物理风化

名词解释

风化作用(weathering,又称侵蚀，风化):由于温度的变化、大气(氧气)、水溶液以及生物的作用，使地表岩石或矿物在原地发生物理、化学变化的过程叫风化作用。它发生以后，原来高温高压下形成的矿物被破坏，形成一些在常温常压下较稳定的新矿物，构成陆壳表层风化层，风化层之下的完整的岩石称为基岩，露出地表的基岩称为露头。

物理风化定义:地表岩石发生机械破碎而不改变其化学作用，也不形成新矿物的作用称为物理风化。

物理风化产物:岩石碎屑、矿物碎屑

风化方式

岩石的物理风化

热力风化作用

原因:岩石为热的不良导体，白天升温、晚上降温，导致内部温度的差异，使岩石内部产生引张力，使岩石产生裂缝;

岩石是不同矿物的集合体，不同矿物的热膨胀系数不同，岩石升温产生不均匀膨胀，使岩石产生裂缝。

既是同种矿物，由于矿物排列的方向不同，也会产生差异膨胀，从而导致岩石开裂。结果使岩石层层剥落

冰劈(冰楔)作用

孔隙中的水结冰膨胀撑裂岩石，水结冰时，体积增加9%左右，所产生的压强可达2000kg /cm2 。在寒冷地区，由于昼夜温度变化较大，石材内和外表的水分在石材的孔洞、缝隙、装饰缝、安装缝之间交替冻结-融化-再冻结-再融化，由于水与冻的膨胀与收缩力反复进行，终造成石材表面和近表面的结构松动与裂隙，使石材碎裂。石材的冻融风化发生在石材孔洞较大，吸水率较大，密度相对小的品种上比较明显。

盐分结晶的撑裂作用当岩石中的水溶解了大量盐类时，一旦水分蒸发，浓度逐渐达到饱和，盐类再结晶，体积增大，从而产生很大的膨胀力，其机理与冰劈作用类似。

岩石卸荷而引起的剥离作用

上覆岩石剥去后，压力减低，下伏岩石膨胀产生层裂

风化作用

地表和接近地表的岩石，在温度变化、水、空气及生物的作用和影响下所发生的破坏作用，称为风化作用。可分成两种主要类型:1、物理风化作用:是指岩石只发生机械破碎而化学成分未改变的风化作用。物理风化的结果是形成各种碎屑物质。

2、化学风化作用:指岩石在氧、水和溶于水中的各种酸、以及生物的作用下，发生化学分解的风化作用。

4、造岩矿物和岩石在风化过程中的稳定性

1) 长石类

在物理风化作用下，长石易沿解理面破碎。在化学风化作用下,受各种酸的作用而分解:

长石→ 水云母+K+、Na+、Ca2+→ 高岭石(蒙脱石)+SiO2→ 蛋白石+三水铝石

不同种类的长石中，钾长石比斜长石稳定，酸性斜长石又较基性斜长石稳定。

2)铁镁矿物

这类矿物的稳定性较低，其中以橄榄石最易风化，辉石次之，再其次是角闪石。在化学风化作用下，尤其是在碳酸的作用下，这类矿物首先分解出Ca2+、Mg2+、Fe2+阳离子，形成重碳酸盐，溶于水中被带走;在氧化作用下,这类矿物中的低价铁氧化成高价铁，形成含水的氧化铁矿物而残积在风化地区、故其风化产物多呈红色、褐色及棕色。

3)石英

为最稳定的造岩矿物，在风化过程中几乎只发生机械破碎，不易发生溶解。

4)云母类

白云母稳定性较黑云母高，故在沉积岩中前者较常见。白云母在化学风化作用下可以分解而转变成为水云母以至高岭石;黑云母风化后形成含水的氧化铁矿物及粘土矿物，其部分阳离子则被淋滤。

5)粘土矿物

为沉积岩的重要造岩矿物。由于此类矿物是在地表条件下形成的，故在一般风化作用下只发生机械破碎，而无化学分解现象。

6)碳酸盐矿物

主要为方解石和白云石。这类矿物在酸性水中极易溶解，而在极干燥的气候条件下，可由物理风化作用破碎成碳酸盐碎屑。

5、岩石的风化及影响因素

1)矿物成分， 2)结构构造， 3)气候条件

岩石破碎 →Ca、Na、Mg、K带出→ 水云母或蒙脱石 → 高岭石 →含水氧化铁+蛋白石+铝土矿。

6、风化产物

母岩风化后形成的产物按其性质可分为三类:

1)碎屑物质 这是母岩机械破碎的产物。

2)不溶残余物质 是母岩在分解过程中新生成的矿物。

3)溶解物质 在化学风化过程中，母岩中活泼性较大的金属元素分解出来溶于水中，组成真溶液或胶体。

风化原理

石材在开採前和使用后，因受自然环境冷热、雨雪、雾霜、辐射、地震等交替进行，使岩石的颗粒结构之间发生断裂、移位、拉开、折皱等形态变化，而局部的变化由表面逐渐向裏，由小变大，由边部到中心、由粗变细，终使石材变成松散、破碎状态。

与化学风化区别

物理风化，又称机械风化，是最简单的风化作用，常见的物理风化的方式有温差风化、冰劈风化、盐类结晶与潮解作用和层裂作用。物理风化作用是指使岩石发生机械破碎,而没有显着的化学成分变化的作用。

化学风化,岩石发生化学成分的改变分解，称为化学风化。例如，岩石中含铁的矿物受到水和 化学风化空气作用，氧化成红褐色的氧化铁;空气中的二氧化碳和水气结合成碳酸，能溶蚀石灰岩;某些矿物吸收水分后体积膨胀;水和岩层中的矿物作用，改变原来矿物的分子结构，形成新矿物。这些作用可使岩石硬度减弱、密度变小或体积膨胀，促使岩石分解。

现象特征

物理风化是最简单的风化作用，在沙漠地区尤其明显。因为那裏气温白天高达40-50℃，晚上可降到0℃以下，岩石热胀冷缩，这种胀缩在岩石表部和核部是不一样的。由于不同矿物的膨胀系数不一样，久而久之，岩石出现了裂隙，由大块变成了小块，由小块变成砂，由砂变为土，石头就烂掉了。在有化学作用和生物作用参与的情况下，风化作用进行得更快，风化的过程和产物也更丰富多彩。

最常见的风化现象是岩石的球状分化，这是因为岩石的外层易发生成层裂开和鳞片状剥落的缘故，兼之岩石内常有相互交错的裂缝，沿裂缝风化最深，棱角磨得最圆。在悬崖陡坡上的岩石，因风化而发生崩落，裂解下来的石块沿山坡流动，最后在山坡脚下稳定的地方堆积下来，形成上尖下圆的锥形体，称倒石锥。如果是一个平缓的山坡，崩落下来的岩块杂乱地堆积在那裏，形成石滩或石海。

影响因素

红色砂页岩物理风化

气候寒冷或干燥地区，生物稀少，寒冷地区降水以固态形式为主，干旱区降水很少。以物理风化作用为主，化学和生物风化为次。岩石破碎，但很少有化学风化形成的粘土矿物，以生物风化为主形成的土壤也很薄。气候潮湿炎热地区，降水量大，生物繁茂，生物的新陈代谢和尸体分解过程产生的大量有机酸，具有较强的腐蚀能力，故化学风化和生物风化都十分强烈，形成大量粘土，在有利的条件下可形成残积矿床。可形成较厚的土壤层。地形条件

地形影响气候，间接影响风化作用;另一方面，陡坡上，地下水位低，生物较少，以物理风化为主. 地势平坦，受生物影响较大，化学风化作用为主。

岩石性质

成分

(1)岩浆岩比变质岩和沉积岩易于风化。岩浆形成于高温高压，矿物质种类多(内部矿物抗风化能力差异大).

(2) 岩浆岩中基性岩比酸性岩易于风化，基性岩中暗色矿物较多，颜色深，易于吸热、散热.

(3)沉积岩易溶岩石(如石膏、碳酸盐类等岩石)比其它沉积岩易于风化.

差异风化:在相同的条件下，不同矿物组成的岩块由于风化速度不等，岩石表面凹凸不平; 或由不同岩性组成的岩层，抗风化能力弱的岩层形成相互平行的沟槽，砂岩、页岩互层，页岩呈沟槽。

岩石的结构构造

岩石结构较疏松的易于风化;不等粒易于风化，粒度粗者较细者易于风化;构造破碎带易于风化，往往形成洼地或沟谷。