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珠江流域碳酸盐岩与硅酸盐岩风化对大气CO_2汇的效应 总被引：6，自引：0，他引：6
对珠江流域11个测站的河水1个水文年4次取样进行水化学和同位素测试分析,揭示无论是碳酸盐岩区还是硅酸盐岩区,岩石风化均使河流的离子成分以HCO3-、Ca2+、Mg2+为主,碳酸盐岩风化溶蚀速率和由碳酸盐岩风化溶蚀引起的大气CO2消耗量分别为27.60 mm/ka和540.21x103mol/(km2·a-1),是硅酸盐岩风化速率和由硅酸盐岩风化引起的大气CO2消耗量的10.8倍和6.7倍,说明碳酸盐岩风化是流域碳汇过程及效应的主体。由于有利的水热条件和高的碳酸盐岩面积比例,珠江流域平均岩石风化速率和由岩石风化作用引起的大气CO2消耗量分别为30.15mm/ka和620.36×103mol/(km2·a-1),为全球60条河流平均值的2.6倍。 相似文献
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广西区内139个主要风化矿床(点)中有近4成集中分布于中酸性岩浆岩风化区。新近纪以来新构造运动活跃,东亚季风盛行产生了湿热气候,致使近2.0×105 km 2不同时代、不同岩性的中酸性岩浆岩广泛出露并遭受强烈风化,大面积的厚层风化壳在低山丘陵地貌景观区得以保存,这为风化矿床的发育提供了得天独厚的气候、地质、构造和地貌等条件。广西中酸性岩浆岩风化作用形成的矿床主要包括残积型(以钛铁砂矿为代表)、淋积型(以离子吸附型稀土矿为代表)和残余型(以高岭土矿和膨润土矿为代表)三个类型。这些不同类型的风化矿床在成矿条件上表现出显著的母岩专属性和风化环境偏在性,二者联合约束了风化矿床的成矿作用及成矿类型。风化过程中复杂的水岩反应(淋积作用、残积作用和残余作用)是导致中酸性岩浆岩风化形成各类矿床的内在机制。 相似文献
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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。 相似文献
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微生物对碳酸盐岩的风化作用 总被引：7，自引：0，他引：7
微生物-矿物相互作用可以促进许多表生生物地球化学反应过程,是表生地球化学研究的重要内容。通过综合岩石表面的微生物类群及其地质作用,分析碳酸盐岩微生物风化的各种现象,特别是微观尺度上的各种形态,阐述碳酸盐岩的微生物风化机制与风化产物,笔者提出微生物对碳酸盐岩风化的4种途径:(1)通过微生物在岩石表面和缝隙中生长,导致岩石表层发生生物溶蚀、生物磨蚀和生物钻孔作用,加速岩石风化进程;(2)微生物群体形成的钻孔网络可以增强岩石化学溶蚀的有效表面积并导致其表面强度减弱而促进机械侵蚀作用,微生物对周围岩石颗粒胶结结构的破坏、疏松作用也会导致岩石矿物颗粒的分解;(3)微生物的持水作用,微生物分泌的有机酸以及微生物呼吸所释放的CO2对岩表水分的酸化过程亦加速岩石矿物的分解;(4)微生物生长过程中从岩石内摄取营养元素和产生复杂的有机配体,能促进矿物元素的释放。文中提出在开展微生物对碳酸盐岩风化过程和机理研究的基础上,有必要引入微生物生物技术来综合开发本地低品位含钾磷矿产资源,加速岩溶地区山地土壤的形成与演化。 相似文献
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文章选择深圳市的亚热带典型小流域作为研究对象,通过定期采集流域内降水、泉水、岩石及风化残积土样品,分析所有样品的常量元素和微量元素,探讨流域水体的化学成分组成和主要成分来源以及岩石化学风化程度和风化趋势,结合流域水文气象数据估算了花岗岩化学风化速率及CO2消耗速率。结果表明,研究区地下水化学类型为HCO3-Na型,主要受控于硅酸盐矿物的风化溶解作用和阳离子交换作用。花岗岩的化学蚀变指数（CIA）为47.15~57.47,残积土的CIA为59.24~82.71。A-CN-K三角图指示风化初期Na,Ca活泼性元素流失,风化中后期K元素流失,Al元素逐渐富集。花岗岩的平均化学风化速率为14.40 m/Myr。岩性、离子径流通量和气候条件的不同可能是造成化学风化速率差异的主要原因。大气酸沉降对岩石风化的贡献约占总化学风化量的11.73%。研究区平均CO2消耗速率为0.59×106 mol/(km2 yr),酸雨使得岩石在风化过程中对大气/土壤中CO2的消耗减少。 相似文献
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Statistical empirical index of chemical weathering in igneous rocks: A new tool for evaluating the degree of weathering 总被引：6，自引：0，他引：6
Chemical weathering indices are useful tools in characterizing weathering profiles and determining the extent of weathering. However, the predictive performance of the conventional indices is critically dependent on the composition of the unweathered parent rock. To overcome this limitation, the present paper introduces an alternative statistical empirical index of chemical weathering that is extracted by the principal component analysis (PCA) of a large dataset derived from unweathered igneous rocks and their weathering profiles. The PCA analysis yields two principal components (PC1 and PC2), which capture 39.23% and 35.17% of total variability, respectively. The extent of weathering is reflected by variation along PC1, primarily due to the loss of Na2O and CaO during weathering. In contrast, PC2 is the direction along which the projections of unweathered felsic, intermediate and mafic igneous rocks appear to be best discriminated; therefore, PC1 and PC2 represent independent latent variables that correspond to the extent of weathering and the chemistry of the unweathered parent rock. Subsequently, PC1 and PC2 were then mapped onto a ternary diagram (MFW diagram). The M and F vertices characterize mafic and felsic rock source, respectively, while the W vertex identifies the degree of weathering of these sources, independent of the chemistry of the unweathered parent rock.
The W index has a number of significant properties that are not found in conventional weathering indices. First, the W index is sensitive to chemical changes that occur during weathering because it is based on eight major oxides, whereas most conventional indices are defined by between two and four oxides. Second, the W index provides robust results even for highly weathered sesquioxide-rich samples. Third, the W index is applicable to a wide range of felsic, intermediate and mafic igneous rock types. Finally, the MFW diagram is expected to facilitate provenance analysis of sedimentary rocks by identifying their weathering trends and thereby enabling a backward estimate of the composition of the unweathered source rock. 相似文献
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流域的岩石化学风化过程是全球碳循环中的重要环节。近年来流域水化学碳汇通量估算已越来越多地关注到外源水(硅酸盐风化)及外源酸对全球碳循环的影响。文章选取万华岩地下河流域为研究区,流域硅酸盐岩和碳酸盐岩分布面积占比为64%和36%,于2017年对洞口进行为期一年的取样监测,并分别于4月和9月对万华岩地下河系统内13个水点的离子组成进行监测,利用水化学平衡法和Galy模型,对流域岩石化学风化速率和CO2消耗通量进行了计算,对万华岩地下河系统的岩石风化和碳循环过程进行了分析。结果表明,万华岩地下河系统岩石风化消耗CO2的速率为31.02 t·(km2·a)-1;以碳酸岩风化为主,其风化速率为硅酸盐溶蚀的20倍;流域内碳酸盐岩风化对CO2消耗量占到整个流域的92.16%;不同岩石风化类型对碳通量的贡献率以碳酸溶解碳酸盐岩最大,为87.06%;流域上游的外源水对岩溶碳汇具有巨大的促进作用,外源水汇入后碳酸盐岩碳汇速率可以达到无外源水汇入流域的2倍;硫酸溶解碳酸盐岩次之,为9.24%;碳酸风化硅酸盐岩最小,为3.7%,在计算流域碳汇量的时候应将硫酸参与岩石风化的影响去除。 相似文献
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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... 相似文献
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岩体化学风化的非连续性及其科学意义 总被引：5，自引：0，他引：5
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。 相似文献
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红山嘴油田是准噶尔盆地典型的风化壳型油藏,具有广阔的勘探前景。利用宏微观岩矿分析、地球物理、地球化学等多种实验分析手段,对红山嘴地区火成岩岩石学特征、结构发育特征及控制因素开展综合研究,结果表明:(1)红山嘴地区发育侵入岩、次火山岩、火山熔岩、火山碎屑熔岩、火山碎屑岩和沉火山碎屑岩等6大类火成岩,其中安山岩和凝灰岩最为发育;(2)火成岩储集空间组合包括原生气孔—溶蚀孔—Ⅰ级裂缝型、溶蚀孔—Ⅰ/Ⅱ级裂缝型、Ⅲ级裂缝型和Ⅳ级裂缝型4类,Ⅰ—Ⅳ类储层物性依次变差;(3)风化壳自上而下发育水解带、淋蚀带、崩解Ⅰ带、崩解Ⅱ带、母岩带5个分带,顶部水解带风化强,多被分解成致密的泥土层,可作盖层,而淋蚀带和崩解Ⅰ带是风化淋蚀改造较好区,储层物性最好;(4)不同油气产能井与风化壳结构具有很好的对应关系,可为风化壳型火成岩油藏优势区带划分和产能预测提供指导。 相似文献
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董兆祥 《吉林大学学报(地球科学版)》1987,(1)
针对风化岩体仍无理想的定量分带方法这一研究现状与工程建筑需要的矛盾,提出了对能够检测工程环境岩体风化程度的各种物理力学、矿物学和声学指标进行方差分析和特殊的“动态方差分析”方法,可对岩体风化带的划分进行定量评价,达到某一试验结果下的最佳分带效果。还结合应用实例讨论了不同地质条件下分带计算过程的相应变化和应用效果。最后指出,工程岩体分类亦可借鉴本文的研究方法。 相似文献
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发育完整的灰岩风化壳及其矿物学和地球化学特征 总被引：25，自引：5，他引：20
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。 相似文献
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Major element compositions of 36 bulk samples and 41 clay samples, which were obtained from 47 topsoils collected in monsoonal eastern China, were investigated with conventional wet chemistry and X-ray fluorescence (XRF) spectrometry, respectively. Based on major element analyses, the mobility of major elements and latitudinal distributions of SiO2/Al2O3 ratio, chemical index of alteration (CIA), chemical index of weathering (CIW) and weathering index of Parker (WIP) were analyzed. Meanwhile, the suitability of these chemical weathering indices to topsoils in monsoonal eastern China and its controls were discussed.These investigations indicate that Na, K, Ca, Mg, and Si are relatively depleted, while Mn, P, Fe and Ti are relatively enriched in topsoils of the study area by comparison with their contents in the upper continent crust (UCC), and that alkali metal (Na, K) and alkaline earth metal (Ca, Mg) elements are generally easier to be depleted from their parent materials than other major elements during chemical weathering. The latitudinal distributions of CIA, CIW and WIP show that they are suitable to both bulk and clay samples, but SiO2/Al2O3 is only suitable to clay samples, not suitable in bulk ones. All these investigations indicate a significant dependence of grain-size in major element abundance and latitudinal distributions of SiO2/Al2O3, CIA, CIW and WIP, but parent rock type has little effect on them, except its impact on the latitudinal distribution of WIP in clay samples. The significant grain-size dependence probably indicates the presence of unaltered minerals in bulk samples, thus we suggest that clay samples are more suitable to investigating chemical weathering of sediments on continents than bulk samples. The trivial effect of parent rock type probably indicates a relatively uniform chemical weathering on various parent rocks. Correlation analyses indicate that climate is the dominant control of chemical weathering of topsoils in the study area, and the significant latitude effect indicated by the spatial distributions of chemical weathering indices actually reflect the climate control on chemical weathering of topsoils.Chemical weathering indices actually reflect the integrated weathering history in the study area. Besides the dominant control of climate, other factors like tectonics, parent rock, biology, landform and soil depth and age might also have some effect on the chemical weathering of topsoils in the study area, which needs further research. 相似文献
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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 总被引：1，自引：0，他引：1
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。 相似文献
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Cosmogenic nuclide methods for measuring long-term rates of physical erosion and chemical weathering
James W. Kirchner Clifford S. Riebe Kenneth L. Ferrier Robert C. Finkel 《Journal of Geochemical Exploration》2006,88(1-3):296
Understanding the evolution of geochemical and geomorphic systems requires measurements of long-term rates of physical erosion and chemical weathering. Erosion and weathering rates have traditionally been estimated from measurements of sediment and solute fluxes in streams. However, modern sediment and solute fluxes are often decoupled from long-term rates of erosion and weathering, due to storage or re-mobilization of sediment and solutes upstream from the sampling point. Recently, cosmogenic nuclides such as 10Be and 26Al have become important new tools for measuring long-term rates of physical erosion and chemical weathering. Cosmogenic nuclides can be used to infer the total denudation flux (the sum of the rates of physical erosion and chemical weathering) in actively eroding terrain. Here we review recent work showing how this total denudation flux can be partitioned into its physical and chemical components, using the enrichment of insoluble tracers (such as Zr) in regolith relative to parent rock. By combining cosmogenic nuclide measurements with the bulk elemental composition of rock and soil, geochemists can measure rates of physical erosion and chemical weathering over 1000- to 10,000-year time scales. 相似文献
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Rock surface weathering, as reflected by rock surface hardness and roughness, was measured at six mountains along an east-west transect across southern Norway. At most sites the results show significant differences in rock surface weathering across the autochthonous blockfield boundary, suggesting that the areas above the boundary have been exposed to subaerial weathering for a considerably longer time span that the areas below. The results are interpreted as reflecting the surface profile of an asymmetric, west-centred, low-gradient ice sheet. 相似文献