第4章(1)--自然地质作用

1、第四章 自然地质质作用工程地质与质与水文地质质第四章 自然地质质作用 在这漫长的时期里，地壳发生了翻天覆在这漫长的时期里，地壳发生了翻天覆地的变化。促进地壳演变和发展的各种作用地的变化。促进地壳演变和发展的各种作用称为称为地质作用。地质作用。 地质作用分为地质作用分为内动力地质作用内动力地质作用和和外动力外动力地质作用地质作用。第四章 自然地质质作用 自然地质作用：自然地质作用： 也叫物理地质作用，是指由自然界也叫物理地质作用，是指由自然界中各种动力引起的地质作用。中各种动力引起的地质作用。 常见的几种：常见的几种： 风化作用、河流地质作用、岩溶风化作用、河流地质作用、岩溶（喀斯特）、泥石流和

2、地震。（喀斯特）、泥石流和地震。第四章 自然地质质作用 如果这些自然地质作用危害到人类如果这些自然地质作用危害到人类工程活动，破坏工程设施，造成生命财工程活动，破坏工程设施，造成生命财产损失，则构成产损失，则构成地质灾害地质灾害。4.1 风风化作用1河流地质作用2岩溶（喀斯特）3泥石流4地震54.1 风风化作用 答案是：答案是：风化作用！风化作用！ 概念：概念：是指由于温度、大气、水溶液及生物等是指由于温度、大气、水溶液及生物等因素的作用，使得分布在地表或地表附近的岩石，因素的作用，使得分布在地表或地表附近的岩石，发生物理破碎、化学分解和生物分解的作用（或过发生物理破碎、化学分解和生物分解的作

3、用（或过程）程）。 户外的铁丝会生锈，死去的树木会腐烂，同样地户外的铁丝会生锈，死去的树木会腐烂，同样地表的岩石天长日久也会变松散表的岩石天长日久也会变松散4.1 风风化作用一、一、风化作用风化作用的类型的类型 按其性质分为三大类：按其性质分为三大类：物理风化作用物理风化作用、化学风化化学风化作用作用和和生物风化作用生物风化作用。 1 1、物理风化作用：、物理风化作用：由于由于温度变化温度变化、水的物态变化水的物态变化等等因素的影响，岩石在因素的影响，岩石在原地原地只发生只发生机械破坏机械破坏的作用。过程中的作用。过程中化学性质不发生变化。化学性质不发生变化。 常见的物理风化作用方式常见的物理

4、风化作用方式：温差风化温差风化、冰劈作用冰劈作用、盐类的结晶作用盐类的结晶作用等等。等等。4.1 风风化作用 是指由于温度的变化，岩石反复是指由于温度的变化，岩石反复膨胀和膨胀和收缩收缩使岩石崩解的作用。使岩石崩解的作用。 温差温差 不同矿物的热膨胀系数不同不同矿物的热膨胀系数不同4.1 风风化作用 图图4-1 4-1 岩石温差风化过程示意图岩石温差风化过程示意图 （1 1） （2 2） （3 3） （4 4）4.1 风风化作用 是指由于温度的变化，岩石裂隙中的水反复交替冻是指由于温度的变化，岩石裂隙中的水反复交替冻结和融化，使岩石裂隙不断扩大，最终导致岩石发生崩结和融化，使岩石裂隙不断扩大，

5、最终导致岩石发生崩解的作用。解的作用。 封闭在裂隙中的水，结冰时体积将增大封闭在裂隙中的水，结冰时体积将增大9%-10%9%-10%，并，并对岩壁产生对岩壁产生100MPa100MPa的压力，足以使裂隙进一步扩大，对的压力，足以使裂隙进一步扩大，对岩石产生巨大的破坏力。岩石产生巨大的破坏力。4.1 风风化作用 盐类的结晶作用是指由于岩石裂隙中的盐类盐类的结晶作用是指由于岩石裂隙中的盐类反复结反复结晶、潮解晶、潮解，使岩石崩解的作用。，使岩石崩解的作用。 在干旱地区，充填在岩石裂隙中的含盐水溶液，白在干旱地区，充填在岩石裂隙中的含盐水溶液，白天因气温高，蒸发强烈，使裂隙中盐类过饱和结晶，结天因气

6、温高，蒸发强烈，使裂隙中盐类过饱和结晶，结晶时体积膨胀，对裂隙产生一定的压力，形成新的裂隙。晶时体积膨胀，对裂隙产生一定的压力，形成新的裂隙。夜间岩石裂隙中的盐晶从大气中吸收水分而潮解，盐溶夜间岩石裂隙中的盐晶从大气中吸收水分而潮解，盐溶液又渗透到新裂隙中，如此反复进行，岩石裂隙不断增液又渗透到新裂隙中，如此反复进行，岩石裂隙不断增多、增大，致使岩石破坏。其作用机理与冰劈作用相似。多、增大，致使岩石破坏。其作用机理与冰劈作用相似。4.1 风风化作用 物理风化的产物多为大小不等的棱角状岩石物理风化的产物多为大小不等的棱角状岩石碎块，地形平坦处碎屑物覆盖在基岩表面，地形碎块，地形平坦处碎屑物覆盖在

7、基岩表面，地形陡峭处，则在坡脚形成倒石堆。陡峭处，则在坡脚形成倒石堆。4.1 风风化作用 2 2、化学风化作用：化学风化作用：是指在是指在大气大气、水水和和水溶水溶液液的作用下，岩石中的的作用下，岩石中的矿物成分矿物成分发生化学变化，发生化学变化，改变或破坏岩石的性状并可形成改变或破坏岩石的性状并可形成次生矿物次生矿物的作的作用。用。 作用方式：作用方式：氧化作用、溶解作用、水化作用、氧化作用、溶解作用、水化作用、水解作用等。水解作用等。4.1 风风化作用 是指矿物与大气或水中的是指矿物与大气或水中的游离氧游离氧之间发生的学反之间发生的学反应。应。反应的结果是使反应的结果是使低价元素转变为高价

8、元素低价元素转变为高价元素，使原，使原矿物破坏并形成一些新的矿物。矿物破坏并形成一些新的矿物。 在岩石中最易氧化的含有低价铁的硅酸盐类矿物在岩石中最易氧化的含有低价铁的硅酸盐类矿物和硫化物，如其中黄铁矿在地表很快被氧化成褐铁矿，和硫化物，如其中黄铁矿在地表很快被氧化成褐铁矿，同时析出硫酸对岩石进行腐蚀，加速岩石风化。同时析出硫酸对岩石进行腐蚀，加速岩石风化。4.1 风风化作用 指岩石中矿物指岩石中矿物溶解于水溶解于水而产生而产生分解分解的过程。的过程。虽虽然组成地壳岩石的矿物绝大多数是溶解度很小的矿然组成地壳岩石的矿物绝大多数是溶解度很小的矿物，如长石、石英等。但自然界中的水并非纯水，物，如长

9、石、石英等。但自然界中的水并非纯水，常含有二氧化碳等酸性物质，可以显著提高某些难常含有二氧化碳等酸性物质，可以显著提高某些难溶矿物的溶解度。溶解作用的结果是使易溶盐类随溶矿物的溶解度。溶解作用的结果是使易溶盐类随水消失，难溶盐类原地残留，岩石孔隙增加，有利水消失，难溶盐类原地残留，岩石孔隙增加，有利于风化作用的进行。于风化作用的进行。4.1 风风化作用 指矿物吸收一定数量的水分子而形成新的含水矿指矿物吸收一定数量的水分子而形成新的含水矿物。物。如赤铁矿（如赤铁矿（Fe2O3）吸水变为褐铁矿（）吸水变为褐铁矿（ Fe2O3 nH2O）；硬石膏吸水变为石膏。）；硬石膏吸水变为石膏。水化作用水化作用

10、常常常常增大矿物的增大矿物的体积体积，如硬石膏形成石膏的过程中，体积增大，如硬石膏形成石膏的过程中，体积增大30%30%。矿。矿物体积增大可对围岩产生压力，促使其破裂。物体积增大可对围岩产生压力，促使其破裂。 水化作用也造成矿物的强度降低水化作用也造成矿物的强度降低，从而削弱了岩，从而削弱了岩石的抗风化能力。石的抗风化能力。4.1 风风化作用 指由水分解而产生的指由水分解而产生的 H H+ + 和和 OHOH- - 和矿物中的和矿物中的离子间的化学反应。离子间的化学反应。 在自然界中，在自然界中，硅酸盐矿物硅酸盐矿物和和铝硅酸盐矿物铝硅酸盐矿物主主要是通过水解作用分解破坏的。如正长石可水解要是

11、通过水解作用分解破坏的。如正长石可水解成高岭石。成高岭石。4.1 风风化作用 3 3、生物风化作用：生物风化作用：是指生物的生命活动引起是指生物的生命活动引起地表岩石的分解破坏作用。地表岩石的分解破坏作用。 可分为生物物理风化作用生物物理风化作用、生物化学风化作生物化学风化作用用。4.1 风风化作用 是指生物活动导致岩石是指生物活动导致岩石机械破坏机械破坏的作用。的作用。 例如，生长在岩石缝隙中的植物，随着植物的长大，例如，生长在岩石缝隙中的植物，随着植物的长大，其根系不断长大增粗。植物根系的生长可对围岩产生一定其根系不断长大增粗。植物根系的生长可对围岩产生一定的压力，促使岩石缝隙增大，最终导

12、致岩石崩解。的压力，促使岩石缝隙增大，最终导致岩石崩解。 此外，穴居动物的挖掘作用，虫蚁、蚯蚓的筑巢翻土此外，穴居动物的挖掘作用，虫蚁、蚯蚓的筑巢翻土等都会引起岩石的破坏。等都会引起岩石的破坏。生物物理风化作用生物物理风化作用4.1 风风化作用 是指生物在是指生物在新陈代谢过程中的分泌物新陈代谢过程中的分泌物和和生物死亡后生物死亡后的遗体的遗体腐烂形成腐殖质作用于岩石，使岩石分解破坏的腐烂形成腐殖质作用于岩石，使岩石分解破坏的作用。植物和细菌在新陈代谢中常常析出作用。植物和细菌在新陈代谢中常常析出有机酸有机酸、硝酸硝酸、碳酸碳酸、氢氧化铵氢氧化铵等溶液而腐蚀岩石。等溶液而腐蚀岩石。 据统计，每

13、克土壤中约含有几百万个微生物，它们据统计，每克土壤中约含有几百万个微生物，它们对地表附近岩石的破坏是十分强烈的。对地表附近岩石的破坏是十分强烈的。生物化学风化作用生物化学风化作用4.1 风风化作用二、二、影响岩石风化作用的因素影响岩石风化作用的因素 1 1、岩石性质的影响：、岩石性质的影响： 岩石的抗风化能力首先取决于组成岩石的矿物成分，不岩石的抗风化能力首先取决于组成岩石的矿物成分，不同的矿物成分抵抗风化的能力差别很大。同的矿物成分抵抗风化的能力差别很大。n最稳定的：最稳定的：石英石英、玉髓、玉髓、石榴子石石榴子石、磁铁矿。、磁铁矿。n较稳定的：白云母、正长石、微斜长石、酸性斜长石较稳定的：

14、白云母、正长石、微斜长石、酸性斜长石n较不稳定的：角闪石、辉石、基性斜长石、白云石、方较不稳定的：角闪石、辉石、基性斜长石、白云石、方解石、绿泥石。解石、绿泥石。n最不稳定的：最不稳定的：黑云母黑云母、橄榄石、黄铁矿、橄榄石、黄铁矿、石膏石膏、岩盐岩盐。4.1 风风化作用n 岩石中含较多的不稳定矿物时，其抗风化能力较岩石中含较多的不稳定矿物时，其抗风化能力较n 岩石中含稳定矿物较多时，则其抗风化能力较岩石中含稳定矿物较多时，则其抗风化能力较n 由一种矿物组成的单矿岩比由多种矿物组成的复矿由一种矿物组成的单矿岩比由多种矿物组成的复矿岩抗风化能力岩抗风化能力n 岩石的结构、构造对风化的影响表现为粗

15、粒、不等岩石的结构、构造对风化的影响表现为粗粒、不等粒结构较细粒、等粒结构抗风化能力粒结构较细粒、等粒结构抗风化能力n 具有层理、片理等定向排列构造的岩石较均一粒状、具有层理、片理等定向排列构造的岩石较均一粒状、致密状的抗风化能力致密状的抗风化能力4.1 风风化作用 2 2、地质构造的影响：、地质构造的影响：4.1 风风化作用n 影响岩石风化作用的气候因素主要是影响岩石风化作用的气候因素主要是气温气温和和降水降水量。量。n 气温：气温的高低直接影响到化学风化速度的快气温：气温的高低直接影响到化学风化速度的快慢，昼夜温差的大小影响岩石的物理化学风化作用。慢，昼夜温差的大小影响岩石的物理化学风化作

16、用。n 降水量：岩石的化学风化作用基本是在有水的降水量：岩石的化学风化作用基本是在有水的条件下进行，降水量直接控制着水的多少及化学风条件下进行，降水量直接控制着水的多少及化学风化作用的强弱。化作用的强弱。 3 3、气候的影响：、气候的影响：4.1 风风化作用n 寒冷冰冻气候区：通常以冰劈作用为主，而化学风寒冷冰冻气候区：通常以冰劈作用为主，而化学风化作用基本不发生。化作用基本不发生。n 干旱、半干旱的气候区：以温差风化为主，化学风干旱、半干旱的气候区：以温差风化为主，化学风化作用微弱；化作用微弱；n 温暖潮湿气候区：化学风化十分显著，生物风化也温暖潮湿气候区：化学风化十分显著，生物风化也较发育

17、；较发育；n 炎热潮湿气候区：植物茂盛，细菌繁殖迅速，水溶炎热潮湿气候区：植物茂盛，细菌繁殖迅速，水溶液中富含酸性物质，化学风化作用和生物风化作用十分液中富含酸性物质，化学风化作用和生物风化作用十分强烈，岩石、矿物迅速分解，风化物厚度很大，可达强烈，岩石、矿物迅速分解，风化物厚度很大，可达100m以上。以上。4.1 风风化作用 4 4、地形条件的影响：、地形条件的影响：4.1 风风化作用 5 5、其他影响因素：、其他影响因素：4.1 风风化作用三、岩石（体）风化程度的划分三、岩石（体）风化程度的划分4.1 风风化作用 四个等级四个等级4.2 河流地质质作用风化作用12岩溶（喀斯特）3泥石流4地震54.2 河流地质质作用n 河水沿河床流动时，具有一定的动能。动能大小取决于河水沿河床流动时，具有一定的动能。动能大小取决于河水的河水的质量质量和和流速流速。n 动能消耗在两方面：动能消耗在两方面： 1、克服阻碍流动的各种摩擦力；、克服阻碍流动的各种摩擦力； 2、搬运水流中所携带的泥沙、搬运水流中所携带的泥沙n 河水的动能