湘西巖溶區(qū)風(fēng)化殼的物源_石英粒度分布特征的指示

1、卷(Volume)29,期(Number)1,總(Total)115礦物巖石頁(Pages)80-85,2009,3,(Mar,2009) J MINERAL PETROL收稿日期:2008-10-10;改回日期:2009-03-01基金項(xiàng)目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2006CB403200);中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(SK-LEG5076);湖南省自然科學(xué)聯(lián)合基金項(xiàng)目(06JJ50074)湘西巖溶區(qū)風(fēng)化殼的物源:石英粒度分布特征的指示馮志剛1,2,王世杰2,黃偉1,劉江1,劉秀明21.南華大學(xué)核資源與安全工程學(xué)院,湖南衡陽421001;2.中國科學(xué)

2、院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州貴陽550002【摘要】對(duì)湘西巖溶區(qū)呈鑲嵌景觀展布的4條風(fēng)化剖面中石英粒度分布特征的進(jìn)行對(duì)比研究,發(fā)現(xiàn)區(qū)域上碳酸鹽巖風(fēng)化成土作用具有極大可能性?；鶐r為灰?guī)r的兩條風(fēng)化剖面(WC1和WC2)的頻率分布曲線呈單峰窄峰態(tài),眾數(shù)值分別為4·9和4;兩條碎屑巖風(fēng)化剖面(WC3和DBK)的頻率分布曲線呈單峰寬峰態(tài),眾數(shù)值分別約為5·1和6。而且各剖面基巖與上覆風(fēng)化殼的石英粒度頻率分布曲線呈現(xiàn)良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。石英粒度的標(biāo)準(zhǔn)差、偏度、尖度等參數(shù)也顯示,各剖面樣品基本上分布于不同的區(qū)域。研究結(jié)果還表明:(1)母巖風(fēng)化過程中,石英粒度分布特征是完全

3、可以繼承的;(2)剖面WC1和WC2為碳酸鹽巖風(fēng)化殼。說明在湘西巖溶區(qū),在有利的地貌單元,碳酸鹽巖是完全可以風(fēng)化成土的;(3)不同風(fēng)化剖面的石英粒度分布特征不同,說明在區(qū)域上,風(fēng)化殼不具有共同的物源,下伏基巖是其上覆風(fēng)化殼的成土母巖;(4)石英粒度分布特征是用于巖溶區(qū)風(fēng)化殼物源示蹤的良好指標(biāo)?！娟P(guān)鍵詞】湘西巖溶區(qū);物源;石英粒度;風(fēng)化殼;王村鎮(zhèn)中圖分類號(hào):S152.3;P152.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-6872(2009)01-0080-060引言近10年來,中國西南巖溶區(qū)風(fēng)化殼的成因、形成機(jī)制及物質(zhì)的來源等問題一直存在著爭議,并形成了碳酸鹽巖風(fēng)化殘積說、原上覆非碳酸鹽巖的風(fēng)化、風(fēng)

4、成物和/或火山灰風(fēng)化、多源成因、溶蝕交代及體積風(fēng)化等不同的觀點(diǎn)。這種認(rèn)識(shí)上的分歧,可能由于研究對(duì)象所處地理環(huán)境背景的差異造成,亦可能由于研究方法的局限造成。目前,大量的物源研究工作主要集中在貴州巖溶地區(qū)。研究中越來越多的證據(jù)表明,在有利的地形地貌單元,碳酸鹽巖是完全可以風(fēng)化殘積成土的。而地處江南丘陵向云貴高原山地過渡的湘西巖溶區(qū),對(duì)于其風(fēng)化殼的成因,尚未開展過系統(tǒng)的研究和論證。由于與鄰區(qū)貴州高原處于不同的自然地理環(huán)境條件,因此無法對(duì)碳酸鹽巖風(fēng)化成土作用是否作為湘西巖溶區(qū)重要的土類資源的成土機(jī)制作出準(zhǔn)確判斷。方法上,惰性元素對(duì)比值2、稀土元素配分模式5、礦物學(xué)5、全巖粒度分布特征4、石英表面形態(tài)

5、8、釹、鍶同位素組成9等指標(biāo)已被應(yīng)用于巖溶區(qū)風(fēng)化殼的物源研究領(lǐng)域。但上述指標(biāo)在具體應(yīng)用中也存在一些局限:如地球化學(xué)上利用惰性元素對(duì)比值恒定的物源示蹤理論,由于碳酸鹽巖風(fēng)化過程中的巨大體積縮小變化,從而使這些元素對(duì)比值從基巖到土層中產(chǎn)生了巨大變化2,10;利用稀土元素配分曲線的示蹤是基于風(fēng)化過程中這些元素不發(fā)生分異的假設(shè),但這種前提條件并非總能滿足11;在利用礦物學(xué)及石英等穩(wěn)定礦物表面特征進(jìn)行物源研究時(shí),因指標(biāo)受影響因素較多,指標(biāo)的多變性和非唯一性指示特征可能導(dǎo)致多種指示意義;利用全巖粒度分布特征進(jìn)行示蹤是基于在風(fēng)化過程中可預(yù)測(cè)的粒徑變化行為,而對(duì)于深度發(fā)育的風(fēng)化殼,由于風(fēng)化過程中對(duì)碎屑顆粒的強(qiáng)

6、烈改造、以及次生游離氧化物的膠結(jié)作用可能導(dǎo)致粒度的反向粗化,都會(huì)降低對(duì)物源的指示效果;利用釹、鍶等同位素的物源示蹤,由于不同載體礦物間可能存在同位素組成上的差異,從而增加了對(duì)數(shù)據(jù)解釋的難度。石英由于在地質(zhì)體中分布廣泛,并且在表生環(huán)境下較為穩(wěn)定,其粒度不易被風(fēng)化成土作用改造而能更好地反映原始的粒度狀況,因此其粒度分布特征可以成為恢復(fù)沉積物搬運(yùn)機(jī)制、沉積環(huán)境和物質(zhì)來源的良好指標(biāo)1214。鑒于此選擇湘西巖溶區(qū)的吉首市永順縣王村鎮(zhèn)作為研究區(qū)域,通過對(duì)2條下伏基巖為灰?guī)r的風(fēng)化剖面、以及呈鑲嵌景觀產(chǎn)出的2條碎屑巖風(fēng)化殼的石英粒度分布特征的對(duì)比,以期查明區(qū)域上碳酸鹽巖風(fēng)化成土作用的可能性,進(jìn)而對(duì)巖溶區(qū)風(fēng)化殼

7、的成因及物源進(jìn)行研究,并且驗(yàn)證石英粒度分布特征在巖溶區(qū)風(fēng)化殼物源示蹤的有效性。1材料與方法研究區(qū)位于湘西巖溶區(qū)的吉首市永順縣王村鎮(zhèn),地貌上屬于低山丘陵地帶,區(qū)域上碳酸鹽巖與碎屑巖呈鑲嵌景觀展布,在基巖之上普遍分布著一套厚度不一的紅色風(fēng)化土層(風(fēng)化殼)。于2007年7月25日8月3日期間進(jìn)行了野外踏勘與樣品采集工作。4條采樣剖面均位于地貌特征相似的丘陵臺(tái)地面之上,以盡量消除坡積物的影響。其中2條剖面(WC1,WC2)的下伏基巖為灰?guī)r,另2條剖面(WC3,DBK)的下伏基巖(母巖)分別為紫色砂頁巖和紫紅色淺變質(zhì)粉砂巖,研究區(qū)采樣剖面位置見圖1。4條剖面的剖面特征及樣品采集方法見表1所述及圖1所示。

8、圖1采樣剖面示意圖a.WC1剖面; b.WC2剖面; c.WC3剖面; d.DBK剖面; 1.灰?guī)r; 2.砂頁巖; 3.淺變質(zhì)粉砂巖; 4.巖粉層; 5.風(fēng)化殼; 6.土壤層; Y.基巖; Tn.風(fēng)化層樣品Fig.1Sketch map showing the sampling sections表1研究剖面的剖面特征及采樣方法Table1Characteristics and sampling method of researched sections剖面編號(hào)下伏基巖酸不溶物含量/%采樣地點(diǎn)剖面特征及采樣方法WC1灰白色灰?guī)r0.693王村東北農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)附近人工露頭,剖面厚2.3 m,巖粉層-土界

9、面清晰,深紅色風(fēng)化殼,缺失原巖殘余結(jié)構(gòu);連續(xù)刻槽取樣,樣長20 cm,共采集1件基巖、1件巖粉和11件風(fēng)化殼樣品WC2灰白色灰?guī)r3.825王村東約2 km處公路邊人工露頭,剖面厚2.5 m,巖粉層-土界面清晰,深紅色風(fēng)化殼,缺失原巖殘余結(jié)構(gòu);連續(xù)刻槽取樣,下部樣長10 cm,中、上部樣長20cm,共采集1件基巖、1件巖粉和14件風(fēng)化殼樣品WC3紫色砂頁巖王村東南約10 km處丘陵隴崗天然露頭,剖面厚80 cm,巖-土界面連續(xù)過渡,紫紅色風(fēng)化殼;間隔取樣,共采集1件基巖和3件風(fēng)化殼樣品DBK紫紅色淺變質(zhì)粉砂巖王村鎮(zhèn)大壩科村天然露頭,剖面厚70 cm,巖-土界面連續(xù)過渡,磚紅色風(fēng)化殼;連續(xù)刻槽取樣

10、,樣長10 cm,共采集1件基巖和6件風(fēng)化殼樣品利用石英單礦物粒度作為示蹤指標(biāo),其應(yīng)用前提是石英應(yīng)為全巖樣品中的常量組分。對(duì)WC1和WC2剖面部分樣品的X射線衍射分析(XRD)結(jié)果顯示,WC1的下伏灰?guī)r酸不溶物中石英含量為35·67%,上覆風(fēng)化殼的T2,T6中石英含量分別為37·24%和38·02%;WC2的下伏灰?guī)r酸不溶物中石英含量為39·84%,上覆風(fēng)化殼的T2,T7中石英含量分別為45·82%和44·01%。而在砂頁巖以及粉砂巖等碎屑巖風(fēng)化殼中,石英本來就是一種常見組分。據(jù)此可以認(rèn)為,利用全巖樣品中石英單礦物粒度作為研究指標(biāo)是具

11、有代表性的。石英單礦物的分離和提純采用焦硫酸鉀熔融-氟硅酸溶解法15,對(duì)可能產(chǎn)生的次生非晶態(tài)蛋白石采用熱Na2CO3溶液溶解剔除16。主要分離流程81第29卷第1期馮志剛等:湘西巖溶區(qū)風(fēng)化殼的物源:石英粒度分布特征的指示為:用30%的H2O2溶液氧化樣品中的有機(jī)質(zhì)對(duì)殘?jiān)? mol/L的HCl溶液煮沸2 h,以除去樣品的碳酸鹽、鐵氧化物和部分粘土對(duì)殘?jiān)鼞B(tài)用焦硫酸鉀在650熔融樣品45 min,去離子水浸泡熔塊至完全溶解對(duì)殘?jiān)鼞B(tài)用30%的氟硅酸浸泡3 d用5%熱Na2CO3溶液溶解去除可能存在的次生非晶蛋白石純石英。上述每一步驟的固液分離均采用離心機(jī)在9 000 r/min轉(zhuǎn)速下進(jìn)行。對(duì)于碳酸鹽

12、巖基巖及巖粉層樣品的石英提純,先進(jìn)行酸不溶物的提取,然后對(duì)酸不溶物樣品進(jìn)行上述的石英提取流程。由于碳酸鹽巖酸不溶物含量一般極低(表1),為了保證有足量的供試樣品,分別對(duì)500 g基巖碎樣(>2 mm)及巖粉用1 mol/L的HCl進(jìn)行快速淋溶,以提取酸不溶物,提取方法詳見王世杰等2。對(duì)于2條碎屑巖風(fēng)化殼的基巖樣品,由于碳酸鹽礦物等酸溶組分含量較低,不需要再單獨(dú)進(jìn)行酸不溶物組分的提取工作。石英粒度分析用國產(chǎn)Rise-2008型激光粒度分析儀測(cè)試,量程為0·02m1 200m,用標(biāo)樣GBW(E)120021控制的分析誤差D50<2%;礦物成分用dmax/2200型X射線衍射儀

13、(XRD)分析;石英純度檢驗(yàn)用日產(chǎn)JEOL-JSM-6460/LV型掃描電鏡(SEM)與能譜儀(EDX)聯(lián)用技術(shù),以及國產(chǎn)CRY-2P型高溫差熱分析儀(DTA)進(jìn)行。以上分析中,XRD,SEM-EDX測(cè)試在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所完成,其余分析在南華大學(xué)完成。2結(jié)果與討論2.1石英純度的檢驗(yàn)為了保證供試材料的代表性,隨機(jī)抽查經(jīng)過石英分離提純的樣品WC1-T2和DBK-T1進(jìn)行純度檢驗(yàn)。從樣品的DTA分析曲線(圖2)中可以看出,兩件樣品均在570左右出現(xiàn)了強(qiáng)烈吸熱谷,而在其他溫度范圍內(nèi)未出現(xiàn)明顯熱效應(yīng),對(duì)照礦物差熱分析鑒定手冊(cè)上的標(biāo)準(zhǔn)圖譜17,可以認(rèn)為兩件供試樣品的DTA曲線為石英曲線。在573

14、為低溫-石英和高溫-石英的相轉(zhuǎn)變溫度,升溫過程中,當(dāng)達(dá)到相轉(zhuǎn)變溫度時(shí),發(fā)生吸熱反應(yīng)。在DTA曲線的低溫區(qū)(<300)未出現(xiàn)熱效應(yīng),說明風(fēng)化殼形成過程中可能產(chǎn)生的次生蛋白石被剔除,同時(shí)也指示了石英分離和提純過程中釋放的硅酸未發(fā)生明顯沉淀。然而,長石等一些礦物類在以上測(cè)試溫度范圍內(nèi)較為穩(wěn)定,不產(chǎn)生熱效應(yīng),所以從上述DTA曲線中還無法判斷樣品中是否有此類礦物的殘留。通過SEM-EDX聯(lián)用技術(shù)的進(jìn)一步觀察和測(cè)試顯示,兩樣品在鏡下均呈乳白色,表面無明顯溶蝕痕跡,顆粒大多呈不規(guī)則粒狀,自形程度低,且未發(fā)現(xiàn)其余物質(zhì)的存在。多個(gè)礦物顆粒的EDX微區(qū)分析結(jié)果顯示(見圖3,由于視域中未發(fā)現(xiàn)明顯異常而未附SE

15、M圖片),能譜圖中只出現(xiàn)了Si,O峰(C峰的出現(xiàn)是由于樣品在預(yù)處理過程中噴碳所致),說明上述石英分離提純的方法是可靠的。另外,由于中國西南巖溶區(qū)風(fēng)化殼的脫硅富鋁化程度較弱18,因此,即使在風(fēng)化過程中形成的微量次生石英也不足以影響利用碎屑石英的粒度分布特征對(duì)物源的指示?？梢越普J(rèn)為,經(jīng)過提純處理后的石英粒度代表了母巖中原始的石英粒度組成。圖2樣品WC1-T2和DBK-T1的DTA曲線Fig.2DTA curves of WC1-T2 and DBK-T1圖3供試樣品的成分能譜曲線Fig.3EDX spectrum of tested samples2.2石英粒度參數(shù)的計(jì)算及結(jié)果粒度參數(shù)采用如下的

16、方法計(jì)算:(1)粒度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn):參照Wilkeet al19對(duì)風(fēng)化沉積物的粒度分級(jí)方案,其中,粘粒<2m;粉砂2m63m;砂粒63m2 000m。雖然本次粒度分析的量程上限為1 200m,但所有樣品粒度均<500m,因此不影響對(duì)粒度分布的真實(shí)反映。(2)值粒徑:由于十進(jìn)制粒級(jí)分類是按照十進(jìn)制以降序(或升序)的順序排列的,其分級(jí)間隔太大,各粒度不等距,不便于作圖和運(yùn)算,所以一般采用值粒徑進(jìn)行分級(jí)20,對(duì)部分粒度參數(shù)采用值粒徑計(jì)算。與毫米表示的粒徑d之間的換算關(guān)系為=-log2d。該分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是顆粒愈大,粒級(jí)間隔愈大,反之間隔愈小。后文中粒度頻率分布曲線采用分級(jí),分級(jí)間隔為1/4。

17、82礦物巖石2009(3)標(biāo)準(zhǔn)差、偏度及尖度:采用黃思靜21提供的矩值法公式進(jìn)行計(jì)算。(4)中值粒徑(D50):由粒度分析軟件直接導(dǎo)出。4條研究剖面的石英粒度分布參數(shù)見表2所示。2.3石英粒度頻率分布曲線特征從4條剖面的石英粒度頻率分布曲線(圖4)中可以看出,4條剖面的石英粒度頻率分布曲線盡管均呈單峰分布,但各剖面之間無論是峰形還是眾數(shù)值均存在明顯差異。剖面WC1和WC2呈窄峰態(tài),眾數(shù)值分別為4·9和4;剖面WC3和DBK呈寬峰態(tài),眾數(shù)值分別約為5·1和6。另外,各剖面基巖與上覆風(fēng)化殼樣品的頻率曲線呈現(xiàn)良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,具有較為一致的峰形和眾數(shù)值。從碎屑巖風(fēng)化剖面WC3和DB

18、K的石英粒度頻率分布曲線特征表明,從母巖到風(fēng)化殼,石英粒度分布特征是可以繼承的。因此,灰?guī)r與上覆風(fēng)化殼剖面(WC1和WC2)之間頻率分布曲線的良好對(duì)應(yīng)關(guān)系,指示了碳酸鹽巖為其上覆風(fēng)化殼的風(fēng)化母巖。而各剖面之間不同的石英粒度頻率分布曲線特征,也暗示了區(qū)域上的風(fēng)化殼不具有共同的物源,各剖面是下伏基巖風(fēng)化作用的產(chǎn)物。同時(shí),剖面WC1和WC2之間頻率曲線存在的明顯差異,說明兩剖面的碳酸鹽巖酸不溶物源于不同的物源和沉積環(huán)境。2.4石英粒度參數(shù)的指示在沉積學(xué)研究中,標(biāo)準(zhǔn)差、偏度、尖度等粒度參數(shù)常用來定量表征粒度分布特征,進(jìn)而指示沉積物的形成環(huán)境20,因此,不同物源和沉積條件下形成的沉積物在粒度參數(shù)散點(diǎn)圖中

19、將占據(jù)不同的區(qū)域。其中,標(biāo)準(zhǔn)差表示碎屑沉積物分選程度的大小,標(biāo)準(zhǔn)差越小,沉積物的分選性越好;偏度表示沉積物粗細(xì)分布的對(duì)稱程度,越負(fù)偏,越以細(xì)粒級(jí)組分為主;尖度是頻率曲線尾部展開度與中部展開度之比,是衡表2研究剖面的石英粒度分布參數(shù)Table2Grain size distribution parameters of quartz fromstudied profiles樣品編號(hào)深度/cm粘粒/%粉砂/%中值/m標(biāo)準(zhǔn)差偏度尖度WC1-Y 240 3.06 94.27 20.10 0.99 0.36 3.06WC1-T1 230 2.59 94.63 21.16 0.95 0.43 3.27WC1

20、-T2 210 2.58 94.93 21.56 0.95 0.48 3.35WC1-T3 190 1.73 96.67 20.86 0.92 0.37 2.83WC1-T4 170 1.43 96.80 21.57 0.91 0.38 2.83WC1-T5 150 2.09 94.11 22.64 0.96 0.42 3.11WC1-T6 130 2.27 93.59 22.95 0.98 0.44 3.13WC1-T7 110 2.28 93.16 23.51 0.99 0.45 3.13WC1-T8 90 2.37 93.05 23.46 0.99 0.45 3.12WC1-T9 70

21、2.36 93.11 23.46 0.99 0.45 3.12WC1-T10 50 2.46 93.00 23.31 1.00 0.45 3.09WC1-T11 30 3.68 90.99 21.07 1.08 0.33 2.88WC1-T12 10 3.78 91.46 20.82 1.07 0.36 2.95WC2-Y 260 0.8 81.04 37.54 1.03 0.71 3.22WC2-T1 250 2.16 83.29 34.27 1.07 0.76 3.45WC2-T2 240 0.73 79.43 38.97 0.94 0.74 3.81WC2-T3 230 0.82 79.

22、52 38.65 0.96 0.74 3.73WC2-T4 220 0.87 80.14 38.11 0.97 0.73 3.66WC2-T5 200 1.09 76.29 40.4 0.99 0.81 3.86WC2-T6 180 1.27 77.23 39.6 1.01 0.82 3.85WC2-T7 160 1.35 77.47 39.33 1.02 0.82 3.83WC2-T8 140 1.59 78.79 38.05 1.04 0.82 3.75WC2-T9 120 1.38 81.61 37.83 0.97 0.9 4.18WC2-T10 100 1.77 77.59 40.16

23、 1.04 0.98 4.09WC2-T11 80 2.00 79.35 38.6 1.05 0.96 4.00WC2-T12 60 1.84 72.83 40.08 1.13 0.75 3.32WC2-T13 40 2.78 78.81 33.56 1.19 0.60 2.92WC2-T14 20 2.42 76.16 37.74 1.16 0.75 3.23WC2-T15 5 2.27 78.38 35.11 1.18 0.68 3.04WC3-Y 100 9.58 85.15 17.36 1.26 0.29 2.68WC3-T1 80 9.52 85.76 16.83 1.25 0.27

24、 2.72WC3-T2 40 11.24 87.09 14.54 1.18 0.19 2.55WC3-T3 10 7.73 89.36 16.87 1.14 0.29 2.85DBK-Y 80 20.45 80.12 10.35 1.12 0.22 2.46DBK-T1 70 19.03 81.57 10.21 1.09 0.35 2.68DBK-T2 60 16.59 83.98 10.68 1.07 0.26 2.63DBK-T3 50 17.28 83.40 10.01 1.00 0.25 2.59DBK-T4 40 15.98 84.56 10.73 1.05 0.31 2.76DBK

25、-T5 30 16.13 84.37 11.26 1.08 0.33 2.63DBK-T6 20 18.42 82.28 9.66 1.02 0.21 2.63注:樣品編號(hào)中Y.基巖;Tn.風(fēng)化層樣品。其中WC1,WC2,WC3和DBK與圖1所指示的剖面相同量頻率曲線尖峰凸起的程度。對(duì)于沉積物(巖)中石英單礦物組分而言,其粒度參數(shù)是否能指示如全圖4研究剖面的石英粒度頻率分布曲線Fig.4Grain size frequency distribution curves of quartz from studied profiles83第29卷第1期馮志剛等:湘西巖溶區(qū)風(fēng)化殼的物源:石英粒度分布特

26、征的指示圖5研究剖面的石英粒度參數(shù)散點(diǎn)圖實(shí)心符號(hào)代表基巖;空心符號(hào)代表風(fēng)化層Fig.5The scatter diagram of grain size parameters of quartz圖6研究剖面的石英顆粒中粘粒/粉砂隨深度的變化Fig.6The variation of ratio of clay tosilt of quartz grain size withdepth from studied profiles巖粒度參數(shù)所反映的相應(yīng)沉積環(huán)境,由于缺乏這方面的對(duì)比研究,還不得而知。但可以肯定的是,不同物源和沉積環(huán)境下形成的沉積物(巖)中石英粒度參數(shù)特征必定有所差異,在此基礎(chǔ)上發(fā)育

27、的風(fēng)化殼石英粒度參數(shù)就會(huì)繼承各自母巖中的石英粒度參數(shù)特征,從而進(jìn)行風(fēng)化殼的物源指示。研究剖面的石英粒度參數(shù)散點(diǎn)圖(圖5)顯示各剖面樣品基本上分布于不同的區(qū)域,指示了其物源和沉積環(huán)境的差異,而基巖樣品又大多投影在上覆風(fēng)化殼的分布范圍,顯示出二者之間的同源性。因此,從石英粒度參數(shù)散點(diǎn)圖也指示了WC1和WC2剖面風(fēng)化殼源于下伏灰?guī)r的殘積風(fēng)化。另外,從圖5a可以看出,碳酸鹽巖風(fēng)化剖面的石英粒度明顯比碎屑巖風(fēng)化殼的粗,而粘粒含量較低。與黃土高原的風(fēng)成石英粒度12相比,WC1和WC2剖面的石英中值粒徑(20m40m)遠(yuǎn)高于前者,說明來自內(nèi)陸的風(fēng)塵不可能成為研究區(qū)灰?guī)r上覆風(fēng)化殼的物源。與其他剖面相比,WC1

28、的石英顆粒具有最大的正偏態(tài)和最粗的粒徑,反映出碳酸鹽巖與WC3和DBK等碎屑巖的形成環(huán)境不同,可能指示了沉積時(shí)更高的能量條件。2.5石英粒度在剖面上的變化特征剖面中粘粒含量的高低一定程度上反映了風(fēng)化殼發(fā)育程度的強(qiáng)弱22。一般地,風(fēng)化程度愈高,粘粒含量及粘粒/粉砂比愈大。對(duì)于風(fēng)化剖面中的石英顆粒而言,是否也具有如此的變化趨勢(shì)?圖6顯示了研究剖面的石英顆粒中粘粒/粉砂比隨深度的變化曲線,可以看出,隨剖面深度的變化,WC1和WC2的粘粒/粉砂比基本保持穩(wěn)定,說明其風(fēng)化殼的成土母巖中石英粒度分布在垂向上是較為均一的;而WC3和DBK的粘粒/粉砂比盡管存在明顯的波動(dòng),但未呈現(xiàn)預(yù)期的變化趨勢(shì),可能指示母巖

29、中的石英顆粒在垂向上存在著一定的差異,但未影響利用粒度頻率分布曲線及粒度參數(shù)對(duì)物源的示蹤。從另一個(gè)側(cè)面可以看出,母巖中的石英顆粒,在表生環(huán)境下是穩(wěn)定的。3結(jié)語通過對(duì)湘西巖溶區(qū)內(nèi)4條風(fēng)化剖面的石英粒度分布特征的對(duì)比研究表明:母巖風(fēng)化過程中,石英粒度分布特征是完全可以繼承的。碳酸鹽巖酸不溶物與上覆風(fēng)化殼之間的石英粒度分布特征具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,指示了二者之間的成因聯(lián)系,即風(fēng)化殼為碳酸鹽巖風(fēng)化殼,是碳酸鹽巖殘積風(fēng)化的產(chǎn)物。說明在湘西巖溶區(qū),在有利的地貌單元,碳酸鹽巖是完全可以風(fēng)化成土的。區(qū)域上,風(fēng)化殼不具有共同的物源,下伏基巖是其上覆風(fēng)化殼的成土母巖。另外,也表明石英粒度分布特征是巖溶區(qū)風(fēng)化殼物源示

30、蹤的良好指標(biāo)。參考文獻(xiàn)1Ji H B,Wang S J,Ouyang Z Y,etal.Geochemistry of red residua underlying dolomites in karst terrains of Yunnan-Guizhou Plateau I.Theformation of the Pingba profileJ.Chemical Geology,2004,203:1-27.2王世杰,季宏兵,歐陽自遠(yuǎn),等.碳酸鹽巖風(fēng)化成土作用的初步研究J.中國科學(xué)(D),1999,29(5):441-449.84礦物巖石20093王世杰,孫承興,周德全,等.貴州高原巖溶臺(tái)地紅

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34、soon strength on the Loess Plateau of Central Chinaduring the last 130,000 yrJ.Quaternary Research,1995,43(1) : 22-29.13劉進(jìn)峰,郭正堂,喬彥松,等.秦安中新世黃土-古土壤序列石英顆粒形態(tài)特征、粒度分布及其對(duì)成因的指示意義J.科學(xué)通報(bào),2005,50(24):2 806-2 809.14喬淑卿,楊作升.石英示蹤物源研究進(jìn)展J.海洋科學(xué)進(jìn)展,2006,24(2):267-274.15孫有斌.黃土樣中石英單礦物的分離J.巖礦測(cè)試,2001,20(1):23-26.16陳天虎,彭書傳

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36、3-116.20謝宇平.第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)及地貌學(xué)M.北京:地質(zhì)出版社,1994,291-309.21黃思靜.用EXCEL計(jì)算沉積物粒度分布參數(shù)J.成都理工學(xué)院學(xué)報(bào),1999,26(2): 195-198.22 White F,Blum E,Schulz S,etal.Chemical weathering rates of a soil chronosequence on granitic alluvium:.Quantification of mineralogi-cal and surface area changes and calculation of primary silicate r

37、eaction ratesJ.Geochimica et Cosmochimica Acta,1996,60(14):2 533-2 550.ISSN 1001-6872(2009)01-0080-06;CODEN:KUYAE2Synopsis of the first author:Feng Zhigang,38 years old,an associate professor of geochemistry.Now he is engaged in the researchof weathering geochemistry.THE PROVENANCE OF WEATHERING CRU

38、STS IN KARSTTERRAINS, WESTERN HUNAN PROVINCE: INDICATION OFGRAIN SIZE DISTRIBUTION CHARACTERISTICS OF QUARTZFENG Zhi-gang1,2,WANG Shi-jie2,HUANG Wei1,LIU Jiang1,LIU Xiu-ming21. School of Nuclear Resource and Safety Engineering,University ofSouth China,Hengyang421001,China;2. The State Key Laboratory

39、 of Geochemistry,Institute of Geochemistry,CAS,Guiyang550002,ChinaAbstract:Taking a karst region of western Hunan Province as research area, and selecting fourweathering profiles (of which, two are underlain by limestones, and other two by clastic rocks)as research object, through contrasting and su

40、rveying of characteristics of grain size distributionof quartz, this paper makes effort to unveil the formation of weathering crusts in the area. In theweathering profiles of WC1 and WC2, the bedrocks are limestones, the grain size frequency dis-tribution curves of quartz show single, narrow peak, and their modes are 4·9and 4respective-ly. The weathering profiles of WC3 and DBK are of clastic rocks, grain size frequency d