下篇第一章风化作用与坡地重力地貌.ppt

下篇地貌学 山西五台山 第一章风化作用与坡地重力地貌 人们通常用 海枯石烂不变心 来表示对爱情的忠贞 实际上海会枯 石也会烂 引起石烂的原因就是 风化作用风化后的物质在重力和水等因素作用下 容易顺坡向下运动 形成 坡地重力地貌 Photographfrom 第一节风化作用与风化壳 一 风化作用 一 概念 二 实质地下深处的岩石在出露或接近地表后 为适应地表常温常压的新环境 必然发生的一种变化过程 三 分类通常分为物理风化 化学风化 地质地貌学 下 第一章 34次课 1 物理风化概念 岩石发生物理疏松崩解等机械破坏的过程 一般不引起化学成分的改变 以温度变化为主要影响因素 破坏只使岩石由大块变为小块 再变成细沙 细粉 最后变成岩土 引起物理风化的主要原因有 1 岩石卸荷释重引起的剥离作用 形成于地壳深处的岩石 后来受到地壳抬升 释放了原来受压的应力 由此引起岩体膨胀 当膨胀超过弹性限度 岩石就发生破裂 地质地貌学 下 第一章 34次课 在花岗岩分布地区由于岩石完整 物质均匀 破裂面少 因而这种原因引起的物理风化最常见 岩石卸荷释重引起物理风化PhotographbyPeterL Kresan 花岗岩经物理风化后片状剥落PhotographbyPeterL Kresan 地质地貌学 下 第一章 34次课 2 外来晶体的挤压作用 又称冰劈或冰楔作用 如图 冰辟作用形成过程 存在于岩石裂隙中的水 在气温达到冰点凝固结冰时体积膨胀 使岩石裂隙加宽加深 冰融化时 水沿着扩大了的裂隙向更深处渗入 再次冻结 如此反复 以致把岩石崩解成碎块 冰辟作用在气温常在0 上下变化的亚寒带潮湿地区最显著 地质地貌学 下 第一章 34次课 3 因温度变化引起岩石体积发生膨胀与收缩作用 右图 左边揭示了风化的原因 侧重了温度变化对岩石的破坏作用 右边显示了风化的过程 地质地貌学 下 第一章 34次课 4 生物活动参与下的机械破坏作用 根劈 地下各种动物把地下岩屑带到地表 如图 直接在岩石上打洞 Photographfrom 地质地貌学 下 第一章 34次课 2 化学风化 1 概念位于地表的岩石矿物在水 大气 生物的相互作用下 发生氧化 溶解 水解 水化等一系列化学反应 因而改变了岩石的物理性质和化学成分 甚至形成新的矿物 破坏岩石原来的结构 使岩石疏松甚至逐渐变成松散的土层 2 影响因素 水 地表化学风化过程中最活跃的因素大气 氧气 二氧化碳温度 影响化学风化进行的速度 地质地貌学 下 第一章 34次课 3 分类化学风化分溶解 水解 水化 氧化 碳酸盐化 生物化学风化等 溶解 水对矿物直接溶解作用 增加岩石孔隙 破坏岩石结构 削弱岩石抗风化能力 有利于物理风化作用进行 地质地貌学 下 第一章 34次课 水解 矿物与水发生反应而分解一些弱酸强碱或强酸弱碱的岩类矿物离解 和水中游离的H 和OH 结合产生新矿物 陆壳中的花岗岩分布最广 所以 长石 花岗岩主要成分之一 水解也最普遍 如下式 K2O Al2O3 6SiO2 3H2O Al2O3 2SiO2 2H2O 2KOH 4SiO2正长石固体新矿物液体胶体 地质地貌学 下 第一章 34次课 水化 水与一些不含水的矿物相结合 水参与到矿物晶格中 并改变其分子结构 形成新矿物 如下式 CaSO4 硬石膏 2H2O CaSO4 2H2O 石膏 水化作用的结果是改变矿物物理性质 硬度下降 密度减小 体积增大 有利于物理风化进一步进行 地质地貌学 下 第一章 34次课 碳酸盐化作用 在石灰岩地区最明显 碳酸与岩石中的金属离子发生反应形成碳酸盐化作用 如下式 CaCO3 H2O CO2 Ca HCO3 2方解石重碳酸钙 2KAlSi3O3 2H2O CO2 H4Al2Si2O9 K2CO3 4SiO2正长石固体矿物真溶液胶体 地质地貌学 下 第一章 34次课 氧化作用 氧是强烈的氧化剂 常通过空气和水中的游离氧进行氧化作用 氧化作用随温度上升而加剧 许多变价元素在地下缺氧条件常形成低价元素的矿物 出露地表后 在氧化环境下易氧化为高价元素的新矿物 以适应新环境 易氧化的元素多为金属元素 尤其是铁 地质地貌学 下 第一章 34次课 生物化学风化作用 生物新陈代谢过程中分泌出各种化合物 例如 碳酸 硝酸 有机酸等 它们对岩石起强烈的腐蚀作用 甚至在岩石表面溶蚀成许多根的印痕 生物化学风化中的微生物作用尤为重要 事实上 矿物的氧化 还原作用都是在微生物参与下进行的 地质地貌学 下 第一章 34次课 四 风化作用小结1 风化作用总的结果削弱破坏岩石颗粒间的连接 形成 扩大岩体裂隙 降低断面的粗糙程度 产生次生粘土矿物等 从而降低岩体的强度和稳定性 PhotographbyPeterL Kresan 地质地貌学 下 第一章 34次课 2 各种风化作用关系 1 区别物理风化只机械破坏物理性质 由大变小 不改变化学性质 不产生新矿物 化学风化发生化学反应 改变化学成分 产生新矿物 2 联系物理风化是基础和先导 化学风化反过来促进物理风化的进行和深入 由于岩性 构造 气候 流水等条件不同 同一地点风化程度不完全相同 产生差异风化现象 地质地貌学 下 第一章 34次课 球状风化 球状风化 风化作用无处不在 Photographfrom 34次课 地质地貌学 下 第一章 狮身人面像能保留 4000多年 原因何在 Photographfrom 34次课 地质地貌学 下 第一章 花岗岩块状风化 34次课 地质地貌学 下 第一章 二 风化壳 一 概念风化作用对岩石的破坏首先从地表开始 逐渐向地壳内部深入 正常情况下 愈接近地表的岩石风化程度越深 向深处则风化程度越低 直至过渡到不受风化 新鲜岩石 这样在地壳表层形成一个由风化岩石构成的层 一般称为风化壳 地质地貌学 下 第一章 34次课 二 垂直分带性根据风化程度 风化特征以及其物理力学特性的不同 可将风化壳自上而下划分为4个带 如右图 新鲜未风化的岩层 风化裂隙和块石带 风化碎石带 土壤层 风化土层各风化带之间都是逐步过渡的 没有明显的界线 地质地貌学 下 第一章 34次课 三 发育阶段1 物理风化阶段 有机质少 岩屑型风化壳 2 化学风化阶段 以地表湿热 能彻底风化的花岗岩地区为例 1 早期 硅铝酸盐型及硅铝 碳酸盐型风化壳 硅铝酸盐中的碱金属和碱土金属 钾 钠 钙 镁等 与溶液中的Cl SO42 离子结合 形成氯化物 硫酸盐 氯化物极易被水淋溶带走 常在地表较低处富集 碳酸盐较难溶 常在原地富集 多呈黄 灰黄色 类似黄土状 又称黄土风化壳 地质地貌学 下 第一章 34次课 2 中期 硅铝粘土型风化壳或高岭土型风化壳 风化壳进一步发育 碳酸盐也被大量淋失 甚至一些溶为胶体状的SiO2也开始迁移 硅铝酸盐被分解为高岭土 蒙脱石等粘土矿物残留在原地 含铁质多呈灰色 3 晚期 铁铝型风化壳或砖红壤风化壳 风化作用进行得比较彻底 硅酸盐已全部被分解 可迁移的元素基本都被迁出 仅残留难迁移的铁铝化合物 例如 Al2O3 Fe2O3及耐风化的石英 地质地貌学 下 第一章 34次课 四 影响因素1 气候 控制岩石化学风化作用最普遍最主要的因素 地质地貌学 下 第一章 34次课 2 地貌 1 地面起伏较大 新构造运动较强烈的山区 剥蚀作用较强 残积物易被蚀去 不利风化壳发育 主要残留一些风化碎屑 2 低洼处 是风化碎屑物不断堆积的场所 也不利风化壳的形成和保存 3 准平原 分水岭鞍部及较平坦地区 剥蚀不强 地壳又长期稳定 有可能发育巨厚的残积型风化壳 地质地貌学 下 第一章 34次课 3 岩性和时间 1 不同岩性地区 原地残积的风化壳在结构及新形成的次生矿物成分上都会有显著差异 2 风化作用持续时间长短直接影响风化壳的发育程度 3 不同地区 因自然环境不同 发育的风化壳亦有差别 湿热地区风化较彻底 风化壳剖面较完整 冷干地区风化壳不发育 仅停留在风化早期 剖面也比较简单 地质地貌学 下 第一章 34次课 第二节坡地重力地貌 一 概念坡面上的风化碎屑 不稳定土体 岩体主要在重力并常有水分参与的作用下 以单个落石 碎屑流或整块土体 岩体沿坡向下运动所导致的一系列独特的地貌 由于移动物质多系块体形式 也称块体运动 二 研究意义具有突发性 破坏性大等特点 尤其在山区 加强坡地重力地貌的研究无论对我国还是我省都有十分重要的意义 地质地貌学 下 第一章 35次课 二 分类 一 蠕动 十分缓慢的移动现象 二 崩塌 重力作用 突然 急剧 三 滑坡 重力和水 整体下滑 地质地貌学 下 第一章 35次课 1 崩塌在陡峻山坡上巨大的隆起或鼓起或碎屑层在本身重力作用下突然急剧倾倒 崩塌 在坡角处堆积倒石堆或碎屑流等 如图 PhotographbyPeterL Kresan 地质地貌学 下 第一章 35次课 60多米的山体突然崩塌 近1 5万立方米的石头倾泻而下 掩盖了整条高速公路 最大的石块足足有800立方米 Photographfrom 案例 浙江甬台温高速公路崩塌 地质地貌学 下 第一章 35次课 地质地貌学 下 第一章 2 滑坡坡面上大量土体 岩体或其它碎屑堆积 主要是在重力和水的作用下 沿着一定滑动面整体下滑的现象 35次课 1 滑坡体 2 滑坡壁 3 滑坡台阶 4 滑坡湖 滑坡泉 滑坡洼地 5 滑坡舌 6 醉林 滑坡地貌组合示意图 35次课 地质地貌学 下 第一章 发育阶段 1 蠕动变形阶段 2 剧烈滑动阶段 3 渐趋稳定阶段 35次课 地质地貌学 下 第一章 例湖北清江隔河岩水库茅坪滑坡 Photographfrom 35次课 地质地貌学 下 第一章 Photographfrom http 61 142 127 153 8081 地质地貌学 下 第一章 35次课 35次课 地质地貌学