辽南地区红色风化壳发育特征

发布时间：2018-04-13 18:30

本文选题：红色风化壳 + 粒度分布特征　；参考：《辽宁师范大学》2016年博士论文

【摘要】：地球上广泛发育和分布着各种类型的风化壳,如热带地区与亚热带地区的红土风化壳,温带湿热地区的碳酸盐风化壳。风化壳是岩石圈、水圈、大气圈和生物圈相互作用的产物,是地球表层岩石风化后的残余碎屑与新生成的化学残余物质组成地表岩石的表层。红色风化壳主要分布于我国南方地区,在北方地区多被厚层的黄土所覆盖,仅在山东半岛和辽东半岛有出露,对辽南地区红色风化壳的研究将我国红色风化壳的分布范围扩展到了辽东半岛地区,并对第三纪亚热带分布范围北界的划分具有一定的意义。本文以辽南地区的红色风化壳作为研究对象,通过粒度、石英颗粒特征、化学元素特征、pH值及磁化率的分析,对红色风化壳的发育特征,剖面演化过程进行了探讨,并与南方红色风化壳的风化特征、粒度特征和化学元素特征进行对比分析,得到了以下几点认识:第一,石槽剖面的粘粒含量范围在7.25%～20.71%之间,平均值为13.26%,粉粘比介于在2.93～6.67之间,平均值为4.83;七顶山剖面的粘粒含量范围在5.29%～6.03%,平均值5.65%,粉粘比介于5.50～7.71之间,平均值为6.25。石槽剖面粒度组成的三角图解显示,剖面的粒度聚集于粉砂与砂粒端,样品点集中在粉砂—砂粒连线端,具有向粉砂端聚集的趋势。七顶山剖面粒度组成的三角图解显示,剖面大部分样本的粘粒含量少于10%,砂粒含量高,样品点主要分布于粉砂—砂粒连线端,具有向砂粒端聚集的趋势。石槽剖面和七顶山剖面的粒度参数散点图显示,两个剖面与下伏母岩基本保持一致性,风化壳的粒度主要集中于粗粒级端。风化壳厚度薄,粘粒含量较低,粉粘比较高,粒度主要集中于粗粒级端,表明辽南地区的红色风化壳的风化发育程度较差,成熟度较低。第二,两个剖面硅元素含量都较高,平均值在50%以上,铁、铝元素含量较低。石槽剖面常量元素Si、Al、K、Na、Ca、Mg在整个剖面上表现为淋溶迁移的特征,硅、铝元素表现出明显的富集趋势,钠、钙、镁元素为强烈的淋失趋势,特别是钙、镁元素几乎全部淋失。从化学蚀变的趋势,淋溶特征,主要活跃元素的迁移系数τj.w值来看,石槽剖面的变化趋势是趋于一致,都是逐渐脱Si、Ca而富Al的成土作用的结果。除去个别区段可能受构造运动与地下水作用的影响,有可能存在外来物质的侵入,基本可以判别风化壳是本地基岩经过长期的风化改造作用的结果。淋溶系数的特征曲线与硅铝比、迁移指数比较高的拟合性也说明从母岩到风化壳的渐变性,指示着风化壳随着气候环境变化而演变的过程。第三,石槽剖面红色风化壳的粘粒含量、矿物学指标和化学风化指标在剖面中表现出明显的波动,未体现出风化壳剖面的风化程度自基岩向上逐渐变强的演化特征。石槽剖面在中下部出现一个明显的风化壳发育低谷期,这一阶段粘粒含量低于10%,砂粒含量接近或超过50%;化学蚀变指数CIA值、盐基总量淋滤系数、K/CN(K20/(CaO*+Na20))及盐基淋溶指数在该位置也出现了明显的异常。造成这种现象原因可能是:剖面的风化条件在风化前锋向下发育的过程中出现了变化;风化剖面受到风化壳形成后的古地下水位波动的影响。石槽剖面的红色风化壳形成于第三纪,距今时间长,在漫长的地质演化过程中,将会频繁出现古地下水位的波动与风化条件的变化。在风化前锋发育的过程中,随着风化条件的变化,相应层位的风化程度发生变化,造成剖面风化指标的波动。从剖面变化趋势看,风化壳形成早期处于湿热气候,然后经历了一个较长的相对低温干燥期,后期气候又转为高温高湿。剖面形成过程中风化条件的变化及剖面形成后的古地下水位的波动对剖面的影响,使红色风化壳的演化表现出更加复杂化的趋势。第四,对于辽南地区的红色风化壳,尽管由于风化壳发育后地下水的改变及在碳酸盐岩风化过程中风化条件差异,造成了剖面风化指标的波动,剖面整体上仍具有随着剖面深度的减少,风化程度呈现出逐渐增强的趋势。从风化前锋向上剖面的pH值逐渐降低,低频磁化率波动增大,显示了风化强度随深度增加而降低,这与剖面从上向下发育的过程相对应。第五,七顶山剖面与石槽剖面的下覆基岩都是灰岩,七顶山剖面的粘粒低于石槽剖面,粉粘比高于石槽剖面。石槽剖面的SiO2含量小于七顶山剖面,Al2O3和Fe203的含量大于七顶山剖面,指示了石槽剖面的脱硅富铝化作用大于七顶山剖面。七顶山剖面上部覆盖有较厚的第四纪黄土层,石槽剖面上部仅有较薄的表土层。深厚的黄土层阻碍了水分的下渗,因此在风化壳形成以后,石槽剖面的水分条件要好于七顶山剖面,石槽剖面的风化作用强于七顶山剖面,七顶山剖面的红色风化壳的风化发育程度比石槽剖面低。第六,石槽剖面发现石英颗粒,可能是灰岩中夹杂的页岩及板岩风化后残留。石槽剖面石英颗粒样本的宏观形态具有明显的来源于基岩的风化分解形成的岩屑或残积物的形态特征。大部分石英颗粒样本,表现出高能化学环境下的SiO2的溶蚀与沉淀形成的表面结构特征。剖面中上部石英颗粒数量少于下部,经过漫长地质历史时期的化学风化作用,中上部石英颗粒大部分完全溶蚀分解,少部分未完全分解的石英颗粒的表面SiO2的溶蚀与沉淀现象明显强下部样品中的石英颗粒。第七,石槽剖面的粘粒含量小于花溪剖面和平坝剖面,粉粘比高于花溪剖面和平坝剖面;平坝剖面与花溪畔剖面的CIA平均值超过了85,石槽剖面的CIA平均值小于85;石槽剖面的硅铝率大于花溪剖面和平坝剖面。从粘粒含量、CIA值及硅铝率的差异可以发现,北方红色风化壳由于发育时的气候条件弱于南方地区,所以其风化作用发育程度及风化壳成熟均弱于南方地区。
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【学位授予单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P512.13

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