碳酸盐岩风化成土作用、地球化学过程及机理 风化作用

在热带、亚热带气候条件下的碳酸盐岩风化成土作用具有多阶段、多途径和多方式的特点，是以化学风化和生物风化作用为主的表生地球化学过程。从碳酸盐岩风化成土过程中发生的物理化学反应来看，碳酸盐岩风化成土作用主要包括淋滤作用、水化作用、水解作用和氧化作用，相应构成原岩矿物分解破坏和红色风化壳中新生矿物的形成演化过程。碳酸盐岩风化成土作用的阶段性和风化壳中新生矿物的分异演化是碳酸盐岩红色风化壳分带性特征的根本原因。按照碳酸盐岩风化成土过程中新生矿物的形成演化序列，可将碳酸盐岩风化成土过程划分为粘土矿物阶段、氧化铁锰矿物阶段和三水铝石阶段。这也是碳酸盐岩风化成土过程中主量元素地球化学演化分异的结果，元素地球化学研究和红色风化壳剖面矿物分带组合特征揭示了碳酸盐岩风化成土地球化学过程可明显划分为脱钙镁富硅铝、富铁锰和脱硅富铝3个地球化学演化阶段，与上述矿物形成和演化阶段相对应，表现为粘土矿物、氧化铁锰矿物和三水铝石等标志性矿物形成阶段和演化特征，在碳酸盐岩红色风化壳剖面呈现出矿物组合分带特征。碳酸盐岩风化成土作用的阶段划分和地球化学过程既有大陆地壳各类岩石风化成土作用和风化壳形成演化的共性特征，也具有碳酸盐岩风化成土作用特有的性状，这是由于碳酸盐岩本身的物理性质和化学成分以及独特的岩溶环境所致。碳酸盐岩红色风化壳广泛发育于热带、亚热带地区，处于开放的岩溶环境系统中，丰富的地下水、地表水及土中的溶液和温暖潮湿的气候条件使碳酸盐岩风化成土作用——溶蚀作用、交代作用和淀积作用十分活跃。碳酸盐岩红色风化壳的形成是溶蚀作用、交代作用和淀积作用同时存在，相互促进和共同作用的结果。交代成土作用是碳酸盐岩风化成土的重要作用，也是碳酸盐岩红色风化壳中矿物形成的基本方式和重要机理。尽管白云岩和石灰岩以及一系列过渡类型碳酸盐岩在成分、结构和微裂隙等方面存在差异，但交代成土作用发育都是碳酸盐岩类岩石风化成土作用的共同特征。不同类型碳酸盐岩风化成土作用的差异主要表现在溶蚀-淀积作用发育的程度上。如在石灰岩风化成土的早期，就有溶蚀-淀积作用超过交代作用的现象，在石灰岩红色风化壳剖面岩土界面附近，也可观察到较多的直接由溶蚀-淀积作用形成的矿物，如埃洛石、水铝英石和结晶程度很低的凝胶状氧化铁矿物以及相应的微结构特征。随着碳酸盐岩风化成土作用的持续发展，交代成土作用逐渐成为主要的风化成土作用和矿物生成方式。因此，交代成土作用是起主导作用的碳酸盐岩风化成土作用，贯穿于碳酸盐岩红色风化壳形成和演化的全过程。

朱立军的成果~

朱立军长期从事喀斯特环境地质地球化学研究，在碳酸盐岩风化成土地球化学过程与环境效应、岩溶地下水系统演化及生态环境效应方面，从1994年起连续获得国家科学自然基金面上项目和重点项目资助，并承担了科技部重大基础研究前期项目、教育部骨干教师基金项目、交通部西部重点科技攻关项目和贵州省科技攻关等相关项目研究，取得了以“碳酸盐岩风化成土作用及其环境效应”为代表的一系列研究成果。发表相关学术论文50余篇（其中SCI、EI收录论文30余篇），出版学术专著4部，1998年和2004年分别获贵州省科技进步二等奖 。

铝土矿的形成是与地表岩石彻底的物理、化学风化作用密切相关。铝土矿的主要成分(水铝石、赤铁矿、二氧化硅、二氧化钛等)是地表风化作用条件下最为稳定的物质,是化学风化作用进行到最后阶段的产物。“当风化作用进行到最后阶段——铝铁土阶段—红土型风化作用阶段,铝硅酸盐矿物被彻底分解,全部可移动元素都被带走,主要剩下铁和铝的氧化物及一部分二氧化硅”(刘宝珺,1980),而形成铝土矿。
现代红土型铝土矿主要分布在南、北纬30°范围内的南美、西非、东南亚、印度、澳大利亚等地的热带雨林地区。炎热潮湿的气候条件使得化学风化作用极为强烈,有利于铝土矿成矿。
本区缺失晚奥陶统-早石炭统,说明中奥陶世以后直到早石炭世长达140Ma的时间内,华北地区处于隆起状态,经历了风化、剥蚀作用,地表堆积了大量的风化物质,铝得到了初步的富集。
石炭纪,随生物进化,植物登陆并在陆地广泛分布,地球岩石圈运动使得豫西地区恰好位于赤道附近的热带多雨气候环境中。植物登陆及热带雨林环境,使得豫西地区发育强烈的化学风化作用,如我国贵州、广西现代碳酸盐岩地区一样(朱立军,2004),地表的碳酸盐岩发生红土型风化作用,形成富含硅质、铁质、铝质的红土型风化壳,铝质得到了富集,为铝土矿的形成提供了物质来源。

碳酸盐岩红色风化壳磁学性质发生机理及其环境意义
答：由透射电镜观察到磁赤铁矿常具有与纤铁矿相似的形貌特征，其形成可能经历了纤铁矿脱水结晶的转化过程。磁赤铁矿在红色风化壳中的形成和转化以及与其他氧化铁矿物的组合关系决定了红色风化壳磁学性质的变化，定量地反映碳酸盐岩风化成土地球化学环境和过程，其环境意义主要表现在以下3个方面：1）沿红色风化壳...

碳酸盐岩的两种成土作用
答：5.4.1.1　溶蚀残余成土作用 在化学淋溶作用下，碳酸盐岩中的主要易溶组分碳酸钙、碳酸镁等随水流失，而不溶组分，如SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2等则残留下来聚积成土。由于碳酸盐岩中不溶物的含量很低，一般在10%以下甚至不到1%（表5.11），因此通常认为若要形成lm厚的土壤，至少需要风化、剥...

碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物及其环境意义
答：氧化铁矿物是红色风化壳的重要组成部分，虽然其含量不及红色风化壳中的粘土矿物，但作为红色风化壳的主要矿物和重要结构单元，特别是氧化铁矿物所具有的活性高和地球化学敏感性强等特点，对红色风化壳的物理化学性质、工程力学性质和环境质量特征起着关键作用；同时作为风化成土过程的新生矿物，其含量、成分、...

岩溶水作用
答：在风化壳中广泛发育水解作用，如层状硅酸盐矿物（粘土矿物）中的金属阳离子被水中的H+离子置换反应，形成难溶解的氧化铁矿物或新的粘土矿物。水解作用也是引起溶液酸碱度（pH值）发生变化的重要化学反应之一。溶液的pH值决定着化学元素的迁移能力，对风化成土地球化学过程有着极大的影响。如果风化壳中水...

主量元素因子分析
答：反映出在不同的风化成土地球化学过程中元素的循环特征。因子4、因子5和因子6分别反映了在碳酸盐岩风化成土地球化学过程中FeO、K2O和P2O5的迁移富集特点。其中钾主要富集于风化成土初期，与硅的富集有一定的相关性，在空间上表现为红色风化壳剖面中下部伊利石矿物的形成和演化。

碳酸盐岩红色风化壳系统、结构、功能和作用
答：这一开放系统又由具有特定功能和作用的各单元(或部分)组成,它们以一定的顺序排列组合起来,共同完成风化成土以及成土后期红土化作用,我们把这种组合关系称为风化壳的“结构”。这一系统是在开放体系的环境下,在长期的地质历史时期中,在各种风化营力影响和作用下,形成的具有自组织功能的“耗散结构”系统,所以此处的“...

朱立军的成果
答：朱立军长期从事喀斯特环境地质地球化学研究，在碳酸盐岩风化成土地球化学过程与环境效应、岩溶地下水系统演化及生态环境效应方面，从1994年起连续获得国家科学自然基金面上项目和重点项目资助，并承担了科技部重大基础研究前期项目、教育部骨干教师基金项目、交通部西部重点科技攻关项目和贵州省科技攻关等相关项目...

粘土矿物和氧化铁矿物对稀土元素地球化学行为的影响
答：碳酸盐岩红色风化壳中的粘土矿物和氧化铁矿物对碳酸盐岩风化成土过程中稀土元素的地球化学行为有着重要影响。碳酸盐岩红色风化壳剖面中稀土元素总量特征和分布模式与剖面中粘土矿物和氧化铁矿物的分布规律有着直接联系，说明碳酸盐岩风化成土过程中粘土矿物和氧化铁矿物的形成和演化过程控制着稀土元素的地球...

风化溶蚀作用
答：碳酸盐岩风化成土作用及其环境效应 式中：X——溶蚀速率（mm/103a）；E——年平均径流深度（dm）；T——水中碳酸盐岩硬度，碳酸钙+碳酸镁（mg/L）；A——流域中碳酸盐岩层所占面积的比例。表6-5 贵州省某些流域碳酸盐岩溶蚀速度计算值 杨明德（1998）应用此公式计算了黔中地区4个流域的溶蚀速率...

氧化铁矿物形成的机理
答：氧化铁矿物微区化学成分和结构构造研究表明,碳酸盐岩风化成土过程中形成的氧化铁矿物,首先以胶体形式呈球状、团花状和絮状充填于微孔隙内或呈无定形氧化铁胶膜吸附于粘土矿物表面。随着风化成土作用的持续发展,氧化铁胶体之间相互作用或与粘土矿物作用以及粘土矿物对氧化铁胶体的解凝作用,氧化铁胶体发生活化转移和重新...