造
• 风化壳由于风化作用的不同可由一层或 由数层风化分解程度不同的残积物组成。 由多层残积物组成的风化壳各层间常无 明显界限，一般呈渐变过渡。
• 风化壳由下至上可分为： 基岩、半风化层、残积层和土壤层 （淀积层、淋滤层、腐殖层）构成。
风化壳的分层：
① 土壤 ② 残积层 ③ 半风化岩石 ④ 基岩
2、化学风化作用
岩石在原地由于化学反应使其发生 物理状态和化学成分的变化，形成 新矿物。包括水解、水化、溶解、 氧化、碳酸化作用等。
第10章风化作用
第10章风化作用风化作用（weathering）是指地表岩石受到大气、水、植物和动物等自然界因素的作用而发生变化的过程。
风化作用主要包括物理风化和化学风化两种类型。
一、物理风化物理风化是指岩石在大气、水和温度变化等自然力作用下受到物理破碎、颗粒剥离、冻融破碎和压力释放等过程的影响，导致岩石发生破碎、溶解、脱落等现象。
常见的物理风化过程包括以下几种：1.热胀冷缩：岩石在昼夜温度变化和季节性温度变化过程中，由于体积膨胀、收缩不均，导致岩石内部产生应力，结果破裂、剥落，甚至形成巨石、壮石。
2.冻融作用：在寒冷地区或高山上，水分由于冻结而膨胀，使岩石发生爆裂、剥落的现象，称为冻融破碎。
特别在夜间，冷空气让山体内部岩石冷却，露在表面的充满水的岩石裂开，进而破碎成小颗粒。
3.膨胀作用：水分进入岩石的裂隙中，温度升高时水分蒸发，产生蒸汽并迅速膨胀。
膨胀的水蒸气使岩石裂开，导致颗粒的剥落和空隙的扩大。
4.生物破碎：动植物也参与到物理风化过程中。
植物的根系在长期生长过程中，通过生长和扩张的力量，能够将裂缝扩大，破坏岩石的结构。
动物如啮齿类动物通过啃食和咀嚼，促使岩石发生剥落。
二、化学风化化学风化是指岩石在大气和水中发生化学反应，导致岩石组成发生变化。
化学风化的主要作用是溶解、水解、氧化还原和水合等反应。
常见的化学风化过程包括以下几种：1.溶解：水中的酸性物质可以溶解岩石中的碳酸盐类物质，如石灰石。
长期的水侵蚀会使岩石表面产生溶洞和地下洞穴。
此外，酸雨的形成和人类活动的影响，也增加了溶解的速度。
2.氧化还原：许多岩石中含有可氧化的金属，如铁、铜等。
当金属离子遭受氧化和还原作用时，会导致岩石发生颜色变化、破裂等现象。
3.水合：岩石中的水合物质在与水接触后通过吸附和聚合反应水合成更为稳定的物质，导致岩石中孔隙扩大。
从时间角度来看，物理风化是一个相对较快的过程，通常在几十年到几百年内就能显著改变岩石的形态。
而化学风化是一个相对较慢的过程，需要几千年乃至几十万年的时间才能产生显著影响。
风化作用
47Biblioteka 4、古风化壳由于岩层疏松多孔，是良 好的储油岩层和油气运移的通道。在 其它的地质条件配合下，可以形成油、 气藏。 因此，对风化壳的研究不仅可以指 导我们找寻有关矿产，而且还可以帮 助恢复古地理和古气候以及地壳的构 造运动历史。
48
第四、五章的重点
1、外力地质作用和内力地质作用的概念 及其类型。 2、风化作用的类型 3、风化壳的剖面结构
铝土矿
13
3、氧化作用
大气圈中的氧和水汽或溶于水中的氧与组 常见的黄铁矿（FeS2）在地表很快就被氧 化成褐铁矿（Fe203〃nH20）
褐铁矿
14
成岩石的元素之间的化学作用
4FeS2+15O2+14H2O2(Fe2O3· 2O)+8H2SO4 3H
黄铁矿
在地表形成的红褐色或暗褐色的褐铁 矿，覆盖于尚未遭受风化的原生矿床之 上，称为铁帽。它是一种找寻这些硫化 物原生矿床的良好标志
50
32
差异风化
33
岩石的结构、构造影响：岩石的结构包括组 成矿物是非晶质或晶质，等粒或不等粒，细 粒或粗粒等，都对风化速度有明显的影响。 岩石的构造如裂隙发育的岩石物理风化和化 学风化易于进行(如球形风化)
34
球形风化
35
球形风化
36
第五节 风化壳
地壳表层岩石经机械、化学风化后形成的 松散物保留在原地称残积物，残积物经生 物风化，便含有生物生长必不可少的有机 物--腐植质。这种具有腐植质、矿物质、水 和空气的松散物质，称为土壤。 由岩石风化的残积物和土壤构成的覆盖在 陆地上的不连续薄壳称风化壳
24
岩石的风化产物
1、碎屑物质：主要是岩石物理风化的 产物，有时可能是化学风化未完全分解 的产物。包括矿物碎屑和岩石碎屑，如 石英碎屑、长石碎屑、白云母等。碎屑 物质是构成沉积岩中碎屑岩的主要成分。
风化作用
三、化学风化
（二）溶解作用
水直接溶解岩石中矿物的作用称为溶解作用。溶解作用的结果，使岩石中的易溶物质被 逐渐溶解而随水流失，难溶的物质则残留于原地。岩石由于可溶物质的被溶解而致孔隙 增加，削弱了颗粒间的结合力从而降低岩石的坚实程度，更易遭受物理风化作用而破碎。 最容易溶解的矿物是卤化盐类（岩盐，钾盐），其次是硫酸盐类（石膏，硬石膏），再 次是碳酸盐类（石灰岩，白云岩）。岩石在水里的溶解作用一般进行的十分缓慢，但是 当水的温度升高以及压力增大时，水的溶解作用就比较活跃。特别是当水中含有侵蚀性 的CO2而发生碳酸化作用时，水的溶解作用就会显著增强，如在石灰岩分布地区，由于这 种溶解作用经常会产生溶洞、溶穴等岩溶现象。
二、物理风化
温度风化：
是指由于岩石表层温度周期性的变化而使岩石崩解的过程。任何物质受热 后体积发生膨胀，遇冷则体积收缩，岩石也不例外。在白天，当岩石受太 阳光照射时，岩石表面的温度升高，表层体积就会膨胀，同时一部分热量 向岩石的内部传递，但由于岩石是不良的热导体，热量传播得较慢，因而 内部的温度上升很慢，体积膨胀的量也很小。这样，在岩石表层与岩石的 内部之间，由于体积膨胀的差异，就形成平行岩石表面的裂隙。到了夜间， 岩石表面热量散发较快，温度下降，体积收缩，而内部的热量散发慢，体 积还处于膨胀的状态，从而产生了表层收缩、内部膨胀的不协调情况。这 样，在表层也就形成了垂直岩石表面的裂隙。久而久之，岩石表层的裂隙 扩大，岩石破碎。
三、化学风化
（三）水化作用 有些矿物与水接触后和水发生化学反应，吸收一定量的水到矿物中形成含 水矿物，这种作用称为水化作用。如硬石膏经过水化作用变为石膏就是很 好的例子。 CaSO4 +2H2O →CaSO4·2H2O 硬石膏 石膏 第一个图为硬石膏，第二个为石膏。水化作用形成了新的含 水矿物改变了矿物原来的结构，也改变了含有该矿物岩石的结构，其结果 往往使矿物，岩石的抗风化能力减弱，加速了风化的进程。
第四章 风化作用
•
•
•
• •
二、风化作用的阶段
• 由于各地风化条件的 元素迁移序列 差异，使岩石的风化 进程不一，从而使风 1. 强烈移的 化壳的发展处于不同 的阶段。各阶段，元 2. 易移失的 素的物化性质、生物 3. 可移失的 的选择性吸收以及气 候和地形等的影响， 4. 略可移的 使元素的迁移按一定 5. 实际上不 顺序进行。见表 移失的
• • 一、矿物：各类矿物在水中的溶解度不同， 风化速度不同。卤化物—硫酸盐—碳酸盐— —磷酸盐——硅酸盐 1）主要矿物的表现；浅色矿物如石英、钾长 石等，暗色矿物如橄榄石、辉石、角闪石、 黑云母等，硫化物矿物如黄铁矿等，碳酸盐 矿物如方解石等， 2）重要矿物的表现：石英（碎屑）、长石 （高岭石化）类、云母类（黑云母氧化为铁 矿物及粘土矿物）、铁镁矿物（氧化为铁、 镁的氧化物）、碳酸盐矿物（碳酸盐既钙质 充填物充填裂隙、气孔等）
•
• 2、岩石：抗风化能力与岩石性质（矿物组 成，结构构造） • 花岗岩（气候条件影响、湿热气候易风化， 风化土壤含钾高有利植物生长。球状风 化）、玄武岩（易风化，土壤中矿物质较 多。棕色或棕红色，柱状节理发育地区风 化不强烈时常常为陡峭的地形）、页岩 （易风化，地形平坦，土壤中矿物质含量 高，弱风化土壤贫瘠）、石灰岩（盖层少， 水土流失严重，石灰岩地区岩溶地貌发 育——地下水库）。
迁移序列的组成
Cl (Br, I), S Ca, Na, Mg, K SiO2 (硅酸盐 的), P, Mn Fe, Al, Ti SiO2（石英的）
• 风化作用的阶段包括： • 1．物理风化为主的碎屑阶段： 是岩石风化的初期， 以物理风化为主，化学风化不明显，只有最易淋失的 氯（Cl）和硫(S)发生移动。风化壳中为粗大的岩石 碎屑，缺乏粘土矿物，为岩石遭受全面风化作准备， 形成碎屑残积物。 • 2．化学风化为主的钙淀积或饱合硅铝阶段 ：岩石遭 受进一步风化。Cl、S都已从风化壳中淋失，K、Na、 Ca、Mg在风化壳中发生移动，随着流水的作用，部 分钙与CO3-结合成碳酸钙，沉淀在岩石碎屑空隙中， 形成富钙的残积层，其中粘土矿物主要是蒙脱石和水 云母。处于这一阶段的风化壳类型形成的土壤为内蒙 古、东北等地的黑钙土、栗钙土；新疆等地的灰钙土、 漠钙土等。
风化
风化作用（又称侵蚀，风化）（weathering)是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的全过程。
根据风化作用的因素和性质可将其分为三种类型：物理风化作用（physical weathering)、化学风化作用(chemical weathering)、生物风化作用(biological weathering)。
岩石是热的不良导体，在温度的变化下，表层与内部受热不均，产生膨胀与收缩，长期作用结果使岩石发生崩解破碎。
在气温的日变化和年变化都较突出的地区，岩石中的水分不断冻融交替，冰冻时体积膨胀，好像一把把楔子插入岩石体内直到把岩石劈开、崩碎。
以上两种作用属物理风化作用。
岩石中的矿物成分在氧、二氧化碳以及水的作用下，常常发生化学分解作用，产生新的物质。
这些物质有的被水溶解，随水流失，有的属不溶解物质残留在原地。
这种改变原有化学成分的作用称化学风化作用。
此外植物根系的生长，洞穴动物的活动、植物体死亡后分解形成的腐植酸对岩石的分解都可以改变岩石的状态与成分。
岩石风化作用与水分和温度密切相关，温度越高，湿度越大，风化作用越强；但在干燥的环境中，主要以物理风化为主，且随着温度的升高物理风化作用逐渐加强；但在湿润的环境中，主要以化学风化作用为主，且随着温度的升高化学风化作用逐渐加强。
物理风化主要受温度变化影响，化学风化受温度和水分变化影响都较大。
从地表风化壳厚度来看，温度高，水分多的地区风化壳厚度最大。
土壤是在风化壳的基础上演变而来的。
地壳表层的岩石在阳光、风、电、大气降水、气温变化和空气等外营力作用下及生物活动等因素的影响下，会引起岩石矿物成分和化学成分以及结构构造的变化，使岩石逐渐发生破坏的过程称为风化作用。
一.风化作用（weathering)是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的全过程。
3.1 风化作用
（二）化学风化作用 化学风化作用：是指岩石在水和各种水 溶液的化学作用和有机体的生物化学作用 下所引起的破坏过程。 特点：不仅破碎了岩石，而且改变了化 学成分，产生了新的矿物，直到适应新的 化学环境为止。 化学风化作用类型：溶解作用、水化作 用、水解作用、碳酸化作用以及氧化作用。
溶解作用 溶解作用是指水直接溶解岩石矿物的 作用，使岩石遭到破坏。 最容易溶解的是卤化盐类（岩盐、钾 盐），其次是硫酸盐（石膏、硬石膏）， 再次是碳酸盐类（石灰岩、白云岩等）。 如：在石灰岩地区经常有溶洞、溶沟等 岩溶现象，就是这种溶解作用造成的。
水化作用 水化作用是水分和某种矿物质的结合， 在结合时，一定分量的水加入到物质的成 分里，改变了矿物原有的分子式，引起体 积膨胀，使岩石破坏。 如硬石膏（CaSO4）遇水后变成普通石 膏CaSO42H2O）其体积膨胀60％，这对 围岩产生巨大压力，使围岩胀裂。
水解作用 水解作用是指矿物与水的成分起化学作用 形成新的化合物。 如正长石（KAlSi3O8）经水解后形成高岭 土（A12O3· 2SiO2· 2O）、石英（SiO2）和氢 H 氧化钾（KOH）。
（三）生物风化作用
生物风化作用：岩石在动、植物及微
生物影响下所起的破坏作用称为生物风 化作用。
生物的物理风化： 植物对于岩石的物理风化作用表现在根部楔入岩 石裂隙中，而使岩石崩裂； 动物对于岩石的物理风化作用表现为穴居动物的 掘土、穿凿等的破坏作用并促进岩石风化。 生物的化学风化 表现为生物的新陈代谢，其遗体以及其产生的有 机酸、碳酸、硝酸等的腐蚀作用，使岩石矿物分 解和风化。造成岩石成分改变、性质软化和疏松。
四、岩石风化的治理
岩石风化的治理方法可采用挖除和防治两种 措施。 （一）挖除方法 这种措施是采取挖除一部分危及建筑物安 全的风化厉害的岩层，挖除的深度是根据风 化岩的风化程度、风化裂隙、风化岩的物理 力学性质和工程要求等来确定。挖除风化岩 石是一个困难而耗费时间的过程，因而宜少 挖。
风化作用概述
风化作用概述一、风化作用及其分类温度变化和大气、水溶液及生物作用，致使裸露在空气中和在地面以下一定深度（风化深度）原岩岩石原地发生物理、化学变化的过程，称为风化作用。
风化作用包括物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。
物理风化作用，指由于温度变化、岩石空隙中水及盐分物态变化导致的岩石和矿物发生的不改变其化学成分的机械破坏。
岩石和矿物的破坏主要是由于其本身的热胀冷缩和岩石空隙中水及盐分物态变化引起体积胀缩使岩石矿物崩解。
化学风化作用，指出露与地面岩石在氧化作用、水的溶解作用、水解作用及水化作用下，造成的岩石和矿物的破坏作用。
生物风化作用，指生物生命活动过程对岩石和矿物的破坏作用，包括生物机械风化作用（如根劈）和生物化学风化作用（生物腐殖质对岩石和矿物的腐蚀作用）。
二、风化作用产物物理风化作用和生物机械风化作用的产物包括碎屑、崩积物、倒石锥、转石；化学风化作用和生物化学风化作用的产物包括新的岩石和新的矿物；物理风化、化学风化和生物风化联合作用的产物是土壤。
三、岩石风化作用影响因素1.气候条件温度变化越剧烈，越潮湿炎热，生物新陈代谢越活跃，越利于岩石的风化。
2.地形条件阳坡岩石风化作用强于阴坡，陡坡风化速度大于缓坡。
3.岩石矿物成分单矿物岩石由于矿物晶格稳定，近于各向同性体，其导热率和膨胀系数近于一致，其抵抗物理风化作用能力较多矿物岩石强，岩石风化速度慢于多矿物岩石；含亲水矿物易与水发生化学反应，岩石抗风化能力低。
4.岩石结构构造一般而言，结构致密程度较低的岩石，岩石内部空隙大，抗风化能力低于致密结构岩石；等粒结构岩石抗风化能力高于不等粒结构的岩石；裂隙发育岩石抗风化能力低于裂隙不发育岩石。
5.岩性基性岩浆岩中暗色矿物多，岩石颜色深，其吸热散热能力较酸性岩浆岩强，抵抗物理风化作用能力较酸性岩浆岩差。
6.岩体节理裂隙发育程度岩体中节理裂隙发育程度越高，越易于水的渗入，岩体抵抗风化作用的能力越差。
需要指出的是，深大风化槽中未能被剥蚀搬运走的全强风化产物，作为隧道围岩，稳定性差，无超前支护条件下隧道施工揭露后若初期支护未及时施工，易发生变形失稳塌方。
风化作用
土 壤
残 积 层
风 化 壳
基 岩
古风化壳及其研究意义
古风化壳：地质历史时期形成的风化壳。
★找矿：因风化壳上常有风化矿床（如铝土矿）。 ★恢复古地理、古气候：不同风化壳的厚度、成 分来研究，因它们直接与气候有关。 ★构造研究：古风化壳具有不整合意义（不整合 面上常有风化壳存在），因而它有可叫风化剥 蚀面，通过不整合面研究（古风化壳）可知地 壳运动的性质。
法学院，上面地球模型，下面是 法律书
第四节 风化作用的产物
物理风化作用的产物：
残留原地——上部为岩石 碎屑，往下逐渐过渡到未 风化的母岩； 崩积物——岩石碎屑在重 力的作用下，向坡下滚动 或坠落，堆积在坡脚，这 种沿山坡滚滑到坡麓地带 的碎屑堆积物。
第四节 风化作用的产物
化学风化作用的产物
第二节 风化作用的方式
地表岩石时时刻刻都在与大气、水和生物 接触，不断地进行着各种方式的风化作用。 归纳起来，风化作用的方式可分为 物理的方式：包括岩石的释荷，岩石的热胀 冷缩，水的冻融； 化学的方式：包括氧化作用、溶解作用、水 化作用和水解作用； 此外就是生物的作用 。
第二节 风化作用的方式
岩石的释荷
3
第二节 风化作用的方式
常见矿物的溶解度大小顺序为：岩盐、石膏、 方解石、橄榄石、辉石、角闪石、滑石、蛇 纹石、绿帘石、正长石、黑云母、白云母、 石英。-地质实验会给大家详细讲。
第二节 风化作用的方式
水化作用
指水与矿物接触后，水以分子的形式直接参与到矿物 的晶格中，从而形成新的含水矿物的过程。 如：CaSO4 +2H2O→ CaSO4 ●2H2O （硬石膏） （石膏）
铁帽形成过程为：
残 积 层
风 化 壳
基 岩
古风化壳及其研究意义
古风化壳：地质历史时期形成的风化壳。
★找矿：因风化壳上常有风化矿床（如铝土矿）。 ★恢复古地理、古气候：不同风化壳的厚度、成 分来研究，因它们直接与气候有关。 ★构造研究：古风化壳具有不整合意义（不整合 面上常有风化壳存在），因而它有可叫风化剥 蚀面，通过不整合面研究（古风化壳）可知地 壳运动的性质。
法学院，上面地球模型，下面是 法律书
第四节 风化作用的产物
物理风化作用的产物：
残留原地——上部为岩石 碎屑，往下逐渐过渡到未 风化的母岩； 崩积物——岩石碎屑在重 力的作用下，向坡下滚动 或坠落，堆积在坡脚，这 种沿山坡滚滑到坡麓地带 的碎屑堆积物。
第四节 风化作用的产物
化学风化作用的产物
第二节 风化作用的方式
地表岩石时时刻刻都在与大气、水和生物 接触，不断地进行着各种方式的风化作用。 归纳起来，风化作用的方式可分为 物理的方式：包括岩石的释荷，岩石的热胀 冷缩，水的冻融； 化学的方式：包括氧化作用、溶解作用、水 化作用和水解作用； 此外就是生物的作用 。
第二节 风化作用的方式
岩石的释荷
3
第二节 风化作用的方式
常见矿物的溶解度大小顺序为：岩盐、石膏、 方解石、橄榄石、辉石、角闪石、滑石、蛇 纹石、绿帘石、正长石、黑云母、白云母、 石英。-地质实验会给大家详细讲。
第二节 风化作用的方式
水化作用
指水与矿物接触后，水以分子的形式直接参与到矿物 的晶格中，从而形成新的含水矿物的过程。 如：CaSO4 +2H2O→ CaSO4 ●2H2O （硬石膏） （石膏）
铁帽形成过程为：
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图3-1 温度作用引起的岩石崩解过程示意
图3-2 山体表面岩石的崩解碎裂
• （2）裂隙中的冰以及其他结晶体产生的膨胀应力引起的劈裂作用 （除冰以外，硫酸钙结晶体也有很强的膨胀作用）。一旦岩石中出 现了细微裂隙，大气降水就会渗入其中，水分的进入或者会在低温 时形成冰楔体沿裂缝两侧挤压岩石，或者与岩石中的某些物质反应 形成结晶膨胀体挤压岩石，使岩石中原有的裂缝加宽、增长，并为 更多水分进入岩体内部创造了条件，逐步使岩石风化崩解。 • （3）岩体因卸荷而引起的膨胀崩解。随着上覆岩石不断被风化剥 蚀，原来处于地层深处的岩体距地表面愈来愈近，上覆重力愈来愈 小，在重力卸荷作用下，岩体会产生明显上弹（膨胀），严重时就 会产生成经历了漫长的地质历史过程。裸露于地表的岩石在温度和湿度 不断发生变化的过程中反复产生不均匀的膨胀和收缩，并在此过程中产 生了大量的裂隙。裂隙的产生为大气水和植物根系进入岩体内部提供了 可能。进入岩体裂隙的大气水或凝结水在气温进一步下降时结冰膨胀， 加之植物根系的生长、发育，劈裂作用使裂隙进一步扩展，并最终使原 来完整的岩石崩解、碎裂。风、霜、雨、雪的侵蚀和重力作用使已经变 得十分破碎的表面岩石剥离，上述作用进一步向内部岩体中发展。 • 被剥离的岩石碎块、岩屑等在雨、雪水流、风力等的夹带下向别处搬运 ，并在地壳相对下降的地方堆积起来。在搬运过程中，土颗粒进一步破 碎分散，并使其中较大的颗粒变得浑圆光滑。与此同时，空气中的二氧 化碳、氧气、二氧化流及地表水和地下水还会在与岩石及岩石颗粒的直 接接触过程中发生一系列的化学反应，从而生成新的矿物。上述作用会 使已经破碎的岩石颗粒变得更加细小甚至非常细小。以上就是岩石风化 成土的过程。 • 我们将裸露于地壳表面的基岩或裂隙面附近的岩石在各种外力地质作用 下产生的崩解、碎裂和变质通称为岩石的风化；将被风化的岩石在风、 雨及重力等的作用下从岩石母体上剥落成为破碎状的岩石块体或者岩屑 的过程称之为剥蚀。
• 一、物理风化作用 • 一切只改变岩石的完整性或改变已碎裂的岩石颗粒大小和形状 ，而未能产生新矿物的风化作用（含植物根系的劈裂作用以及 搬运过程中的破碎、磨圆过程）称为物理风化作用或机械风化 作用。 • 二、物理风化作用的类型 • 通过对物理风化的进一步研究可以得到，物理风化作用可被细 分为以下类型： • （1 ）温度应力引起的胀缩作用。位于我国西北的大青山、天 山山脉，其山体表面多覆盖有一定厚度的碎裂岩石块体和岩屑 物质，这些主要是基岩在反复的胀缩循环中发生碎裂的产物。 考古工作者在我国山西峙峪发现了距今2～3万年前旧石器时代 的一个古采石场，在没有其它工具的情况下，我们的先祖根据 观察得到的岩石胀缩破碎现象，用火烤、水激的方法，使岩石 碎裂，再用木棍撬下，用以制作狩猎和生活所需的石器、工具 。图3-1 示意了温度作用下岩石的崩解过程；图3-2 所示为暴 露于地表的山体岩石风化崩解情况。
显然，一般情况下不宜将建筑物设置在风化严重的岩层上， 但是工程中又往往不可能完全避开风化岩层。如隧道进出口地段 的岩层，大多有不同程度的风化，施工中如不注意加强支护，易 造成崩塌。对有些易风化的岩层，在隧道施工开挖后，要及时作 支护，防止岩石继续风化失稳增加山体压力，否则会引起坍塌。 风化岩层中的路堑边坡不宜太陡，同时还要采取防护措施。风化 的岩石更不宜作建筑材料。因此，从工程建筑观点来研究岩石的 风化特性、分布规律，对选择建筑物的合理位置，如隧道的进出 口位置，路堑边坡坡度，隧道的支护方法及衬砌厚度，大型建筑 物的地基承载力和开挖深度以及合理的选择施工方法等有着重要 的意义。 • 风化作用的实质是矿物、岩石在地表附近新的物理化学条件 下所产生的演化过程。如前所述，自然界中不同的岩石，在不同 的自然环境里其反应亦不同；在相同的自然环境条件下，岩石种 类不同，其对环境变化的反应亦不同。因为各种岩石在生成时， 各具有其特殊性。如岩浆岩是高温熔融的岩浆在地壳中或地面上 冷却凝固而成；沉积岩是地面上堆积起来的沉积物，经过脱水、 压密、胶结及硬化而形成；而变质岩则是经高温高压以及活动性 化学元素参与下形成的岩石。 •
• 因此，当各种岩石由于地壳运动使其长期暴露在地表以后，就 改变了岩石原来的环境条件，使其处于一种新的物理化学条件 中，岩石为了适应新的条件，在地表的温度和压力，大气、水 、生物活动的长期作用下，改变了原来的性质，变成了新的疏 松物质，或物质成分发生了变化。 • 岩石遭受风化作用的时间愈长，岩石破坏得就愈严重。 另外，从不同岩石的风化速度来看，有的岩石风化过程进行得 很缓慢，其风化特征只有经过长期暴露地表以后才能显示出来 ；而有的岩石则相反，如泥岩、页岩及某些片岩等，当基坑开 挖后不久，很快就风化破碎，所以在施工中必须采取相应的工 程防护措施。根据岩石风化的自然因素和风化物质的性质，可 将风化划分为物理风化（机械风化）、化学风化和生物风化作 用三种类型，其中生物风化可或者归结为物理风化、或者归结 为化学风化，即风化作用中的两种最基本类型为物理风化和化 学风化。
第一节 物理风化作用 风化促使岩石的状态或性质发生了改变，并形成了一种与 原来岩石的形态、结构、构造、物质成分等不完全相同甚至可以 说完全不同的新物质。 • 岩石风化后，其物质状态、物理力学性质和化学性质等均 发生了剧烈的变化。很多情况下，风化能使岩石破碎，形成细小 颗粒的次生粘土矿物—高岭石、蒙脱石及伊利石等，改变了岩石 的矿物成分。同时，在风化带中常有可溶盐的富集，如碳酸钙及 石膏。由于岩石风化后，节理、裂隙发育，使岩石整体性降低， 孔隙度增加，抗剪、抗压强度降低，透水性增大，这为地下水活 动创造了条件。地下水的渗入，又促进岩石进一步风化。如有些 岩石直接暴露在大气中一、二天就开始风化崩解。岩石不同，其 在相同条件下的风化情况不同，岩石相同，风化作用性质不同、 经受的风化程度不同、沉积环境不同，其生成物的性质也不尽相 同。 •