古土壤与古风化壳.pptx

一、古土壤一、古土壤第1页/共15页1 1、定义、定义过去气候与地貌环境相对稳定环境下形成的土壤，其发育或由于形成土壤的气候或地形环境的变化而中断，或在后来的地质过程中被其他沉积物掩埋。（定义一）非现在成土环境条件下形成的土壤。具有埋藏或未被埋藏的表面。（定义二）第2页/共15页2 2、分类、分类 据其产状和性质，分为以下类型据其产状和性质，分为以下类型:：埋藏土埋藏土埋藏土埋藏土。过去景观条件下形成，受地质物质的覆盖而被埋藏。土。过去景观条件下形成，受地质物质的覆盖而被埋藏。土壤性质已发生重大变化，埋藏愈深，受生曙的影响愈少。壤性质已发生重大变化，埋藏愈深，受生曙的影响愈少。化石土化石土化石土化石土。古土壤埋藏于深处，遭受石化作用，而处于成岩的最初阶段。如美国古土壤埋藏于深处，遭受石化作用，而处于成岩的最初阶段。如美国洛夫德黄土、依利诺斯冰碛物和其他沉积物上的桑加门古土壤，以及洛夫德黄土、依利诺斯冰碛物和其他沉积物上的桑加门古土壤，以及苏联俄罗斯平原黄土中的布宜斯克古土壤，均属于此类型。苏联俄罗斯平原黄土中的布宜斯克古土壤，均属于此类型。裸露埋裸露埋裸露埋裸露埋藏土藏土藏土藏土。被埋藏的古土壤因上覆物遭受侵蚀或其他方式的破坏，使其重。被埋藏的古土壤因上覆物遭受侵蚀或其他方式的破坏，使其重新裸露于地表。此类土壤在中国黄土高原及其他地区时有所见。新裸露于地表。此类土壤在中国黄土高原及其他地区时有所见。残残残残余土（或残遗土余土（或残遗土余土（或残遗土余土（或残遗土）。）。）。）。是未被埋藏的古土壤。由于气候变化，新构造运是未被埋藏的古土壤。由于气候变化，新构造运动、地貌以及人类对土壤的改良、利用等原因，改变了原来成土方向，动、地貌以及人类对土壤的改良、利用等原因，改变了原来成土方向，使土壤不仅具有原来的成土作用特征，还具有条件变化以后直至现代使土壤不仅具有原来的成土作用特征，还具有条件变化以后直至现代的成土作用特征。如黄土高原地区某些黄土母质上发育的黑垆土，属的成土作用特征。如黄土高原地区某些黄土母质上发育的黑垆土，属残余土性质，是在过去干旱而寒冷的条件下形成的。残余土性质，是在过去干旱而寒冷的条件下形成的。第3页/共15页3 3、形成、形成古土壤主要是第四纪时期形成的，偶而也见于第三纪地层中。更早时期的土壤一般均已石化，不再称为古土壤。古土壤剖面和现代土壤剖面一样，自上而下分为淋滤层、粘化层与淀积层。古土壤可以作为划分第四纪地层的一种标志。古土壤的类型及性状可保持不变，因此，利用古土壤来划分地层，又叫古土壤法。第4页/共15页4、研究意义、研究意义 过对古土壤的研究，过对古土壤的研究，可重建过去的成土环境；帮可重建过去的成土环境；帮助人们重建古地理环境，助人们重建古地理环境，了解土壤的发生演变，了解土壤的发生演变，正确处理现代土壤性质和古土壤性质的关系；对正确处理现代土壤性质和古土壤性质的关系；对找矿、地下水开发找矿、地下水开发 、工程地质评价及农业开工程地质评价及农业开发，发，改造利用等都改造利用等都 具有重要的意义。利用具有重要的意义。利用C C等测定土壤年龄的方法在古土壤研究中是十分重等测定土壤年龄的方法在古土壤研究中是十分重要的。并且古土壤对恢复地质历史时期古植被与要的。并且古土壤对恢复地质历史时期古植被与古环境、古气候提供了新的途径古环境、古气候提供了新的途径,是地层划分、对是地层划分、对比的重要标志比的重要标志,并且可用以重建沉积盆地古地貌。并且可用以重建沉积盆地古地貌。第5页/共15页5 5、古土壤的鉴别、古土壤的鉴别辨识古土壤的主要标志包括辨识古土壤的主要标志包括野外形态特征、微形态特征、野外形态特征、微形态特征、地球化学特征地球化学特征等。当前古土壤分类一般基于现代土壤的系等。当前古土壤分类一般基于现代土壤的系统分类体系统分类体系,即采用诊断层和诊断特征即采用诊断层和诊断特征,辅之以古土壤总体辅之以古土壤总体的化学性质等指标划分古土壤类型。形成于晚第三纪以前的化学性质等指标划分古土壤类型。形成于晚第三纪以前的古土壤可以重建全球范围的古气候变化历史的古土壤可以重建全球范围的古气候变化历史,同时揭示同时揭示前寒武纪时期古大气前寒武纪时期古大气O2O2分压以及后寒武纪时期古大气分压以及后寒武纪时期古大气CO2CO2浓度水平的演化过程浓度水平的演化过程;古土壤具有空间和时间等多重信息古土壤具有空间和时间等多重信息,能反映流域或区域的古景观、古地貌、古水文特征。但目能反映流域或区域的古景观、古地貌、古水文特征。但目前缺乏一个广为接受的古土壤分类系统前缺乏一个广为接受的古土壤分类系统,成岩作用对古土成岩作用对古土壤特征的影响以及古土壤记录的古环境信息机制与解译等壤特征的影响以及古土壤记录的古环境信息机制与解译等方面也还需要深入探讨。方面也还需要深入探讨。第6页/共15页二、古风化壳二、古风化壳第7页/共15页1、定义、定义古风化壳一般是指早期的地层或岩体出露到地 表,经历过风化剥蚀作用,后来由于某种地质事件又被覆盖埋藏于地下的地质体。第8页/共15页2、特征、特征古风化壳的特征是多方面的古风化壳的特征是多方面的 ,从化学元素方面研究从化学元素方面研究 ,古风古风化壳中的元素成分与含量同其上下地层中的化壳中的元素成分与含量同其上下地层中的 元素成分元素成分 ,含含量有差别量有差别 .在古风化壳中有时能发现一在古风化壳中有时能发现一 些矿物结核些矿物结核 ,如铁如铁猛结核猛结核 ,分布有少量具有一定磨圆度分布有少量具有一定磨圆度 的卵砾石颗粒的卵砾石颗粒 ,以及以及一些抗风化能力强的岩石角砾一些抗风化能力强的岩石角砾 (如石英如石英 ),),古风化壳土层古风化壳土层的密实度好的密实度好 ,有别于现代风有别于现代风 化土层化土层 .古风化壳上下地层可古风化壳上下地层可能是角度不整合能是角度不整合 ,也可也可 能是平行不整合接触关系能是平行不整合接触关系 .新新 ,老老地层的年代差异地层的年代差异 ,岩岩 性差异有大有小。性差异有大有小。.根据近年来遇到根据近年来遇到的工程实例对古风的工程实例对古风 化壳特征做如下介绍化壳特征做如下介绍 .在一些比较新的在一些比较新的古风化壳上往往还保留有软土古风化壳上往往还保留有软土 .这是由于软土被埋藏后的这是由于软土被埋藏后的封闭条件好封闭条件好 ,封闭时间不长封闭时间不长 ,埋藏深度有限埋藏深度有限 ,未受到深埋压未受到深埋压实实 ,软土还没有来得及脱软土还没有来得及脱 水成岩而保护下来。水成岩而保护下来。第9页/共15页3 3、古风化壳储集层研究、古风化壳储集层研究根据多年来对鄂尔多斯地区和塔里木盆地有关油气田的研根据多年来对鄂尔多斯地区和塔里木盆地有关油气田的研究成果和近年来的国内外相关资料究成果和近年来的国内外相关资料,用用“古风化壳储集层古风化壳储集层(体体)”的观点系统详细地阐述了碳酸盐岩古风化壳储集层的观点系统详细地阐述了碳酸盐岩古风化壳储集层(体体)的形成、岩相、岩溶、地球化学、储集性能、演化等的形成、岩相、岩溶、地球化学、储集性能、演化等特点。古风化壳具有岩溶分带性特点特点。古风化壳具有岩溶分带性特点,是一个由表生成岩是一个由表生成岩作用形成的特有的地质体作用形成的特有的地质体,因而因而,不等同于不整合面和侵蚀不等同于不整合面和侵蚀面。典型的碳酸盐岩古风化壳储集层面。典型的碳酸盐岩古风化壳储集层(体体)可划分为可划分为4 4个带个带:破碎带、渗流带、混合带、潜流带破碎带、渗流带、混合带、潜流带,其演化与沉积旋回、其演化与沉积旋回、海平面的振荡运动和局部构造运动有密切的关系。指出可海平面的振荡运动和局部构造运动有密切的关系。指出可以利用碳酸盐岩古风化壳储集层以利用碳酸盐岩古风化壳储集层(体体)测井曲线和地震勘探测井曲线和地震勘探的响应来识别溶洞和裂缝的响应来识别溶洞和裂缝;运用模糊数学方法对其进行分运用模糊数学方法对其进行分区、分带的评价区、分带的评价,运用多学科和多种技术方运用多学科和多种技术方 法。法。第10页/共15页4 4、古风化壳的地质地球化学特征、古风化壳的地质地球化学特征 古风化壳在宏观上呈皮壳状，不受现代地形的控制，也不受地层产状的控古风化壳在宏观上呈皮壳状，不受现代地形的控制，也不受地层产状的控制。这些特征制。这些特征 反映了研究区的风化壳可能为古风化壳，反映了研究区的风化壳可能为古风化壳，而不同于而不同于 现代的碳现代的碳酸盐岩风化壳，也不同于层间溶蚀面。古风酸盐岩风化壳，也不同于层间溶蚀面。古风 化壳大多呈褐色，在火山岩覆盖化壳大多呈褐色，在火山岩覆盖区以紫红色为主，这区以紫红色为主，这 可能与火山喷发的烘烤作用有关。可能与火山喷发的烘烤作用有关。在剖面露头上，古风化壳四层结构较为明显。上在剖面露头上，古风化壳四层结构较为明显。上 部为褐部为褐紫红色粘土状皮壳紫红色粘土状皮壳层，厚度为层，厚度为 5 cm 5 cm 至数十至数十 厘米，这些皮壳层表面凸凹不平，见溶沟或溶槽，厘米，这些皮壳层表面凸凹不平，见溶沟或溶槽，在在 该层中见少量的溶蚀角砾，角砾间为钙质胶结。皮壳该层中见少量的溶蚀角砾，角砾间为钙质胶结。皮壳 层之下为溶蚀角砾层，层之下为溶蚀角砾层，厚度为数十厘米至厚度为数十厘米至 1 m 1 m 左右，左右，该层中溶蚀角砾发育，角砾成分十分单一，几该层中溶蚀角砾发育，角砾成分十分单一，几乎均为乎均为 下伏地层灰岩，砾径下伏地层灰岩，砾径 0.14 cm 0.14 cm，个别可达，个别可达 1020cm 1020cm，角砾无分选，角砾无分选，角砾间为钙质胶结，角砾间为钙质胶结，具明显的溶蚀特具明显的溶蚀特 征。征。角砾层之下为过渡层，与角砾层角砾层之下为过渡层，与角砾层相比，过渡层中相比，过渡层中 的角砾明显偏大，角砾溶蚀程度低，角砾间仅为的角砾明显偏大，角砾溶蚀程度低，角砾间仅为 1 cm 1 cm 至数至数厘米的溶蚀缝隙。基岩位于过渡层之下，与风化厘米的溶蚀缝隙。基岩位于过渡层之下，与风化 壳层呈渐变过渡关系，但与壳层呈渐变过渡关系，但与古风化壳在颜色、岩性、古风化壳在颜色、岩性、结构、致密程度等方面具有较为明显的差异。结构、致密程度等方面具有较为明显的差异。另外，另外，从挖掘的探槽剖面来看，从挖掘的探槽剖面来看，粘土状皮壳层之上可能还粘土状皮壳层之上可能还 存在一层厚存在一层厚 30 cm 30 cm 的粘的粘土层，该层中几土层，该层中几 乎见不到角砾，以黄灰色粘土为主。乎见不到角砾，以黄灰色粘土为主。第11页/共15页与基岩相比与基岩相比 风化壳层在化学组分上表现为风化壳层在化学组分上表现为CaO COCaO CO2 2 的淋的淋失和失和 SiOSiO2 2 Al Al2 2O O3 3 Fe Fe2 2O O3 3 K K2 2O NaO Na2 2O MnO PO MnO P2 2O O5 5 等不同程度的等不同程度的相对富集相对富集.代表氧化环境的代表氧化环境的 Fe2O3 Fe2O3 在风化壳中的含量大幅在风化壳中的含量大幅增加增加 表明风化壳形成时处于暴露氧化条件表明风化壳形成时处于暴露氧化条件 而易溶性元素而易溶性元素 Ca Ca 的淋失说明当时气候温暖潮湿的淋失说明当时气候温暖潮湿 利于元素的淋失和富集利于元素的淋失和富集AlAl2 2O O3 3 SiO SiO2 2 等难溶成分的含量有很大幅度的增加可能与暴等难溶成分的含量有很大幅度的增加可能与暴露期间地表径流带来的陆源碎屑有关而露期间地表径流带来的陆源碎屑有关而 K K2 2O NaO Na2 2O O 等易溶等易溶成分的富集可能也与外来物质的带入有关成分的富集可能也与外来物质的带入有关 但这些外来物但这些外来物质是暴露期间带来的还是再沉积期间形成的质是暴露期间带来的还是再沉积期间形成的 还有待进一还有待进一步研究步研究 风化壳中风化壳中 P P 元素的高度富集在一定程度上表征了元素的高度富集在一定程度上表征了生物活动的影响生物活动的影响.第12页/共15页与基岩相比与基岩相比 风化残积层中稀土元素明显富集风化残积层中稀土元素明显富集Ce Ce 的正异常较为明显的正异常较为明显 可能为可能为 Ce3+Ce3+在风化环境中氧在风化环境中氧化为化为 Ce4+Ce4+而与其他稀土元素分异所致但总体看而与其他稀土元素分异所致但总体看各风化壳剖面稀土元素的分布特征和配分模式均各风化壳剖面稀土元素的分布特征和配分模式均明显地继承了原岩的特点明显地继承了原岩的特点 风化过程中产生的一些风化过程中产生的一些分异也完全遵循一般风化壳稀土元素地球化学的分异也完全遵循一般风化壳稀土元素地球化学的各种特征在风化残积层中各种特征在风化残积层中 元素元素 Sc Y Mo Cd SnSb Sc Y Mo Cd SnSb Ta U Ta U 表现为明显的淋失表现为明显的淋失 而而 Li Cs Li Cs 和和 Ba Ba 则表现为则表现为明显的富集明显的富集 这也完全遵循一般风化壳元素淋失与这也完全遵循一般风化壳元素淋失与富集的特征富集的特征.第13页/共15页5、研究意义、研究意义 古风化壳研究早在古风化壳研究早在 20 20 世世 纪纪 70,70,年代就已经在我国开始年代就已经在我国开始 ,目前主要是目前主要是在探矿在探矿 ,80,80 油气田勘探领域研究较深入油气田勘探领域研究较深入 ,在地质工程建设领域尚在地质工程建设领域尚 未未引起人们的重视引起人们的重视 .随着工程施工中一些地质事故的随着工程施工中一些地质事故的 出现出现 ,工程地质勘工程地质勘察人员逐渐意识到古风化壳的存在察人员逐渐意识到古风化壳的存在 及其重要性及其重要性 ,并开始重视对古风化并开始重视对古风化壳的研究和勘探壳的研究和勘探 .古风化壳的研究具有重要的地质意义古风化壳的研究具有重要的地质意义 .矿产方矿产方 面面 ,由于古风化壳在形成过程中聚集了一些有用元素由于古风化壳在形成过程中聚集了一些有用元素 ,比如铝土矿比如铝土矿 ,金金矿矿 稀土矿等稀土矿等 ,而成为具有重要研究而成为具有重要研究 ,开开 采价值的层位采价值的层位 ;如果古风化壳如果古风化壳的岩层为碳酸盐的岩层为碳酸盐 ,则会发则会发 育古岩溶育古岩溶 ,形成大小尺度不等的空间形成大小尺度不等的空间 ,往往往往成为石油成为石油 ,天然气的存储介质天然气的存储介质 ,成为油气勘探寻找的重要对象成为油气勘探寻找的重要对象 .工程工程地质性质方面地质性质方面 ,古风化壳存在古土壤古风化壳存在古土壤 ,古风化层研究和勘探显得十分古风化层研究和勘探显得十分迫切迫切 .古岩溶古岩溶 ,在后期沉积压实过程中其工程地质性质有所在后期沉积压实过程中其工程地质性质有所 改善变化改善变化 ,但多数情况下其物理力学性质较差但多数情况下其物理力学性质较差 ,引起工引起工 程地质条件恶化程地质条件恶化 ,对各种对各种工程施工带来不利影响工程施工带来不利影响 ,由此由此 引发了多起施工地质灾难引发了多起施工地质灾难 .重视并加强重视并加强对古风化壳的研究就显得尤为重要对古风化壳的研究就显得尤为重要第14页/共15页谢谢各位同学！制作者：孟李星 冯江伟第15页/共15页