5、岩石风化与地质规划：原理、评估与应用

岩石风化与地质规划：原理、评估与应用

1. 岩石风化的基本原理

岩石风化是由物理崩解、化学分解和生物活动共同作用导致的。与侵蚀作用不同，风化作用的因素不会将岩石表面的碎屑运走。如果风化产生的岩石碎屑不被移除，它们最终会形成一层保护层，阻止进一步的风化。若要使风化持续进行，就必须不断露出新鲜的岩石表面，这意味着风化产生的碎屑需要借助重力、流水、风或移动的冰等作用被移除。

1.1 风化类型

• 机械或物理风化 ：在昼夜温差显著的气候区域，机械或物理风化尤为明显。这种风化并非一定需要大范围的温度变化，即使温度范围有限，冻融作用也可能发生。岩石的孔隙率、孔径大小和饱和度在抗冻性方面起着重要作用。水结冰时体积会增加达 9%，这会导致孔隙内压力增大，特别是饱和岩石。冰形成后，随着温度降低，冰压力会迅速增加，在约 -22°C 时，冰可产生高达 200 MPa 的压力。通常，粗粒岩石比细粒岩石更能承受冻融作用，临界孔径约为 0.005 毫米。冻融交替会使岩石的裂缝、裂隙、节理和一些孔隙空间变宽，最终使岩石碎片从母体上脱落。在炎热的沙漠地区，昼夜温差大导致岩石膨胀和收缩，由于岩石是热的不良导体，这种效应主要集中在岩石的外层，交替的膨胀和收缩产生应力，最终导致岩石破裂，这种现象称为剥落，其效果使岩石露头逐渐变圆。
• 化学风化 ：化学风化会导致矿物蚀变和岩石溶解。蚀变主要通过氧化、水化、水解和碳酸化作用实现，而溶解则是由酸化或碱化的水引起的。化学风化还会削弱岩石结构，强调其任何轻微的结构弱点，从而促进岩体崩解。当岩石内部发生分解时，蚀变后的物质体积通常会增大，产生内部应力。如果这种膨胀发生在