第一节 风化作用与块体运动一、风化作用

风化作用（风化）是指地壳表层岩石和矿物在太阳辐射、大气、水及生物作用下，使物理性质和化学性质发生变化，并形成新物质的过程。

埋藏于地下深处的岩石，一旦接近或出露地表时，由于环境发生了变化，其物理性质和化学性质也随着改变，由坚硬变为松散，大块变为小块， 甚至矿物成分也发生变化，形成与地表环境相适应的相对稳定的矿物。风化作用能为其他外力侵蚀创造有利条件，加速地貌的发生、发展和堆积物的形成。

（一）风化作用的类型

岩石的风化一般包括物理、化学和生物三种作用与过程。有人把生物风化归入物理风化和化学风化，但它也有其本身的特殊性。生物作用主要表现在与风化作用同时同地进行的成土（壤）作用中，而且生物活动的主要领域也往往局限于风化带表层的成壤带。

1. 物理风化 物理风化又称崩解。其特点是岩石破碎为碎屑状态，并具有新的性质（如裂隙、孔隙和比面的增加等）。影响物理风化的因素很多， 主要是地表水热条件的变化和生物作用等，但也不能忽视内力作用的影响。

岩石在形成过程和受构造作用后就已存在着裂隙和节理网，而且愈接近表层破裂愈甚。随着构造上升和地面剥蚀，岩体的负荷不断减轻，使岩石主要沿细微裂隙和晶体接触面发生进一步的破裂。应力解除后，晶体和细裂隙沿不同方向以不同的速率膨胀，因而在其界面上局部聚集起剪应力，使之产生破裂作用。如开挖隧道及矿坑时，常因压力消除而发生岩爆；在深的河谷中建坝清淤时，也常因负荷解除而引起岩块爆裂和向上拱起。

裸露的岩石由于受太阳曝晒和昼夜温差急剧变化的影响，使岩石内部和表面以及各种矿物之间产生胀缩不均，形成裂纹。天长日久地反复进行，岩石表层就会逐步解体而层层剥落，这种现象称层状剥离作用。在干燥环境中，花岗岩沿节理风化剥落后常形成块石堆（图 6－1）。在热力影响下，岩石表层干湿的骤然变化，也有利于这一作用的加速进行。如高温曝晒的岩面忽遇暴雨淋洗时便可产生胀裂。

岩石裂隙中的水结成冰将会产生很大的冻胀力，当它超过了岩石抵抗破坏的强度时，可使岩体劈裂成石块，这种现象叫冰劈作用或称冻融风化。在寒冷地带和高寒山区水体反复融冻情况下最易发生。

生物的机械破坏作用也广为存在，如植物的根对岩石的穿透、挤压，动物对岩石的穿孔和搬移等。

此外，如裂隙中盐类溶液因蒸发而结晶，地震和火山喷发等等因素，也

可使地表岩层发生不同程度的直接或间接的机械破坏作用。

1. 化学风化 化学风化又称为分解，是指岩石和矿物在大气、水和生物等作用下受到化学分解，使化学成分和矿物成分发生变化。

岩石的矿物学性质是影响化学风化的一个重要因素。一般说来，当岩石矿物进入与其生成环境不同的地表环境时，就变得不稳定起来。而且生成环境与地表环境差异越大，矿物越不稳定，耐风化力越弱。如深部岩浆上升时， 矿物中的橄榄石首先形成，其他矿物如石英则较晚形成，因此橄榄石风化快，而石英风化慢。岩石的裂隙和孔隙是大气、地下水和生物等活动的场所， 并为岩石化学风化向深度发展创造有利条件。因此，节理、断层密集的地方， 化学风化作用也较强烈。

气候对化学风化的影响主要是温度和湿度的影响。气候湿热地区气温高，化学反应快；降水丰富，水溶液富含酸类物质，有较强的风化作用能力； 生物繁茂，也有利于化学风化。

化学风化的方式可归纳为水化、水解、溶解、氧化等几种。水化作用又称为水合作用，是水分子被矿物吸收，使原有矿物变为含结晶水的新矿物， 其结果使矿物硬度降抵，体积膨胀，岩石破坏。水解作用是矿物与水反应后起分解的现象，如正长石经水解剩留的是高岭土。溶解作用是指岩石中矿物遇水后不同程度的溶解。氧化作用是大气中的游离氧和溶于水中的氧气使绝大部分矿物氧化。这些过程很少单独进行，多是相互配合，以各种组合方式同时进行作用的。

化学风化的结果，破坏了原有的岩石矿物，产生新的粘土矿物。组成地壳的岩石种类虽多，但是它们经长期化学风化之后，只形成少数几种化学风化产物，如残余红土、残余高岭土等。其原因在于化学风化过程受到元素化学性质的支配。活泼的元素，如卤族元素、碱金属元素、碱土金属元素等， 都可从矿物中分离出来，并随水流失，只有性质较稳定的元素，如 Fe、Al、Mn、Ni 等残留下来。

1. 生物作用 生物在风化中除机械的破坏作用外，对化学风化也起很重要的作用。生物在其生命活动过程中，如光合作用和呼吸作用产生的氧和二氧化碳，是化学风化中的两个重要反应剂。植物通过根的分泌与吸收，对周围矿物的分解与元素的迁移也起不小的作用。有人认为，在热带的风化中二氧化硅的高度活动性也与这种作用的强烈进行密切相关。生物的残体和排泄物经微生物的分解转化，可形成各种具有高度化学活性的可溶于水的化合物，它对化学风化的加速进行也是一项极重要的因素。

在生物界，数量最多、分布最广的微生物，对岩石和土壤中许多有机与无机物质的分解与合成，更有着特殊的功能。如有些微生物，特别是象铁细菌和硫细菌之类，能直接参与矿物元素（如硫化矿物）的氧化还原作用而获得化能自养，并使矿物发生风化和形成新的化合物。如有一类叫硫杆菌的细菌，具有氧化硫和硫化物的作用，还能参与铜、铁、锰、铀以及其他金属硫

化物的氧化和淋滤作用。由于它们的活动，可使水中富集可溶性金属硫酸盐。目前它们已被用来寻找有关金属矿床和提选精矿（如借助它们来淋滤含铜矿石而获得原生铜）。

（二）风化壳

地壳表层岩石风化后，残留在原地基岩之上的风化物称为残积物或残积层。残积物在地壳表层构成一层外壳称为风化壳或风化层。广义的风化壳， 除基岩风化而成的残积风化壳外，还有其他堆积物经风化而成的堆积风化壳。风化壳的表层经风化作用和生物作用形成能生长植物的松散表土，称土壤。

1. 风化壳的基本特征 风化壳的形成，不仅取决于风化的发育程度，而且还与介质剥蚀作用的强度有关。厚层风化壳的形成，除应具有利于风化作用的气候、岩性和构造等条件外，还必须具有不利于强烈的剥蚀和沉积作用的其他条件相配合。如地势起伏不大，植被覆盖较好，地表径流作用不强， 而地下水埋藏较深以及水垂直循环作用强烈进行的地段，才有利于厚层风化壳的发育。所以即使在高温多雨的热带、亚热带地区，风化作用虽可强烈地进行，但并不是所有地方都可以残积而成厚层的风化壳。风化壳的厚度各地差异很大，从几十厘米至一、二百米。

风化壳的剖面形态，有的比较简单，如粗岩屑风化壳和土层浅薄的风化壳；有的比较复杂，如发育和保存较好的红色风化壳，自下而上可分为若干个带（层）：

微风化带——位于未风化岩体上的稳定潜水层部分。沿裂隙移动的潜水对岩石主要进行水化和淋滤作用，裂隙之间最容易水化的矿物首先变为水云母、绿泥石等粘土矿物。自上层淋失下来的物质在这里经过化学反应后，有些重新聚积为新矿物，有的则随地下水被迁移。风化裂隙发育，岩石结构开始破坏，成为疏松岩石带。

中度风化带——在微风化带之上，水分以垂直移动为主，淋滤作用减弱，氧化作用开始，水解作用强烈，高岭土及过渡性粘土矿物大量形成，颜色由浅至斑状杂色，岩石结构大部分被破坏，成为夹碎屑的粘土带。

强度风化带——接近地表，水解作用减弱，氧化作用最为强烈，形成许多稳定的有代表性的矿物，如铁、铝的含水氧化物等。粘土矿物主要是高岭土。颜色呈棕红色。原来的岩石结构全已破坏，但新生的块体和铁质化又有出现，成为夹有新生块体的粘土带。其最上部为土壤层，含植物根较多，有机质较丰富。

1. 风化壳的基本类型及其分布 在高温多雨的热带、亚热带地区，不但水分多，温度高，而且植物生长终年处于旺盛状态。因此，无论化学风化和物理风化以及生物作用都非常强烈。风化作用几乎全年都在强烈进行，矿物分解最为彻底。风化壳可达最大的厚度。表层呈红色或砖红色。不同形态的铁锰氢氧化物以及铝的氢氧化物，还有高岭土和多水高岭土类的新生粘土矿

物，都是这个地区具有代表性的风化产物。而 K、 Na、Ca、Mg 和 SiO2 则强烈淋失。

在这种条件下发育的典型风化壳有：①富铝型酸性风化壳——主要分布

于热带部分地区。铝和铁都非常富集。富含铁、铝的岩石，如基性和超基性岩以及一些中性岩和类似的沉积岩，特别有利于它们的形成。我国南部有类似的风化壳出现，常形成铝和镍等风化矿床。②硅铝铁型酸性风化壳——广泛地分布于热带和亚热带地区，与前者的差别主要是铁铝分离不如前者显著，硅和铝在一起组成以高岭土类为主的粘土矿物。这在我国南方广大地区都可见到，以花岗岩为代表所发育的红色风化壳最为典型，厚度可达 50—70 米，常形成优质高岭土和稀土元素等风化矿床。另外，在这个地区石灰岩上发育的风化壳也已被强烈淋溶，成为弱酸性或中性的红色石灰土型风化壳。其特点是质粘，硅少铝多，有时在下层尚含钙质。在我国西南有大面积分布。

在湿润的温带森林区，无论水分循环和生物循环都相对减弱，低温影响加强。淋溶作用相对较缓，除碱与碱土金属淋失较强外，其他阳离子淋失不明显，硅酸仅部分淋失，高岭土等粘土矿物可为代表性产物。风化壳的厚度也较薄，颜色主要呈棕色或黄色，这与含一定数量的褐铁矿有关。总的来说， 这类地区属于中度的化学风化，形成的是硅铝粘土型弱酸性风化壳。在我国华北与东北南部水分较多的山地丘陵区分布较广泛，南方海拔较高的山地也有类似的风化壳发育。

在水分较少的半湿润或半干旱的森林草原和草原地区，广泛分布着碳酸盐型中性至微碱性风化壳。由于淋溶作用较弱，在干旱季节水分又可以向上移动，因此在风化过程中所释放的钙质又在风化壳一定层位中积聚起来，它们和硅铝铁的含水氧化物以及含硅较多的粘土矿物如蒙脱石共同混合在一起，形成颜色不深，厚度不大，主要含钙质的风化壳。它们属轻至中度的化学风化。除黄土外，风化壳中还含有一定数量的岩屑。由于岩性和生物气候条件不同，其中的差别还较大。在我国主要分布于华北、西北和内蒙古等一些地区。这些风化壳的特点受黄土母质的影响甚为显著。

在水分稀少的干旱地区，化学风化更加微弱，只有最易迁移的氯和一部分钠离子与硫酸根离子被淋失。许多易迁移的元素淋溶后大部分都重新吸收到新的粘土矿物中去，盐类的积聚如钙镁碳酸盐比半干旱地区更加显著，成为这个地区稳定的产物。粘土矿物主要是伊利石和蒙脱石。总的来说，这类地区因化学风化微弱，次生矿物的总量不多。相比之下物理风化所占的比重增加，成为颜色浅、土层更薄、含碎屑的富钙化碱性风化壳。在我国主要分布于西北和内蒙古较干旱的地区。

此外，尚有一类粗岩屑型风化壳。在寒带和高山带以及荒漠地区，由于物理风化占优势而化学风化极微弱，剥蚀作用超过缓慢的风化作用，因此粗岩屑的残积便成为这些地区的典型特征。

风化作用为流水、冰川等外力剥蚀、侵蚀作用创造有利条件，因此，风

化作用是其他外力作用的先驱。但是，风化作用又以其他外力作用为条件， 因为如果地表风化物质不被剥离，风化作用就将减速或停止。风化作用在地貌的发生、发展和地表的夷平过程中起着积极的作用。风化作用使岩石破碎、松散，对水、热、气在地表的重新分配和调节起很大的影响。例如，在风化壳中较大的裂隙，有利于水、气的通透，小的毛细孔隙又能保蓄一定量的水分。这对地表水与地下水的循环和植物的水分供给等，都有积极的意义。风化为土壤的形成奠定了物质基础。有的岩石在一定的气候和地形条件下，经风化形成风化矿床，如高岭土、铝土矿，次生铜和镍、稀土及砂矿等。风化壳形成后，可能被新的堆积物覆盖，或在平缓的地形条件下保存下来成为古风化壳。风化壳的发育程度和类型反映地形、气候条件和风化作用的阶段。因此，古风化壳的研究，有助于了解当时古地理和古气候的特征。