碳酸盐岩风化壳岩-土界面风化机理的淋溶模拟

碳酸盐岩酸不溶物含量一般极低，由其形成的风化壳普遍具有清晰突变的岩-土界面，缺失从基岩到全风化带过渡的中间环节，成为直接利用野外地质剖面的发育特征探索碳酸盐岩风化成土作用过程的障碍。本项目拟以贵州岩溶台地作为研究区域，以突变接触的岩-土界面作为研究对象，模拟当地气候条件，对岩-土界面的岩粉层进行室内人工控制的高柱淋溶实验。通过淋溶过程中对滤液成分、残余物的组成、结构、构造等显微特征的动态研究，并结合野外地质剖面的分析测试，揭示碳酸盐岩风化壳岩-土界面的风化机理，进而深化对碳酸盐岩风化成土作用过程的认识，解译剖面变化特征与风化条件的关系，为利用碳酸盐岩红色风化壳剖面序列进行的古环境重建等相关科学研究奠定基础。

碳酸盐岩风化壳普遍呈现清晰突变的岩-土界面，缺失由岩（岩粉层）到土（风化层）转变的中间环节，成为直接利用野外地质剖面的发育特征探索碳酸盐岩风化成土作用的障碍。以贵州岩溶区（包括湘西邻区）的数个原位风化壳岩-土界面为研究对象，模拟干热、湿热和干冷三种气候条件，对岩-土界面的岩粉层进行了柱浸淋溶实验。研究了碳酸盐岩溶蚀过程中对酸不溶相的影响，研究了不同气候条件对碳酸盐岩风化特征的约束，研究了碳酸盐岩风化壳岩-土界面作用机制及对风化壳形成的影响，初步讨论了碳酸盐岩风化壳部分重金属元素及U、Th等放射性核素的的富集特征，研究了岩-土界面作用对碳酸盐岩风化壳REE超常富集及Ce强烈亏损的指示，通过淋溶模拟对碳酸盐岩风化过程中交代作用存在的可能性进行了验证。结果表明：（1）岩-土界面反应中，伴随碳酸盐的溶蚀，酸不溶相已表现出明显的风化倾向。（2）水热条件充沛的风化环境，当排水条件良好时，促进风化作用进程和风化成熟度的提高，易于形成细度细、表生环境稳定的矿物，而滞水环境倾向于形成粒度粗、过渡状态的矿物，风化程度低。（3）粒度细、渗透性低的岩粉层，既增大了水-岩接触面积，又延长了水-岩作用时间，从而提高了化学反应强度。（4）碳酸盐岩酸不溶物含量的高低主要影响风化成土能力的快慢，对风化产物的转变方式无明显约束。（5）风化剖面中Cu、Cd、Zn、Pb等重金属元素的富集是在明显的活性淋溶和残余物中强烈的相对富集作用的结果。另外，碳酸盐岩酸不溶物含量愈低，上述元素的淋失强度愈大，推测碳酸盐可能是其主要的寄主矿物。（6）U、Th在风化剖面的富集系数与基岩酸不溶物含量存在明显的负相关。（7）风化壳底部REE的超常富集是在继承岩-土界面反应中残余物的REE初步富集基础上，叠加了从上覆风化层淋滤的REE的结果。而Ce的强烈亏损是由于淀积了从上覆风化壳淋滤的贫Ce的稀土溶液，从而抵消了岩-土界面风化产物中富Ce的贡献。此外，岩-土界面作用中，滞水环境更有利于REE的活化迁移。（8）淋溶模拟实验未证实碳酸盐岩风化过程中交代作用的存在。本项目的研究提供了碳酸盐岩风化壳岩-土界面风化作用的直接证据，深化了对碳酸盐岩风化成土作用过程的认识，为利用碳酸盐岩红色风化剖面序列开展的古环境研究等相关科学问题奠定了基础，为开展岩溶区土壤中微量元素富集机制的研究和区域上土壤中重金属富集的环境影响评价提供了理论参考。