5.4 风化作用的产物
岩石遭受风化作用后其最终结果是形成各种风化作用的产物。这些产物可以分为两大类：移动型和残积型。
移动型产物在风化作用中被排除一定的距离，这些产物有可能随水溶液的搬运而流失，也可能在某个合适的地段重新沉积下来，形成新的矿床。
未移动的残留在原地的风化产物称为残积物，是陆相沉积物的一种重要类型。
在山区的陡坡，风化作用崩落的碎石、泥砂和其他残积物在山脚处构成的锥形堆积物称为倒石堆，其特点是分选性、磨圆度都很差，倒石堆的锥顶的堆积物的粒度较小，根部的堆积物粒度较大（图5-12）。
图5-12 风化作用形成的倒石堆
风化壳
岩石圈上部的各种残积物的总和称为风化壳。
组成风化壳残积物的成分及其厚度的变化，取决于各种风化作用因素的组合效果（图5-13）。形成巨厚风化壳的有利因素有高温、高湿度、平坦的地势、茂盛的植被、含多种矿物质的岩石和长期的风化作用。在地壳处于抬升阶段的造山带，由于其他外动力地质作用很强烈，河流切割、重力滑坡等方面的作用往往在没有形成风化壳，或只有很薄的风化壳时就将岩石破坏，因而不容易形成厚的风化壳。
图5-13 各种不同类型的地壳单元风化壳厚度与气候的关系
1．褐铁矿或铝土矿帽 2．赭石（Al2O3）带 3．高岭石带 4．水云母-蒙脱石带 5．碎石带 6．新鲜岩石
热带雨林地区由于温度高、降雨量大、生物的作用等因素都非常活跃，加上植被覆盖，残积物不容易遭受破坏，因此可以形成巨厚的风化壳。寒带森林-灰化土带由于大气降水的减少和温度的降低，风化壳的厚度大大减小。沙漠半沙漠地区由于降水量小、蒸发量大，风化作用以物理风化为主，其风化壳的厚度则很有限。从图5-13可以看出，在其他条件相同的情况下，降水量越大的地区，风化作用也越强烈。
从风化壳剖面的研究可以发现，岩浆岩的风化过程具有一定的顺序性：
● 第一阶段 主要以物理风化作用为主，剖面中以原岩的碎块累积为特征；
● 第二阶段 这一阶段可以见到碱金属或碱土金属元素的析出，在残积物中形成方解石薄膜或方解石结核；
● 第三阶段 硅酸盐的晶体格架和化学成分都发生了深刻的变化，并形成高岭石一类的黏土矿物；
● 第四阶段 矿物继续分解，风化壳富集铁、铝元素和铁的氧化物、氢氧化物。
风化壳的形成是复杂的，风化作用的阶段性只是一般的规律，各阶段之间也没有明显的界限。
大面积保留了发育良好的风化壳，称为区域性风化壳。区域性风化壳通常发育在剥蚀作用较强的、被逐渐夷平的山区或平缓的山坡或溢流火山岩台地。沿造山带平缓地段发育的成带状分布的风化壳称为带状风化壳。
研究风化壳的意义
在地质历史中，长期稳定的陆地可以形成较厚的风化壳，一旦被沉积物掩埋即成为古风化壳，古风化壳对古气候、古环境及构造活动等具有指示意义。
地壳在相对稳定期或缓慢上升期可以形成较厚的风化壳，因此在沉积岩剖面中如果存在古风化壳便可以认为该区曾经有过地壳运动，使得沉积盆地一度露出水面，发生沉积间断，并且在风化壳形成的时期是地壳活动相对稳定的时期。例如我国华北地区中奥陶统上面覆盖了中石炭统的地层，中间就发育有数十厘米到数米厚的风化壳，表明奥陶纪晚期华北地区发生了地壳运动，使华北板块露出水面，之后是长达一亿年的相对稳定的风化、剥蚀期。
风化壳的性质与风化作用的环境密切相关，通过风化壳的物质成分、颜色可以判断古气候和氧化-还原环境。如红色的风化壳通常形成与干燥炎热的气候条件，暗色的风化壳则形成于降水量大、有机质含量多的地区。
由于岩石中矿物的抗风化能力不同，随着风化作用的进行，风化壳将保留某些特殊的矿物或成分，形成特殊的矿产。风化作用形成的矿产可大致分为两种类型：残积型矿床和残余型矿床。
残积型矿床主要为砂矿，如锡石、金刚石、自然金、铂等。其成因是风化过程中容易被风化的矿物被分解带走，而抗风化能力强的矿物则保留下来，堆积成矿。含金刚石的金伯利岩筒在风化剥蚀后形成金刚石的富集带就是这样形成的（图5-14）。
图5-14 风化作用中金刚石富集过程示意
残余型矿床则是风化过程中（尤其是化学风化）矿物被分解，部分活动的组分随水溶液的作用而流失，较稳定的组分则残留下来形成矿床。如广泛分布于我国东南地区的残余型高岭土矿，福建漳浦的三水型风化铝土矿，华中火山凝灰岩中的残余型钴土矿等。风化淋滤残积型铁矿也是铁矿床的重要类型，含铁矿物主要是赤铁矿和褐铁矿，其特点是含铁品位高，可达60%～70%。
风化型矿床的分布范围一般与其下伏的母岩分布范围大致相当，因此风化矿床除了自身的工业价值外，还是寻找原生矿床的重要标志。
研究不同地区、不同构造单元中风化壳的不同性质和发育程度，对工程建筑具有重要意义，尤其是工程的地基处理，对工程的稳定性至关重要。如高层建筑物、铁路路基的地基稳定，水库库底的渗漏问题等，都需要对风化壳进行详细的调查研究。
土壤
土壤是地壳最上层风化作用的形成物，土壤是具有肥力和富含有机质成分并有特殊结构类型的地球陆地表面层。土壤的产生和发育是很多因素综合作用于岩石的结果，这些因素包括水、空气、动植物及其产生的有机质、太阳能等。土壤不仅是地质历史、自然条件的记录，同时也是人类经济活动的记录。
自然界中生物圈的演进、循环使大量的有机质保留在地壳的表层，生物体死亡之后残骸的有机质会发生分解，这个过程对土壤的形成具有重要意义。如果生物残骸的有机质快速彻底地分解，容易产生充分的矿化，对土壤的发育意义不大；如果地壳表层中的氧气提供不足，则生物残骸不能充分分解，形成新的相对稳定的有机质综合体，即腐殖质或腐殖土。腐殖质通常呈黑色或褐色，是土壤中肥力的主要元素（图5-15）。
图5-15 富含腐殖质的东北黑土地
土壤中矿物颗粒活跃的分解作用和有机质成分的分解，构成了土壤的特殊结构，使土壤疏松、孔隙度增大、空气和水易于流通。
土壤的成分及其分布取决于区域的气候环境、基底岩石的化学成分等因素，不同的因素组合会形成不同的土壤。我国幅员辽阔，东西南北区域不同，其自然地理、气候环境、岩石性质、构造背景等因素也迥然不同，各地区土壤的颜色也有很大的差异，被称为“五色土”。
正常的土壤在剖面上由上往下可以划分出几个层次（图5-16）：
图5-16 不同的土壤剖面
● 腐殖质聚集层（A）具有大量的植物残骸，其主导作用是腐殖质的积聚。
● 残积层（B）主要是土壤层的内部风化，以物质的带出为主导，大多存在黏土矿物。
● 淋积层（C）主要积聚从其他层带来的物质。
● 母岩（D）未经土壤形成作用的岩石。
各类不同的土壤，其剖面组成也不尽相同。
在一些第四纪陆相沉积物中可以见到被埋藏的土壤，这些土壤已从生物圈的循环中退出，不能再补充腐殖质，特别是被埋藏的有机质或腐殖质已经分解蜕变，因此不能再复苏。
进一步阅读书目
雅库绍娃，等著．普通地质学．何国琦，等译．北京：北京大学出版社，1995
林大仪．土壤学．北京：林业大学出版社，2002
张辉．土壤环境学．北京：化学工业出版社，2006
夏邦栋．普通地质学．北京：地质出版社，2006
刘俊民，张忠学．工程地质与水文地质．北京：中国水利水电出版社，2009
Davidson J P, Reed W E &Davis P M.Exploring Earth.Prentice Hall Upper Saddle River,1997
Tarbuck E J, Lutgens F K.New Jersey: Earth Prentice Hall, Inc.2002