碳酸盐岩风化成土过程中的微生物作用

碳酸盐岩风化作用长期受到广泛关注,有关其成土的物源也一直是颇有争议的问题。基于前人有关碳酸盐岩风化成土作用的研究基础和对有关资料的调研与分析,结合各类研究成果,笔者提出了喀斯特地区岩石微生物的风化成土作用途径:微生物生长对矿物养料的吸收,以及分泌的代谢产物导致碳酸盐岩的破坏分解和一些次生矿物的形成;一些岩石微生物能够通过新陈代谢固定大气中的碳素和氮素,截留由雨水、风尘、大气气溶胶甚至空气流动所带来的土壤颗粒等外来物质。微生物在岩石表面与缝隙中的生长繁殖在碳酸盐岩风化成土这一漫长的地质演化过程中发挥了不可替代的重要作用。     

石漠化地区碳酸盐岩风化特性的淋溶实验研究

岩溶石漠化威胁着中国岩溶地区生态环境安全、制约着区域经济社会的可持续发展。石漠化的形成和发展不仅与上覆红黏土的流失有关,也受到红黏土形成过程的影响。为了探究碳酸盐岩风化特性及其与石漠化的关系,选取贵州贞丰-关岭花江石漠化治理示范区的石灰岩和白云岩为研究对象,进行淋溶实验。实验结果表明：（1）湿热条件可以提高碳酸盐的淋蚀速率,对白云岩的淋蚀速率提高幅度比石灰岩大;粒径对石灰岩淋蚀速率没有显著的影响,粒径对白云岩的淋蚀速率影响明显,表现为颗粒越小淋蚀速率越快;碳酸盐岩总淋蚀速率与Ca²⁺淋蚀速率有很强的相关性。（2）石灰岩比白云岩更容易发生溶蚀;石灰岩表面和内部发生强烈的差异性溶蚀而形成大量溶孔（隙、洞）,造成水土流失非常严重,更容易发生石漠化且石漠化程度比较严重。石灰岩石漠化地区应注重的差异性溶蚀,以留住现有土壤为主,同时创造保水条件,加速风化。白云岩节理裂隙发育,易于发生物理风化和崩解,形成颗粒均匀的碎石、砾石土,破碎的细颗粒有利于风化,但地表土层稀薄,保水性差,植物难以生长。白云岩石漠化地区要提高土层的保水性,创造湿润的风化环境,促进白云岩风化。     

两种典型碳酸盐岩红土风化剖面的物理化学特征

通过对贵州遵义和平坝两种典型碳酸盐岩风化剖面的系统采样,在室内进行了岩土工程上常用的13项物理指标的测试和12项常量化学元素的全分析,在此基础上论述了它们在风化剖面上的分布及变化特征。指出土层孔隙率(孔隙比)由表层土到深处由高到低的变化,导致岩(土)层透水率逐渐降低和含水量的增加,是土层物理性质及相关力学性质变化的主因; 表层土以粘土粒组为主,到靠近基岩附近变为以粉土粒组为主,说明后期红土化作用可使土粒变细; 靠近岩石界面土层的粒径与组成石灰岩和白云岩矿物颗粒大小相当,这可能是地下水溶蚀- 交代矿物颗粒继承发育的结果; 通过分析界面各层(基岩- 溶滤层- 杂色粘土层)化学成分的变化可以看出,由岩石到土层可溶性组分( CaO、MgO)大量的被水溶蚀带走,成土元素( SiO2、Al2O3、Fe2O3 等)呈突跃式增加,而且两类岩石溶蚀成土的初期阶段(由岩石到溶滤层)可溶元素被溶蚀及成土元素的积累有很大的差别。      

碳酸盐岩早期风化成土作用的证据

对坝陵河悬索大桥西锚碇勘探斜硐100m 深度范围内石灰岩体的风化情况进行了野外调查、斜硐编录,取粘土样进行物理性质及X— 射线衍射分析并与作者以往的研究成果对比研究,在此基础上进行了碳酸盐岩体的风化分带,建立了分带标志。研究认为岩体中所含的粘土夹层,系地下水对石灰岩溶蚀— 交代作用的产物,它代表着碳酸盐岩早期阶段风化成土情况。这一研究成果,进一步充实和完善了作者所提出的碳酸盐岩溶蚀— 交代成土理论和学说。      

碳酸盐岩风化成土过程中REE超常富集及Ce强烈亏损的地球化学机理

碳酸盐岩的REE含量极低，但最近在贵州一些碳酸盐岩风化表土层底部首次发现了REE的超常富集层，REE总量最高可达近31000μg/g;Ce强烈亏损，δCe值最低达0.007。这种低背景、高富集、强分异的REE富集现象在贵州碳酸盐岩风化壳中具有一定的普遍性。选取发育在下三叠统花溪灰岩和平坝白云岩之上的两个较具代表性的碳酸盐岩风化壳进行研究，结果表明，这种富集现象与碳酸盐岩风化成土的两阶段性密切相关。（1）在残积土形成阶段（风化早期），碳酸盐的快速溶解导致风化前缘形成一个垂直方向相对狭窄、突变的碱性障(pH值为8左右）。此障既能有效地将碳酸盐岩分解释放的REE以及下渗水携带的REE分解沉淀和以吸附于粘土矿物上的方式富集，也容易使Ce^3 氧化成Ce^4 ，与HCO3^-形成稳定的可溶性络合物随下渗雨水流走，从而使Ce进一步亏损。（2）残积土演化阶段，轻、重稀土发生明显分异，Ce^3 氧化成Ce^4 并发生水解沉淀，致使下渗水富重稀土而贫Ce，最终使REE在剖面上显示出一般风化壳共有的分异特征。另外，根据对碳酸盐岩中的酸不溶物、可溶性稀土的提取以及质量平衡计算，碳酸盐岩能够提供足够的REE物源；以可溶态为主的赋存状态有利于REE的淋滤（活化）。     

碳酸盐岩成土的元素迁移及其对烤烟的影响

本文从碳酸盐岩成土的元素迁移和富集的角度讨论烤烟优质高产的原因。选择了石灰岩、泥质灰岩、白云岩、泥质白云岩四个典型风化成土剖面,对常量、微量、稀土、稀有四大类共38种元素进行测试和分析,研究了它们全量、可溶态含量从母岩经风化层到土壤的连续剖面中的分布状况,根据计算的淋溶值和聚积值,找出了各个风化剖面的迁移序列和聚积序列。烤烟中化学元素测试结果表明与烤烟优质高产关系最密切的元素是常量元素中的K、Ca、P,微量元素中的Sr、Zn、Mo ,稀土元素中的Ce、La、Nd,稀有元素中的Rb。灰色关联度分析和模糊综合评判结果表明三叠系茅草铺组上段白云岩类岩石衍生的黄壤是烤烟生长的优势层位。      

珠江流域碳酸盐岩与硅酸盐岩风化对大气CO2汇的效应

对珠江流域11个测站的河水1个水文年4次取样进行水化学和同位素测试分析,揭示无论是碳酸盐岩区还是硅酸盐岩区,岩石风化均使河流的离子成分以HCO3-、Ca2+、Mg2+为主,碳酸盐岩风化溶蚀速率和由碳酸盐岩风化溶蚀引起的大气CO2消耗量分别为27.60 mm/ka和540.21x103mol/(km2?a-1),是硅酸盐岩风化速率和由硅酸盐岩风化引起的大气CO2消耗量的10.8倍和6.7倍,说明碳酸盐岩风化是流域碳汇过程及效应的主体。由于有利的水热条件和高的碳酸盐岩面积比例,珠江流域平均岩石风化速率和由岩石风化作用引起的大气CO2消耗量分别为30.15mm/ka和620.36×103mol/(km2?a-1),为全球60条河流平均值的2.6倍。     

珠江流域碳酸盐岩与硅酸盐岩风化对大气CO_2汇的效应

对珠江流域11个测站的河水1个水文年4次取样进行水化学和同位素测试分析,揭示无论是碳酸盐岩区还是硅酸盐岩区,岩石风化均使河流的离子成分以HCO3-、Ca2+、Mg2+为主,碳酸盐岩风化溶蚀速率和由碳酸盐岩风化溶蚀引起的大气CO2消耗量分别为27.60 mm/ka和540.21x103mol/(km2·a-1),是硅酸盐岩风化速率和由硅酸盐岩风化引起的大气CO2消耗量的10.8倍和6.7倍,说明碳酸盐岩风化是流域碳汇过程及效应的主体。由于有利的水热条件和高的碳酸盐岩面积比例,珠江流域平均岩石风化速率和由岩石风化作用引起的大气CO2消耗量分别为30.15mm/ka和620.36×103mol/(km2·a-1),为全球60条河流平均值的2.6倍。     

贵州省岩溶地区石漠化的形成及其生态治理

随着西部大开发的推进，生态环境问题已经引起高度重视，土地膜漠化的形成及其治理也逐渐成为岩溶工作者、生态学家的研究热点。由于贵州地区岩溶分布广，地势起伏较大，土壤贫瘠，加之人为因素的影响，植被遭受破坏，水土流失严重，土地石漠化愈演愈烈。通过分析贵州石濮化形成原因，提出了一系列石漠化生态治理措施，为保证贵州省、西南岩溶区植被顺向演替，生态逐步恢复提供决策参考。     

碳酸盐岩酸不溶物作为贵州岩溶区红色风化壳主要物质来源的证据

贵州岩溶区红色风化壳是中国南方红色负化壳的重要组成部分，本文根据部分红色风化壳剖面野外特征、矿物学、地球化学及土壤物理学等的研究结果，对其物源及成因进行了探讨。各剖面，尤其邻近剖面显著的矿物学、地球化学差异排除了远程风成沉积物、火山灰、上覆或者高处碎屑岩层作为统一且重要物源的可能。极低的石英含量表明贵州常见的长石石英砂岩不是其主要物源，具有中稀土（MREE）富集的特征也排除了粘土岩、页岩作为主要物源的可能。风化壳剖面间的差异性均可从基岩酸不溶物的差异性得到很好解释，表明它们是下伏碳酸盐岩风化、酸不溶物（准）原地堆积的结果。部分剖面甚至显示了典型风化壳剖面的一些特征，具有正常风化序列的剖面结构特征。     

东濮凹陷及其邻区下古生界碳酸盐岩储集层特征及其控制因素分析

分析了东濮凹陷及邻区下古生界碳酸盐岩储集层的特征及控制因素 ,并通过与任丘潜山和鄂尔多斯盆地古风化壳的对比 ,指出成岩演化、沉积相带、构造应力作用等是控制本区下古生界储集层发育的关键因素。本区发育潜山和古风化壳两种类型的风化壳储层。东濮凹陷南部—中牟凹陷与鄂尔多斯地区奥陶系成岩演化历史、沉积相带相似 ,古风化壳储层发育 ,邻近古生界和新生界生烃中心是本区碳酸盐岩油气勘探的有利地区     

贵州普定碳酸盐岩上覆松散堆积物的沉积环境初探

通过对贵州省普定县马官地区不同地貌部位的4个剖面进行详细的粒度分析,把粒度参数以及频率曲线与各种沉积环境的特征进行对比,排除了河流沉积、风成沉积的可能性。研究区域各剖面的粒度分布特征表明其沉积环境属于碳酸盐岩溶蚀残余风化,同时还有坡面流水和地下水作用的参与。     

碳酸盐岩红色风化壳Ce异常特征及形成机理

Ce在贵州碳酸盐岩红色风化壳剖面上部表现为正异常,在底部稀土超常富集层显示强烈亏损。通过对Ce的质量迁移系数的计算,结合相态分析和水化学分析结果,对碳酸盐岩红色风化壳中“的异常行为进行系统的分析后发现：在剖面上部,Ce^3＋氧化水解,水解产物主要与铁锰氧化物共沉淀,少量的与粘土矿物结合,使得ce保留而相对显示正异常;在剖面底部,Ce负异常一方面来源于对基岩负异常的继承;更重要的是,Ce较其他轻稀土稳定,发生迁移富集的量远远小于La,Nd等轻稀土元素,导致Ce在底部富集时相对于其他轻稀土元素发生强烈亏损。而Ce与HCO3^-络合迁出并不是导致碳酸盐岩红色风化壳中强烈Ce负异常的主要原因。     

发育完整的灰岩风化壳及其矿物学和地球化学特征

对于碳酸盐岩土覆土壤成因、尽管碳酸盐岩风化残积成土说被多数学者认同,但由于碳酸盐岩中酸不溶物含量极低,在风化成土过程中会伴随着巨大的体积缩小变化,原岩结构和半风化带无法保留,从而缺失了探索上覆土壤物质来源的重要中间环节,使得这种观点缺乏野外宏观证据的支持。最近,我们在贵州、湖南等地发现了数个以泥质灰岩和泥质白云岩为基岩的碳酸盐岩风化壳剖面,尚保留有较好的原岩结构,具有明显的风化壳分带和过渡现象。这些风化壳剖面的发现为深入研究碳酸盐岩风化成土过程提供了良好的研究场所。本文选取了较为典型的吉首泥灰岩风化壳剖面,从矿物学地球化学的角度来探讨碳酸盐岩风化壳的形成过程和发育特征,结果表明该风化壳既遵循非碳酸盐岩（主要是结晶岩类）风化壳的发育特征,也具有自己独特的地球化学演化规律。风化壳总体特点受碳酸盐中的酸不溶物矿物组合及化学成分的影响甚至控制,风化非碳酸盐风壳相似的发育特征。吉首泥灰岩风化壳剖面的发育特征和作者早先提出 的碳酸盐岩风化成土的两阶段模式是一致的,即以碳酸盐矿物大量淋失、酸不溶物逐渐堆积或残积为特征的早期阶段和残积物进一步风化成土的阶段,后一阶段的演化类似非碳酸盐岩类的风化过程。     

长兴岛碳酸盐岩裂隙岩溶水特征分析

长兴岛碳酸盐岩区占整个岛的44%,受降雨、岩性、构造等条件的影响,岩溶较发育,地下水资源较丰富,且水质较好,适宜作为饮用水水源。在收集大量基础地质资料,并结合现场调查、钻探、抽水试验成果,分析了从上至下5层岩溶带的发育特征、赋水性规律及补、径、排条件。同时考虑供水水文地质条件,进行了天然资源和开采资源概算,及成井条件、水质的分析评价。     

碳酸盐岩风化壳岩-土界面地球化学特征及其形成过程--以贵州花溪灰岩风化壳剖面为例

在对黔中花溪灰岩风化壳原地风化残积特征进行了论证的基础上，本文从地球化学角度对央酸盐岩风化壳岩-土界面发育特征及其形成机理进行了讨论。碳酸盐岩的易溶解性和显著的差异性溶蚀，导致了其风化壳基岩面起伏强烈、岩-土界面界线清楚且突变；与此宏观特征相对应的是风化产物的矿物成分、主量、微量元素等方面均存在明显的突变现象。同时，在岩-土界面土层中形成了一个相对狭窄而突变的碱性障，此障无疑对风化壳的一些地质地球化学过程产生强烈影响，例如硅酸盐矿物的进一步蚀变分解，以及稀土和其它部分微量元素的超常富集和强烈分异等。