实物地质资料风化原因分析

1.风化原因

众所周知一般情况下，岩矿心、实物标本等原本赋存于地表之下的地层之中，在被取心装置从岩层中剥离带到地面之后，其原有的温度、应力环境和气体氛围都会发生很大的变化，导致岩石的物质成分、结构构造等都发生一系列的变化。这个过程就是风化作用。

实物地质资料的风化作用一般分为3种：物理风化作用，化学风化作用，生物风化作用。

（1）物理风化作用

实物地质资料在保存中受到的最主要的物理风化作用就是温度变化对岩石产生的机械破坏作用。由于岩石是热的不良导体，岩石的传热过程缓慢，当外界温度发生变化时，岩石的吸热与散热过程不平衡，导致产生温差应力。在白天温度较高时，岩矿心表面因吸热而升温，处于相对热膨胀状态，而岩矿心内部温度仍相对较低，夜间情况则相反，岩矿心表层因散热而降温，相对处于冷缩状态，岩矿心内部白天吸收的热量散发滞后于表层。这样的反复作用，在岩矿心内产生较大的温差压力，导致形成各种形态的裂缝。当空气中的水蒸气遇到温度相对较低的岩矿心表面时，会有相当一部分的湿气凝结在其表面，甚至向岩矿心内部渗入。若温度下降到0℃以下，则岩矿心中的水会结冰，体积膨胀，对岩矿心产生物理破坏作用。另外库藏温度的变化会影响岩石中水分的冷凝-挥发过程，造成岩矿心表面干湿交替而导致破坏。这种破坏过程需要长期积累才能观察到。

（2）化学风化作用

岩矿心如果暴露在空气中，在水汽、氧气和微生物的作用下会发生化学反应，使岩矿心成分、结构和构造都发生变化。在化学风化过程中，水起到了媒介的作用，很多化学反应都与水的活动密切相关。比如氧化作用，当岩矿心暴露在空气中后，其中处于低价状态的金属元素很容易与空气或水中的氧发生化学反应，岩矿心的表层因化学反应而产生了成分的变化。空气中的二氧化碳以及其他气体、细菌等都可以侵蚀岩矿心，使岩矿心的物理、化学性质发生改变。

（3）生物风化作用

在馆藏条件下，如果保管不善，地衣和苔藓等生物可能对实物标本、岩矿心表面产生生物腐蚀破坏作用。

2.石材的矿物组成对石材抗风化程度的影响

目前已知的造岩矿物大概有100多种，主要的造岩矿物只有20多种，收集到的实物地质资料中最常见的八大造岩矿物是石英、长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石、方解石、黏土矿物。不同的矿物有着不同的特性，造就了实物地质资料多种多样的物理性质。下面针对主要的造岩矿物分析不同实物资料的抗风化特性。

石英：稳定性极高，几乎不发生化学溶解作用，一般只发生机械破碎作用，有着良好的抗风化作用特性。

长石：稳定性次于石英，但不同的长石稳定性有差异，通常不同长石的抗风化稳定性由高到低依次为钾长石、多钠的酸性斜长石、中性斜长石、多钙的基性斜长石。

云母：不同的云母抗风化作用差异较大，其中白云母抗风化能力较强，而黑云母的抗风化能力相对于白云母就差很多。

镁硅酸盐矿物（橄榄石、辉石、角闪石等）：此类矿物的抗风化能力弱，在风化作用下保留较少，因而此类矿物很少在沉积岩中出现。

碳酸盐矿物（方解石、白云石等）：此类矿物的风化稳定性甚小，抗风化作用的能力很弱，极容易溶解于水并随水流迁移。

硫酸盐矿物（石膏、硬石膏）、硫化物矿物（黄铁矿）和卤化物矿物（石盐）：稳定性最低，最容易溶解于水并随水流失。

黏土矿物（高岭土、蒙脱石、水云母等）：基本都是其他矿物风化后的产物，其风化稳定性相当高，有良好的抗风化作用能力。

重矿物：风化稳定性差异非常大，有的较稳定，如锆石、电气石等，有的却极易风化。

大体上了解了实物地质资料所含矿物的抗风化特性，就基本能掌握该实物地质资料的抗风化性能，从而找到适合该实物地质资料的保护方法。

3.岩石（岩体）风化程度划分

根据对备选岩石样品进行实地观测，提出了岩石（岩体）风化程度划分方案，见表5-1。

表5-1岩石（岩体）风化程度划分