风化过程中体积变化的确定--磁组构法对等元素质量平衡法的质疑

摘要

认识风化作用过程的关键在于确定保留于风化剖面中母岩的结构、构造及体积等的变化程度.如果给定元素(如Ti,Zr或Th)不活动,等元素质量平衡法(IMB)就常用来估算渐进风化过程体积的变化.风化产物的岩石组构常以完全保留原岩组构的原生矿物的假象交代为特征,这就意味着等体积风化过程中,体积的变化也就是形态的改变,因为边界条件不允许有水平方向的应变,所以,塌陷和膨胀应该导致相应的压实和伸展.风化产物微弱的岩石组构可以通过低场磁化率各向异性技术(AMS)进行精确的定量测定.首次报道同时利用AMS和IMB法对两种不同环境条件下形成的风化剖面(产于喀麦隆前寒武纪变质岩上的复杂红土剖面及摩洛哥第四纪玄武岩岩流上的风化剖面)的研究结果:其中红土剖面可划分为下部腐泥岩带(＞12 m)和上部的富铁结核带(约4 m),其主要特点是有大量的新生磁性矿物(如针铁矿、赤铁矿和尖晶石)出现,以及弱的但十分一致的磁组构.导致低磁化率值(50 × 10 9 m3/kg)的腐泥岩化作用保留了片麻岩母岩中的线形构造.AMS关于等体积风化的证据与IMB法Th的结果一致,而Ti和Zr却分别显示了明显的塌陷和膨胀(达50%).导致磁化率增强(由于尖晶石族矿物出现,磁化率高达(500～700)×109m3/kg),并使结核状铁质硬壳层得以形成的铁铝化作用,由于多种新生磁性矿物破坏了原生组构而使磁化率各向异性程度急剧降低.然而,一个弱的水平面状磁组构却暗示了风化过程中有压实现象,这与IMB法Ti、Th的结果一致,但Zr显示的却是等体机风化.相反地,发育在玄武岩上1 m厚的风化剖面中,强磁化率((1.5～3)×106m3/kg)主要由完全保留了新鲜玄武岩弱的岩浆组构的残余矿物-钛磁铁矿所支配,这又一次显示风化过程中体机的变化是微弱的,而IMB法Ti和Zr的结果却显示有20%～50%的膨胀.两个实例中根据IMB法推出的体积较大变化的部位,要想保留原生的AMS组构好像不太实际.本次的AMS研究,以及根据不同元素的IMB结果的较大差异,均说明了对给定元素不活动的假定可能不适合于整个剖面.腐泥岩层中的等体积风化可能比根据IMB法得出的范围更加广泛.