淋滤实验结果分析
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发布时间：2022-05-04 19:59
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时间：2022-06-25 12:05
用饱和碳酸水对安顺和遵义剖面各样品柱进行淋滤，淋出液各元素浓度的检测结果见表5-3，并以淋出溶液的元素浓度为纵坐标，以淋滤的次数N为横坐标，作淋出液中元素浓度的变化曲线（图5-3、图5-4）。
1.淋出液中Ca的浓度检测结果分析
由图5-3可见，从白云岩中淋出的Ca较多，并随淋滤次数（时间）的增加而增加。从而可知，白云岩中的主要矿物白云石CaMg（CO3）2在碳酸水的淋滤作用下可较为迅速地溶解。土层中的Ca淋出最少，浓度在20mg/L以下，且随淋滤次数的增加而减小。可见土层中Ca含量很少（见表5-2），能被淋滤的也很小。白云岩溶滤层中Ca 的淋滤程度则在以上两者之间，可见溶滤层中的白云石也在不断分解。从溶滤层的淋滤曲线看，淋滤后期溶滤层中淋出的Ca浓度基本上达到了白云岩的淋滤水平。由此可以推测，在自然条件下，白云岩和溶滤层中的白云石受淋滤而分解的程度差不多，在白云石→溶滤层的过程中主要发生的是矿物粒间的溶蚀作用，因而两者化学成分相近；而在溶滤层→土层的过程中则可能发生溶蚀、充填、交代等作用。
表5-3 淋滤实验淋出液的元素浓度检测结果
续表
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图5-3 安顺剖面Ca的淋滤结果曲线
图5-4 遵义剖面Ca 的淋滤结果曲线
由图5-4可见，石灰岩中Ca淋滤出的浓度最大，且随淋滤时间的增加，Ca的浓度不断降低（从最高的256mg/L降到最低的127mg/L），可见方解石在碳酸水的淋滤作用下是容易淋失的。土层中Ca的淋出浓度最小，浓度最高值也只有25mg/L，可见土层中可淋出的Ca含量很少（见表5-3）。溶滤层淋出的Ca浓度明显小于石灰岩，其淋出的浓度也是随时间增长而减小，最后Ca的淋出浓度降低到土层中Ca淋出的水平。可推测在自然条件下石灰岩遭受强烈的淋滤作用，方解石大量分解，从而形成溶滤层，同时在石灰岩→溶滤层的过程中成土物质大量增加，如SiO2、Al2O3、Fe2O3+FeO含量的增加，因而在淋滤后期淋滤层受淋滤的程度与土层相近；石灰岩→溶滤层的形成过程中发生了溶蚀、充填及交代等作用。
将图5-3和图5-4进行比较，即将安顺剖面和遵义剖面淋出液中Ca的浓度变化情况进行比较，可见安顺剖面的土层淋出的Ca浓度总体上比遵义剖面土层中的要少，这可部分反映出安顺剖面土层中的碳酸盐岩矿物含量比遵义剖面的要少。遵义剖面中石灰岩及其溶滤层淋出液中Ca的淋出浓度比安顺剖面中白云岩及其溶滤层中淋出的Ca的浓度要大得多，变化更敏感和强烈。
2.淋出液中Mg浓度检测结果分析
Mg的检测结果如图5-5和图5-6所示。
图5-5 安顺剖面Mg的淋滤结果曲线
图5-6 遵义剖面Mg的淋滤结果曲线
由图5-5可见，安顺剖面中白云岩及其溶滤层的淋出液中Mg的淋滤情况类似于Ca的淋滤情况；而土层中则几乎淋不出Mg，这可能是由两种情况造成的：①白云岩及其溶滤层在遭受淋滤的过程中白云石大量分解淋失，从而使土层中含Mg量极小；②白云岩及其溶滤层淋出的Mg或由水体载入的Mg部分进入其他次生的矿物（如粘土矿物的蒙皂石）的晶格中，且其化学性质较稳定，不易淋失。由图5-6可见，遵义剖面土层中淋出的Mg浓度极低，这一情况的解释同图5-5。石灰岩中淋滤出的Mg浓度开始很高，可达150mg/L左右，随淋滤次数的增加其浓度迅速减小到27mg/L左右。与安顺剖面白云岩中Mg的淋出浓度相比较，石灰岩中Mg开始淋滤出的浓度高得多；而石灰岩溶滤层中几乎淋不出Mg 来。而从表5-2可知白云岩中Mg的含量远大于石灰岩。形成这种情况可能还是与方解石的溶解度明显大于白云石，以及两者由岩石→溶滤层的作用不同相关，即方解石遇到酸性水迅速溶解，晶格中的Mg也随之流失，且石灰岩溶滤层明显出现成土物质，其阻碍淋滤作用的进一步进行；而白云石的溶解度较小，溶解过程相对较为缓慢，所以Mg的淋失是以较为平稳、缓慢的方式进行的。
3.淋出液中Al的浓度检测结果分析
Al的检测结果如图5-7和图5-8所示。
图5-7 安顺剖面Al的淋滤结果曲线
图5-8 遵义剖面Al的淋滤结果曲线
由图5-7和图5-8可见，两个剖面的岩石和溶滤层中Al含量都很低，所以淋出的Al浓度也低。虽然土层中Al含量很高，但是也几乎淋不出Al来。可见碳酸盐岩红色风化壳中Al的化学稳定性极高。土层中Al含量很高的原因是在自然条件下Al本身的溶解度极小，不易迁移，土层中的主要粘土矿物都是由Si—O四面体和Al—O八面体构成的，且Al3+在矿物晶格中置换其他离子的现象很普遍，风化成土过程中次生粘土矿物不断增多，Al不断富集，从而使Al的含量不断增大。
4.淋出液中Si的浓度检测结果分析
Si的检测结果如图5-9和图5-10所示。
图5-9 安顺剖面Si的淋滤曲线
图5-10 遵义剖面Si的淋滤曲线
由图5-9可见，安顺剖面中白云岩与溶滤层的Si淋滤曲线十分接近，且淋滤出的Si浓度并不高，与白云岩及其溶滤层Si的含量较低（表5-2）相对应。土层中Si的淋出浓度也很低，但是从表5-2可以发现安顺剖面中土层Si的含量却很高，说明在碳酸盐岩红色风化壳形成过程中，从母岩（或溶滤层）→土层有富Si作用，这主要是土层中有大量在风化状态下层状硅酸盐粘土矿物以及石英等含Si矿物形成的结果。图5-9显示，遵义剖面土层淋出的Si浓度较大，石灰岩淋出的浓度较小，而石灰岩溶滤层几乎淋不出来。这可能是由于溶滤层已开始向土质转化，Si成为了新生粘土矿物组分，从而使Si的稳定性增强。Si可来自母岩风化分解和上覆土层淋滤下渗以及外来载体（水）带入。两个剖面土层中都有Si淋出，其可能原因是：①非晶质含Si物质的分解淋失；②粘土矿物晶格中的Si4+被其他离子交换出来并被淋滤；③土中少量石英溶解。
比较图5-9和图5-10，遵义剖面中土层和岩层淋出的Si浓度都明显大于安顺剖面的土层和岩层。其原因可能是安顺剖面的风化程度要高于遵义剖面。另外，对于碳酸盐岩红色风化壳的形成一般认为经历了3个过程：①富Si、Al脱Ca、Mg过程；②富Fe、Mn过程；③富Al脱Si过程。因此可以推测，安顺和遵义剖面都处于富Al脱Si过程，但安顺剖面发生脱Si作用比遵义剖面要早，遵义剖面正处于较强的脱Si阶段，而安顺剖面的脱Si作用已由强变缓。
5.淋出液中Fe的浓度检测结果分析
从表5-2看，两个剖面除土层外，溶滤层和岩层中含Fe都极少，红色风化壳在形成过程中有富Fe作用。由表5-3可见，两个剖面中不管是土层、溶滤层还是岩层淋出的Fe都微乎其微。但在遵义剖面中，由石灰岩中淋出的Fe明显高于其溶滤层，而从表5-2看，石灰岩溶滤层Fe的含量又明显高于其母岩，说明Fe是由新生粘土矿物贡献的，稳定性好；而母岩中的Fe则稳定性差，可能以游离态为主，可被淋滤。土中的Fe在氧化条件下基本上呈难溶性的氧化铁或氢氧化铁的状态存在，如针铁矿、纤铁矿、赤铁矿和无定形氢氧化铁等，同时在粘土矿物晶格中也有大量Fe离子，其稳定性也很高。
6.淋出液中Mn的浓度检测结果分析
由表5-2可知，两个剖面的土层、溶滤层及岩层中Mn的含量都极其小，所以图5-11和图5-12中3个柱状样Mn被淋出的浓度都很低。在氧化型风化壳中，氧化锰主要以四价或三价的复杂氧化物形式存在，这些氧化物在水中的溶解度很低，因而土层中几乎淋不出Mn来。在实测剖面中，锰的氧化物在剖面中通常以极难溶的铁锰结核出现在岩土过渡带。由表5-2可知，两个剖面的溶滤层锰的含量都略大于其母岩，这是由于一些含锰物质淀积于溶滤层而造成的。由图5-11和图5-12可见，两溶滤层中可淋出浓度较低的Mn，而两个剖面中的岩石却几乎淋不出来。于天人等（1990）认为，在还原环境中由Fe、Mn形成的物质的溶解度可大大增加，因此可推测，实测剖面中铁锰结核出现的岩土过渡带仍处于氧化环境的状态，而溶滤层极可能处于还原环境状态。
图5-11 安顺剖面Mn的淋滤结果曲线
图5-12 遵义剖面Mn的淋滤结果曲线
7.淋出液中微量元素淋滤结果及分析
除了对以上元素进行分析外，还检测了Zn、Cd、Cu和Pb4种微量元素。测试结果显示，两个剖面的淋出液中除Zn有少量淋出外（表5-3），其余3种元素都检测不到。可见这些微量元素在红色风化壳中的稳定性极好，且土层中的某些矿物质对它们有吸附作用，如氧化铁矿物等。
以上淋滤试验是在常温、常压下进行的，试验水温及室温为24～26℃，淋滤前饱和CO2的水pH=4.12～4.17，淋出液的pH值变化较大，为6.86～8.09，但多在6.99～7.75之间，呈中性到弱碱性。虽然在试验中采用多种方法（如用输液器的滴管）尽量控制淋滤时间和速度，使各试样柱保持均匀渗滤，但仍不理想，这可能是造成淋滤曲线出现异常点以及淋出液pH值变化的原因。
