酸不溶物对碳酸盐岩风化壳发育程度的影响

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碳酸盐岩风化成土的交代作用机理：I.矿物与微结构证据

形成机理、土流失、水土地退化、土壤酸化、土壤与水质污染和红粘土工程地质灾害等，酸盐岩风化成土作碳
用及其红色风化壳形成机理研究『起了学术界的关注。作者负责的国家自然科学基金项目“ 贵州岩溶地区红土风化机理及其地球化学敏感性研究”４４３１）率先对贵州、（９６０１，广西碳酸盐岩红色风化壳进行了较详细和系统的研究，有关矿物学和地球化学方面的研究成果，作者已分别作过报道。本文是在上述研究基础上，通过对贵卅、ｌ广西２个不同发育程度的碳酸盐岩红色风化壳典型剖面不同尺度上的详细观察，２提出碳酸盐岩风化成土作用的矿物与微结构证据，较为系统地论述了碳酸盐岩风化成土的交代作用机理。
如表１所示。
收稿Ｅ期：ｌ１ — ５ｔ咖一２２基金项目：国家自然科学基金资助项目（９６０１；４４３１）贵州省跨世纪人才工程资助项目
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第２期
朱立军，李景阳：酸盐岩风化成土的交代作用机理：矿物与微结构证据碳Ｉ
强ｆ一５ｌ）
高岭石一针铁结构、象交代假矿（铁矿）赤富铝脱硅带结构、壳状构皮三水铝石造、窝状构蜂造、肾状构造
ｊ凝胶结构、泥状ｆ构、代残余结交
结铁铁
棱贯壳
状县铝或半风化层
最直接和最重要的矿物与微结构证据。首次较为系统讨论了碳酸盐岩风化成土的交代作用机
理，出了碳酸盐岩风化威土过程中的矿物交代演化序列。提关键词：酸盐岩；色风化壳；碳红风化威土作用；交代作用中图分类号：５２１Ｐ１文献标识码：Ａ

影响碳酸盐岩储集层物性的主要因素

影响碳酸盐岩储集层物性的主要因素∙沉积环境影响碳酸盐岩原生孔隙发育的主要因素是沉积环境，即介质的水动力条件。

碳酸盐岩原生孔隙的类型虽然多种多样，但主要的是粒间孔隙和生物骨架孔隙。

这类孔隙的发育程度主要取决于粒屑的大小、分选程度、胶结物含量以及造礁生物的繁殖情况。

因此，水动力能量较强的或有利于造礁生物繁殖的沉积环境常常是原生孔隙型碳酸盐岩储集层的分布地带。

一般包括台地前缘斜坡相、生物礁相、浅滩相和潮坪等。

在水动力能量低的环境里形成微晶或隐晶石灰岩，由于晶间孔隙微小，加上生物体少，不能产生较多的有机酸和CO2，因此不仅在沉积时期，就是在成岩阶段要形成较多的次生溶孔也是比较困难的。

∙成岩后生作用碳酸盐岩的孔隙在它形成的地质历史过程中是不断变化的。

在沉积时期所形成的原生孔隙会因其后发生的各种成岩后生作用而改变。

碳酸盐岩的成岩后生作用有些有利于储层物性的改善，而有些则使储层物性变差。

因此，研究成岩后生作用对孔隙的影响是很重要的。

碳酸盐岩的成岩后生作用主要有压实及压溶作用、胶结作用、重结晶作用、白云石化作用、溶解作用、方解石化作用、硅化作用、硫酸盐化作用等。

现择其对储层储集物性有重要影响的作用简述如下：（1）溶蚀作用：碳酸盐岩孔隙的形成和发育情况与地下水的溶解作用和淋滤作用关系密切，这是由碳酸盐岩的易溶性所决定的。

地下水因溶解带走了易溶矿物是造成溶蚀孔隙、孔洞的原因，也是溶蚀裂缝扩大的原因。

在漫长的地质年代里，碳酸盐岩的溶解是很可观的。

巨大的岩溶洞穴、地下暗河等是碳酸盐岩发育区常见的景观。

碳酸盐岩结晶矿物的溶解度决定于它们本身的性质、地下水的溶解能力以及热动力条件。

岩石的矿物成分不同其溶解度也不同。

已有资料表明：方解石和白云石的溶解度决定于水中CO2的含量、地下水的温度和硫酸钙的含量等。

随着水中CO2含量的增加，方解石和白云石的溶解度增大，且当水中CO2含量高时，方解石的溶解度比白云石高；相反，当水中CO2含量低时，白云石的溶解度比方解石高（图中B）。

碳酸盐岩的成因与演化

碳酸盐岩的成因与演化碳酸盐岩是一种由碳酸钙主要组成的沉积岩，它在地质历史上起着重要的作用。

碳酸盐岩的成因与演化涉及到多种地质过程和环境条件。

本文将从碳酸盐岩的形成机制、主要类型和演化过程进行论述，旨在全面解析碳酸盐岩的成因与演化。

一、碳酸盐岩的形成机制碳酸盐岩的主要成分是碳酸钙（CaCO3），它的形成机制与生物作用、化学沉淀和物理作用密切相关。

1. 生物作用：生物活动是碳酸盐岩形成的重要机制之一。

海洋中存在着丰富的生物，如藻类、珊瑚和贝类等，它们通过吸收溶解在水中的二氧化碳进行光合作用，使得海水中的碳酸钙浓度增加，进而促进了碳酸盐岩的形成。

2. 化学沉淀：在一些特殊的环境条件下，溶解在水中的碳酸钙会发生化学反应，形成固体的沉淀物质，最终形成碳酸盐岩。

例如，在湖泊或洞穴中，通过水中物质的饱和度降低，碳酸钙沉淀形成石笋、石钟乳等。

3. 物理作用：碳酸盐岩的物理作用主要包括风化、侵蚀和沉积等。

例如，当河流或湖泊流经含有大量碳酸钙的地层时，会将这些物质搬运到新的地方，沉积形成碳酸盐岩。

二、碳酸盐岩的主要类型碳酸盐岩包括石灰岩、白云石、大理石等多种类型，它们的形成机制和物理特征有所不同。

1. 石灰岩：石灰岩是最常见的碳酸盐岩之一，它由大量碳酸钙沉积而成，通常呈灰白色或黄白色。

石灰岩可以根据成岩环境的不同分为珊瑚石灰岩、生物碎屑石灰岩和化学沉积石灰岩等。

2. 白云石：白云石是一种由纯度较高的碳酸钙组成的碳酸盐岩，呈白色或浅灰色。

白云石常见于热液沉积、岩洞和喀斯特地貌等特殊环境中。

3. 大理石：大理石是由石灰岩等碳酸盐岩经过高温和高压作用转化而成的岩石。

它通常呈现出丰富的颜色和纹理，是一种常用的建筑材料。

三、碳酸盐岩的演化过程碳酸盐岩在演化过程中受到多种地质作用的影响，包括压实、溶蚀、抬升和再沉积等。

1. 压实作用：碳酸盐岩在沉积过程中会受到压实作用，即沉积物中的颗粒在重力的作用下逐渐紧密并形成岩石。

压实作用会增加碳酸盐岩的密度和强度。

碳酸盐岩溶蚀机理研究

碳酸盐岩溶蚀机理研究
碳酸盐岩溶蚀是地理学和地质学中的一个重要研究领域。

碳酸盐岩是由碳酸钙（CaCO3）主要组成的岩石，包括石灰岩、大理石等。

碳酸盐岩溶蚀机理研究的目的是了解碳酸盐岩在水和溶液作用下的溶解过程、地下水系统的形成和发展以及地理地貌的形成等。

碳酸盐岩溶蚀的机理主要有以下几个方面：
1. 化学溶蚀：碳酸盐岩中的碳酸钙在水和溶液中溶解，生成溶解产物如碳酸氢钙（Ca(HCO3)2），使岩石表面发生溶解反应。

这种溶蚀作用主要发生在岩石表面和裂隙内。

2. 物理溶蚀：水中携带的泥沙、砂粒等颗粒状物质通过冲刷和磨蚀作用，使碳酸盐岩表面发生破坏和剥离，促进溶蚀作用的进行。

3. 溶洞形成：碳酸盐岩溶解过程中，在岩石内部形成溶洞和裂隙系统。

溶洞的形成与地下水的作用密切相关，地下水中所含有的溶解性成分会通过溶解作用侵蚀岩石，使溶洞逐渐扩大和形成。

4. 地下水系统的形成：碳酸盐岩的溶蚀作用会形成发育复杂的地下水系统，包括溶洞、地下水流通通道等。

这些地下水系统对地表水循环和地下水资源具有重要影响。

碳酸盐岩溶蚀机理研究不仅对地质景观的形成和保护具有重要
意义，还对地下水资源的可持续利用和地下工程建设有着重要指导作用。

龙门石窟鲕粒灰岩劣化试验

龙门石窟鲕粒灰岩劣化试验作者：严绍军田世瑶陈建平窦彦方云来源：《敦煌研究》2018年第03期内容摘要：龙门石窟鲕粒灰岩自然破坏相对严重，且自身存在相对特殊风化现象。

为研究该类岩石风化机理，在室内设计了酸劣化及冻融试验。

通过试验表明，在相对恒定的酸性、水体流动环境条件下，鲕粒灰岩风化明显，出现类似现场的风化现象。

在风化影响因素方面，pH值影响明显，H+离子浓度越高，风化速度越快。

溶蚀后不溶物在一定程度上会降低鲕粒间钙质成分的溶蚀，形成局部相对封闭的环境，降低溶蚀速度。

而冻融这种物理风化对鲕粒灰岩影响不是太明显，这一现象应该与鲕粒自身与基质间热力学性质相对一致、鲕粒灰岩吸水性低有关系。

关键词：龙门石窟；鲕粒灰岩；劣化试验中图分类号：P589.1 文献标识码：A 文章编号：1000-4106（2018）03-0038-06Abstract： The natural damage to cave structures sustained by the oolitic limestone at the Longmen Grottoes is relatively extensive and exhibits a unique pattern of erosion. Acid deterioration， freezing， and thawing deterioration experiments were designed to study the weathering mechanism of this limestone， the results of which show that in an environment of constantly flowing， acidic water， the oolitic limestone weathering process is remarkably similar to natural conditions. Among all the factors of erosion， the influence of the pH value is obvious，wherein the higher the H+ ion concentration is， the faster the weathering speed will be. During the erosion simulation it was shown that indissoluble reaction products can to some extent reduce the disolution speed of the calcite between oolites and form a relative isolation environment. The effect of physical weathering on the oolitic limestone is not particularly obvious because the thermodynamic properties of the oolite is relatively equal to that of the underlying substrate and has a low degree of water absorption.Keywords： Longmen Grottoes； oolitic limestone； deterioration test.1 前言鮞粒灰岩是在龙门石窟广泛分布的岩石类型，具有非常特殊的风化现象。

新教材湘教版高中地理必修一学案：3-2(含答案解析)

地理精品教学资料（新教材）2019.4课堂互动与探究抓要点知识详解知识点一自然地理环境整体性的表现1．概念自然地理环境各要素相互联系和相互作用，构成自然地理环境的整体性。

2．表现(1)每一要素都作为整体的一部分，与其他要素相互联系和相互作用。

例如，我国西北内陆地区，受深居内陆的海陆位置的作用，形成了干旱的大陆性气候，使得这里的水文、地貌、植被、土壤等自然环境要素无不呈现出温带荒漠带的突出特征，形成温带荒漠景观。

(2)某一要素的变化，会导致其他要素甚至整体的改变。

例如，砍伐森林与植树造林对地理环境各要素以至整个生态环境的影响是不一样的，如下图所示。

(3)某一要素的变化，不仅影响当地的整个自然地理环境，还会对其他地区的自然地理环境产生一定的影响。

又如，在河流上、中游地区砍伐森林，导致水土流失，会对下游地区的自然地理环境产生影响。

再如，人类大量开采使用煤、石油、天然气等矿物燃料，将会引起一系列连锁反应，导致全球生态环境和社会经济的重大变化。

地壳中碳元素减少―→大量使用矿物燃料―→大气中二氧化碳增多――→温室效应气温升高―→气候变暖―→极冰融化―→海面上升―→淹没低地【例1】地理环境中各事象之间是相互联系的，某事象发生变化就会给其他事象带来影响，甚至发生一系列的变化。

读图，回答下列问题。

(1)图中所示的中心事象“甲”可能是()A．人口数量增多B．森林破坏C．围湖造田D．气候变化(2)该图反映了自然地理环境的()A．综合性B．差异性C．整体性D．区域性[解析]第(1)题，本题中心事象的变化，会造成土地荒漠化、水土流失、水旱灾害增多、温室效应增强等，森林是大自然的总调度室，一旦遭到破坏会造成诸多环境问题，故甲是森林破坏。

第(2)题，从图中可以看出一种事物的变化，会导致其他因素的变化，体现了自然环境的整体性规律。

[答案](1)B(2)C知识点二自然地理要素的相互作用1．各地理要素与土壤的相互作用(1)成土母质与土壤(2)气候与土壤(3)生物与土壤(4)地形与土壤地形主要通过对物质、能量的再分配间接地作用于土壤。

酸处理降低碳酸盐岩储层破裂压力的影响因素分析

后，问水的化学沉淀产物．存在的前提是必须有粒它
粒间孔隙。如果在沉积过程中，动力条件较强，水泥被冲洗走，积颗粒之间的孔隙基本上空着，沉胶结物才有可能生成；否则。间空隙基本上为泥所充填。粒
酸处理降低破裂压力的原理是从本质上弱化岩
截至２０年，国已探明的低渗透油藏原油储０４我
量５．￣Ｏｔ已发现低渗透气藏储量１～．１１．３２ｌＳ，．１￣０２２５ｍ３压裂、酸化是这类储层投产的关键技术。在这类储
孑隙增加，矿岩变得松散脆弱，Ｌ使使其强度降低。
影响因素，为水是最活跃的一个因素。认岩土体受化学溶液侵蚀作用后，由于水一作用削弱了矿物颗岩
定性最高，其次是钙质和铁质胶结物，最低的是泥质
胶结物．胶结物的碳酸盐岩的胶结物是泥质和钙含质。胶结联结的形式有基底胶结、隙胶结和接触孔
层的改造过程中，某些井层由于破裂压力异常高而
导致了施工失败。塔里木油田及澳大利亚、国等美
油田均有这种情况出现。异常高破裂压力出现的原
因很多。随着最小水平主应力的增加，地层破裂压
力会显著增加。数值模拟表明软地层的破裂压力高
５作用都与岩石中结合水有关，种而岩石中结合水的

风化壳的基本类型和分布

风化壳的基本类型和分布风化壳是岩石风化的产物，它是由岩石在各种外力作用下分解和重塑形成的。

在地球表面，风化壳广泛存在，它们构成了地表的岩石覆盖层，对地貌的形成和环境的影响具有重要影响。

本文将介绍风化壳的基本类型和分布。

一、风化壳的基本类型根据风化壳的形成过程和物质组成，可以将风化壳分为几种基本类型：1.物理风化形成的风化壳：这种类型的风化壳是由岩石的物理性质引起的风化作用形成的。

其中包括岩石破裂、崩解和磨损等过程。

常见的物理风化形成的风化壳包括沙土、砾石和粘土等。

2.化学风化形成的风化壳：这种类型的风化壳是由岩石的化学性质引起的风化作用形成的。

其中包括酸雨、氧化和溶解等过程。

常见的化学风化形成的风化壳包括钙华、铁华和水蚀岩等。

3.生物风化形成的风化壳：这种类型的风化壳是由生物活动引起的风化作用形成的。

其中包括植物根系、微生物和动物等的作用。

常见的生物风化形成的风化壳包括泥炭、有机质和腐殖质等。

二、风化壳的分布风化壳的分布与地形、气候和岩性等因素密切相关。

在不同的地区，风化壳的类型和厚度也会有所不同。

以下是一些常见的风化壳分布地区：1.东部季风区：该地区气候湿润，雨量充沛，岩石主要为碳酸盐岩和碎屑岩等，容易受到化学风化和生物风化的影响，形成钙华和泥炭等风化壳。

2.西部干旱区：该地区气候干燥，温差大，岩石主要为砂岩和石灰岩等，容易受到物理风化的影响，形成沙土和砾石等风化壳。

3.高山和高原地区：这些地区地形高差大，温差大，岩石容易受到物理风化和化学风化的影响，形成冰川沉积物和冰碛物等特殊的风化壳。

总的来说，风化壳的分布广泛且复杂多样，不同地区的风化壳类型和厚度也各不相同。

因此，对于地质学家和环境学家来说，了解风化壳的类型和分布，对于研究地貌的形成、环境的演变以及资源开发等方面都具有重要的意义。

以上就是关于《风化壳的基本类型和分布》的主要内容，希望对你有所帮助。

三峡地区碳酸盐岩化学组分与溶蚀速率的响应关系

第38卷第2期中国岩溶V o l .38 N o .2 2019年4月 CA R S O L O G I C A S I N I C A A p췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍r .2019陈如冰,罗明明,罗朝晖,等.三峡地区碳酸盐岩化学组分与溶蚀速率的响应关系[J ].中国岩溶,2019,38(2):258-264.D O I :10.11932/k a r s t 20190210三峡地区碳酸盐岩化学组分与溶蚀速率的响应关系陈如冰1,2,罗明明1,4,罗朝晖1,陈植华1,周宏3(1.中国地质大学(武汉)环境学院,武汉430074;2.武汉中地环科水工环科技咨询有限责任公司,武汉430223;3.中国地质大学(武汉)地质调查研究院,武汉430074;4.自然资源部㊁广西岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004)摘要:文章通过室内静水溶蚀实验测定了三峡地区香溪河流域震旦-三叠系碳酸盐岩的化学溶蚀速率,探讨了碳酸盐岩的化学溶蚀速率对岩石化学组分的响应关系,为区域岩溶量化研究与地层含水性评价等提供了科学依据㊂研究结果表明:较纯碳酸盐岩的溶蚀速率受到C a O ㊁S r O 的促进作用和M gO 的抑制作用共同控制,而这三者对纯灰岩的溶蚀速率影响较小;碳酸盐岩中的酸不溶物对化学溶蚀过程呈现出抑制的趋势㊂碳酸盐岩的化学溶蚀速率受到多化学组分的共同影响,综合决定了碳酸盐岩的可溶性㊂关键词:三峡地区;碳酸盐岩;溶蚀实验;化学溶蚀速率;化学组分中图分类号:P 642.25;P 588.245 文献标识码:A 文章编号:1001-4810(2019)02-0258-07 开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):0 引言碳酸盐岩的溶蚀是岩溶作用的开端,它是影响岩溶水系统与岩溶地貌演化㊁全球碳循环与岩溶碳汇㊁岩溶水化学性质等的基础[1],水对碳酸盐岩的化学溶蚀贯穿于整个岩溶发育与发展过程㊂天然条件下,碳酸盐岩的可溶性制约着地下水动力条件的强弱,进而影响地表及地下岩溶的发育[2]㊂国内外众多学者开展了大量室内溶蚀实验,旨在通过改变岩石所处的外界环境,探讨诸多外界因素对碳酸盐岩溶蚀作用的影响,如C O 2浓度㊁温度㊁溶液p H ㊁水动力条件以及埋藏条件等[3-8];对于岩石固有属性影响机制的研究,聂跃平[9]㊁韩庆之[2]等曾探讨了黔南㊁湖北水布垭等地碳酸盐岩岩石成分和结构对溶蚀作用的影响㊂前人研究表明,相对于岩石结构和其他外界因素等的影响,碳酸盐岩的成分是影响其化学溶蚀速度最主要的因素[10-12]㊂但前人研究成果多集中于讨论岩石成分中钙镁含量对溶蚀作用的影响,对其他微量成分的讨论较少㊂因此,本文在讨论钙镁含量影响的基础上,进一步讨论了岩石中锶含量和酸不溶物等对碳酸盐岩溶蚀的影响㊂碳酸盐岩在溶蚀作用下,可形成岩溶水良好的运移与存储空间㊂岩溶介质空间的发育情况是评价岩溶发育程度的一项重要指标,由于岩溶发育程度难以量化,故可以利用碳酸盐岩的溶蚀速率来量化评价㊂本文通过室内实验测定碳酸盐岩化学溶蚀速率,探讨岩石化学组分与化学溶蚀速率的响应关系,可为岩溶发育程度量化研究与地层含水性定量评价等提供科学参考㊂资助项目:国家重点研发计划课题(2017Y F C 0406105);自然资源部㊁广西岩溶动力学重点实验室开放基金(K D L 201702);中国地质调查局项目(12120113103800㊁D D 20160304㊁D D 20190824);国家自然科学基金(41807199);湖北省自然科学基金(2018C F B 170);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(C U G 170670)第一作者简介:陈如冰(1992-),女,硕士,研究方向主要为岩溶水文地质㊁环境影响评价㊂E -m a i l :c h e n r u b i n g703@163.c o m ㊂通信作者:罗朝晖(1971-),男,副教授,主要研究方向:环境工程水处理㊁环境影响评价㊁水岩相互作用与水化学㊂E -m a i l :z h h l u o @c u g.e d u .c n ㊂收稿日期:2018-03-201 研究区地质背景概况本文选取三峡地区香溪河流域乐平溪一条典型而完整的震旦-三叠系碳酸盐岩地层剖面进行采样分析㊂乐平溪位于三峡地区湖北宜昌秭归县境内,为长江一级支流香溪河的一条支流㊂研究区位于黄陵穹窿西翼,呈单斜构造,地貌类型为中山峡谷地貌㊂区内南华-侏罗系地层由老至新依次呈南北向条带状自东向西分布,地层西倾,倾角约30ʎ(图1);岩性以一套滨海-浅海相沉积碳酸盐岩为主,间夹寒武系牛蹄塘组㊁石牌组与志留系两套陆源沉积碎屑岩,震旦系㊁寒武系与三叠系嘉陵江组地层以白云岩为主,奥陶系㊁二叠系以及三叠系大冶组以灰岩为主㊂图1 研究区地质概况略图F i g .1 S k e t c h g e o l o g i c a lm a p o f t h e s t u d y ar e a 1-断层 2-河流 3-侏罗系 4-三叠系 5-二叠系 6-泥盆系 7-志留系 8-奥陶系 9-寒武系10-震旦系 11-南华系 12-晚元古代岩浆岩2 实验过程2.1 样品采集与测试为覆盖三峡地区完整的碳酸盐岩层组,选取三峡地区香溪河流域乐平溪典型地质剖面采取震旦系至三叠系碳酸盐岩样品,共19组岩样㊂地层由老至新依次为震旦系陡山沱组㊁灯影组,寒武系天河板组㊁石龙洞组㊁覃家庙组㊁娄山关组,奥陶系南津关组㊁牯牛潭组㊁宝塔组,二叠系栖霞组㊁茅口组,三叠系大冶组㊁嘉陵江组㊂碳酸盐岩的化学成分在澳实分析检测(广州)有限公司完成,通过M E-X R F 26和M E-I C P 61F 法测定得岩石的主要矿物成分和微量元素成分㊂2.2 溶蚀样品制备为减少岩样表面积及岩石结构对溶蚀作用的影响,将岩样粉碎㊁过筛至4~5mm ,混匀,缩分,各组952 第38卷第2期陈如冰等:三峡地区碳酸盐岩化学组分与溶蚀速率的响应关系岩样在105ħ条件下烘干8h,称重,取质量100g的各组颗粒进行溶蚀试验㊂2.3溶蚀变量控制溶蚀实验在室内开放系统环境下进行,初始溶液为蒸馏水,未控制其他外界条件,溶蚀过程主要是空气中C O2溶于水中参与方解石与白云石的溶解,溶解过程如下:C a C O3+H2O+C O2ңC a2++2H C O-3(1)M g C a(C O3)2+2H2O+2C O2ңM g2++C a2++4H C O-3(2)参考固液质量比1ʒ7[13],将各组岩样分别放入1000 m L的烧杯中,再加入700m L蒸馏水,让岩石样品与水充分接触,观察记录其在自然条件下的溶蚀过程㊂2.4实验周期选择根据前人研究结果[14],碳酸盐岩的溶蚀速率等影响因素在溶蚀实验进行一周后趋于稳定,本文溶蚀实验控制的样品质量仅为100g,质量较小,且未添加促进矿物溶解的其他外界条件,为使得样品得到充分溶解,选择开展20d室内静水溶蚀实验㊂2.5实验结果测定将盛有岩样的烧杯置于室内相同开放环境下,并为溶蚀作用的持续进行提供所需的C O2;第20日时,检测溶蚀液电导率,分析溶蚀液的化学组成㊂溶蚀液阳离子由中国地质大学(武汉)教育部长江三峡库区地质灾害研究中心电感耦合等离子体发射光谱仪I C P-O E S测定,阴离子由中国地质大学(武汉)地质调查实验中心离子色谱仪I C S-2100测定㊂3结果分析3.1化学溶蚀速率与电导率关系化学溶蚀速率R是表征岩石可溶性强弱的一项定量化指标,如下:R=2.5X+3.5Yt(3)式中:R为碳酸盐岩中主要矿物化学溶蚀速率(m g㊃(d㊃L)-1);X为溶蚀液中C a2+的含量(m g㊃L-1);Y为溶蚀液中M g2+的含量(m g㊃L-1);t为溶蚀作用时间(d)㊂在溶蚀实验进行到第20天时,利用溶蚀液中C a2+㊁M g2+含量计算出此时的化学溶蚀速率(表1)㊂同时,根据岩矿化学分析结果,按照‘中国岩溶研究“[10]的划分方法,对碳酸盐岩进行定名(表1)㊂溶蚀液电导率的变化是溶蚀作用的直接结果,电导率的大小与溶蚀液中主要离子成分含量存在直接联系㊂通过实验测定发现,电导率与溶蚀液中C a2+呈正相关关系,与M g2+呈负相关关系(图2)㊂图2溶蚀液电导率㊁C a2+㊁M g2+含量F i g.2P l o t o f e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y,C a2+a n d M g2+碳酸盐岩的化学组分影响着溶蚀液的离子成分,制约着电导率与化学溶蚀速率的变化㊂通过对19组样品电导率与化学溶蚀速率进行回归分析得知,溶蚀过程中,化学溶蚀速率的变化与电导率的变化存在正相关关系,相关系数达0.969(图3)㊂图3电导率与溶蚀速率的关系F i g.3 P l o t o f e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y v s.d i s s o l u t i o n r a t e3.2岩石化学组分与化学溶蚀速率的响应关系3.2.1 C a O、M g O与化学溶蚀速率的响应关系碳酸盐岩溶蚀作用主要是岩石中方解石与白云石的溶解,矿物成分C a O和M g O的百分含量指示着岩石中方解石与白云石的含量,方解石与白云石具有不同的化学溶蚀特性,两者的含量及相对比例影响着碳酸盐岩的溶蚀速率(图4)㊂062中国岩溶2019年162第38卷第2期陈如冰等:三峡地区碳酸盐岩化学组分与溶蚀速率的响应关系图4 C a O%㊁M gO%与溶蚀速率的关系F i g .4 P l o t o f d i s s o l u t i o n r a t e v s .C a Oa n d M gO 样品中C a O%+M g O%范围在40%~55%时,碳酸盐岩纯度较高,岩石中C a O%高能促进溶蚀作用,M g O%高却抑制溶蚀作用,化学溶蚀速率R 随着C a O%增加和M gO%的减小而呈现增大的趋势㊂C a O 和M gO 对溶蚀作用的促进与抑制作用程度不同,使得C a O /M g O 与化学溶蚀速率之间的关系呈现出明显的分段特征㊂溶蚀样品的C a O /M gO 值主要在1.40~8.45和31.60~123.63两个范围内波动㊂当1.40<C a O /M gO<8.45时,岩性以白云岩㊁灰质白云岩㊁白云质灰岩为主㊂C a O 对溶蚀过程的促进作用与M g O 对溶蚀过程的抑制作用明显(图5a ㊁b ),化学溶蚀速率随着C a O /M g O 的增大总体呈现增大的趋势,但增大趋势逐渐变缓(图5c)㊂图5 岩样C a O ㊁M gO 与溶蚀速率的关系(1.40<C a O /M g O<8.45)F i g .5 P l o t o f d i s s o l u t i o n r a t e v s .C a Oa n d M g O (1.40<C a O /M gO<8.45) 当31.60<C a O /M gO<123.63时,岩性主要为灰岩㊂C a O 与M gO 含量的变化对溶蚀作用的影响程度均减弱(图6a ㊁b );随着C a O 含量增多,M g O 含量减小,C a O /M gO 比值对溶蚀速率的影响较小(图6c )㊂图6 岩样C a O ㊁M g O 与溶蚀速率的关系(31.60<C a O /M gO<123.63)F i g .6 P l o t o f d i s s o l u t i o n r a t e v s .C a Oa n d M g O (31.60<C a O /M gO<123.63)262中国岩溶 2019年3.2.2S r与化学溶蚀速率的响应关系S r是岩石圈上部含量最高的微量元素,其元素及同位素化学性质都比较稳定㊂S r的含量在不同碳酸盐岩中有明显差异[15]㊂对19组岩样进行矿物化学分析可知(表1):岩石中S r含量与C a O含量总体呈正相关关系,灰岩中S r含量最高㊂S r与C a在元素周期表中处于同一个主族,具有相似的物理化学性质;在碳酸盐岩中,S r 主要是以取代C a的方式存在于方解石晶格中㊂S r 作为碳酸盐岩的主要微量元素,在碳酸盐岩沉积或成岩过程中,其含量的变化最具有地球化学指示意义[15]㊂S r与C a之间较强的相关性,使得S r/C a比值成为S r元素地球化学特征研究的重要指标㊂图7样品中S r O/C a O与溶蚀速率的关系F i g.7 P l o t o f d i s s o l u t i o n r a t e v s.S r O/C a O样品中当S r O/C a O<0.001时,岩石中S r O%< 0.05%,13.7%ɤC a O%ɤ54.4%,岩石主要为白云岩㊁灰质白云岩㊁白云质灰岩,随着S r O/C a O的增大,溶蚀速率R快速增加;当0.001<S r O/C a O< 0.005时,岩石中S r O含量从0.05%增加至0.25%,此时50.4%ɤC a O%ɤ55.4%,波动范围较小,岩石主要为灰岩,此段溶蚀速率受C a O促进作用减弱,R 随S r O含量的增大呈现出小幅度的增大趋势(图7)㊂实验结果表明,S r O/C a O和C a O/M g O与化学溶蚀速率之间的关系存在相同的响应特征,S r O亦体现出对化学溶蚀的促进作用;且当碳酸盐岩为灰岩时, C a O%波动范围小,对化学溶蚀速率影响较小,而S r O仍对溶蚀过程起着一定的促进作用㊂3.2.3酸不溶物与化学溶蚀速率的响应关系本文研究的19组碳酸盐岩样品中,酸不溶物含量不同(表1)㊂岩石中的酸不溶物影响着溶解过程中碳酸盐与溶蚀液的接触面积,以及可发生化学反应的物质的量,进而影响着溶蚀速率㊂随着样品中酸不溶物含量的增加,减少了发生反应的碳酸盐物质的量以及其与溶蚀液的接触面积,溶蚀速率整体呈现出减小的趋势(图8)㊂图8岩样酸不溶物与溶蚀速率散点分布图F i g.8 P l o t o f a c i d i n s o l u b l e c o n t e n t v s.d i s s o l u t i o n r a t e 4结论化学溶蚀速率作为一项表征岩石可溶性的指标,可为岩溶发育程度的量化研究与地层含水性评价提供科学参考㊂不同岩性的岩石在相同外界条件下的化学溶蚀速率存在显著差异,岩石化学组分是影响化学溶蚀速率的主控因素㊂岩石中的C a O㊁M g O㊁S r O 与酸不溶物不同程度地影响着碳酸盐岩化学溶蚀速率:(1)当1.40<C a O/M g O<8.45时,C a O对溶蚀过程的促进作用与M g O对溶蚀过程的抑制作用明显,化学溶蚀速率随着C a O/M g O的增大呈增大的趋势㊂当31.60<C a O/M g O<123.63时,C a O和M g O的含量变化对溶蚀作用的影响程度均减弱㊂(2)当S r O/C a O<0.001时,随着S r O/C a O的增大,S r O与C a O含量均增大时,溶蚀速率快速增加;当0.001<S r O/C a O<0.005时,S r O含量增大, C a O含量变化极小且对溶蚀作用影响微弱,而S r O 仍对溶蚀过程起着一定程度的促进作用㊂(3)碳酸盐岩中酸不溶物含量增大时,化学溶蚀速率整体呈现出减小的趋势㊂参考文献[1] L u oM i n g m i n g,Z h o uH o n g,L i a n g Y o n g p i n g,e t a l.H o r i z o n t a la n dv e r t i c a l z o n i n g o fc a rb o n a t ed i s s o l u t i o ni nC h i n a[J].G e o-m o r p h o l o g y,2018,322:66-75.362第38卷第2期陈如冰等:三峡地区碳酸盐岩化学组分与溶蚀速率的响应关系[2]韩庆之,梁杏,曾克峰,等.碳酸盐岩可溶性室内研究[J].地质科技情报,1998(S2):102-106.[3] P o k r o v s k y OS,G o l u b e vSV,S c h o t t J.D i s s o l u t i o nk i n e t i c s o fc a l c i t e,d o l o m i te a n dm a g n e s i t e a t25d e g r e e sCa n d0t o50a t mp C O2[J].C h e m i c a lG e o l o g y,2005,217(3-4):239-255. [4]范明,蒋小琼,刘伟新,等.不同温度条件下C O2水溶液对碳酸盐岩的溶蚀作用[J].沉积学报,2007,25(6):825-830. [5]张良喜.白云岩岩溶砂化形成机理及其工程特性研究:以美姑河坪头电站为例[D].成都:成都理工大学,2012.[6]邵东梅.不同水流速度下温度对奥陶系碳酸盐岩溶蚀速度的影响[J].煤田地质与勘探,2012,40(3):62-65.[7]王洪涛,曹以临.碳酸盐岩溶蚀动力学模拟实验[J].中国岩溶,1988,7(1):63-72.[8]杨俊杰,黄思静,张文正,等.表生和埋藏成岩作用的温压条件下不同组成碳酸盐岩溶蚀成岩过程的实验模拟[J].沉积学报, 1995,13(4):49-54.[9]聂跃平.黔南地区碳酸盐岩的溶蚀试验初探[J].中国岩溶,1984,3(1):39-45.[10]中国科学院地质研究所岩溶研究组.中国岩溶研究[M].北京:科学出版社,1979.[11]何宇彬,金玉璋,李康.碳酸盐岩溶蚀机理研究[J].中国岩溶,1984,3(2):12-16.[12] L e v e n s o nY,S c h i l l e rM,K r e i s s e r m a nY,e t a l.C a l c i t ed i s s o-l u t i o n r a t e s i n t e x t u r a l l y d i v e r s e c a l c a r e o u s r o c k s[J].G e o l o g-i c a l S o c i e t y,L o n d o n,S p e c i a l P u b l i c a t i o n s,2014,406:81-94.[13]王涛.西南岩溶山区地下河系统水化学与水循环[D].武汉:中国地质大学(武汉),2006.[14]邵东梅.华北典型煤矿区奥陶系碳酸盐岩溶蚀试验研究[D].北京:煤炭科学研究总院,2009.[15]倪善芹,侯泉林,王安建,等.碳酸盐岩中锶元素地球化学特征及其指示意义:以北京下古生界碳酸盐岩为例[J].地质学报, 2010,84(10):1510-1516.R e s p o n s e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n c h e m i c a l c o m p o s i t i o na n dd i s s o l u t i o nr a t e o f c a r b o n a t e r o c k s i n t h eT h r e eG o r g e sA r e aC H E N R u b i n g1,2,L U O M i n g m i n g1,4,L U OZ h a o h u i1,C H E NZ h i h u a1,Z HO U H o n g3(1.S c h o o l o f E n v i r o n m e n t S t u d i e s,C h i n aU n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s,W u h a n,H u b e i430074,C h i n a;2.W u h a nZ h o n g D iH u a nK eH y d r o l o g i c a lE n g i n e e r i n g E n v i r o n m e n t S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y C o n s u l t i n g C o.,L t d,W u h a n,H u b e i430223,C h i n a;3.I n s t i t u t e o f G e o l o g i c a l S u r v e y,C h i n aU n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s,W u h a n,H u b e i430074,C h i n a;4.I n s t i t u t e o f K a r s tG e o l o g y,C A G S/K e y L a b o r a t o r y o f K a r s tD y n a m i c s,MN Ra n dG Z A R,G u i l i n,G u a n g x i541004,C h i n a)A b s t r a c t I n t h i s p a p e r,t h e c h e m i c a l d i s s o l u t i o nr a t eo f c a r b o n a t e r o c k s,a g i n g f r o mt h eS i n a nt oT r i a s s i c s a m p l e d f r o mt h eX i a n g x i r i v e r b a s i n,T h r e eG o r g e sA r e a,w a s d e t e r m i n e d b y i n d o o r s t a t i cw a t e r d i s s o l u t i o n e x p e r i m e n t s.T h er e s p o n s er e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ec h e m i c a ld i s s o l u t i o nr a t eo fc a r b o n a t er o c k sa n dt h e c h e m i c a l c o m p o s i t i o no f r o c k sw a s d i s c u s s e d,w h i c h p r o v i d e s a s c i e n t i f i cb a s i s f o r t h e q u a n t i t a t i v e s t u d i e s o f r e g i o n a l k a r s t a n d a q u o s i t y e v a l u a t i o no f k a r s t a q u i f e r s.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h ed i s s o l u t i o nr a t e so f r e l a-t i v e l yp u r e c a r b o n a t e r o c k s a r e c o n t r o l l e db y t h e p r o m o t i o no fC a O,S r Oa n d t h e i n h i b i t o r y e f f e c t o fM g O, b u t t h e s e t h r e e f a c t o r s h a v e l i t t l e i n f l u e n c e o n t h e d i s s o l u t i o n r a t e o f p u r e l i m e s t o n e.T h e a c i d i n s o l u b l e s u b-s t a n c e i n c a r b o n a t e r o c k s p r e s e n t sa n i n h i b i t i n g t e n d e n c y o nc h e m i c a l d i s s o l u t i o n p r o c e s s.A sa r e s u l t,t h e d i s s o l u t i o n r a t e o f c a r b o n a t e r o c k s i s i n f l u e n c e db y t h em u l t i-c h e m i c a l c o m p o s i t i o n,w h i c hc o m p r e h e n s i v e l y d e t e r m i n e s t h e s o l u b i l i t y o f c a r b o n a t e r o c k s.K e y w o r d s T h r e eG o r g e sA r e a,c a r b o n a t e r o c k s,d i s s o l u t i o n e x p e r i m e n t,c h e m i c a l d i s s o l u t i o n r a t e,c h e m i-c a l c o m p o s i t i o n(编辑张玲) 462中国岩溶2019年。

人类活动产生的酸性物质对我国石漠化的影响

・３・９
ｄｉ０３６／．ｉｓ．１７ｏ：１．９９ｊｓｎ６３—１０（）２１．６００４９Ｓ．０２０．１
人类活动产生的酸性物质对我国石漠化的影响
马孟尚，傅瓦利，石文龙，周际莉，魏大明（西南大学地理科学学院，重庆４０５０７）１
［要］自２摘０世纪末，石漠化日益引起人们的关注，但始终忽略了酸性物质对石漠化的影响。在分析人
类活动产生的酸性物质对石漠化的影响基础上，提出了人类活动产生的酸性物质及自然界的酸性物质共同作用于碳酸盐岩，现代石漠化的演化实质就是酸性物质对碳酸盐岩溶蚀后酸不溶物流失的过程，在研究石漠化演化进程时应着重人类活动产生的酸性物质与石漠化的 “ 循环 ” 模式。双
［键词］石漠化；人类活动；酸性物质；溶蚀关［图分类号］Ｘ１２中４［献标识码］Ａ文［章编号］１７ —１０（０２６０９— ５文６３４９２１）０一Ｓ３０
中国西南喀斯特地区是世界最大的喀斯特连续带，喀斯特石漠化已成为西南岩溶地区最大的生态问题，严重制约着当地社会经济的发展。作为长江和珠江上游的生态屏障，该区的石漠化问题给长江和珠江中下游生态安全带来了重大隐患，治理已刻不容缓。石漠化的形成依托于岩溶环境，而人类活动则在其演化进程中起着重要的作用。当前，人类活动对石漠化的影响已引起足够关注，并已有众多学者的系统研究。但有关人类活动产生的酸性物质对石漠化地区碳酸盐岩的影响还少有人涉及。基于此，笔者着重阐述人类活动产生的酸性物质对我国石漠化的影响。

硫酸型酸雨参与碳酸盐岩溶蚀的研究进展

第38卷第2期中国岩溶V o l .38 N o .2 2019年4月 CA R S O L O G I C A S I N I C A A p췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍r .2019黄奇波,覃小群,程瑞瑞,等.硫酸型酸雨参与碳酸盐岩溶蚀的研究进展[J ].中国岩溶,2019,38(2):149-156.D O I :10.11932/k a r s t 20190201硫酸型酸雨参与碳酸盐岩溶蚀的研究进展黄奇波,覃小群,程瑞瑞,李腾芳,刘朋雨(中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部㊁广西岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004)摘要:碳酸盐岩的H 2C O 3溶蚀产生岩溶碳汇,占整个岩石风化碳汇的94%㊂西南岩溶区硫酸型酸雨严重,硫酸型酸雨广泛参与碳酸盐岩的溶蚀㊂H 2S O 4参与的碳酸盐岩风化是一个大气C O 2净释放过程,具有减汇作用巨大㊂另一方面,岩溶区石灰土壤和地下水具有较高的p H 值及盐基饱和度,对H +有巨大的缓冲作用,大气酸沉降在碳酸盐岩地区可能并不会造成地下水的H C O -3和p H 降低;相反,较高浓度的S O 2-4所产生的盐效应和S O 2-4与各种阳离子形成的离子对会增大方解石㊁白云石溶解度,可增强H 2C O 3对碳酸盐的溶蚀,这可能会使岩溶作用产生更大的碳汇效应㊂因此,硫酸型酸雨参与碳酸盐岩风化的减汇效应不仅可能被高估,硫酸型酸雨还可能增强碳酸盐岩的H 2C O 3溶蚀,具有增加岩溶碳汇效应的作用㊂应结合石灰土壤对大气酸沉降的缓冲容量和阈值及大气酸沉降的H +与土壤中盐基离子的交换量,并综合考虑盐效应㊁离子对作用㊁同离子效应,客观评价硫酸型酸雨流经石灰土壤层后对碳酸盐岩溶蚀吸收大气/土壤C O 2的影响㊂关键词:硫酸型酸雨;岩溶碳汇;酸缓冲容量;盐效应;同离子效应中图分类号:X 517;P 642.25 文献标识码:A 文章编号:1001-4810(2019)02-0149-08 开放科学(资源服务)标识码(O S I D ): 岩石化学风化能够回收大气/土壤中的C O 2产生碳汇效应,积极参与全球碳循环[1-4]㊂最新的I P C C 第五次气候变化评估报告(A R 5)指出全球岩石风化碳汇约为0.4P g C ㊃a -1,占遗漏汇碳通量的1/2~1/3,并改进和区分了岩石风化碳汇的时间尺度,将硅酸盐岩风化碳汇时间尺度视为104~106年,碳酸盐岩风化碳汇时间尺度视为103~104年[5]㊂A R 5报告将岩石风化碳汇列为C O 2移除的4种方法之一,其碳酸盐岩风化碳汇时间尺度属于百年至千年级[6]㊂最新的研究发现,碳酸盐岩溶解的快速动力学和硅酸盐岩流域中微量碳酸盐矿物的风化控制该流域溶解无机碳(D I C )浓度和碳汇的重要作用[7-8],使得碳酸盐岩风化碳汇占整个岩石风化碳汇的94%,而硅酸盐岩风化仅占6%左右[9-11];另一方面,水生光合生物对D I C 的利用及其形成的有机质(内源有机碳)的埋藏,使得碳酸盐岩风化碳汇在任何时间尺度气候变化的控制上都是重要的[12]㊂在综合考虑了全球水循环㊁碳酸盐岩溶解消耗C O 2(岩溶作用)和水生生物光合作用利用溶解无机碳的作用,最新一次估算表明陆地碳酸盐风化形成的大气C O 2净汇为4.77亿t C ㊃a -1[9],约占1990-2007年世界森林碳汇(11亿t C ㊃a -1)的43%[13]㊂中国的酸雨区是继欧洲和北美之后的世界三大酸雨区之一[14],酸雨已覆盖国土面积的40%[15]㊂20世纪80年代以来,中国南方,特别是以重庆㊁贵阳为代表的西南地区,已经成为世界上降水酸性最强的地区[16-17],p H<5.6的酸雨频率达80%[18]㊂降水中的主要致酸物质是S O 2-4和N O 3-,其中S O 2-4浓度基金项目:国家自然科学基金项目"典型地下河流域不同岩性外源水碳汇原因及效应研究"(41571203);广西重点基金项目"酸雨条件下岩溶动力系统内碳酸盐岩溶蚀过程及对岩溶碳汇效应的影响机制"(2018G X N S F D A 281036);中国地质调查项目"桂江-柳江流域水文地质环境地质调查"(D D 20190343)第一作者简介:黄奇波(1982-),男,副研究员,主要从事岩溶水文地质㊁岩溶环境与全球变化研究㊂E -m a i l :q b o h u a n g@k a r s t .a c .c n ㊂通信作者:覃小群(1961-),女,研究员,主要从事岩溶水文地质研究㊂E -m a i l :q x q@k a r s t .a c .c n ㊂收稿日期:2018-09-16是N O-3浓度的5~10倍,远高于欧洲㊁北美和日本的比值,为典型的硫酸型酸雨[15]㊂我国西南8省市区碳酸盐岩出露面积达51.9k m2[19],与酸雨区部分重叠,硫酸型酸雨广泛参与碳酸盐岩的溶蚀已被大量的研究所证实[20-23]㊂与H C O-3相比(0.083M a),S O2-4在海水中的滞留时间为8.7M a,较H C O-3高出两个数量级[24]㊂H2S O4风化碳酸盐岩产生的H C O-3,随着碳酸盐矿物的沉淀,其中的一半又以C O2的形式重新被释放到大气中去,成为大气C O2的源[25-26]㊂因此,H2S O4参与的碳酸盐岩风化是一个大气C O2净释放过程,H2S O4参与碳酸盐岩溶蚀的减汇作用巨大[27]㊂另一方面,岩溶区石灰土壤和地下水具有较高的p H值及盐基饱和度,对H+有巨大的缓冲作用[28],大气酸沉降在碳酸盐岩地区(酸不敏感区)并不会造成地下水的H C O-3和p H降低[29];相反,由于较高浓度的S O2-4所产生的盐效应和S O2-4与各种阳离子形成的离子团对会增大方解石㊁白云石溶解度[30],从而增强H2C O3对碳酸盐岩的溶蚀,这可能会使岩溶作用产生更大的碳汇效应㊂1硫酸型酸雨减少岩溶碳汇效应岩溶作用是土壤C O2溶于水形成H2C O3对碳酸盐岩溶蚀过程,其方程如下[31]:C a(1-x)M g x C O3+C O2+H2O=(1-x)C a2++x M g2++2H C O-3)(1)通过以上反应过程(式1),岩溶作用将大气中的C O2转移到水体中㊂溶解1m o l碳酸盐岩将从大气中吸收1m o l C O2,降低土壤C O2向大气中释放,成为一个重要的碳汇过程㊂如果地下水中的H C O3-全部来自于H2C O3溶蚀碳酸盐岩,可根据流量和H C O-3浓度来计算流域岩溶碳汇强度(水化学径流法)[32-33]㊂然而,近年来,越来越多的学者发现除大气C O2溶于水形成碳酸风化岩石或矿物外,硫酸广泛参与了流域岩石矿物的化学风化,人类活动带来的H2S O4对碳酸盐岩产生溶蚀,其溶蚀方程如下[34]:2C a(1-x)M g x C O3+H2S O4=2(1-x)C a2++2x M g2++2H C O-3+S O2-4(2)该溶蚀过程不消耗大气或土壤中的C O2(式2),但会增加碳酸盐岩的溶蚀量并增加水体中的H C O-3含量[34-35]㊂如果不区分来源于H2S O4参与溶蚀的H C O-3[36],认为地下水中的H C O-3全部来源于碳酸溶蚀碳酸盐岩,会造成岩溶碳汇效应被高估[37-38]㊂另一方面,H2S O4溶蚀形成的H C O-3由于碳酸盐矿物沉淀而向大气净释放C O2,成为大气C O2源,其化学反应如下[25]:2(1-x)C a2++2x M g2++2H C O-3+S O2-4= C a(1-x)M g x C O3+(1-x)C a2++x M g2++S O2-4+H2O+C O2(3)由此,硫酸型酸雨对岩溶碳汇有着显著的减汇作用,在岩溶碳汇的研究中不应被忽视㊂从20世纪80年代开始,H2S O4参与岩石风化,特别是参与碳酸盐岩的风化对碳汇效应的影响受到广泛关注㊂A m i o t t e-S u c h e t等[39]在法国东北部V o s g-e s山区的一个小流域的研究表明由于酸雨的作用,该流域岩石风化消耗大气/土壤C O2减少73%,并估算了全球因硫酸型酸雨造成岩石风化消耗大气/土壤C O2减少13%㊂A n d e r s o n[40]对美国阿拉斯加州中南部B e n c h G l a c i e r冰川河水的研究发现,H2S O4参与的碳酸盐岩溶解占碳酸盐岩溶解总量的22%㊂W o o-J i nS h i n等[41]对韩国6条主要河流的研究结果证实,在不考虑H2S O4参与风化时,碳酸盐岩和硅酸盐岩风化消耗大气/土壤C O2通量分别为439ˑ103和726ˑ103m o l㊃k m-2㊃y r-1,扣除H2S O4作用后,其通量仅为312ˑ103和471ˑ103m o l㊃k m-2㊃y r-1㊂此外,G a l y a n d F r a n c e-L a n o r d[42]㊁S p e n c e a n d T e l m e r[43]和M i l l o t[44]等分别对恒河雅鲁藏布江㊁加拿大科迪勒拉C o r d i l l e r a山脉河流㊁加拿大S t i k i n e 河流域和M a c k e n z i e河流的研究均显示出H2S O4对碳酸盐岩溶蚀作用的存在㊂但L e r m a n等[45-46]认为尽管预测人类向大气排放S O2最高可在陆地表面产生达3~5倍自然界由沉积物硫铁矿氧化产生的H2S O4,但这一较高H2S O4输入也只能使河流溶解离子浓度增加13%左右,而不至于显著地影响风化产生的C O2消耗㊂在国内,刘丛强等[25]认为由于H2S O4的参与,乌江水系丰水期有53%的碳酸盐岩风化来源于硫酸对碳酸盐岩的溶蚀,并估算了乌江水系和我国西南岩溶区H2S O4对碳酸盐岩的侵蚀向大气释放的C O2通量分别为8.2ˑ106g㊃(k m2㊃a)-1和4.4ˑ1012 g㊃a-1,相当于每年西南碳酸盐岩风化消耗C O2总通量的33%㊂张连凯等[47]利用水化学平衡法和G a-l y估算模型,对长江流域岩石化学风化速率和C O2消耗通量进行了估算㊂结果表明在不考虑H2S O4溶蚀作用下,流域大气C O2消耗速率平均为514.12ˑ103m o l㊃(k m2㊃a)-1,但是H2S O4参与时,C O2消耗速率为467.18ˑ103m o l㊃k m-2㊃a-1,扣除碳汇051中国岩溶2019年量约14%㊂珠江流域H2S O4溶蚀碳酸盐岩释放的C O2通量为1.1ˑ105m o l㊃k m-2㊃y r-1,与流域硅酸盐岩风化消耗C O2通量相当[48]㊂浙江省最大的河流钱塘江在扣除H2S O4参与岩石风化的作用后,其岩石风化碳汇量仅占原来的77%[49]㊂在一些典型小流域,我国学者利用元素守恒原理,根据离子化学计量关系和地下水中C a2+㊁M g2+㊁H C O-3㊁S O2-4浓度,采用端元法来计算H2S O4溶蚀碳酸盐岩比例㊂如J i a n g[50]研究表明在云南南洞地下河流域内农业和居民等人类活动强烈的地区,在不考虑H2S O4溶蚀作用时的C O2消耗量为410.36ˑ103m o l㊃(k m2㊃a)-1,而实际碳酸和硫酸共同溶蚀的碳酸盐岩消耗的大气C O2量仅为167.31ˑ103m o l ㊃(k m2㊃a)-1㊂在受农业活动影响强烈的重庆青木关地下河流域,碳酸溶蚀碳酸盐岩产生的D I C的量为14.67ˑ106m o l㊃a-1,其中岩溶作用产生的净C O2汇量为7.34ˑ106m o l㊃a-1,而H N O3和H2S O4溶蚀碳酸盐岩产生的D I C总量为7.48ˑ106m o l㊃a-1,约占地下水中总D I C的33.8%[51]㊂黄奇波等[52]计算出乌江流域中的地下水由于H2S O4和H N O3参与,在雨季碳酸盐岩溶蚀消耗的C O2 (C O2A T M-S O I L)占水中H C O-3的比例(C O2A T M-S O I L/ t o t a lH C O-3)平均值为33.83%,旱季平均值为35.84%,与H2C O3溶蚀碳酸盐岩的C O2A T M-S O I L/ t o t a lH C O-3理论值(50%)相比,分别减少16.17%和14.16%㊂在考虑H2S O4参与碳酸盐岩溶蚀时,湘南北江上游武水河流域内4条典型地下河的碳汇通量分别扣除4.84%㊁4.52%㊁6.20%和9.36%[53]㊂此外,孙平安等[54]在广西不同地区的研究结果表明酸雨减汇量占总溶蚀量的0.27%~3.52%,平均为1.96%,酸雨减汇比例随酸雨p H值的降低而呈指数增加㊂2S O2-4可增强碳酸盐岩的溶解度20世纪60年代卢耀如等就认为硫酸根离子可增强水对碳酸盐岩的侵蚀性[55]㊂金属硫化矿区碳酸盐岩岩溶发育程度常较其它地区强烈,闫志为[56]认为除金属硫化矿物的大量存在并在其氧化过程中形成大量富含硫酸的酸性水㊁适宜的水文地质条件以及溶蚀过程中产生次生C O2进一步加大水的侵蚀性外,S O2-4对增强水对碳酸盐岩的溶解度的作用也是不可忽视㊂其理由是金属硫化矿物被氧化形成富含硫酸的酸性水,在富含碳酸盐岩的地层中径流一段距离后,随着溶蚀作用对H+的消耗,其p H值显著增大,以致达到p H>7㊂而此时的地下水对碳酸盐岩的侵蚀性应无异于一般的常规地下水㊂由此,应该是硫酸作用形成的较高浓度的S O2-4离子的存在增强了地下水的侵蚀性[57-58]㊂为了证实这一假设,闫志为[56]利用是当前成熟的水文地球化学模拟软件P H R E E Q C,在不含C O2 (P c o2=0)和存在大气P c o2(开放系统中,大气P c o2取10-3.5b a r)两种条件下,对方解石㊁白云石在纯水和不同浓度N a2S O4溶液中分别进行溶解度模拟计算㊂结果表明:不管是在不含C O2还是P c o2=10-3.5 b a r条件下,方解石㊁白云石在N a2S O4溶液中的溶解度明显高于相同条件下纯水中的溶解度㊂且方解石㊁白云石的溶解度开始时随着溶液中N a2S O4浓度的增高而增大,当N a2S O4浓度达到1200mm o l㊃L-1时其溶解度达到最高㊂方解石的溶解度在不含C O2和P c o2=10-3.5b a r条件下分别为117.21m g㊃L-1和199.28m g㊃L-1,分别是相应条件下纯水中溶解度的4.035和9.544倍;而白云石的溶解度在不含C O2和P c o2=10-3.5b a r条件下分别为141.77m g㊃L-1和229.59m g㊃L-1,分别为相应条件下纯水中溶解度的4.157和9.897倍㊂这充分证实S O2-4的存在显著提高了方解石的溶解度,特别是在C O2 (P c o2=10-3.5b a r)的参与下,方解石的溶解度提高更大㊂S O2-4等所产生的盐效应和S O2-4与各种阳离子形成的离子对是造成方解石㊁白云石溶解度在N a2 S O4溶液中显著升高的主要原因[56,59]㊂一方面是随着溶液N a2S O4浓度的增高,其原始溶液的离子强度I逐渐升高,各溶解组分的活度系数r降低,造成各离子在溶液中的活度降低,从而提高矿物的溶解度(盐效应)㊂另一方面,溶解达到平衡时,溶液中可形成大量C a S O04㊁M g S O04㊁N a S O-4㊁C a H C O+3㊁M g H C O+3㊁N a H C O03㊁C a C O03㊁M g C O03㊁N a C O-3㊁C a H S O+4㊁C a-O H+㊁M g O H+等离子对,这些离子对的存在可进一步较大幅度地提高方解石㊁白云石的溶解度[58-59]㊂3以往研究存在的问题3.1未考虑岩溶区石灰土对硫酸型酸雨的缓冲土壤本身是一个很强的缓冲系统,对外来H+离子有一定的中和能力[60]㊂石灰土植物根际土的p H 值价于6.22~7.63之间,平均为7.05[61],盐基饱和度大于80%,表观阳离子交换量可达200~350151第38卷第2期黄奇波等:硫酸型酸雨参与碳酸盐岩溶蚀的研究进展mm o l㊃k g-1土,对酸雨不敏感[62]㊂W.W.M c F E E 等[63]估算表明,由于盐基离子对酸的巨大的缓冲,即使对美国中西部森林土壤进行100年(p H为4.0,共10000c m降水)酸雨沉降,仅能减少表层20c m20%的阳离子交换量,降低0.6个p H单位㊂盐基饱和度的变化是酸雨对土壤最基本的影响,盐基离子淋溶是酸缓冲机制之一[64]㊂土壤中与矿物结合的盐基离子主要存在于原生的硅酸盐和铝硅酸盐矿物里,酸雨进入土壤后,引起土壤内部一系列的化学反应,包括黏土矿物表面吸附的阳离子与酸雨H+离子交换㊁元素淋溶㊁黏土矿物风化等[65]㊂土壤酸化表现为盐基离子阳离子淋失,土壤交换性阳离子变成以A l3+和H+为主的过程[65]㊂因此,酸性沉降物进入土壤后,首先要克服土壤盐基离子对酸的缓冲,将盐基离子从土壤交换体中清除,才能发生土壤酸化[60]㊂一般认为,岩石土壤体系存在2种酸缓冲体系,其中一级缓冲体系为阳离子交换和氢氧化铝的水解反应;二级缓冲体系为原生矿物风化反应[66]㊂理论上,二级缓冲体系的酸缓冲能力远大于一级缓冲体系[28]㊂当酸源物质进入岩石土壤系统中时,首先由一级缓冲体系来消耗外来质子㊂当酸沉降持续作用,一级缓冲体系被破坏殆尽时,二级缓冲体系才开始起作用[66]㊂在不同的岩石土壤条件下,二级缓冲作用的机理也不同㊂在花岗岩㊁变质岩和砂岩地区,二级缓冲作用以铝硅酸盐的水解作用为主;而在石灰岩和富含碳酸盐的碎屑岩地区,二级缓冲作用以碳酸盐的溶解作用为主[67]㊂由于碳酸盐的溶解速率高于铝硅酸盐的水解速率,故石灰岩和富含碳酸盐的碎屑岩地区岩石土壤体系的酸缓冲能力应高于花岗岩㊁变质岩和砂岩地区,可称之为酸不敏感地区 [68]㊂在酸不敏感地区(石灰岩地区),大气酸沉降不会造成河流和地下水p H的显著下降,而是消耗水体的碱度并引起碳酸盐岩石溶蚀作用的加强,造成水体硬度增加,碱度的下降,总硬度和总碱度比值的上升[69];而在北欧㊁北美等酸敏感地区(酸性火成岩和酸性冰积土地区)大气酸沉降主要表现为水体和土壤的p H值降低[70]㊂自20世纪80年代末起,长江中上游的川贵地区和西江水系中上游地区已受到人为环境酸化作用(主要是流域酸沉降)的影响[29,66],大部分河段S O2-4和C a2+含量增高,总硬度与总碱度的比值增高,水质的变化趋势与瑞典西南部酸不敏感区(石灰岩地区)地表水和地下水水质变化的趋势十分相似㊂土壤p H值愈高,土壤酸化受酸雨的影响愈小,酸雨的p H值愈低,对土壤酸化的影响愈大[71-72]㊂杨忠芳等[65]在湖南洞庭湖地区统计了近1万件0~ 20c m表层土壤样品的p H值与盐基离子㊁氮㊁硫元素含量之间的关系,结果显示土壤呈碱性状态时(p H >7.55),酸雨造成土壤中硅酸盐和铝硅酸盐矿物水解使大量的K+㊁N a+㊁C a2+㊁M g2+等盐基离子淋失,以各种方式大量进入到土壤中的S O2-4和N O-3引起土壤酸化的速度很小,当土壤的中硫和氮分别增加了5倍和10倍,土壤中盐基离子从10%下降至5%,土壤p H值仅下降1个单位(从8.81下降至7.55)㊂但当土壤p H值降至7.55以下时,土壤迅速酸化,即使硫和氮含量增加很少,土壤p H值也直线下降,硅酸盐和铝硅酸盐矿物水解造成大量的K+㊁N a+㊁C a2+㊁M g2+等盐基离子淋失作用基本停止㊂黄芬等[73]认为只有当土壤中交换性盐基离子不能充分交换H+时,H+才能作为陪补离子而淋出,进而溶蚀风化土壤或表层带碳酸盐岩㊂综上所述,岩溶区属于酸不敏感区,石灰土富钙偏碱,盐基饱和度高,对大气酸沉降具有较高的缓冲容量及阈值,大气酸沉降的H+可能全部与土壤中盐基离子进行交换㊂大气酸沉降中的H+可能并没有参与碳酸盐岩的溶蚀㊂岩溶地下水中与S O2-4相平衡的C a2+㊁M g2+可能均主要来源于石灰土壤中的盐基离子交换㊂因此,以往研究由于不考虑岩溶区石灰土对硫酸型酸雨的缓冲,根据水化学中的离子浓度比值关系,采用水化学计量法或端元法来求解硫酸参与碳酸盐岩的比例可能被高估㊂3.2硫酸参与碳酸盐岩溶蚀机理有待进一步研究硫酸对碳酸盐岩溶蚀作用包括H+的作用㊁次生C O2㊁盐效应㊁同离子效应㊁离子对的作用等[74]㊂盐效应和离子对的作用可增强方解石㊁白云石的溶解度,而同离子效应会造成方解石㊁白云石的溶解度降低[56]㊂由于盐效应,方解石在N a C l㊁K C l㊁和M g C l2溶液中以及白云石在N a C l㊁K C l溶液中的溶解度比纯水中大得多[75]㊂但在C a C l2溶液中由于同离子效应方解石溶解度与它在纯水和N a2S O4溶液中相比,显著降低,而白云石在较高浓度M g C l2溶液中溶解度亦显著降低[75]㊂闫志为等[74]在标准状态(25ħ,1b a r)㊁初始P C O2为0的封闭条件下,模拟计算了方解石㊁白云石在不同浓度硫酸水中的溶解度㊂在硫酸浓度较低时,方解石㊁白云石溶解度与溶解前硫酸浓度比值分别大于2和1;随着硫酸浓度的增大其比值而逐渐减小;251中国岩溶2019年当硫酸浓度为40mm o l㊃L-1和60mm o l㊃L-1,比值出现最小(分别为1.80和0.92)㊂产生上述现象的原因主要是在硫酸浓度较低时,盐效应和离子对作用占主导作用,随着硫酸浓度的增大,溶液中硫酸活度逐渐降低,虽然可增大方解石㊁白云石溶解度的盐效应作用㊁离子对作用依然存在,但其作用已不如溶液中硫酸产生的同离子效应㊂另一方面,不同酸度降水条件下的室内土柱淋溶模拟实验结果显示,在p H= 3.5~6.8的范围内,降水酸度的增强可以抑制岩溶作用与土壤有机碳的溶解,并降低岩溶碳汇效应[76]㊂硫酸型酸雨中H+和S O2-4的浓度较低(一般小于0.1mm o l㊃L-1),酸雨沉降经过岩溶区石灰土壤层,其H+可能部分或全部与土壤中交换性盐基离子进行交换㊂因此,硫酸型酸雨可能更多的将S O2-4和土壤中的盐基离子(K+㊁N a+㊁C a2+㊁M g2+)带到下部岩溶含水层,这种含有S O2-4和盐基离子(K+㊁N a+㊁C a2+㊁M g2+)的地下水是否会因盐效应和离子对的作用增强碳酸盐岩的H2C O3溶蚀,还是会因同离子效应抑制碳酸盐岩的H2C O3溶蚀,而从对岩溶碳汇效应又会产生怎样的影响(减汇还是增汇)?前期的模拟计算和土柱淋溶实验只是在不同的假设条件下进行了初步探讨,未展开专门研究,对硫酸型酸雨参与碳酸盐岩的溶蚀过程和机理并不清楚,还有待进一步深入研究㊂4展望我国是一个岩溶大国,碳酸盐岩分布面积为346.3万k m2,岩溶地质碳汇潜力显著,能够为国家二氧化碳增汇减排和缓解温室气体效应作出重要贡献[77]㊂近年来化石燃料使用等导致的酸雨现象日趋严重,酸雨广泛参与了碳酸盐岩的风化,计算岩溶碳汇效应如果不考虑H2S O4等外源酸的影响,是否会造成岩溶碳汇效应被高估?这是国际上较为关注的科学问题[78],也是对我国岩溶碳汇效应由于没有考虑硫酸等外源酸作用而提出质疑的关键所在[79]㊂从前述可知,硫酸型酸雨参与碳酸盐岩风化的减汇效应不仅可能被高估,硫酸型酸雨还可能增强碳酸对碳酸盐岩的溶蚀,具有增加岩溶碳汇效应的作用㊂但以往并没有开展这方面的研究㊂其原因一方面是岩溶区石灰土具有较高的p H值及盐基饱和度,对大气酸沉降具有较高的缓冲容量及阈值,大气酸沉降的H+可能全部与土壤中盐基离子进行交换,大气酸沉降中的H+可能并没有参与碳酸盐岩的溶蚀㊂另一方面与前期相关研究未考虑硫酸型酸雨中S O2-4产生盐效应和离子对的作用可以有效增加碳酸盐岩的溶解度有关㊂因此未来需要研究的重点还包括以下两个方面:(1)石灰土对大气酸沉降的响应过程和机制采取不同典型岩溶流域岩石层以上原状土壤,设置不同酸度(p H)降雨条件下土柱动态淋溶实验,测定不同深度土壤淋出液的离子组分和p H,计算不同酸度酸雨的H+与土壤中盐基离子(C a2+㊁M g2+㊁K+㊁N a+等)的交换量,以明确淋出液的p H和化学组分与降雨酸度㊁土壤盐基离子含量及土壤深度的关系及变化规律,求解造成不同典型岩溶流域碳酸盐矿物溶解的酸雨p H监界值和土壤盐基离子含量的临界值,阐明不同典型岩溶流域石灰土对大气酸沉降的缓冲容量及主要影响因子,揭示石灰土对不同酸度酸雨的响应特征及机制㊂(2)硫酸型酸雨流经石灰土壤层后对H2C O3溶蚀碳酸盐岩的影响收集不同酸度(p H)条件下土柱淋溶实验的淋出液与碳酸盐岩混合,保持衡定的C O2分压(等于土壤C O2分压)条件下,在封闭的容器中开展连续静态浸泡试验,定期观测溶液中水化学组分㊁p H和H C O-3的碳同位素值,直到p H值不发生变化为止;计算在不同酸度(p H)土柱淋出液的参与下,碳酸盐岩在H2C O3(衡定C O2分压)溶液中的溶解量,计算溶解度㊂并与以蒸馏水替代土柱淋出液的浸泡实验进行对比,明确不同组分淋出液是增加碳酸盐岩的H2C O3溶蚀还是会抑制碳酸盐岩的H2C O3溶蚀㊂借助当前成熟的水文地球化学模拟软件 P H R E E Q C,考虑溶解平衡㊁碳酸平衡㊁离子活度㊁盐效应㊁同离子效应㊁离子对等因素,对实验结果进行分析和模拟计算,探讨不同组分淋出液对H2C O3溶蚀碳酸盐岩的影响㊂阐明酸雨流经石灰土壤层后是否会因盐效应和离子对的作用增强碳酸盐岩的H2C O3溶蚀产生增汇效应,还是会因同离子效应抑制碳酸盐岩的H2 C O3溶蚀产生减汇效应,揭示酸雨在石灰土碳酸盐岩系统中参与碳酸盐岩溶蚀过程及机理㊂参考文献[1] A m i o t t e-S u c h e tP,P r o b s t JL,L u d w i g W.W o r l d w i d e d i s t r i b u-t i o no fc o n t i n e n t a l r o c kl i t h o l o g y:i m p l i c a t i o n sf o rt h ea t m o s-p h e r i c/s o i lC O2u p t a k eb y c o n t i n e n t a lw e a t h e r i n g a n da l k a l i n i t y r i v e r t r a n s p o r t t o t h e o c e a n s[J].G l o b a l B i o g e o c h e m i c a l C y c l e s, 2003,17(2):1038.[2]J a c o b s o nA D,B l u mJD,C h a m b e r l a i nCP,e t a l.C l i m a t i c a n d351第38卷第2期黄奇波等:硫酸型酸雨参与碳酸盐岩溶蚀的研究进展t e c t o n i cc o n t r o l so nc h e m i c a lw e a t h e r i n g i nt h e N e w Z e a l a n d S o u t h e r nA l p s[J].G e o c h i m i c a e t C o s m o c h i m i c a A c t a,2003,67: 29-46.[3] A m i o t t e-S u c h e tP,P r o b s t JL.A g l o b a lm o d e l f o r p r e s e n t-d a ya t m o s p h e r i c/s o i l C O2c o n s u m p t i o nb yc h e m i c a l e r o s i o no f c o n t i-n e n t a l r o c k s(G E M-C O2)[J].T e l l u s,1995,47:273-280.[4]罗维均,王世杰,刘秀明.喀斯特洞穴系统碳循环的烟囱效应研究现状及展望[J].地球科学进展,2014,29(12):1333-1340.[5] C i a i sP,S a b i n eC,B a l aG,e t a l.C a r b o n a n d o t h e r b i o g e o c h e m-i c a l c y c l e s[M]ʊS t o c k e rTF,Q i nD,P l a t t n e rG K,e t a l,e d s.C l i m a t eC h a n g e2013:T h eP h y s i c a l S c i e n c eB a s i s.C o n t r i b u t i o no fW o r k i n g G r o u p I t o t h e F i f t hA s s e s s m e n t R e p o r t o f t h e I n t e r-g o v e r n m e n t a lP a n e lo n C l i m a t e C h a n g e.C a m b r i d g e,U n i t e dK i n g d o m a n d N e w Y o r k,N Y,U S A:C a m b r i d g e U n i v e r s i t y P r e s s,2013:465-570.[6]蒲俊兵,蒋忠诚,袁道先,等.岩石风化碳汇研究进展:基于I P C C第五次气候变化评估报告的分析[J].地球科学进展,2015,30(10):1081-1090.[7]覃小群,蒋忠诚,张连凯,等.珠江流域碳酸盐岩与硅酸盐岩风化对大气C O2汇的效应[J].地质通报,2015,34(9):1749-1757.[8]蒋忠诚,袁道先,曹建华,等.中国岩溶碳汇潜力研究[J].地球学报,2012,33(2):129-134.[9]刘再华.岩石风化碳汇研究的最新进展和展望[J].科学通报,2012,57(Z1):95-102.[10]刘再华,D r e y b r o d tW,刘洹.大气C O2汇:硅酸盐风化还是碳酸盐风化的贡献?[J].第四纪研究,2011,31(3):426-430.[11] L i uZ,D r e y b r o d tW.D i s s o l u t i o nk i n e t i c s o f c a l c i u mc a r b o n a t em i n e r a l s i nH2O-C O2s o l u t i o n s i nt u r b u l e n t f l o w:t h er o l eo f t h e d i f f u s i o nb o u n d a r y l a y e r a n d t h e s l o wr e a c t i o nH2O+C O2ңH++H C O-3[J].G e o c h i m i c a e t C o s m o c h i m i c a A c t a,1997, 61:2879-2889.[12] L i uZ,D r e y b r o d tW,W a n g H.An e wd i r e c t i o n i n e f f e c t i v e a c-c o u n t i n g f o r t h e a t m o s p h e r i c C O2b ud ge t:c o n s i d e r i n g t h e c o m-b i n e dac t i o no fc a r b o n a t ed i s s o l u t i o n,t he g l o b a lw a t e rc y c l ea n d p h o t o s y n t h e t i cu p t a k eo fD I Cb y a q u a t i co r g a n i s m s[J].E a r t h-S c i e n c eR e v i e w s,2010,99:162-172.[13] P a nY,B i r d s e y R A,F a n g J,e t a l.Al a r g e a n d p e r s i s t e n t c a r-b o ns i n k i n t h ew o r l d s f o r e s t s[J].Sc i e n c e,2011,333(6045);988-993.[14]王文兴,许鹏举.中国大气降水化学研究进展[J].化学进展,2009,21(Z1):266-281.[15]吴丹,王式功,尚可政.中国酸雨研究综述[J].干旱气象,2006,24(2):70-77.[16]汤洁,徐晓斌,巴金,等.1992~2006年中国降水酸度的变化趋势[J].科学通报,2010,55(8):705-712.[17]冯砚青.中国酸雨状况和自然成因综述及防治对策探究[J].云南地理环境研究,2004,16(1):25-28.[18]徐晓华,徐光来.基于G I S的中国酸雨控制区酸雨空间分布特征研究[J].石家庄学院学报,2014,16(3):77-83. [19]李大通,罗雁.中国碳酸盐岩分布面积测量[J].中国岩溶,1983,2(2):61-64.[20] H a nGL,L i uCQ.W a t e r g e o c h e m i s t r y c o n t r o l l e db y c a r b o n-a t e d i s s o l u t i o n:a s t u d y o f t h e r i v e rw a t e r s d r a i n i n g k a r s t-d o m i-n a t e d t e r r a i n,G u i z h o uP r o v i n c e,C h i n a[J].C h e m i c a lG e o l o-g y,2004,204:1-21.[21] L i SL,C a l m e l sD,H a nGL,e t a l.S u l f u r i c a c i d a s a n a g e n t o fc a r b o n a t ew e a t h e r i n g c o n s t r a i n e db yδ13C D I C:e x a m p l e sf r o mS o u t h w e s tC h i n a[J].E a r t hP l a n e t a r y S c i e n c eL e t t e r s,2008, 270:180-199.[22] L iXD,L i uCQ,H a r u eM,e t a l.T h e u s e o f e n v i r o n m e n t a l i-s o t o p i c(C,S r,S)a n dh y d r o c h e m i c a l t r a c e r st o c h a r a c t e r i z ea n t h r o p o g e n i ce f f e c t so n k a r s t g r o u n d w a t e r q u a l i t y:A c a s es t u d y o ft h eS h u i c h e n g B a s i n,S W C h i n a[J].A p p l i e d G e o-c h e m i s t r y,2010,25:1924-1936.[23] L iX D,L i uC Q,L i uX L,e t a l.I d e n t i f i c a t i o no fd i s s o l v e ds u l f a t e s o u r c e s a n d t h e r o l e o f s u l f u r i c a c i d i n c a r b o n a t ew e a t h-e r i n g u s i n g d u a l-i s o t o p i cd a t af r o m t h eJ i a l i ng R i v e r,S o u t h-w e s tC h i n a[J].J o u r n a l o fA s i a nE a r t hS c i e n c e s,2011,42:370-380.[24] B e r n e rEK,B e r n e rR A.T h eG l o b a lW a l e r C y c l e:G e o c h e m i s-t r y a n dE n v i r o n m e n t[M].E n g l e w o o dC1i f f s:P r e n t i c e H a l l, 1987:397.[25]刘丛强,蒋颖魁,陶发祥,等.西南喀斯特流域碳酸盐岩的硫酸侵蚀与碳循环[J].地球化学,2008,37(4):404-414.[26]李军,刘丛强,李龙波,等.硫酸侵蚀碳酸盐岩对长江河水D I C循环的影响[J].地球化学,2010,39(4):305-313.[27] H u a n g Q i b o,Q i nX i a o q u n,L i uP e n g y u,e t a l.I m p a c t o f s u l f u-r i c a n dn i t r i c a c i d s o n c a r b o n a t e d i s s o l u t i o n,a n d t h e a s s o c i a t e dd e f i c i t o fC O2u p t a k e i nt h eu p p e r-m i d d l er e a c h e so f t h e W u-j i a n g R i v e r,C h i n a[J].J o u r n a lo f C o n t a m i n a n t H y d r o l o g y, 2017,203:18-27.[28] M a t s c h u l l a t J,A n d r e a eH,L e s s m a n nD,e t a l.C a t c h m e n t a c i d-i f i c a t i o n-f r o m t h et o p d o w n[J].E n v i r o n m e n t a l P o l l u t i o n,1992,77(2-3):143-150.[29]陈静生,夏星辉,蔡绪贻.川贵地区长江干支流河水主要离子含量变化趋势及分析[J].中国环境科学,1998,18(2):131-135.[30]闫志为.硫酸根离子对方解石和白云石溶解度的影响[J].中国岩溶,2008,27(1):24-31.[31]刘再华.碳酸盐岩岩溶作用对大气C O2沉降的贡献[J].中国岩溶,2000,30(4):3-10.[32] Y u a nDX.P r o g r e s s i n t h e s t u d y o nk a r s t p r o c e s s e s a n d c a r b o nc y c l e[J].Ad v a n ce i nE a r t hS c i e n c e s,1999,5.[33]蒋勇军,袁道先.城市发展对岩溶地下水质影响的地球化学示踪:以重庆南山老龙洞地下河系统为例[J].第四纪研究, 2014,34(5):1044-1053.[34] H a nGL,L i uCQ.W a t e r g e o c h e m i s t r y c o n t r o l l e db y c a r b o n-a t e d i s s o l u t i o n:a s t u d y o f t h e r i v e rw a t e r s d r a i n i n g k a r s t-d o m i-n a t e d t e r r a i n,G u i z h o uP r o v i n c e,C h i n a[J].C h e m i c a l G e o l o g y, 2004,204:1-21.[35] L a n g YC,L i uCQ,L i SL,e t a l.T r a c i n g n a t u r a l a n d a n t h r o-p o g e n i c s o u r c e so f d i s s o l v e ds u l f a t e i nak a r s t r e g i o nb y u s i n gm a j o r i o n c h e m i s t r y a n d s t a b l e s u l f u r i s o t o p e s[J].A p p l i e dG e-o c h e m i s t r y,2011,26:S202-S205.[36] L i uZ,D r e y b r o d t W,L i u H.A t m o s p h e r i cC O2s i n k:S i l i c a t e451中国岩溶2019年。

碳酸盐岩风化产物DIC稳定性的控制过程与机理

矿物之间的相互作用
不同矿物之间相互作用会影响碳酸盐岩风化产物的稳定性。例如，某些矿物之间的化学反应会形成不稳定的DIC。
碳酸盐岩风化产物DIC稳定性宏观机理
气候条件的影响
气候条件如温度、湿度、降雨量等会影响碳酸盐岩的风化速率和 DIC的稳定性。例如，温暖潮湿的气候条件会加速碳酸盐岩的风化，降低DIC的稳定性。
研究目标与内容
01
02
研究目标：揭示碳酸盐岩风化产物DIC的稳定性及其控制过程，阐明 DIC稳定性的影响因素及其作用机制，为改善土壤质量、增强农业抗逆性提供理论依据
研究内容
03
04
05
1. 碳酸盐岩风化产物 DIC的释放机制及影响因素研究
2. 碳酸盐岩风化产物 DIC的稳定性及其控制过程研究
碳酸盐岩风化产物DIC稳定性环境影响机理
化学环境的影响
化学环境如pH值、Eh值等会影响碳酸盐岩的风化速率和DIC的稳定性。例如，酸性环境会导致碳酸盐岩溶解加剧，产生更多不稳定的DIC。
物理环境的影响
物理环境如机械破碎、风力侵蚀等会影响碳酸盐岩的风化速率和DIC的稳定性。例如，机械破碎会破坏岩石表面，加速风化进程，降低DIC的稳定性。
03
DIC稳定性机理研究
碳酸盐岩风化产物DIC稳定性微观机理
碳酸盐岩的矿物组成与结构
影响其风化产物的形成和稳定性。例如，含有高岭石、伊利石等黏土矿物碳酸盐岩，在风化过程中易形成DIC。
微观结构与DIC稳定性
碳酸盐岩的微观结构，如颗粒大小、形态、结晶度等，影响其风化产物的稳定性。例如，具有细小颗粒和较高结晶度的碳酸盐岩易产生不稳定的DIC。
研究不足与展望
尽管已经取得了一些关于碳酸盐岩风化产物DIC稳定性的研究成果，但仍有许多问题需要进一步探讨。

碳酸盐岩岩石学特征

碳酸盐岩岩石学特征如下：
物理特征。

碳酸盐岩的物理特征主要取决于其成分和结构，一般表现为坚硬、致密、不易溶解以及脆性等性质。

化学特征。

碳酸盐岩主要由碳酸钙组成，其结晶结构具有特殊的晶体结构，在天然条件下，碳酸盐岩晶体结构具有立方、正交和六方三种形式，其中最常见的为方解石和方解石-菱锌矿混晶。

岩石成因。

碳酸盐岩的成因主要取决于其沉积成因和变质成因。

此外，碳酸盐岩还具有良好的物理和化学特征，应用极为广泛，在建筑材料、水泥生产、环境保护等方面都能发挥重要的作用。

碳酸盐岩物理风化

1碳酸盐岩物理风化【碳酸盐岩】物理风化是指由宇宙空间放射性，气象因素（大气的暖化和冷化），陆地力学破坏以及活动源等外来因素以及物理和化学力学作用作用于岩石表面，岩石表面发生变化，岩石被剥蚀、磨抛和溶解等物理形态改变的一种岩石结构演变过程。

1.1物理作用1.1.1自然界空间放射性碳酸盐的物理风化的形成，首先是宇宙空间放射性作用，主要有太阳放射和星际放射两种。

太阳放射作用主要是由于太阳眼射射线的照射，能够产生大量的热量堆积，如果时间长，则会使原本“冰冻”状态的岩石表面温度升高，出现脱水蒸发等物理作用。

而星际放射作用则会影响岩石表面的分子键结，加快碳酸盐岩被风化的速率。

1.1.2气象因素气象因素也是碳酸盐岩物理风化的重要因素，其中最具影响性的是温度和湿度。

当温度低下时，空气内存在的水汽会凝结多晶冰晶体，将岩石上紧贴的带块脱落，从而使岩石的受风化的几率提高。

而湿度的变化也会在一定程度上起到促进风化作用的作用。

相比于旱季来说，雨季的潮湿空气细胞内的物质沉淀的速度要快的多，更容易侵蚀到岩石表面，并且会加速普通的化学反应。

此外，大气湿度过大也会对岩石造成腐蚀，加速岩石物理风化过程。

1.1.3陆地力学破坏陆地力学破坏也是影响碳酸盐岩物理风化的重要因素，这主要是因为岩石表面受到压力时，会产生微小的裂缝，当水或者其他液体渗入其中时，裂缝会扩张，增加岩石受损的几率。

此外，空气中的尘土和大气压力也会改变岩石表面的性质，减少抗风化能力，增加风化程度。

1.2生物作用由于碳酸盐类岩石富含矿物质，生物作用也可以促进碳酸盐物理风化的发生。

当空气中的碳酸钙，磷酸钙等溶于水，形成碳酸盐溶液并被生物体吸收后，钠离子和钙离子会从水中离子及角结晶块中移到生物体的体内，应激反应时会部分返还岩石表面上，这样就可以加快其风化速率，形成“离子替换反应”。

如此，一些看似未受影响的岩石也会受到生物作用而剥蚀、流化。

1.3活动源作用活动源作用主要指地震、洪水、地形剥蚀等外来因素对岩石表面形态的影响。

碳酸盐岩的物性特征对岩溶石漠化成因的影响

基金项目:国家自然科学基金( 项目编号:41772292) ;国家重点研
发计划( 项目编号:2016YFC0502603) ; 同济大学第十
一期精品实验项目( 项目编号:000185021603) 。
贵州省是世界上喀斯特集中分布区之一。具有
毕节撒拉溪轻度 - 中度石漠化研究区位于毕节
市西部的撒拉溪镇和野角乡境内, 总面积
8627. 19hm 2 ,其中喀斯特面积约 6406. 07hm 2 ,占示
范区总面积的 74. 25%。区内地貌类型多样,地形
破碎,土壤以黄壤为主,部分地区有山地黄棕壤和石
灰土。多年平均降雨量为 984. 40mm,年平均气温
细晶白云岩
29. 65
21. 26
45. 29
中图分类号:P584 文献标识码:A doi:10. 3969 / j. issn. 1672-4305. 2021. 02. 021
Influence of physical characteristics of carbonate
rocks on the genesis of karst rocky desertification
soil lose rapidly, which makes it easy to form differential rocky desertification phenomenon; dolomite
dissolution and soil formation rate is slower than limestone, and it is easy to disintegrate into fragments
过 10% 时,对溶蚀有明显影响;施秉地区主要为白

碎屑岩风化壳结构及油气地质意义

图1
准噶尔盆地不整合与地层综合柱状图 2653
邹才能等: 碎屑岩风化壳结构及油气地质意义
2
2.1
碎屑岩风化壳结构特征
风化壳结构内涵
玛依市东侧的不整合沟中发现典型的碎屑岩角度不整合露头(45°36′36.5″N, 84°55′08.9″E)(图 1). 根据克拉玛依地质图(1:100000), 以及准噶尔盆地图孜阿克内沟侏罗系剖面 (45°34.0′N, 84°52.3′E) 的特征对比 , 该露头中存在多期不整合 . 中部产状近于水平的褐红色粘土层和下覆倾斜地层之间的角度不整合为齐古组 (J3q)和西山窑组(J2x)之间的不整合, 而褐红色粘土层之上局限分布的一套灰黄色砂砾岩层之间的平行不整合为白垩系的吐谷鲁群 (K1tg)- 侏罗系之间的不整合(图 2). J3q 和 J2x 之间的角度不整合, 以褐红色的粘土层顶面为不整合面的标志. 粘土层色深质硬, 无层理构造, 厚度 1~2 m, 与上覆地层平行, 与下伏地层角度相交 ; 下伏地层产状 185°∠ 28°, 岩性上以灰色高岭土、黄色泥岩、紫红色砂岩、灰白色砂岩和砾岩的互层状产出 ; 受风化淋滤作用的影响 , 砂岩疏松易碎 ; 褐红色的粘土层横向稳定分布, 厚度变化不大, 在地势低洼部位厚度有增大的特征. 与之不同的是, 白垩系 -侏罗系之间的不整合面以厚层砂砾岩底部的淡蓝色铝土矿为典型分界标志 , 5~ 15 cm, 分布较为局限 , 仅在局部风化不严重的区域有残留. 其下覆紧临的灰白色泥岩、高岭土, 显然也受到强烈的风化淋滤作用, 在泥岩和高岭土中, 能看到未被完全风化的砾石轮廓 . 风化淋滤带厚度较大 , 可达 20 m 以上, 主要由砂质风化淋滤带、泥质风化淋滤带等组成. 整体上保留有原始的沉积构造, 与正常沉积岩无异, 但常见网状风化裂缝, 以及裂缝中后期残留充填的方解石、石膏等, 这一点也是与风化粘土岩之间的显著区别. 两个不同时期形成的风化壳结构 , 代表了两种不同的成因环境. 通常认为, 决定风化壳性质的主要因素是气候条件 , 碎屑质风化壳形成于寒冷的环境 , 硅铝 - 硫 ( 碳 ) 酸盐型风化壳产于荒漠带或草原带 , 硅铝粘土型风化壳和砖红土型风化壳大多分布在暖湿带和干热带(Strakhov, 1967; Nahon, 1991; Martini 和 Chesworth, 1992; Robinson 和 Williams, 1994). 在准噶尔盆地侏罗纪末期, 特别是头屯河组(J2t)发育时期, 气候干旱炎热, 车莫古隆起强烈上隆, 准噶尔盆地西缘乃至整个腹部地区都遭受了大规模的暴露剥蚀 , 形成了一套广泛分布的褐红色风化粘土岩 , 以富铁贫铝为特征. 而白垩系清水河组沉积时期, 准噶尔盆

碳酸盐岩石终极化学风化产物

碳酸盐岩石终极化学风化产物
碳酸盐岩石是由钙、镁、铁等元素组成的岩石，常见于海洋、湖泊、河流等水体的沉积环境中。

这些岩石在长期的地质作用下，会受到化学风化的影响，形成一系列的化学风化产物。

在酸性环境下，碳酸盐岩石会被酸性物质侵蚀，最终形成铁氧化物和水合物，例如氢氧化铁和氢氧化铝。

这些产物通常会在酸性土壤中形成，并对植物的生长产生影响。

在海洋环境中，碳酸盐岩石会被海水中的碳酸盐侵蚀，最终形成硫酸盐、氯化物等产物。

这些产物通常会在海洋中形成，并对海洋生态系统产生影响。

此外，碳酸盐岩石在不同的地质历史时期，其最终的化学风化产物也会有所不同。

例如，在古生代，碳酸盐岩石主要形成了铁质沉积物，而在新生代，碳酸盐岩石则主要形成了硫酸盐沉积物。

总之，碳酸盐岩石最终的化学风化产物是一个复杂的过程，受到多种因素的影响，包括环境条件、地质历史等。

这些化学风化产物对生态系统和土壤质量等方面都有重要的影响。

岩溶风化壳形成演化及其循环意义

岩溶风化壳形成演化及其循环意义岩溶风化壳是指在地壳表面形成的一层由岩溶过程形成的特殊地质构造。

岩溶是一种地表和地下水对溶蚀性岩石的作用，可以通过溶解、沉积和侵蚀来改变地貌。

岩溶风化壳的形成演化及其循环意义在地质学和环境科学领域有着重要的研究价值。

岩溶风化壳的形成演化是一个复杂的过程。

首先，地表的溶蚀性岩石（如石灰岩、石膏岩等）受到降水中的二氧化碳和有机酸的侵蚀，发生溶解作用。

随着时间的推移和溶解作用的加剧，岩石表面出现了一系列的凹洞、溶洞和溶蚀沉积物。

这些溶洞和溶蚀沉积物构成了岩溶风化壳的基本组成部分。

随着地表和地下水的流动，岩溶风化壳逐渐形成了复杂的地下通道和水系。

这些地下通道和水系在岩溶风化壳的形成演化中起到了重要的作用。

它们可以加速岩石的溶解和侵蚀，形成更大的溶洞和溶蚀沉积物。

同时，地下通道和水系还为地表的降水提供了一个排水通道，减少了地表的侵蚀作用。

岩溶风化壳的形成演化对于地表地貌的形成和变化有着重要的影响。

首先，大量的溶洞和溶蚀沉积物给地表地貌带来了丰富的变化。

溶洞和溶蚀沉积物的形成使地表地貌呈现出多样化的形态，形成了独特的地貌景观。

其次，地下通道和水系的形成改变了地表的水文循环，影响了地表的水资源分配和利用。

地下通道和水系可以储存和输送大量的地下水，对于地表的水资源的补给和调节起到了重要的作用。

岩溶风化壳的形成演化还对于环境保护和资源利用有着重要的意义。

首先，岩溶风化壳的形成演化可以改善土壤质量，促进植物生长。

溶洞和溶蚀沉积物的形成为土壤提供了更多的养分，有利于植物的生长和生态系统的恢复。

其次，地下通道和水系的形成为地下水资源的储存和利用提供了便利。

地下通道和水系可以储存大量的地下水，为人类的生活和工业生产提供了重要的水资源。

岩溶风化壳的形成演化及其循环意义是一个复杂而重要的地质过程。

岩溶风化壳的形成演化对于地表地貌的形成和变化、水文循环的调节以及土壤质量的改善和水资源的利用都有着重要的影响。

酸岩反应影响因素

酸岩反应影响因素酸岩反应影响因素酸与岩石的反应为酸-岩复相反应，反应只在液固界面上进行，因而液固两相界面的性质和大小都会影响复相反应的进行。

考虑到任一固体表面都具有吸附物质的剩余力场，假设其反应过程中包含吸附作用步骤，因而酸与岩石的反应历程可描述为（1）H+向岩石表面传递（2）被吸附的H+在岩石表面反应；（3）反应产物通过传质离开岩石表面。

以上三个步骤中速度最慢的一步为整个反应的控制步骤，它决定着总反应速率的快慢。

影响酸岩反应的因素主要包括两大方面：地质因素和工艺因素。

1.地质因素对要进行改造的储层来说，其地质因素是不可改变的。

因此地质因素为酸岩反应的固定因素，主要包括温度、压力、岩石渗透率、孔隙度、含油气水饱和度、岩石的矿物类型及含量和非均质性等几个方面。

（1）温度对酸岩反应的影响温度对酸-岩反应的影响从化学角度上来说，提高了H+离子在液体中运动的能力，H+运动加快使得传质效率提高，主要体现在其对酸-岩反应速度常数的影响，这可由Arrielius 方程来描述。

（2）压力对酸岩反应的影响压力对酸-岩反应的影响主要体现在反应速度方面，压力增加会使反应减缓，总的来说压力对反应速度影响不大，特别是压力高于6.5MPa 后可以不考虑压力对反应速度的影响。

（3）岩石孔隙结构对酸岩反应的影响岩石的孔隙度和渗透率的对酸岩反应有重要的影响。

事实表明，孔隙度越大，渗透率越高的岩石其酸岩反应速率越快，反之越慢。

其主要原因是因为酸液渗入地层增加了酸岩反应的反应面积，加快了酸液的整体反应速率。

因此在针对实际施工中为了增加酸蚀有效作用距离，降低酸液的滤失需要增加酸液的粘度。

（4）含油气水饱和度对酸岩反应的影响油气水饱和度高的储层岩石，其岩石表面覆盖了一层有机质或遮挡层，阻碍了H+向岩石表面移动，降低了H+传质速率，同时若饱和度过高同样降低了酸液浓度使酸岩反应速率降低。

（5）储层岩石类型对酸岩反应的影响储层的岩石特性也是决定酸在地层中的化学反应的主要因素[21]。

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１剖面的选择和研究思路
为揭示酸不溶物对碳酸盐岩风化壳发育程度的影响，所有研究剖面及对比剖面均处于同一气候带，即南亚热带。源自本文数据的碳酸盐岩红色风化壳
注：本文为国家重点基础研究发展计划项目（编号２）、湖南省自然科学联合基金项目（编号０）、中国科学院地球化学００６ＣＢ４０３２００６ＪＪ５００７４研究所环境地球化学国家重点实验室开放基金项目（编号Ｓ）资助成果。ＫＬＥＧ５０７６收稿日期：改回日期：责任编辑：周健。２００８０９２５；２００９０１２１；作者简介：冯志刚，男，副教授，硕士生导师，从事风化作用地球化学研究。通讯地址：湖南省衡阳市常胜西路２１９７０年生。博士，４２１００１，８号；电话：：＿０７３４－８１６０７６６；Ｅｍａｉｌｆｅｎｚｉｎａ．ｃｏｍ。＠ｓｇｇ
泥灰岩风化壳：）；灰岩风化壳：，，；白云岩风化壳：１— 吉首剖面（ＪＳ２— 花溪剖面（ＨＸ）３— 忠庄剖面（ＺＺ）４— 遵义剖面（Ｃ１）５— 新蒲剖面（，，，，，；玄武岩风化壳：ＸＰ）６— 湖潮剖面（ＨＣ）７— 平坝剖面（ＰＢ）８— 大兴剖面（ＤＸ）９— 安顺剖面（Ｃ２）１０— 镇宁剖面（Ｃ３）１１— 盘县剖面（），（），），（）；辉长岩风化壳：）；花岗岩风化壳：Ｂ１１２— 昆明剖面１Ｂ２１３— 漳浦剖面（Ｂ３１４— 昆明剖面２Ｂ４１５— 泉州剖面（Ｇａ１６— 南昌剖面（），），）；砂页岩风化壳：，；紫色砂页岩风化壳：Ｇ１１７— 广昌剖面（Ｇ２１８— 衡山剖面（Ｇ３１９— 澧县剖面（Ｓ１）２０— 昆明剖面３（Ｓ２）２１— 桃源剖面（），）Ｐ１２２— 丹霞山剖面（Ｐ２：）；ｗ：Ｗｅａｔｈｅｒｉｎｒｕｓｔｄｅｖｅｌｏｅｄｏｎｍｕｄｄｌｉｍｅｓｔｏｎｅ１—Ｊｉｓｈｏｕｐｒｏｆｉｌｅ（ＪＳｅａｔｈｅｒｉｎｒｕｓｔｓｄｅｖｅｌｏｅｄｏｎｌｉｍｅｓｔｏｎｅｓ２— Ｈｕａｘｉｐｒｏｆｉｌｅｇｃｐｙｇｃｐ（，），；ｗ：，ＨＸ）３—Ｚｈｏｎｚｈｕａｎｒｏｆｉｌｅ（ＺＺ４—Ｚｕｎｉｒｏｆｉｌｅ（Ｃ１）ｅａｔｈｅｒｉｎｒｕｓｔｓｄｅｖｅｌｏｅｄｏｎｄｏｌｏｍｉｔｅｓ５—Ｘｉｎｕｐｒｏｆｉｌｅ（ＸＰ）６— ｇｇｐｙｐｇｃｐｐ，７—Ｐ，８—Ｄ，９—Ａ，１；Ｈｕｃｈａｏｐｒｏｆｉｌｅ（ＨＣ）ｉｎｂａｐｒｏｆｉｌｅ（ＰＢ）ａｘｉｎｒｏｆｉｌｅ（ＤＸ）ｎｓｈｕｎｐｒｏｆｉｌｅ（Ｃ２）０—Ｚｈｅｎｎｉｎｒｏｆｉｌｅ（Ｃ３）ｇｇｐｇｐ：，，，ｗｅａｔｈｅｒｉｎｒｕｓｔｓｄｅｖｅｌｏｅｄｏｎｂａｓａｌｔｓ１１—Ｐａｎｘｉａｎｐｒｏｆｉｌｅ（Ｂ１）１２—Ｎｏ．１ｏｆＫｕｎｍｉｎｒｏｆｉｌｅ（Ｂ２）１３—Ｚｈａｎｕｐｒｏｆｉｌｅ（Ｂ３）ｇｃｐｇｐｇｐ）；ｗ：）；ｗ１４—Ｎｏ．２ｏｆＫｕｎｍｉｎｒｏｆｉｌｅ（Ｂ４ｅａｔｈｅｒｉｎｒｕｓｔｄｅｖｅｌｏｅｄｏｎｇａｂｂｒｏ１５—Ｑｕａｎｚｈｏｕｐｒｏｆｉｌｅ（Ｇａｅａｔｈｅｒｉｎｒｕｓｔｓｄｅｖｅｌｏｅｄｇｐｇｃｐｇｃｐ：），），；ｗｏｎｇｒａｎｉｔｅｓ１６—Ｎａｎｃｈａｎｒｏｆｉｌｅ（Ｇ１１７—Ｇｕａｎｃｈａｎｒｏｆｉｌｅ（Ｇ２１８— Ｈｅｎｓｈａｎｐｒｏｆｉｌｅ（Ｇ３）ｅａｔｈｅｒｉｎｒｕｓｔｓｄｅｖｅｌｏｅｄｏｎｇｐｇｇｐｇｇｃｐ：），；ｗ：ｓａｎｄｈａｌｅｓ１９—Ｌｉｘｉａｎｐｒｏｆｉｌｅ（Ｓ１２０—Ｎｏ．３ｏｆＫｕｎｍｉｎｒｏｆｉｌｅ（Ｓ２）ｅａｔｈｅｒｉｎｒｕｓｔｓｄｅｖｅｌｏｅｄｏｎｐｕｒｌｅｓａｎｄｈａｌｅｓ２１— ｙｓｇｐｇｃｐｐｙｓ），）Ｔａｏｕａｎｐｒｏｆｉｌｅ（Ｐ１２２—Ｄａｎｘｉａｓｈａｎｐｒｏｆｉｌｅ（Ｐ２ｙ
）中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵阳，１５５０００２；）南华大学核资源与安全工程学院，湖南衡阳，２４２１００１
内容提要：通过对贵州岩溶区（包括湘西）不同地层系统碳酸盐岩发育的红色风化壳、以及结合本区和处于同一气候带的邻区不同岩类红色风化壳的对比研究，结果表明：碳酸盐岩红色风化壳 ① 在风化条件不是特别强烈的区域，的发育程度明显受基岩酸不溶物成分的控制，酸不溶物的风化成熟度越高，红色风化壳的发育程度一般也越强。由在此基础上发育的红色风化壳的风化强度自然存在着差异；于不同地层系统碳酸盐岩的酸不溶物组成不同， ②风化随着基岩酸不溶物风化成熟度的增大而降低，从而更容易达到风化平衡；壳相对于母岩的进一步风化潜力或空间， ③ 在碳酸盐岩风化壳突变的岩土界面，伴随碳酸盐的充分淋失，酸不溶物的地球化学指标发生了突变。因此，碳酸盐的溶解不但未阻滞和延缓了硅酸盐组分的分解，而且促进其快速风化； ④在达到高岭石化甚至弱红土化阶段的酸不溶物基础上，发育的风化壳比结晶岩类风化壳具有更高的风化起点，也就表现出更高的风化强度。因此，笼统地把碳酸盐岩风化壳看作是弱于玄武岩及花岗岩等结晶岩类风化壳发育程度的弱风化类型是不妥的。关键词：酸不溶物；碳酸盐岩风化壳；风化强度；不同母岩类型；贵州岩溶区
，；，）。水热条件充沛Ｗｉｌｋｅｅｔａｌ．１９８４Ｅｌｉｅｔａｌ．２００８ｇ的中国南方，广泛发育着一套深厚的红色风化壳土层，其中以贵州为中心的西南岩溶区红色风化壳是其重要组成部分。关于这套红色风化壳的具体形成时代，尽管还存在着争议，但普遍认为是古风化壳，是第席承藩，；朱照宇等，四纪以来长期演化的结果（１９９１；赵其国，；朱显谟，；黄镇国等，。１９９１１９９２１９９３１９９６）换言之，是地带性风化壳。这样，它们成为研究不同母岩对风化壳发育程度影响的理想场所。本文通过对贵州岩溶区（包括湘西）不同地层系统碳酸盐岩发育的红色风化壳、以及结合本区和处于同一气候带的邻区不同岩类红色风化壳的对比研究，以期揭示酸不溶物对碳酸盐岩风化壳发育程度的影响，为进一步开展风化壳红土化程度的母岩类型划分及土壤分类提供参考。
一提起碳酸盐岩风化壳，通常认为在母岩风化过程中，由于大量碳酸盐的溶解，从而阻滞和延缓了酸不溶物的风化及其富铝化过程的进程（贵州省农业厅；李庆逵，；和中国科学院南京土壤研究所，１９８０１９８３，，；黄镇国等，）。因此，在Ｂｒｏｎｅｒｅｔａｌ．１９８３１９８４１９９６ｇ通常笼统地把碳酸地带性风化壳的母岩因素影响中，盐岩风化壳看作是弱于玄武岩及花岗岩等结晶岩类风化壳发育程度的弱风化类型（李庆逵，；黄镇国１９８３等，；杨元根等，；徐瑞松等，）。然而，很１９９６２０００２００６少有人关注碳酸盐岩酸不溶物组成对其风化壳发育程度的影响。由于碳酸盐岩酸不溶物主要源自陆壳风化产物的搬运堆积，因此源区风化物的成熟度在一定程度上控制了碳酸盐岩中酸不溶物的组成，进而可能对其风化壳的发育强度产生影响。物源成分不同，势必导致酸不溶物组成上的差异，本质上反映了原岩沉积过程中古岩相古环境条件的变化。如是然，把碳酸盐岩泛泛地作为一类母岩的风化壳及其发育土壤的风化成土强度划分将产生偏差。已有研究表明，在碳酸盐溶解和完全从风化剖面排出之前，硅酸盐就已经开始了分解（，；，；ＮｏｒｒｉｓｈａｎｄＲｏｅｒｓ１９５６Ｋｈａｎ１９６０ｇ
２酸不溶物对碳酸盐岩风化壳发育程度的影响