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1、 第三章岩石 土与土壤部分 思考题 1 什么是土 什么是土壤 土和土壤有什么关系 2 土是由哪些组分组成 土中有哪些粘土矿物 3 粘土矿物对土壤形成有何作用 4 粘土矿物对土壤性质有何影响 5 液体相阳离子对土壤性质有何影响 6 土的矿物成分与粒组间有何关系 本章课程安排 一 岩石和岩石学的概念二 岩浆作用与岩浆岩三 外动力作用与沉积岩四 变质作用与变质岩五 土与土壤六 岩石转化与循环 土和土壤的基本概念 土的物质组成 土的类型 土壤的类型 五 土和土壤 土和土壤的基本概念 1 土 土体和土层2 土壤的概念3 土壤概念的理解 1 土 土体和土层 土 soil 是由矿物或岩石碎屑组构成的松软集合
2、体 土层 soilformation 是根据土的类型不同而划分出来的土体单元 土体 soilmass 是岩石圈表层未固结成岩的地质体 它是在漫长地质历史时期里 经受各种复杂的地质作用 包括人类活动 而形成的 广义讲 土体是属沉积岩范畴 2 土壤的概念 土壤 soil 是指在陆地岩石圈表层由生物 气候 母质 地形 时间等因素综合作用所形成的 处于永恒变化中的疏松矿物质与有机质的混合物 或者土壤是指在陆地岩石圈表层由生物 气候 母质 地形 时间等因素综合作用所形成的 可供植物生长的一种复杂的生物地球化学物质 3 土壤概念理解要点 土壤是岩土的一部分 岩土体是土壤的母质 土壤是地球表面系统的组成部分
3、 土壤同矿产一样属于资源 土壤是土地的要素 此外 土地要素还包括地形 植被 水文 人文等要素 土壤具有肥力 土壤的粒度组成为砂粒 粉粒和粘粒 粒度上限2 3mm 土壤功能 土壤是岩土的一部分 岩土体是土壤的母质 元谋土林 黄土地貌 土壤是地球表面系统的组成部分 土壤的功能 土壤与形成它的岩石和沉积物相比 具有独特的疏松多孔结构 及化学和生物学特性 它是一个动态的生态系统 为植物生长提供了机械支撑 水分 养分和空气条件 支持大部分微生物群体的活动 来完成生命物质的循环 维持着所有陆地生态系统 通过供给粮食 纤维 水 建筑材料 建设和废物处理用地 来维持人类的生存发展 通过滤掉有毒的化学物质和病原
4、生物体 来保护地下水的水质 并提供了废弃物的循环场所和途径或使其无害化 1 土的三相组成2 土粒及粒度3 土的矿物成分4 土的化学成分5 土中的水6 土中的气体7 土中的粘土矿物8 主要粘土矿物9 土的矿物成分研究方法 土的物质组成 1 土的三相组成 固体 土粒 液体 水 气体 空气 2 土粒及粒度 土粒是指土中固体的颗粒 有单粒和聚粒之分 土粒直径变化范围很大 从数米的漂石到几微米 10 6m 的粘粒 粒度是指土颗粒的大小 土颗粒按粒度的大小分巨粒 粗粒 细粒等 详见表一 土的粒组及其划分标准 3 土的矿物成分 原生矿物 次生矿物 有机物 原生矿物 母岩在风化过程中 残留的化学成分没有变化的
5、矿物 主要有石英 长石 角闪石 云母等 也有方解石 白云石等碳酸盐矿物 通常以砂粒或粉粒存在于土中 次生矿物 不可溶性矿物 游离氧化物和粘土矿物 易溶盐 石盐 钾盐 苏打 天然碱 200g dm3 可溶性矿物 也称可溶盐 母岩在风化及搬运过程中形成的新矿物 中溶盐 石膏 2g dm3 难溶盐 方解石 白云石 0 015g dm3 有机物 泥碳和腐殖质 4 土的化学成分 土的化学成分是指组成土的固相 液相和气相中的化学元素 化合物的种类及其含量 土中的化学元素 土的固相化学成分 土的液相化学成分 土中的化学元素 氧 硅 铝 铁 钙 镁 钾 钠 钛等 硫 磷 锰 铜 锌 硒等 不可溶性次生矿物可溶
6、性矿物 水溶盐 土的固相化学成分 易溶盐中溶盐 土的液相化学成分 5 土中的水 土中的气体成分主要气体成分 O2 CO2 N2被土粒吸附的强度 CO2 N2 O2 H2 6 土中的气体 土中气体的状态 封闭气体 游离状态的气体 吸附状态的气体 7 土中的粘土矿物 粘土矿物是指由原生矿物长石 云母等硅酸盐矿物经化学风化作用而形成的具有片状或链状结构晶格架的颗粒细小 亲水性强 具有胶体特性的铝硅酸盐矿物 粘土矿物的结构特点 粘土矿物主要类型 粘土矿物的用途径 难溶于水 晶体矿物晶格由硅氧四面体和铝氧八面体组成层状或链层状结构片状或鳞片状 粘土矿物的结构特点 硅氧四面体及其晶层示意图 铝氧八面体及其
7、晶层示意图 蒙脱石族 蒙脱石 绿泥石 拜来石 2 1型高岭石族 高岭石 埃洛石 迪开石 1 1型水云母族 伊利石 水云母 蛭石 2 1型海泡石族 海泡石 坡缕石 比较蒙脱石 高领石和伊利石保肥和吸湿能力 粘土矿物主要类型 粘土矿物的用途径 主要用作陶瓷和耐火材料 并用于石油 建筑 纺织 造纸 油漆 水泥等工业 高岭土主要用作陶瓷原料 造纸的填料和涂层 主要由蒙脱石构成的膨润土用于作钻井泥浆 精炼石油的催化剂和漂白剂 铁矿球团的粘结剂和铸形砂粘合剂 凹凸棒石粘土和海泡石粘土是制造抗盐泥浆的优质原料 油脂的脱色剂和吸收剂 8 主要粘土矿物 蒙脱石 高岭石 绿泥石 伊利石 蛭石 坡缕石 蒙脱石 mo
8、ntmodUonite Ex H2O 4 Al2 x Mgx 2 Si Al 4O10 OH 2 蒙脱石的化学式 又称微晶高岭石 白色 有时为浅灰 粉红 浅绿色 鳞片状者解理完全 硬度2 2 5 相对密度2 2 7 甚柔软 有滑感 加水膨胀 体积能增加几倍 并变成糊状物 具有很强的吸附力及阳离子交换性能 蒙脱石的鉴别特征 在80 250 之间出现第一个吸热谷 脱去层间水和吸附水 一般钠蒙脱石脱水温度较低 且为单吸热谷 钙蒙脱石脱水温度较高 并出现复合谷 第二个吸热谷出现于600 700 之间 脱结构水 第三个吸热谷在800 935 晶格完全破坏 其后 紧接着一放热峰 有新相尖晶石和石英生成 蒙
9、脱石的热分析 蒙脱石主要由基性火成岩在碱性环境中风化而成 也有的是海底沉积的火山灰分解后的产物 蒙脱石为膨润土的主要成分 膨润土在我国产地很多 如辽宁 黑龙江 吉林 河北 河南 浙江等地都有产出 我国具工业价值的蒙脱石矿床多产于中生代火山岩系中 蒙脱石的成因 利用其阳离子交换性能制成蒙脱石有机复合体 广泛用于高温润脂 橡胶 塑料 油漆 利用其吸附性能 用于食油精制脱色除毒 净化石油 核废料处理 污水处理 利用其粘结性可作铸造型砂粘结剂等 利用其分散悬浮性用于钻井泥浆 由于钠蒙脱石的许多性能优于钙蒙脱石 因而常利用蒙脱石的阳离子交换性能 进行改型处理 将钙蒙脱石改造成钠蒙脱石 蒙脱石在医药中应用
10、广泛 可以做医药载体 起控释剂功效 在医药领域有成熟产品思密达 几乎成为了蒙脱石的代名词 起到止泻功效 蒙脱石在畜类 猪 兔 养殖中有很好应用 尤其是仔 乳猪的黄白痢 小兔的拉稀 起到预防功效 鉴于蒙脱石的特性 还能作为最优秀的饲料脱霉剂的首选 蒙脱石的用途 膨润土防水毯 GCL 是一种专门用于人工湖泊水景 垃圾填埋场 地下车库 楼顶花园 水池 油库及化学品堆场等防渗漏的土工合成材料 GCL石油高膨胀性的钠基膨润土填充在特制的复合土工布和无纺布之间 用针刺法制成的膨润土防渗垫可形成许多小的纤维空间 是膨润土颗粒不能像一个方向流动 遇水时在垫内形成均匀高密度的胶状防水层 有效的防止水的渗漏 高岭
11、石 kaolinite Al4 Si4O10 OH 8 高岭石的化学式 高岭石的鉴别特征 多呈隐晶质 分散粉末状 疏松块状集合体白或浅灰 浅绿 浅黄 浅红等颜色条痕白色土状光泽摩氏硬度2 2 5比重2 6 2 63吸水性强 和水具有可塑性粘舌 干土块具粗糙感 高岭石常见于岩浆岩和变质岩的风化壳中 中国高岭石的著名产地有江西景德镇 江苏苏州 河北唐山 湖南醴陵等 世界其它著名产地有英国的康沃尔和德文 法国的伊里埃 美国的佐治亚等 高岭石的成因与产地 高岭石是陶瓷的主要原料 在其它工业中也有广泛使用 高岭石粘土除用作陶瓷原料 造纸原料 橡胶和塑料的填料 耐火材料原料等外 还可用于合成沸石分子筛以及
12、日用化工产品的填料等 高岭石的用途 Mg Fe2 3 xAlx OH 6 x 绿泥石 chlorite 它是一些变质岩的造岩矿物 火成岩中的镁铁矿物如黑云母 角闪石 辉石等在低温热水作用下易形成绿泥石 其颜色随含铁量的多少呈深浅不同的绿色 玻璃光泽至无光泽 解理面可呈珍珠光泽 主要是中 低温热液作用 浅变质作用和沉积作用的产物 凡绿泥石集合体中的色泽艳丽 质地致密细腻坚韧 块度较大者 均可用作玉雕材料 此即绿泥石玉 Chloritejade 现知其品种有绿冻石 仁布玉 果日阿玉 崂山海底玉等 绿泥石的用途 绿冻石 Lvdongstone或jade steatite 又称 莱州玉 Laizhou
13、jade或stone 产于山东掖县城西绿冻石绿色鲜艳显蜡状光泽半透明至透明质地致密 细腻 坚韧硬度大 仁布玉 Renbujade 产于西藏仁布县呈暗绿 灰绿 浅绿色具油脂光泽 玻璃光泽微透明质地致密 细腻 坚韧硬度3左右有滑感 果日阿玉 Guoriajade 产于西藏北部 藏北地区 为绿泥石软玉岩和含软玉绿泥石岩 它原为生产藏药的一种原料 现已用来加工玉器 灰白 暗绿色及浅灰绿底带翠绿色斑点 其中以暗绿及带翠绿色斑点者为最好 其颜色的深浅与二价铁离子 Fe2 含量的多少有关 多者呈暗绿色 少者呈淡绿色 质地致密 细腻 坚韧 硬度3 4 可雕性良好 海底玉 Haidijade 产于山东青岛崂山仰
14、口村的大海底中而得名 Seabed或Submarinejade主要由绿泥石组成 并含少量角闪石 蛇纹石 叶蜡石 绢云母等 颜色以绿色为基调 但又不是单一的绿色 深时呈墨绿 浓绿 浅时淡绿偏蓝 K0 75 Al1 75R Si3 5Al0 5O10 OH 2 伊利石 illite 伊利石是常由白云母 钾长石风化而成 并产于泥质岩中 或由其他矿物蚀变形成 常是形成其他黏土矿物的中间过渡性矿物 伊利石呈白色 常因杂质而染成黄 绿 褐等色 摩氏硬度1 2 比重2 6 2 9 完全解理 具有富钾 高铝 低铁及光滑 明亮 细腻 耐热等优越的化学 物理性能 伊利石的成因与鉴别特征 伊利石是我国的一种新矿种
15、在双潮乡渡船头村已发现有伊利石矿 伊利石的发现 伊利石的工业用途 可用于制作钾肥 高级涂料及填料 陶瓷配件 高级化妆品 土壤调整剂 家禽饲料添加剂 高层建筑的骨架配料和水泥配料 核工业的污染净化和环境保护 其中微量元素可制作航天飞机的外层涂料 特别是在造纸 化妆品 陶瓷三大行业中 伊利石有着极大的应用价值 蛭石 Vermiculite Mgx H2O Mg3 x AlSiO3O10 OH 2 蛭石的化学式 是一种与蒙脱石相似的粘土矿物 为层状结构的硅酸盐 一般由黑云母经热液蚀变或风化变成 它有时以粗大的黑云母样子出现 这是蛭石的黑云母假象 有时则细微得成为土壤状 蛭石的形成与特征 是一种与蒙脱
16、石相似的粘土矿物 为层状结构的硅酸盐 一般由黑云母经热液蚀变或风化变成 它有时以粗大的黑云母样子出现 这是蛭石的黑云母假象 有时则细微得成为土壤状 把蛭石加热到300 时 它能膨胀20倍并发生弯曲 这时的蛭石有点像水蛭 水蛭俗称蚂蟥 因此它有了这么一个名字 蛭石一般为褐 黄 暗绿色 有油一样的光泽 加热后它们变成灰色 蛭石可用作建筑材料 吸附剂 防火绝缘材料 机械润滑剂 土壤改良剂等等 蛭石的用途 Mg5Si8O20 OH 2 H2O 4 nH2OSiO256 96 MgO23 83 19 21 成份中常有Al Fe混入Al2O3替代部分MgO 坡缕石 Palygorskite 理想的化学成份 坡缕石的晶体结构 白 灰 浅绿或浅褐色 晶体呈毛发状或纤维状 在电子纤维镜下呈长柱状或针状 硬度一般2 3 当加热到700 800 时 硬度可能提高到5 密度2 05 2 32g cm3 平行纤维轴方向有良好的理解 土质细腻 有油脂滑感 吸水性强 粘舌 水浸泡崩散 坡缕石的鉴定特征 具有很大的比表面积和吸附能力 很好的流变性和催化性能 同时 具有理想的胶体性能和耐热性能 是一种少见的矿物 坡缕石
