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风化壳的形成过程中化学风化因素尤为重要，江西相山响石风化壳不同部位遭受的风化程度不一。为了解风化作用对不同风化部位中微量元素的迁移影响，本文以江西相山风化壳中风化土样、风化球体及基岩为研究对象开展地球化学分析。微量元素方面，以Rb、Sr、Ba、Cs为代表的活动性元素，随着风化作用的进行，逐步从寄主矿物中淋失，风化土样、风化球体与基岩的元素含量表现出明显差异；过渡系金属Sc、V、Cr的含量变化差别不大，被有效地保留；风化土样与风化球体和基岩均富集Rb、Th、U、Nb、Ce、Nd、Hf、Ti、Yb，风化土样与风化球体和基岩具有较为一致的分布趋势；Th、U的分布与其自身性质有关，基岩与风化球体和风化土样三者在风化过程中Th含量基本保持不变，U含量出现一定差异；相山风化壳中不同部位风化程度不一，微量元素的地球化学特征不一。 相似文献
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贵州碳酸盐岩风化壳主元素、微量元素及稀土元素的地球化学特征 总被引：5，自引：0，他引：5
《地球化学》2015,(4)
选取贵州高原喀斯特地区的典型碳酸盐岩原生风化剖面为研究对象,研究主元素、微量元素及稀土元素在风化壳的迁移转化及其分布规律特征,为解释碳酸盐岩风化壳元素的地球化学变化提供依据。结果显示,从上陆壳标准化蛛网图可知,Pb、Co在剖面富集,而Na、K、Cr、Rb、Sr和Ba则亏损。风化壳∑REE的变化范围为167.4~1814.2μg/g,稀土元素从剖面下部往上逐渐减少,剖面中上部LREE比HREE淋滤程度大。稀土元素球粒陨石标准化后Ce正负异常,Eu轻微负异常。以风化前缘为分界,在风化前缘以下的土层,Ce负异常,风化前缘以上的土层,Ce正异常。此外,在风化壳岩土界面附近存在一个明显且突变的碱性障,岩土界面土样的元素含量较岩粉平均增加了21倍。我们的研究显示,风化剖面主元素和微量元素的变化波动特征较为一致,说明主元素和微量元素在风化过程中的地球化学行为较为一致。铁壳层中稀土元素的含量最低,与上陆壳稀土元素十分相近,为研究上陆壳与碳酸盐岩铁壳层之间的相互联系起到了一定的借鉴作用。 相似文献
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酸不溶物对碳酸盐岩风化壳发育程度的影响 总被引：3，自引：0，他引：3
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。 相似文献
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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 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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碳酸盐岩风化壳岩-土界面风化作用机制——淋溶模拟实验的初步研究 总被引：1，自引：0，他引：1
碳酸盐岩风化壳通常呈现出清晰突变的岩-土界面,成为直接利用野外地质剖面的发育特征探索碳酸盐岩风化作用过程的障碍。本文选择贵州中部及湘西的4条典型碳酸盐岩原位风化壳的岩-土界面作为研究对象,模拟干热风化条件(即气候温暖或炎热、排水条件良好的风化状态),在24～29.5℃的环境温度下,利用饱和CO2水对各剖面岩粉层样柱开展了系统的淋溶实验研究(淋溶终点以碳酸盐完全溶蚀为标志)。通过对淋出液中主要造岩元素和淋溶残余物的动态取样分析,初步揭示了碳酸盐岩风化壳岩-土界面的风化作用机制。结果表明:①碳酸盐岩风化壳岩-土界面风化过程中,碳酸盐的溶蚀和酸不溶物的分解是同步进行的,在碳酸盐淋溶伊始,酸不溶物已表现出明显的风化倾向;②排水条件良好的风化环境下,由硅酸盐等酸不溶物组分分解溶出的盐基离子及Si等元素更易随风化溶液淋失,使得在风化残余物中难以形成蒙脱石、伊利石、高岭石等自生粘土矿物。酸不溶物相的其他造岩元素中,Ti和Al为惰性元素,Fe为弱迁移元素,Mn和P表现出明显的活性;③碳酸盐岩岩粉层的水-岩作用过程中,当碳酸盐含量对水-岩反应而言过量时,碳酸盐的溶蚀强度主要受岩粉层质地的制约。粒度粗,渗透性强,水-岩作用时间短,碳酸盐的溶蚀量低,反之亦然。而酸不溶物组分对于水-岩反应而言,在整个淋溶周期内都是不足的,其含量成为制约水-岩反应强度的主要因素。 相似文献
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描述了吉林东部花岗岩风化壳的特征。研究了花岗岩风化过程中主要造岩矿物的变化特点;建立了主要造岩矿物的风化序列。研究了主量元素、微量元素及稀土元素的地球化学行为;探讨了影响风化过程中元素行为的主要因素。计算了风化速率。 相似文献
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风化壳研究的现状与展望 总被引：26，自引：1，他引：25
风化壳是岩石圈、大气圈以及水圈、生物圈之间相互作用的界面,能够直接记录地球多圈层演化的信息。利用风化壳的地带性规律重建古环境是地貌学研究的传统内容之一。近年来,单晶矿物激光^40Ar/^39Ar测年技术、“双面”模式以及古地磁法等在风化壳研究中的成功应用,在理论和技术上为恢复大陆剥蚀区高分辨率的环境演变历史创造了条件。利用风化年代学、风化地层学、古地磁学和地球化学等方法对风化壳进行综合研究,不仅可以建立剥蚀区的环境演变序列,为风化期次（事件）与其他全球性构造－气候事件的对比提供了广阔的前景;而且可以用于化学风化（强度和速度）的准确量化,有利于深入理解构造－剥蚀－风化－气候之间相互作用的反馈机制和正确评估人类活动对未来气候的影响能力。 相似文献
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以山东蓬莱城西史家沟的西山火山碎屑岩风化壳为研究对象,系统采集样品,并测试了微量元素、主量元素、稀土元素以及黏土矿物等指标,揭示了西山火山碎屑岩风化壳的元素地球化学特征,讨论了风化壳的形成年代及其气候条件。史家沟火山碎屑岩风化壳源自基性-超基性玻屑凝灰岩母岩,CIA平均值为92.3,总体上处于为强度风化水平,K、Na、Ca和Mg等元素淋失殆尽,出现了脱硅富铝铁现象,为轻稀土富集型风化壳。西山火山碎屑岩风化壳可分为两个喷发旋回,大致以200 cm为界限,在此以下第一旋回,以上为第二旋回。第一旋回的CIA介于94.0~97.2之间,V、Rb、Sb、Mo、Li和Ga等微量元素出现淋失,在213 cm处并出现了?REE、?LREE和?HREE的峰值、Ce的负异常,蒙脱石化彻底,风化壳呈现灰白色。第二旋回的CIA在86.3~89.2之间,风化程度较第一旋回稍低,微量元素和稀土元素垂直变化较小,蒙脱石化并不完全彻底,仍残留长石、赤铁矿和石英等原生矿物,因而仍然呈现红色或淡红色。西山火山碎屑岩风化壳形成于中新世末到上新世,为温暖湿润的亚热带环境;中新世后的气候趋冷造成了两个旋回风化程度和元素地球化学特征的差异。 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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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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碳酸盐岩差异性风化成土特征及其对石漠化形成的影响 总被引：35，自引：0，他引：35
碳酸盐岩极低的酸不溶物含量使岩石风化产生的残积土壤物质数量极少，并产生巨大的体积缩小，促使早期形成的残积土在重力作用下不断向下塌陷。显著的差异性风化使基岩面强烈起伏，甚至形成大量的岩溶尘洼地、裂隙、地下管道、洞穴系统等。在重力和水的作用下，土粒沿垂直和水平方向上经微距离或短距离搬运到上述低洼或地下空间中，甚至由地下河带到更远的地方，这是碳酸盐岩地区土壤丢失的重要方式，也是形成石漠化最主要的地质因素。土壤在地表分布高度不均匀，是碳酸盐岩地区的地表少土的重要原因。对于酸不溶物含量相当的石灰岩和白云岩而言，由于白云岩的差异性风化明显弱于石灰岩，以及受各种应力作用后，白云岩形成的节理及裂隙密集而均匀，从而提高了近地表白云岩的含水能力，延长了风化过程中的水－岩反应时间，使风化作用可以相对集中于地表或近地表进行，有利于岩石的整体风化作用的进行，同时使白云岩风化壳基岩面起伏相对较小，风化残积形成的土壤分布也相对均匀。因此，白云岩区地表土层较厚，石漠化程度也稍弱于灰岩区。 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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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 总被引：26，自引：4，他引：26
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。 相似文献
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岩石矿物的微生物风化是地球表层系统最为活跃和普遍发生的地质营力之一。微生物对含钾岩石(以硅酸盐矿物为主)的风化能够释放其中的钾、硅和钙等元素,并在合适的环境条件下促进矿物元素的碳酸化沉淀,这是地表元素地球化学循环的重要环节之一。微生物对岩石的生物转化作用既涉及微生物的生长繁殖和代谢调控,也与元素的迁移转化和次生矿物的演化序列有关,具有重要研究价值。采用矿物学、微生物学和分子生物学等相结合的研究方法,有助于系统地研究微生物促进含钾硅酸盐矿物的风化并耦联碳酸化过程及其分子调控机制。研究证实,在纯培养条件下,微生物风化含钾矿物主要采用酸解、螯合、氧化还原等多种方式的协同作用,并可通过调控相关功能基因的表达来响应缺钾的环境以实现其对含钾矿物的有效风化,显然这有赖于微生物通过长期进化而形成的精细的分子调控机制。在土壤生态环境中,微生物对矿物风化的显著特征是该生态环境中微生物群落协同互作的群体作用效应。微生物碳酸酐酶参与的硅酸盐矿物风化伴随碳酸盐矿物的形成过程可能是个长期被忽视的地表碳增汇过程,对该问题的深入探索有助于进一步理解地质演化历史中微生物对碳素迁移转化的驱动机制。加入含钾硅酸盐矿粉的有机肥已经显示出其在土壤改良、作物生长和增加土壤碳汇等方面的正面应用效果,这为利用硅酸盐矿物的生物风化作用来延缓大气CO2浓度的持续升高提供了新的思路。介绍了有关微生物对含钾岩石生物转化释放钾素的分子机理及其碳汇效应方面的研究进展,以期抛砖引玉,推动该领域研究的快速发展。 相似文献
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碳酸盐岩的H2CO3溶蚀产生岩溶碳汇,占整个岩石风化碳汇的 94%。西南岩溶区硫酸型酸雨严重,硫酸型酸雨广泛参与碳酸盐岩的溶蚀。H2SO4参与的碳酸盐岩风化是一个大气CO2净释放过程,具有减汇作用巨大。另一方面,岩溶区石灰土壤和地下水具有较高的pH值及盐基饱和度,对H+有巨大的缓冲作用,大气酸沉降在碳酸盐岩地区可能并不会造成地下水的HCO3-和pH降低;相反,较高浓度的SO42-所产生的盐效应和SO2-4与各种阳离子形成的离子对会增大方解石、白云石溶解度,可增强H2CO3对碳酸盐的溶蚀,这可能会使岩溶作用产生更大的碳汇效应。因此,硫酸型酸雨参与碳酸盐岩风化的减汇效应不仅可能被高估,硫酸型酸雨还可能增强碳酸盐岩的H2CO3溶蚀,具有增加岩溶碳汇效应的作用。应结合石灰土壤对大气酸沉降的缓冲容量和阈值及大气酸沉降的H+与土壤中盐基离子的交换量,并综合考虑盐效应、离子对作用、同离子效应,客观评价硫酸型酸雨流经石灰土壤层后对碳酸盐岩溶蚀吸收大气/土壤CO2的影响 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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云南维西花岗岩地区水文地球化学特征及形成机制研究 总被引：8，自引：1，他引：8
基于矿物风化分析,以典型花岗岩地区云南维西为例,对该地区2005年8月地下水和河水水化学性质(pH、Ca2 、Mg2 、K 、Na 、Cl-、HCO3-、SO42-)进行了观测,在Piper图上分析了花岗岩地区水文地球化学特征,并利用主成分分析法探讨了其形成机制。研究认为,在野外调查基础上可将云南维西地区地下水分为6类:花岗岩孔隙水、浅部裂隙水、矿带影响的浅部裂隙水、深部构造裂隙水、花岗岩与灰岩接触带水、花岗岩与第四系堆积物接触带水。利用主成分分析法可以提取影响这6类水的3项公因子:Y1(反映钙长石、黑云母、黄铁矿风化)、Y2(反映水循环深度)、Y3(反映钠长石、钾长石溶滤作用)。地下水和河水公因子得分图分析表明:(1)全风化带孔隙水长石、黑云母溶滤作用弱,而且几乎没有黄铁矿氧化作用;(2)浅部裂隙水和花岗岩与第四系堆积物接触带水两者埋深差不多,但后者因水岩接触面积更大,长石、云母溶滤作用以及黄铁矿氧化作用更强;(3)矿带作用下,浅部裂隙地下水体现一定程度的深部构造裂隙水特征,其钠长石、钾长石风化在所有风化带中最强。因钙长石、黑云母矿物活性相对较弱,其增加幅度不如钾长石、钠长石明显;(4)深部构造裂隙水循环深度大,水岩作用充分,钙长石风化强于其他矿物,钾长石、钠长石因为影响因素多,特别是风化淋滤时间的影响,其风化增强不明显;(5)花岗岩与灰岩接触带水失去花岗岩水特征,更多地表现为灰岩水性质;(6)河水主要离子主要来源于循环较浅的裂隙水、全风化带孔隙水等,循环深度大的地下水贡献小。 相似文献