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花岗岩风化壳的研究已经成为国际地理学界热门的讨论话题,而花岗岩在中国各省市区均有分布,其中主要分布在东部沿海地区。本文的研究区域位于南岭东部江西定南地区,地表岩性属于花岗岩构造带,区域范围受到了东亚夏季风和西南季风的共同影响,水热条件丰富,当地地表受到的风化作用强烈,发育有较完整的风化壳。该地区的花岗岩风化壳地质结构对于研究中国南方地区的花岗岩风化壳具有一定的代表意义。本文选取位于南岭东部江西省定南县境内一花岗岩风化壳剖面进行取样分析,共采得52个样品,采样孔深度为750cm。通过实验分析,获得了花岗岩风化层中的化学元素、磁化率、粒度参数变化以及有机碳同位素的大量实验数据,对其各物理化学特征进行了相关研究。
通过实验方法,对定南花岗岩风化壳的分别获取了风化壳剖面的化学元素中的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、K2O、MgO以及Na2O在各风化层中的含量变化分布特征,并计算出其各风化系数;S/A、S/F、S/R、A/F的系数主要反映的是脱硅和铁铝的富集程度,其变化曲线基本一致;CM/A、KN/A和KNCM/A系数主要体现的是盐类的淋失程度,变化曲线的变化趋势基本一致。花岗岩风化作用主要受到脱硅富铁铝化作用的影响,在剖面中由上至下,Al2O3、Fe2O3表现出相似的减少的变化趋势,与SiO2的波动正好相反。Na、K同属于碱金属,两者的波动与SiO2的波动基本一致,但MgO的波动不明显。而CaO在风化壳中几乎无变化。定南花岗岩风化壳剖面体现中一般的基岩风化特征,即风化强度从底部至顶部,呈现为从弱至强的变化趋势。
通过对风化壳剖面样品实验获得其低频磁化率、高频磁化率并计算出频率磁化率以及质量磁化率,研究发现,随着深度的增加,风化程度的逐渐减弱,风化壳中的磁化率指标随深度增加而总体逐渐变小的趋势,与风化壳剖面从强至弱的变化趋势相一致,认为磁化率指标可以指示花岗岩风化壳的风化程度变化。
实验分析获得花岗岩风化壳剖面中粗砂、中砂、细砂粗、粉砂、细粉砂和粘土等粒级在风化层中的不同含量百分比,以及计算出反应风化壳的土层风化度的各粒度风化值;经分析,表明随深度的加深,风化程度的减弱,粗砂、中砂和细砂的百分含量逐步增大,而粗粉砂、细粉砂和粘土百分含量均减小;而风化度系数P,K,SC/D三者的变化趋势总体表现为随着土层深度的加深,数值逐渐减小,这说明随土层深度的增加,风化强度愈弱。
通过实验分析获得定南花岗岩风化壳剖面中有机碳同位素值,并探讨了有机碳同位素值在风化壳剖面中出现的变化特征的原因。发现有机碳同位素值随风化壳深度的增加,风化程度的减弱,大致呈下降的趋势,分析认为有机碳同位素来源于风化壳地表物质,随着水热条件的变化,基岩风化程度的变化情况,通过迁移和吸附作用进入到风化壳中去。
本文在上述分析基础上,用统计学方法,通过进一步对定南风化壳剖面的化学元素特征、磁化率、粒度组成以及有机碳同位素值等的理化特征相关问题的综合分析。通过对比风化壳的低频磁化率和粒度参数,发现低频磁化率与粗颗粒物质(粗砂、中砂和细砂部分)是呈现显著负相关关系,而与细颗粒物质(粗粉砂、细粉砂和粘土部分)是呈现显著正相关关系,并且相关系数约为±0.7。分析认为是因为低频磁化率主要反映的是样品在外界环境下获得的磁化强度,一般来讲,低频磁化率能够反映所有粒级的磁性矿物表现。低频磁化率和细颗粒物质的粒级是具有的相关性,而两者对风化壳的风化程度变化的指代意义是一致性的。
通过对风化壳剖面中的有机碳同位素与低频磁化率的相关性分析,由于有机碳同位素迁移到风化壳中是受到了外界影响,其值与风化程度,流水及颗粒物质的吸附和迁移作用相关,其与低频磁化率的同样具备一定的相关性,有机碳同位素这一指标同样对指示风化壳的风化程度变化具有一定的指示意义。
通过对有机碳同位素与粒度参数之间的相关关系进行进一步研究,发现有机碳同位素值的大小与粗颗粒物质(粗砂、中砂和细砂部分)是呈现显著负相关关系,而与细颗粒物质(粗粉砂、细粉砂和粘土部分)是呈现显著正相关关系。有机碳同位素值与不同粒级之间呈现的相关性明显,表明,两者之间具有一定的联系性。根据其有机碳同位素的驱动因素分析可得,有机碳同位素的迁移与吸附作用受到了风化壳中的不同深度的粒度大小影响。有机碳同位素在风化壳中的反应,可以作为指示花岗岩风化壳中的风化程度的一个替代指标。
本文讨论了定南风化壳剖面的元素特征、磁化率、粒度组成以及有机碳同位素值的相关关系问题,并选取各指标中代表意义的硅铝系数S/A(SiO2/Al2O3),低频磁化率、细颗粒物质(粗粉砂、细粉砂和粘土部分)百分含量以及有机碳同位素,把各变化曲线进行对比。表明四个指标根据其物理化学变化特性,都表现该风化壳剖面随着土层深度的增加而风化强度逐渐减弱,在表征风化壳剖面的整体风化特征上趋于一致性。