Поиск

Показатели степени выветрелости породы
29.10.2015

Морфологическое описание разреза или обнажения коры выветривания дает качественно-количественное представление о степени выветрелости горной породы по изменениям окраски, текстуры, твердости породы по профилю. Мощность оземленных разрыхленных горизонтов является объективным показателем интенсивности и продолжительности выветривания, а также характеристикой сохранности продуктов выветривания. Удобным и простым показателем физической выветрелости породы является процентное содержание по профилю коры выветривания обломочного скелетного материала и содержание мелкозема. Образование глинных минералов — результат выветривания, поэтому показателем степени выветрелости служит содержание по профилю дисперсных частиц диаметром <0,01 и <0,001 мм.
При всех таких сопоставлениях разных горизонтов должна быть, однако, уверенность в том, что изучаемая кора выветривания была в прошлом однородной, а не слоистой породой. Исходная разнородность породы по профилю, конечно, осложняет оценку степени ее выветрелости. Оценка степени химической выветрелости коры выветривания осадочной породы может быть произведена по наличию или отсутствию в ней углекислого кальция, гипса или легкорастворимых солей, а в случае их наличия — по характеру распределения этих солей в толще породы по глубине (глубина и форма скоплений). Принимая во внимание, что в результате химического выветривания происходят процессы дебазации (потери оснований) и десиликации при относительном остаточном накоплении окислов алюминия и железа, для оценки степени выветрелости применяют несколько специальных индексов.
Индекс молекулярного отношения SiO2:Al2O3 в илистой или коллоидной фракции по профилю толщи коры выветривания хорошо иллюстрирует степень десиликации или ресиликаци продуктов выветривания по сравнению с породой. Отношение SiO2:Al2O3 порядка 3—4 считается признаком «нормального» содержания соединений кремния в илистой фракции. По мере десиликации и аллитизации породы этот индекс может снизиться до 1; 0,5; 0,1 и даже до 0,05—0,01. Этот же индекс может быть использован в интерпретации данных валового анализа образцов коры выветривания, породы и почвы.
Иногда берется индекс SiO2:R2O3, т. е. отношение кремнезема к сумме полуторных окислов. Использование этого индекса оправдывается особенно в тех случаях, когда имеется абсолютная или относительная аккумуляция в коре выветривания окислов железа.
Потеря или накопление в продуктах выветривания оснований (Na, К, Mg, Ca) могут быть охарактеризованы, исходя из данных валового анализа по молекулярному отношению суммы оснований к окислам алюминия

Показатели степени выветрелости породы

в горизонтах коры выветривания и в неизмененной породе. Принимая этот индекс для неизмененной породы за эталон, можно видеть, что в элювиальных корах выветривания индекс всегда ниже: в каолинитовых и аллитных корах выветривания величина его может быть 0,2 и даже 0,05—0,01. В аккумулятивных корах выветривания как отношение SiO2:Al2O3, так и отношение суммы оснований к глинозему будет всегда выше эталона. Это объясняется абсолютным накоплением соединений кремния, щелочей и щелочных земель в толщах аккумулятивной коры выветривания.
Степень выветрелости и выноса элементов из коры выветривания можно также оценить, сравнивая абсолютное содержание элемента в единице объема в породе и в горизонтах выветривания. В данном случае вводится «индекс устойчивости». Например, для каолинитово-аллитной коры выветривания побережья Кавказа в районе Батуми Н.А. Лисицина и М.А. Глаголева рассчитали «коэффициент устойчивости», исходя из отношения содержания каждого элемента в единице объема (мг/см3) выветрелой породы к его содержанию (мг/см3) в невыветрелой породе. Было установлено, что щелочи и щелочные земли в батумской коре выветривания имеют коэффициент устойчивости порядка 0,02—0,08; кобальт, хром, фосфор, кремний имеют коэффициент 0,2—0,3; алюминий, титан, железо относительно накапливаются в коре выветривания и поэтому им свойственны коэффициенты 0,62; 0,72; 0,74 соответственно.
Обстоятельный обзор приемов и методов расчета элювиально-аккумулятивных коэффициентов при оценке выветривания и почвообразования был дан А. А. Роде (1937). Для расчета избирается один из окислов в качестве «свидетеля», по отношению к которому рассчитываются вынос и принос других окислов. Предпочтительно брать окислы наиболее стабильные, например SiO2 кварца или Al2O3. Ho даже эти «окислы-свидетели» в действительности подвержены выносу и могут быть вынесены, принесены и новообразованы. Все же при однородной горной породе и при возможности достоверно выбрать первичную невыветрелую породу вычисление элювиально-аккумулятивных коэффициентов очень полезно в оценке интенсивности и механизма выветривания и почвообразования.
А.А. Роде ввел формулу расчета ЕА-коэффициентов для любого окисла:
Показатели степени выветрелости породы

где EA — элювиально-аккумулятивный коэффициент; R0 и R1 — содержание окисла в невыветрелой породе и в изучаемом горизонте соответственно; S0 и S1 — содержание окисла-свидетеля в невыветрелой породе и в изучаемом горизонте коры выветривания и почвы.
В элювиальных корах выветривания обычно ЕА-коэффициент ниже единицы. В аккумулятивных корах выветривания EA-коэффициент для многих компонентов положительный (по сравнению с изверженными исходными породами или средними кларками). Сходные сопоставления и расчеты степени выветрелости производятся путем сравнения величин содержания в породе и в коре выветривания остаточных устойчивых и менее стойких выветривающихся минералов. Однородность породы до ее превращения в кору выветривания проверяется по соотношению особо прочных минералов во фракции песка (например, циркон, турмалин) по всему профилю.
Вычисляется для этих же целей индекс выветривания по тяжелым минералам — WRh = циркон+турмалин / амфибол+пироксен и индекс WRl = кварц/полевые шпаты — по легким минералам. В этих индексах, предложенных Руге и рассмотренных Брювером, знаменатель принимается за 1, а числитель выражается в десятичных знаках по отношению к 1.
Эти индексы дают известную возможность для оценки того или иного разреза коры выветривания, но должны применяться с теми же оговорками, что и предыдущие. Минералогическая пестрота осадочных пород, новообразование циркона и кварца в одних случаях и их отсутствие в некоторых изверженных породах (в основных) делают применение и этих индексов не вполне надежным. По-видимому, наилучшим приемом -оценки баланса веществ при выветривании (как и при почвообразовании) будет расчет потерь и прихода компонентов по абсолютным запасам (в кг/м3 или мг/см3).
При этом нужно исходить из допущения постоянства объема исходной и выветрелой породы (и почвенных горизонтов). Однако и это допущение не вполне достоверно, так как известно, что объемный вес выветрелых горизонтов элювиальных типов коры выветривания всегда меньше, а скважность всегда больше, чем это характерно для изверженных пород. Это является в известной мере и результатом увеличения объема разрыхленного при выветривании материала.
Показатели степени выветрелости породы

В аккумулятивных корах выветривания геохимический приток воды, солей, окислов кремния, железа, алюминия, конечно, будет изменять объем и объемный вес ранее отложенной породы. Меру этих изменений породы при выветривании пока трудно представить. Многим исследователям кажется, что эти изменения находятся в пределах гетерогенности самой породы и коры выветривания и не имеют значения при подсчетах.
Из данных табл. 26 видно, что пересчет валового анализа на абсолютные запасы несравненно лучше иллюстрирует изменения, вызванные выветриванием, и степень выноса отдельных компонентов, чем расчет по весовым процентам. Данные весовых процентов обманчиво показывали накопление алюминия, железа, титана, чего в. действительности нет. Эти элементы также выносились из коры выветривания, хотя несравненно-менее интенсивно, чем щелочи, щелочные земли и кремний. Особенна велик вынос кремния, кальция, алюминия и магния.