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風化殼
來源:互聯網

風化殼是一個地質概念,它指地質歷史時期曾出露地表的地層,在經過一定時期的風化剝蝕,形成明顯的風化剝蝕帶后,再經過埋藏壓實固結所形成的“殼體”或“殼帶”。

地殼表層巖石風化后部分溶解物質流失,其碎屑殘余物質和新生成的化學殘余物質大都殘留在原來巖石的表層。這個由風化殘余物質組成的地表巖石的表層部分,或者說已風化了的地表巖石的表層部分,就稱為風化殼或風化帶。

風化殼是巖石圈生物圈水圈和大氣圈相互作用的產物。風化殼的研究對找礦、研究自然環境變遷、土壤發生和演化,以及土地利用等均有一定意義。

基本概念

巖屑特點

風化殼由于其特殊的巖性組合變化而具有突出的巖屑變化特征。概括起來,主要特點如下:

①風化殼頂面上下的巖性差別極大。其頂面以上多為沉積巖,而頂面以下依次出現土壤層、殘積層、裂縫發育的風化淋濾帶(此即風化殼的主體帶)。

②當鉆遇成巖性差、具造漿性的紅壤或黃色土狀物以及白色的“白璽土”時,則預不風化殼即將鉆達。

③鉆入風化殼中裂縫發育的風化淋濾帶時,常出現鉆時變化、鉆具放空、鉆井液漏失、憋鉆、跳鉆等“進山征兆”,巖屑中常有晶形完好的自形晶屑返出,據此可以進行綜合判斷。

地貌重要意義

風化殼地層巖屑錄井的重要意義

由于風化殼的主體為裂縫發育儲滲條件優越的風化淋濾帶,其上覆蓋的沉積物又常常具有生油潛力和封蓋條件,因而風化殼常常成為優越生儲蓋組合和高產油氣藏的所在。由于鉆入風化殼之前和之中有明顯的巖屑特征顯不和預兆。因而可以根據巖屑錄井資料預報接近和進入風化殼的$}離,據此可以提前準備必要的鉆井工程措施和加密地質錄井,以發現可能的油氣層和避免鉆井事故發生。我國任丘油田的發現,就有巖屑錄井的一份重要功勞。

成因

風化殼形成的內因主要是成殼巖石的礦物組成。石灰巖風化過程中,主要是方解石化學淋失,風化速度較快,殘留物少,風化殼淺薄;玄武巖中的輝石角閃石晶格能小,易于風化,形成風化殼也較厚;花崗石中的主要礦物長石石英晶格能大,抗風化能力強,風化速度較慢,但由于花崗巖的強烈崩解作用,水分廣泛滲入,可形成深厚的風化殼;砂巖頁巖沉積巖的組成礦物已經過風化作用,在地表條件下很穩定,風化速度較慢。按不同巖石的風化速度大小,可排列成如下次序:石灰巖>玄武巖>花崗巖>砂巖頁巖。

影響風化殼形成的外因很多。首先是大地構造單元。在構造穩定的平坦地形條件下,風化殼形成的速度大于侵蝕速度,有利于形成深厚的風化殼;相反,在年輕的褶皺帶,新構造運動劇烈,地形起伏大,坡陡谷深地區的風化殼一般較淺薄。其次是生物氣候條件。同一種巖石在不同的生物氣候條件下,形成不同的具有地帶性特點的風化殼。在干旱氣候條件下,風化作用微弱,甚至像方解石石膏這樣極易風化的礦物,在風化殼中也積聚起來,形成的風化殼較為淺薄。而在濕熱氣候條件下,風化作用強烈,風化殼中幾乎無原生礦物,形成的風化殼也較深厚。再次是時間因素,同一種巖石在同樣的生物氣候條件下,由于風化作用的持續時間不同,形成的風化殼類型和特點也不一樣。

風化過程

蘇聯Б.Б.波雷諾夫首先以發生學觀點研究風化殼的地球化學,指出在自然條件下元素的遷移順序不僅取決于該元素的物理化學性質,而且取決于元素的遷移條件。風化殼的形成可分成四個時期:第一時期,風化物喪失Cl和S的化合物;第二時期,風化物喪失堿金屬堿土金屬鹽基;第三時期是殘積粘土時期,SiO2開始淋失;第四時期是富鋁化時期,大量二、三氧化物積聚。

類型

按風化殼所處的形成時期,可分成碎屑狀風化殼、含鹽風化殼、碳酸根風化殼、硅鋁風化殼、富鋁風化殼。此外,還有在上述風化殼上發育的漬水風化殼。

碎屑風化殼

處于風化起始階段。主要形成于氣候嚴寒、寒凍風化作用強烈的條件下,風化殼很薄。巖石的化學和生物地球化學風化作用弱。標志元素是H、Al,標志化合物是化學分解微弱的原生礦物。細土物質常填充于石縫內,風化殼中尚殘留易風化的角閃石輝石,粘土礦物以水化度低的水云母為主,一般呈中性反應。

含鹽風化殼

處于第一時期。形成于干旱、半干旱的條件下,鹽分在風化殼中積累。在濱海地區,因海水浸淹亦可形成鹽漬風化殼。標志元素是Cl、Na、S(Ca、Mg),標志化合物是堿金屬堿土金屬氯化物硫酸鹽,呈堿性反應。

碳酸根風化殼

處于第二時期。在暖溫帶和溫帶干旱、半干旱條件下,隨著大部分易溶鹽類的淋溶,不易溶解的碳酸鹽開始移動。碳酸鹽中主要是CaCO3。CaCO3積聚的程度取決于生物氣候條件和巖石中Ca的含量。標志元素是Ca、Mg,標志化合物主要是Ca、Mg的碳酸鹽。Si、Fe、Al等很少移動。粘土礦物以水云母蛭石為主。呈堿性反應。

硅鋁風化殼

處于第三時期。形成于暖溫帶、溫帶和寒溫帶半濕潤條件下。易溶鹽類淋失盡,碳酸根也基本淋失。標志元素是H、Al、Fe、Si,標志化合物為Al2O3、氧化鐵和SiO2等。Fe從硅酸鹽礦物中分離出來,由低價氧化物變成游離的氫氧化物,風化殼呈褐色或棕色。風化殼中Ca、Mg、K、Na的氧化物含量減少,硅鋁率稍微變小。粘土礦物為2:1型,蛭石和過渡礦物有明顯增加。呈中性或微酸性反應。

富鋁風化殼

處于第四時期。形成于濕潤的熱帶亞熱帶風化作用強烈,元素遷移活躍。硅酸鹽原生礦物基本分解,硅強烈淋失,而Fe、Al、Ti的水化氧化物相對積聚,風化殼呈鮮明的紅色。標志元素是H、Al、Si、Mn、Fe,標志化合物為Al2O3、氧化鐵、SiO2的水合物。風化殼的硅鋁率在2以上,粘土礦物以高嶺石和三水鋁礦為主。呈酸性反應。

漬水風化殼

長期處于淹水還原條件下,Fe、Mn還原,使原來包裹土粒和結構物體表面的膠膜消散,并沿剖面向下移動,發生漬水離鐵作用,并在一定部位出現銹紋和銹斑蟳。標志元素是Fe、Mn,標志化合物是Fe、Mn的化合物。這個類型可以發育在上述各類型的風化殼上。

按氧化還原概念,風化殼可分成氧化系列和還原系列兩類。按物質平衡,風化殼可分成淋溶型(負的)、累積型(正的)和過渡型(對于一些化學元素是正的,而對于另一些化學元素是負的)。按風化殼形成年代,風化殼可分成現代風化殼(第四紀或在冰后期形成)和古風化殼(第四紀前形成)。

風化標志

風化程度:風化殼中巖石的風化程度是因深度而不同的,表層風化程度較深,深處風化程度較淺,以致逐漸過渡到未風化的母巖。

風化殼的厚度:取決于氣候、地形、構造等許多因素。一般說來,在氣候濕熱、地形平坦、構造活動比較穩定的地區,風化作用較強,剝蝕作用較弱,風化殘余物質易于保存,故風化殼厚度較大。在相反的條件下,風化殼厚度就較小,以至為零。

時期:風化殼分為現代的和古代的,兩者常以第三紀作為劃分界限。由于保存條件的限制,古風化殼大都已殘缺不全了。另外,古風化殼由于已經經歷了成巖作用及后生作用的變化,它們已與現代的風化殼有很大的不同,它們實際上已經算是沒有經過搬運的沉積巖了。古風化殼有很大的地質意義和經濟意義,因為它是地殼上升、沉積間接、不整合的重要的標志,是古氣候、古地理分析的重要依據,其中常蘊藏著一些重要的金屬和非金屬礦床(如高嶺石礦、鋁礬土鐵礦、鎳礦等),在古風化殼中或其下帶可以形成油氣藏,如潛山油氣藏。

風化殼垂直分帶:土壤層、殘積層、半風化層。

參考資料 >

北戴河紅色風化殼地球化學特征及氣候環境意義.www.cqvip.com.2009-11-26

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