1、第四节 风化作用地球化学,风化作用地球化学,一、风化作用的特点和研究意义 （一）特点 常压 低温 处于大气圈游离氧和二氧化碳作用下 大气圈-水圈-岩石圈的相互作用 生物和有机质参与 营力：太阳能为主,风化作用地球化学,（二）研究意义 1.风化壳型矿床的形成 Fe Al Mn TR, Nb, Ta, U,风化作用地球化学,2.寻找盲矿的标志 风化作用产物掩盖了矿床，但同时在矿床的土壤及其盖层存在着次生地球化学异常。,风化作用地球化学,3.土壤成分与经济作物的关系 吉林人参含硼岩系优于其它岩石形成的土壤 烟台苹果黑云片麻岩优于碳酸岩类岩石形成的土壤 温州蜜桔长石砂岩和花岗岩优于页岩和砂页岩形成的土
2、壤 贵州茶叶砂岩分布区优于碳酸岩区,风化作用地球化学,二、风化过程中元素迁移的一般规律 （一）影响风化作用的因素 物理风化 化学风化 生物风化 决定于气候环境(温度和水量),风化作用地球化学,1. 水、氧及CO2 (1) 水的作用 溶剂 参与对岩石的破坏作用（水合和水解） Fe2O3 + nH2O = Fe2O3nH2O(水赤铁矿) 2KAlSi3O8 + 2H2O + CO2 = Al4Si4O10(OH)84H2O (高岭石) + K2CO3 + 4SiO2,调节环境的pH Eh和大气 CO2含量,调节pH: CO2 + H2O = 2H+ CO3- 4KAlSi3O8+10H2O=Al4
3、Si4O10(OH)8 4H2O+8SiO2+4K(OH)调节pH和Eh: 4Fe+2+2H2O+O2 =4Fe+3+4(OH)-,在土壤的CO2-H2O-CaCO3系统中，方解石的沉积和溶解可以用下式表示： CO2 + H2O + CaCO3 Ca2+ 2HCO3- 由于土壤表层富含CO2，加上降雨或地下水的上渗（毛细管作用），可使碎屑碳酸盐溶解成可溶性的HCO3-。它随土壤水分的运动向土壤下部迁移。随着土壤下部CO2分压减少，在一定条件下HCO3-结晶形成次生碳酸盐沉积。,调节环境的pH Eh和大气CO2含量,大陆碳酸盐岩风化对大气CO2的含量没有影响CO2 + H2O + CaCO3 C
4、a2+2HCO3- 硅酸盐岩由风化转变为一个海洋碳酸盐分子沉积， 将损失大气中一个CO2分子, 导致大气CO2的含量降低. 4KAlSi3O8+10H2O+2CO2 = Al4Si4O10(OH)8 4H2O(高岭石)+2K2CO3+8SiO2,风化作用地球化学,（2）氧的作用 大气中的游离氧 21%（体积） PO2 = 0.21大气压 溶解于水中的氧，随温度降低含量增加 作用：低价离子 高价离子,风化作用地球化学,（3）CO2的作用 大气中CO2：0.03%（体积） 雨水中CO2：2.14% （体积） 控制水体的pH值 3CO2+3H2O = H2CO3+3H+CO32-+HCO3- 使碳酸
5、岩溶解 CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2,风化作用地球化学,2. pH值 表生带天然溶液的pH值为：4-9 硫化物矿床氧化带：2-3 火山地区强酸性水：1-2 沙漠和碱性湖水：10-12 河水： 7 雨水： 6 海水： 8.5,风化作用地球化学,pH值对元素迁移的控制 一般规律： 低场强元素在pH降低时，溶解度增大（酸性条件下易迁移）。 高场强元素在pH增高时，溶解度增大（碱性条件下易迁移）。,风化作用地球化学,3. Eh值 改变元素的迁移性质，如Fe2+, Fe3+,风化作用地球化学,4. 矿物和岩石的耐风化能力 氧化物（锆石，金红石，刚玉，尖晶石，锡石，钛铁矿，磁铁矿等）
6、 硅酸盐（橄榄石，辉石，长石，云母） 碳酸岩（石灰岩等） 硫化物（黄铁矿等）,风化作用地球化学,5.气候条件 雨量：决定水与矿物和岩石的接触 温度：控制反应速率,风化作用地球化学,风化作用地球化学,（三）元素的生物地球化学迁移 1.对大气中O2和CO2的控制 2.有机酸对矿物和岩石的风化影响 3.植物对元素的选择性摄取,风化作用地球化学,Kx元素在水中的迁移系数：Kx=mx100/(anx) Mx:河水中元素x的含量(毫克/升); a水中矿物质残渣总量(毫克/升) nx :元素X在汇水区岩石中的平均含量(%),风化作用地球化学,实习课一 微量元素模拟计算,平衡部分熔融： CLi=C0i/D+F
7、(1-D),1、河北迁西太古代绿岩带中超镁铁岩的稀土元素含量分别为: La Sm Yb (10-6) 太古代绿岩带 1.25 0.66 0.70 太古代上地幔 0.64 0.39 0.42 太古代上地幔 La、Sm、Yb的含量如上表，取该区地幔矿物相比例为：橄榄石63%、斜方辉石22.5%、单斜辉石5%、石榴石5% ,试用平衡实比熔融和收集熔融计算F值。说明那种方式计算的结果更合理。 收集熔融定量模型： CiL/ Ci0s=1/F1-(1-F)1/D,玄武岩矿物-熔体 分配系数 (White,1995),2、分析石榴石橄榄岩源区的熔体与尖晶石橄榄岩源区的熔体REE的区别标志,（1）石榴石二辉橄榄岩：橄榄石55%、斜方辉石25 % 、单斜辉石15%、石榴石5% （2）尖晶石二辉橄榄岩：橄榄石55%、斜方辉石25 % 、单斜辉石17%、尖晶石3%,
