影響巖石風化作用的因素

風化作用的速度主要取決于自然地理條件和組成巖石的礦物性質(zhì)。 一、氣候條件 氣候寒冷或干燥地區(qū)，生物稀少，寒冷地區(qū)降水以固態(tài)形式為主，干旱區(qū)降水很少。以物理風化作用為主，化學和生物風化為次。巖石破碎，但很少有化學風化形成的粘土礦物，以生物風化為主形成的土壤也很薄。 氣候潮濕炎熱地區(qū)，降水量大，生物繁茂，生物的新陳代謝和尸體分解過程產(chǎn)生的大量有機酸，具有較強的腐蝕能力，故化學風化和生物風化都十分強烈，形成大量粘土，在有利的條件下可形成殘積礦床?？尚纬奢^厚的土壤層。 二、地形條件 地形影響氣候，間接影響風化作用；另一方面，陡坡上，地下水位低，生物較少，以物理風化為主. 地勢平坦，受生物影響較大，化學風化作用為主。 三、巖石性質(zhì) 1. 成分 (1)巖漿巖比變質(zhì)巖和沉積巖易于風化。巖漿形成于高溫高壓，礦物質(zhì)種類多(內(nèi)部礦物抗風化能力差異大). (2) 巖漿巖中基性巖比酸性巖易于風化，基性巖中暗色礦物較多，顏色深，易于吸熱、散熱. (3) 沉積巖易溶巖石(如石膏、碳酸鹽類等巖石)比其它沉積巖易于風化. 差異風化：在相同的條件下，不同礦物組成的巖塊由于風化速度不等，巖石表面凹凸不平； 或由不同巖性組成的巖層，抗風化能力弱的巖層形成相互平行的溝槽，砂巖、頁巖互層，頁巖呈溝槽。通過差異風化，我們可以確定巖層產(chǎn)狀。 2. 巖石的結(jié)構構造 (1) 巖石結(jié)構較疏松的易于風化； (2) 不等粒易于風化，粒度粗者較細者易于風化； (3) 構造破碎帶易于風化，往往形成洼地或溝谷。 球形風化： 在節(jié)理發(fā)育的厚層砂巖或塊狀巖漿巖中，巖石常被風化成球形或橢圓形，這種現(xiàn)象叫做球形風化，它是物理風化為和化學風化聯(lián)合作用的結(jié)果。 球形風化的主要條件有：(1)巖石具厚層或塊狀構造；(2) 發(fā)育幾組交叉裂隙；(3)巖石難于溶解；(4)巖石主要為等粒結(jié)構。 被三組以上裂隙切割出來的巖塊，外部棱角明顯，在風化作用過程中，棱角首先被風化，最后成球狀。影響巖石硬度的因素也可分為自然因素和工藝因素兩大類： （1）巖石中石英及其他堅硬礦物或碎屑含量愈多，膠結(jié)物的硬度越大，巖石的顆粒越細，結(jié)構越致密，則巖石的硬度越大。而孔隙度高，密度低，裂隙發(fā)育的巖石硬度將會降低。 （2）巖石的硬度具有明顯的各向異性。但層理對巖石硬度的影響正好與對巖石強度的影響相反。垂直于層理方向的硬度值最小，平行于層理的硬度最大，兩者之間可相差1.051.8倍。巖石硬度的各向異性可以很好地解釋鉆孔彎曲的原因和規(guī)律，并可利用這一現(xiàn)象來實施定向鉆進。 （3）在各向均勻壓縮的條件下，巖石的硬度增加。在常壓下硬度越低的巖石，隨著圍壓增大，其硬度值增長越快。 （4）一般而言，隨著加載速度增加，將導致巖石的塑性系數(shù)降低，硬度增加。但當沖擊速度小于10m/s時，硬度變化不大。加載速度對低強度、高塑性及多孔隙巖石硬度的影響更顯著。 在測量巖石硬度的過程中，應注意區(qū)分造巖礦物顆粒的硬度和巖石的組合硬度。前者主要影響鉆掘工具的壽命，而后者則對鉆進中的機械鉆速起重大影響。三、影響風化作用的因素 影響風化作用的因素主要有氣候、植被、地形和巖石特征等方面。 （一）氣候和植被 氣候因素包括溫度、降雨量和濕度，它們是控制風化作用的重要因素。 溫度一方面通過控制化學反應速度來控制化學風化作用的進行，另一方面又直接影響物理風化作用，如溫差風化、冰劈作用。降雨量和濕度則是通過介質(zhì)的溫度變化、水溶液成分的變化、植被的生長來影響物理、化學和生物的風化作用。 在地表的不同氣候帶，氣候條件相差很大。在兩極及高寒地區(qū)，氣溫低，植被稀少，地表水以固態(tài)的形式存在為主，所以在該地區(qū)以物理風化作用為主，尤以冰劈作用盛行為特征，而化學風化作用和生物風化作用很弱。在干旱的沙漠地帶，植被稀少，氣溫日、月變化大，降雨量少，空氣干燥，所以化學風化作用和生物風化作用非常之弱，而以物理風化作用為主，如溫差風化、鹽類的結(jié)晶和潮解作用是這些地區(qū)風化作用的主要形式。在低緯度的炎熱潮濕氣候區(qū)，雨量充沛，植被茂盛，溫度高，空氣潮濕，所以化學反應的速度較快，故化學風化作用和生物風化作用顯著，風化作用的深度往往達數(shù)米。如果這些地區(qū)氣候在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定，巖石的分解作用便能向縱深方向發(fā)展，形成巨厚的風化產(chǎn)物。這種氣候條件也是形成風化礦產(chǎn)鋁土礦最有利的條件。 植被對風化作用的影響表現(xiàn)在兩個方面：一方面直接影響生物的風化作用，埴被茂盛生物風化作用強烈，而植被稀少的地方生物風化作用就弱；另一方面又間接地影響物理風化作用和化學風化作用過程。巖石表面長滿植物，減少了巖石與空氣的直接接觸，降低了巖石表面的溫差變化，消弱了物理風化作用。但植被的茂盛卻帶來了更多的有機酸和腐殖質(zhì)，使周圍環(huán)境中水溶液更具有腐蝕能力，從而又加速了化學風化作用的進程。實際上植被對風化作用的影響與氣候條件是分不開的，氣候潮濕炎熱，植被茂盛；而干旱、寒冷，植被稀少。 氣候和植被對土壤的影響最為顯著，不同的氣候帶都有其典型的土壤類型，當氣候條件發(fā)生改變時，土壤類型也隨之發(fā)生改變，因此有人把土壤稱為“氣候的函數(shù)”。如在寒冷潮濕的苔原氣候帶常形成冰沼土，在熱帶和溫帶的荒漠地區(qū)形成荒漠土，在溫帶落葉闊葉森地區(qū)形成棕壤和褐土。 （二）地形 地形條件包括三個方面：一是地勢的高度，二是地勢起伏，三是山坡的方向。 地勢的高度影響氣候的局部變化，中低緯度的高山區(qū)具有明顯的氣候垂直分帶，山腳氣候炎熱，而山頂氣候寒冷，植被特征也不一樣，因而影響風化作用的類型和速度。在我國云南的大部分地區(qū)這種現(xiàn)象很明顯。 地勢的陡緩影響到地下水位、植被發(fā)育及風化產(chǎn)物的保存，因而也影響風化作用的進行。地勢較陡的地區(qū)，地下水位低、植被較少，風化產(chǎn)物不易保存，使基巖不斷裸露，從而加速了風化作用的進行。 陽坡、陰坡的風化作用類型和強度也不一樣。陽坡日照時間長，濕度較高，植被較多，所以風化作用較強烈。如喜馬拉雅山南坡面臨印度洋，氣候炎熱、潮濕，化學和生物風化作用很強烈，而北坡干、冷，主要發(fā)育物理風化作用。（三）巖石特征 巖石特征對風化作用的影響包括巖石的成分、結(jié)構、構造和裂隙。 巖石成分 不同的礦物具有不同的抗風化能力，那么由不同礦物組成的巖石其抗風化能力也就不同。如由橄欖石、輝石、長石等組成的巖漿巖容易風化，而由石英砂顆組成的沉積巖抗風化能力就很強。因此，抗風化能力較弱的礦物組成的巖石被風化后而形成凹坑，而抗風化能力強的組分相對凸出，在巖石表面就出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象，這稱差異風化作用。 巖石的結(jié)構、構造 組成巖石的礦物粒徑、分布特征、膠結(jié)程度及層理對風化作用的速度和強度都有明顯的影響。在其它條件相同的情況下，由細粒、等粒礦物組成及膠結(jié)好的巖石抗風化能力較強，風化速度較慢。 裂隙 巖石的裂隙發(fā)育使巖石與水溶液、空氣的接觸面積增大，增強水溶液的流通性，從而促進風化作用的進行。如果一些巖石的礦物分布均勻，如砂巖、花崗巖、玄武巖等，并發(fā)育有三組近于互相垂直的裂隙，把巖石切成許多大小不等的立方形巖塊，在巖塊的棱和角處自由表面積大，易受溫度、水溶液、氣體等因素的作用而風化破壞掉，經(jīng)一段時間風化后，巖塊的棱、角消失，在巖石的表面形成大大小小的球體或橢球體，這種現(xiàn)象稱球形風化作用。 研究風化作用具有很重要的意義。在風化作用過程中，一些難溶的元素或物質(zhì)在原地及其附近堆積起來可富集成有用的礦產(chǎn)，如鐵礦、鋁土礦、鎳礦等。據(jù)目前的資料統(tǒng)計，與風化作用有關的鋁土礦占世界總儲量的85；風化作用還可形成一些找礦志如“鐵帽”等。研究古風化殼對了解一個區(qū)域的地殼發(fā)展歷史很重要，因古風化殼代表了較長時間的陸上環(huán)境，反映了地殼的一次上升運動。土壤是氣