红色风化壳形成过程中铁的地球化学行为研究——以粤北地区为例

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本文以粤北韶关地区的砂岩风化壳为研究对象,选取了丹霞山(DX)和大布镇(DB)均质红土风化壳剖面各一个,坪石镇(PS)网纹红土剖面一个,通过X射线荧光光谱实验、X射线衍射实验、样品提纯、重铬酸钾滴定测亚铁法,测定样品中的全铁含量、铁矿物相对含量、二价铁化合物及三价铁化合物的含量,并结合文献综述,探讨风化壳在表生过程中,铁的理化特征、存在形式、价态变化和迁移方式等。主要结论如下:  (1)将DX剖面、DB剖面做X射线荧光光谱实验,从铝铁硅系数、铝铁系数、残积系数、铁迁移速率的计算都表明,DB剖面中铁的富集程度均大于DX剖面。对DX剖面做X射线衍射实验:DX剖面中的矿物中,石英明显占最大含量,居第二的是粘土矿物,赤铁矿总体上含量不高,且多处因含量极少甚至未能测出,已测出的数值显示其总体上呈微弱富集。总体而言,对DX剖面做X射线荧光光谱实验和X射线衍射实验,都体现出该剖面含铁量很少甚至难以测出,更难以区分出不同价态的铁,其原因是砂岩中含铁量本来就少,X射线荧光光谱实验结果显示DX-Y中全铁重量的百分比仅2.3%,X射线衍射实验结果显示其中赤铁矿或其他铁矿物重量的百分比仅1%。DX剖面中含铁量少却显示较深的红颜色,可能是石英被铁氧化物染色的缘故。  DX、DB两个剖面的风化程度结果表明:两者虽然都是残留在原地的风化壳,但风化壳的保留程度不同。这一方面是两者的沉积年代不同。大布镇砂岩沉积于早古生代的奥陶纪,而丹霞组砂岩沉积于中生代白垩纪至早第三纪,前者沉积时间较长,所以风化程度更强。另一方面是两者的风化特征不同。丹霞组岩性是砂砾岩,其中的细粒成分率先风化为粘土,因而易在湿热降雨环境的淋溶作用下顺着粗粒之间的缝隙流失,同时染红砂砾层,致使堆积于晚白垩纪至古近纪高温环境下本来发红的砂砾岩变得更加红,但实际上因粘土已大部分流失而含量很低,相应地三价铁氧化物也很低。这应当是丹霞组砂砾岩风化过程中的一个重要特征。而大布镇奥陶系均质砂岩风化形成的稳定的粘土及氧化物,则不在粗颗粒间淋失迁移,因而能累积保存。  (2)网纹红土是第四纪红色粘土的重要组成部分,氧化铁大量迁出可发展为白网纹。PS网纹红土的X射线荧光光谱实验表明红色基质相对于白网纹的脱硅富铁铝特征。PS网纹红土的X射线衍射实验表明,红色基质中含赤铁矿而白网纹中不含。重铬酸钾滴定法测出样品中的FeO含量,并计算出三价铁氧化物Fe2O3的含量。结果表明,PS网纹红土中的白网纹是三价铁被还原的结果。  (3)北江水系1960年多个测站的水化学资料显示,在风化过程中,铁一般不以离子形式被淋失到水中。粤北地区红色风化壳中的铁可能以络合物、溶胶体等形式迁移,也可能以悬浮铁、表面吸附铁、粪粒铁、生物铁等形式迁移。铁的电子构型、铁的晶体化学、铁矿物稳定度的气体分压均表明三价铁氧化物具有稳定性。常见的铁矿物都趋向于转化为三价铁化合物。
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