山脊上蹲着一块浑圆的巨石,表面光滑,看不出棱角,远看像被河水磨过。走近敲开,断口里的长石还带着新鲜的光泽,颗粒界线清清楚楚。这块石头没有被搬运过,它就长在原地,圆是风化一点点削出来的。
先看外形与断口:外面圆钝,里面矿物新鲜
球状风化的岩块外表圆钝,棱角消失,但断口新鲜,长石、石英的晶面和粒度与母岩完全一致,没有磨蚀造成的麻面与撞痕。外圆内新,是它最直接的签名,一眼就能把它和搬运来的砾石区分开。
圆化的程度可以量化。取岩块的最大、最小直径,两者比值接近 1 的圆度最高;风化初期比值常在 2 以上,棱角尚存。同一露头上,上部岩块比下部更圆,因为暴露时间长。
再数节理:两组近直交的节理把岩体切成方块
球状风化的前提是节理。两组近于直交的节理把岩体切成方块,间距多在 0.5–3 米。节理面常见宽 1–5 毫米的褐铁矿染。水沿节理下渗,方块被切成独立的块体,风化的边界由此确定,没有节理的地方就不会出现球。
棱角比方块面风化得快。棱角处三个面相交,接受水分和空气的面积最大,单位体积的比表面可达平面处的 2–3 倍。于是棱角先被削去,方块逐渐变成多面体,再变成球。圆是棱角先消失的结果,不是磨出来的。
最硬的一条在同心壳层:一层层剥离,单层厚 1–20 厘米
剖开风化的岩块,内部常见同心状的环带,一层套一层,像洋葱。单层厚 1–20 厘米,层间界面平行于外表,越靠外越疏松、颜色越褐,越靠内越致密、越接近原岩。
这种剥离叫洋葱状剥落。壳层形成的原因是内外膨胀率不同:表层吸水膨胀、失水收缩,反复交替后与内部脱开。同心层只出现在原地风化的岩块上,河流搬运的砾石即使磨得很圆,内部也是均质的,不会分带。
混进来的是河流磨圆的砾石
河流砾石的圆来自碰撞。它的表面常有撞击坑和不规则的磨面,长轴方向沿水流排列,扁平面倾向上游;粒径按水流强度分选,大砾石集中在水流急的河段。岩性也杂,一块地里能见到三四种岩石。
球状风化的岩块则岩性单一,与脚下基岩一致;粒径不受水流控制,大小混杂却都圆;周围常有风化残积的砂土,没有层理与分选。看到圆形岩块成群分布却岩性一致,先查节理,不要急着判为古河道。
关键数据
下列数值为花岗岩类露头的常见区间,其他岩性会有偏移。判读时以同一露头的多块岩体统计为准,单块岩石的圆度偶然性较大。统计时把孤石与母岩露头排除,否则圆度平均值会被拉偏。
- 球状风化核石直径常见 0.5–10 米。
- 控制球化的节理间距多为 0.5–3 米。
- 同心风化壳单层厚 1–20 厘米,可有数层至十余层。
- 棱角处比表面可达平面处的 2–3 倍。
- 圆化初期岩块长短轴比值常在 2 以上,后期接近 1。
- 风化壳剖面自上而下,颜色由褐转灰,强度由松转硬。
- 花岗岩、闪长岩、玄武岩与厚层砂岩均可发育球状风化。
边界
差异风化也会造出圆形岩块。软硬互层中,硬层被风化掏空后残留的核部同样圆钝,但它没有同心壳层,且形状受层理控制,多呈扁球或板状,长轴平行层理。判据要看内部结构,不能只看外形。
沉积结核更容易混进来。钙质结核、铁质结核在土层中生长,外形浑圆,但内部是同心沉淀的胶结物,敲开没有原岩的矿物颗粒与结构。本文判断:圆的成因至少要两条证据支撑,单凭形状下结论,多半会认错。
参考文献
- Ollier C D. Weathering (2nd ed.). Longman, 1984. —— 球状风化与核石。
- Selby M J. Hillslope Materials and Processes (2nd ed.). Oxford University Press, 1993.
- 中国科学院南京土壤研究所 主编.《中国土壤》. 科学出版社, 1978. —— 风化壳与残积物。
- 《中国大百科全书·地质学》. 中国大百科全书出版社, 1993. —— 球状风化条目。