对贵州红粘土的剖面特征分析及成因的探讨.docx

1、鄂州大学学报JournalofEzhouUniversity对贵州红粘土的剖面特征分析及成因的探讨宋昌隆，赵蕾（玄卅大学资源与环境工程学院，贵州贵阳550025）摘要：红粘土作为特殊上中的一种，其特殊性质是由成分和结构控制，且成分和结构取决于红枯上的成因。为了探讨红粘土的成因从而深入了解其捋殊姓，该文钻合试睑对童州岩溶地区8个红粘上剖面48个样品的常量元素和微量元未作出分析和时比，对红粘土制面粘土矿物特征作出分析。野证了红粘土主妄是在溶蚀-交代作用和红上化作用两个阶段形成，并且与母岩成分、C02含量、气候条件、地形地貌等有关。关锥词：红粘土;成因；溶蚀-交代作用;红土化作用中图分类号：P619

2、.23*!文献标识码：A文宗编号：1008-9004(2015)05-011003贵州省是我国主要的喀斯特地貌分布地区，碳酸盐岩出翼面积占全省岩石出露面积的70%之多，使得覆盖其上的红粘土分布广泛，并且是碳酸盐岩地区重要的建筑材料，也是土层贫乏的碳酸盐岩地区宝贵的土资源。对于红粘土成因的研究，在喀斯特地区环境保护和可持续发展战略中起着重要作用。红粘土作为特殊土中的一种土类，其特殊性质是由成分和结构控制的，而成分和结构取决于成因，所以对其特殊性的研究要从本质一成因入手。红粘土不同于一般土，不能简单的注重搬运与堆积方式，将其分为坡积物、洪积物、残积物等。其成因笈杂，有着与其他土类不同的成土作用环节

3、，不是简单的搬运与堆积所能反映的。对特殊土的研究，特别是红粘土，要从成土过程中各阶段的特征分析及成土的主要作用环节入手，两者相结合，这样才能正确认识和分析特殊土的性质，以便在工程实践中更好的应用。本文结合试验对红牯土剖面的常月元素和微母元素作出分析和对比研究，对红粘土剖面粘土矿物特征作出分析，并从中探讨了红粘土的形成机理及成土过程中的影响因素所在。1对贵州红粘土的胡面特征分析贵州是我国红粘土的主要分布区.红粘土厚度与中国北部的黄土相比厚度较薄，一般厚度为8-】0米，局部地区厚度可以达到20多米。厚度的变化主要与下部基岩起伏有关，在岩溶缓坡、盆地等地厚度较大，峰林高地、陡坡等地厚度较薄甚至没有。

4、在红粘土堆积厚的地方有着明显的垂直分带结构，从上到下可分为表土层、全风化信、半风化层和基岩四个结构，而在红粘土堆积较薄的地方垂直分带结构不明显。为了更加详细准确的反映红粘土剖面特征，本次实验选取的8个剖面都发育良好，其中包括贵阳白云岩红粘土剖面两组、石灰岩红粘土剖面一组，安顺白云岩红粘土剖面一组、石灰岩红粘土剖面两组.遵义白云岩红粘土削面、石灰岩红粘土剖面各一组。1.1对红粘土的剖面元素特征分析对8个红粘土剖面，每个剖面等间距采样，共采48个样品。对其常量元素（表1）和微童元素（表2）分析、对比可知，各剖面地球化学特征和变化基本一致，可以得出如下几点特征：1.1.1 SiO2.Al2O3和Fe

5、2O3富集明显Si02在碳酸卷岩中含髭-般为3%左右，而在红粘土中的含最却高达50%,成为主要元素。”那3和Fe/）3在基岩中含童非常少，但在红粘土中含it分别为25%左右和10%左右。SiO2.AlA和Fe。）在红粘土剖面中从上到下表现为由多到少的变化特点，这说明在碳酸盐岩风化成土的作用过程中三者是富集的。这里值得一提的是Si。、不但不同于其他红土形成过程中的脱硅作用，而且总体上表现为聚硅作用。1.1.2 K/）和NaQ富集不明显虬0和NaQ在基岩中的含量部不到0.5%,但在红粘土中的含量都有升高。从表1中可以看出KQ主要富集红粘土剖面的中下部，这是因为伊利石一般形成和产出于红收稿日期：20

6、15-03-12作者简介：宋昌隆（1992-），男，内蒙古希垛人，会州大学资源与环境工程学院，勘安技术与工程专业。赵蕾（1990-），女，责州贵阳人，贵州大学研充生院，研完方向为地质工程。粘土的中下部，KQ在伊利石中含ft比较高。1.1.3CaO和MgO淋失明显CaO和MgO在基岩中含量相对较高，但在红粘土中含量较少，说明在成土过程中发生淋失。1.1.4微量元素大部分富集通过表2可以看出，除微fit元素Sr、C1外，其他微量都出现不同程度的富集，总体上表现为含量变化大的特点。残积说、溶蚀-交代说和外来沉积说。其中溶蚀-残积说认为红粘土是碳酸盐岩风化作用形成的风化壳，碳酸盐岩自身所含粘土矿物残留

7、原地，其本身所含长石和黄铁矿等风化后也可形成粘土矿物、倍半氧化物等。外来沉积说认为碳酸盐岩之上的红土并不是碳酸技岩风化完，而是在碳酸技岩古岩溶面上形成的特殊土体虬溶蚀-交代说认为碳酸盐岩地下首先顺方解石或白云石结晶颗粒连接处或晶体的解理面溶蚀，生红粘土剖面类型样品(数傲:)化学成分(平均值)S>0Al.Feo所MgoTio,CaoNapFeoMno衰土层(4)48.1225.3410581.960.850.680.410.350.180.02石灰岩红全风化层(10)50.0918.469.862321320.523.840310.140.49粘土剖面办风化层(4)17.415.821.9

8、82.411.460.4143.300.190.360.07基岩(4)3.270530.340.400.860.0457.23e.140.040.01全风化层(12)465929.0411.142541.230.910S10.480.470.20白云岩红半风化层(4)23.4717.205.291.7611.2705411780.190.240.14粘土剖面基岩(5)2.860.330.310.2721.200.0530.450.040.080.01表层土(5)45.1626.1610.021321.170.840.780.43051o.n表2贵州红粘土微元素含*(10*)红粘土剖样品(数At

9、)FaZnNiCuCrRbBCoPbAsSr面类型化学成分(平均值)表土层(6)1174194.4180.2143.1114.898.191378554247.37.465石灰岩红全风化层(12)1762110.2:224.8107.2'84.568.1100.240.337566.210318.6粘土剖面基岩(4)384.2235.624.661336.414.213.85.416.738.10.9314.7表土层(7)1421279:5542104.8104.2120591.224.649.1132.2!7.15.4白云岩红Xffif全风化层(14)290284.1:546.713

10、5.41110.485.413655.450.4163.2!12.68.4TO土mH基岩(5)1317278.9<680.560.13359.830.410317.12263.182.6表1贵州红粘土常虽元素含虽()成孔洞状及砂救状的溶波层，与此同时，地下水所携带的Si、Al、Fe等物质在被溶蚀的矿物颗粒表面形成粘土矿物或者直接交代白云岩、方解石形成粘土矿物，红土是基岩-土等体积变化的产物呢通过上述对红粘土的剖面特征分析，笔者比较支持溶蚀-交代说。因为红粘土是覆盖在碳酸盐岩系地层之上，包括碳酸技岩和夹在其中的岩体厚度不大的非碳酸盐岩层，在岩体厚度较大的非碳酸盐岩系地层上没有红粘土分布，非

11、碳酸盐岩系地层隔断了红粘土在地表上的连续分布，说明红粘土的母岩是碳酸盛岩叫红粘土1.2对红粘土的剖面粘土矿物特征分析红粘土作为粘性土中的一种.其粘土矿物是主要成分，它是红粘土物理、力学性质的主要影响因素。通过红粘土剖面特征分析粘土矿物的分布情况，其含，、形态等特征也反映了成土过程叫在对8个红粘土剖面矿物特征分析时，发现其演化趋势基本一致，只是发育程度不同，故本的成因是溶蚀-交代作用、红土化作用同时存在、相互促进和共同作用的结果。2.1对红粘土的成土过程分析贵州红粘土发育于亚热带季风湿润气候地区，该地区含有丰富的地表水及地下水系统，碳酸盐岩首先经历溶蚀-交代作用，溶蚀-交代作用包括岩溶作用、沉淀

12、作用和仝Q：砖采表屋红*土全同化屎就粘土率JMUK做土K：岭石ct：«<r文只例举具有代表性的遵义白云岩红粘土剖面粘土矿物特征作分析(表3)。从表中可以看出主要有以下几点特征：(1) 全风化层在红粘土剖面中占的比例比较大，远大于其他结构层，并且其中夹杂铁壳和铁质结合带.而半风化层在剖面中所占的比例较小。(2) 伊利石在半风化层开始出现，并且贯穿半风化层、全风化昆、表土层；石英和针叶矿贯穿整个剖面；埃洛石在全风化层含量较高，往上逐渐被高岭石替代。2对贵州红帖土成因的探讨对于红粘土的成因，主要有三种说法：溶蚀-图1遵义白云岩红粘土剖面粘土矿物特征交代作用。根据表3分析可知，粘土矿物

13、的形成主要有如下两种机理：一是直接由岩溶作用产生沉淀，如红粘土中的埃洛石，其在碳酸盐岩中也含有。二是原生矿物直接被粘土矿物替代，如红粘土中的伊利石，而直接替代的原因是由于交代作用，地表水及地下水流体中含有Al.Fe.Mn等，与原生矿物发生交代作用。这里需要指出，岩溶作用对母岩的破坏作用是彻底的，化学溶蚀残余物质不具有母岩的结构骨架，而母疏松多孔的砂状残余物，与花岗岩的物理风化相比，碳酸盐岩之上的红粘土的化学风化是强风化，且这种化学风化只有很少的不容物质富集起来。根据表1、表2可知，无论常fit元素还是微量元素，大多都发生了富集现象，而元素的来源与地表水及地下水有很大关系。化学溶蚀对母岩化学成分

14、的改变很大,CaCO3,MgCOj溶解后被水流带走，剩余的难溶物质开始富集，AhOj.FeA等在母岩中的含fit还不足1%,却成为难溶堆积物的主要成分。这也说明要形成一定厚度的残余堆积物，需要溶蚀更大厚度的母岩。碳酸盐岩的岩溶作用不断将母岩中的可溶性成分溶解并随水带走，剩下的部分是难溶物质富集起来，所以Si.Al.Fe的比例逐渐增多,Ca、Mg等盐基物质则逐渐减少。经历溶蚀-交代作用后，只是残积物，还不是真正的红粘土，还要经历红土化作用。红土化作用主要是在土中富集氧化佚等矿物而使土呈现红色而得名，它主要表现在土体剖面上由地表往下进行，并具有一定的分带特征闷。由于红粘土经历的红土化作用是在溶蚀-

15、交代后的残余物质中进行的，所以其特点不同于花岗岩物理风化形成的红土。碳酸盐岩的溶蚀-交代作用和红土化作用是红粘土特殊成因中的两种最重要的地质作用，分别以残余堆积物和红粘土为地质作用产物。碳酸卦岩溶蚀的化学风化作用特点是破坏过程，它将母岩的原生结构彻底破坏，水流带走可溶矿物，并与水中所携带的物质发生交代作用。红土化过程是一个复杂的过程，但从对形成土的力学性能的角度来讲，这个作用过程总体上不是趋向于破坏，而是趋向于形成土的结构连接的过程叫2.2对红粘土的成土影响因素分析溶蚀作用和红土化作用二者相互促进，紧密集合，并且二者的作用过程与母岩成分、CO?含笊、气候条件、地形地貌等有关。(1) 母岩成分：

16、发生溶蚀作用，岩石具备的条件一定是可溶的和透水的，而贵州碳酸盐岩面积占全省面积80%之多，这对溶蚀作用提供了优越条件，这也是我国的红粘土分布主要在贵州的原因。(2) CO2含fit：前文已经提到，碳酸盐岩的溶蚀作用是彻底的，要使其彻底，就要使流动的水不断侵蚀，必须有足够的C02oco?与水相互作用形成碳酸，才能将碳酸盐岩溶解。(3) 气候条件：贵州气候主要表现为年平均温度15摄氏度左右；日温差较大,年温差较小；雨水集中在夏秋两季，年平均降雨械为U00-1200mm,年蒸发量为1000-1200mm,与降雨量基本持平；冬季多间歌性细雨；云雾多，日照少；湿度年平均值在80%左右,相对较潮湿气贵州质

17、于典型的亚热带季风湿润气候，这种适宜的温度和降水ft以及蒸发量和降雨的干湿季节交替明显，有利于溶蚀作用和红土化作用，有利于形成红粘土。(4) 地形地貌：贸州以碳放盐岩祖成的岩溶喀斯特高原山地地貌为主，在这种地形地貌条件下，溶蚀的残余物在峰林、峰丛顶部或陡坡处受重力作用和水流作用下向低洼处移动，与低洼处的溶蚀残余物汇集堆积，再经历后期的红土化作用从而形成红粘土。这也是红粘土厚度变化大.地势相对较高较陡处很少有红粘土堆积的原因。3结语由以上分析可知.红粘土的元素特征与母岩差别很大，粘土矿物特征也有较大差别。这类土作为特殊土，有别于其他土的本质原因主要是其成土过程中的溶蚀-交代作用和红土化作用，而前者不仅是控制红粘土性质的主要因素,还影响成土后期的土质演化过程。红粘土的形成还与气候条件、地形地貌、母岩成分、COz含量等有关，是多种因素共同作用的结果。不同的成因对物质组成和结构产生不同的影响，成分和结构又影响土的物理力学性质。红粘土作为特殊土，并且在贵州省分布范围广泛，是贵州主要城市所在地分布的主要土类，与当地人们生活密切相关，在对红粘土有关问题进行研究时要注意它复杂而有别于其他土类的特殊性的成因，从其所具有的特殊性的本质了解红粘土有助于工程实践应用。参考文献：1 腐义玲，朱立军.贵州碳酸盐岩红土M.贵阳：贵州人民出版社,2004:1-13,124.2 符必昌，黄英.红土地区地质灾害成因