大厂层粘土岩在黔西南地区石漠化治理中的利用价值初探

刘路

摘要：大厂层粘土岩在黔西南地区分布十分广泛，富含伊利石、高岭石等粘土矿物，具有作为土壤改良剂的潜力。通过对黔西南不同地区大厂层粘土岩矿物组成和化学元素含量的分析，认为晴隆锑矿地区的大厂层粘土岩在石漠化治理中有较高的利用价值。将晴隆锑矿地区的大厂层粘土岩用作土壤改良剂可以改善石漠化土壤的颗粒组成，有助于水土保持；同时为石漠化土壤补充粘土矿物和钾元素，有利于生态修复。

Abstract： Dachang stratum clay rock is rich in illite， kaolinite and other clay minerals， and is widely distributed in southwest Guizhou. It has potential as a soil amendment. By analyzing the mineral composition and chemical element contents of Dachang stratum clay rock in different regions of southwestern Guizhou， the Dachang Stratum Clay Rock of Qinglong antimony deposit has a higher utilization value for rocky desertification control. The Dachang Stratum Clay Rock of Qinglong antimony deposit as a soil conditioner can make the soil of rocky desertification has better particle distribution， contribute to soil and water conservation， and increase the content of clay minerals and potassium in the soil， conducive to ecological restoration.

关键词：石漠化治理；粘土矿物；土壤改良；利用价值；贵州

Key words： rocky desertification control；clay rock；soil amelioration；utilization value；Guizhou

中图分类号：S156 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）06-0203-03

0 引言

贵州是我国著名的“喀斯特省”，发育典型的喀斯特环境，地表出露的碳酸盐岩所占面积已达76%[1]。喀斯特环境十分脆弱，在人类活动的干扰下很容易发生水土流失、土壤生产能力衰退、基岩大面积裸露，即石漠化。目前我国对于贵州喀斯特地区石漠化的综合治理以生态修复为主，辅以坡改梯、经果林、水保林、封禁治理等手段，已经获得了良好的效果[2]。但在喀斯特石漠化环境下，用于生态系统恢复重建的植物物种可选择面较窄，需要有发达的根系，并且具备耐旱性、喜钙性和石生性等特点[3]。而向石漠化土壤中添加粘土矿物可以改善土壤的理化性质，使土壤中的养分便于植物吸收，并丰富石漠化环境下的植物多样性，从而加快生态修复速度。大厂层是黔西南地区锑、金矿的主要含矿层，其顶部的粘土岩在矿山生产中由于易垮塌而被大量开采，一般作为废石堆放于采矿区附近，未作利用。将大厂层粘土岩作为土壤改良剂用于石漠化土壤可以充分利用矿山开采产生的固体废物，降低土地资源的浪费，同时为黔西南地区石漠化治理提供一种新的辅助手段。

1 大厂层粘土岩

大厂层由硅化高岭石化粘土岩、硅化角砾化凝灰质粘土岩和次生石英岩或石英蚀变岩组成，其原岩是一套爆发相火山岩，在黔西南地区广泛发育于茅口组（P2m）灰岩之上[4，5]。大厂层是黔西南地区重要的区域性控矿、容矿地层，发育有多种金属矿床，如晴隆锑矿、戈塘金矿、泥堡金矿、烂泥沟金矿等。

大厂层粘土岩极易破碎，在地表风化条件下一般呈土状，矿物颗粒粒径在0.05mm以下的约占总体积的80%（据镜下观察目估），粒径在0.05mm以上的约占总体积的20%。根据XRD分析结果，大厂层粘土岩主要由粘土矿物、锐钛矿、黄铁矿、石英、石膏和少量有机质组成（图1）。除钛元素（锐钛矿）和铁元素（黄铁矿）之外，其他元素未发现独立的矿物载体。晴隆锑矿（大厂矿段和放马坪矿段）大厂层粘土岩的SiO2含量约为30.1%～42.2%，Al2O3的含量约为22.2%～31.7%，硅元素和铝元素主要组成粘土矿物，石英的含量较低；黔西南其他地区大厂层粘土岩的SiO2含量约为51.5%～89.3%，Al2O3的含量约为2.76%～13.95%，硅元素除和铝元素组成粘土矿物外，还形成较多石英。另外，晴隆锑矿大厂层粘土岩的K2O含量约为5.99%～7.78%，远高于黔西南其他地区大厂层粘土岩的0.30%～2.42%（主量元素含量测试使用X射线荧光光谱法，分析结果见表1）。从矿物组成和主量元素含量来看，对于作为土壤改良剂，晴隆锑矿地区的大厂层粘土岩具有更高的利用价值。

利用地球化学图解及元素含量比值对各样品进行分析后认为，所有粘土岩样品均为基性火山灰成因，火山物质来自相同或相近的地幔源区，且构造环境属于远离板块边缘喷发的板内碱性玄武岩（微量元素含量测试使用等离子体质谱法，分析结果见表2）。故判断测试结果中晴隆锑矿（大厂矿段和放马坪矿段）的大厂层粘土岩化学元素含量与其他地区有较大差异是由于火山灰空落后处于不同沉积环境导致的，晴隆锑矿地区的大厂层粘土岩可能形成于局限或半局限水体条件下的滨岸潮坪，其他地区的大厂层粘土岩可能形成于浅海环境。可见晴隆锑矿地区的大厂层粘土岩在被埋藏之前已经经历了很长时间的地表风化过程，相对于黔西南其他地区的粘土岩来说与土壤更为相似。（图1）

2 可利用价值分析

2.1 水土保持

土壤的质地、结构、孔隙、水分是土壤物理性质的核心。喀斯特地区土壤石漠化最直接的表现是土壤物理性质的变化。石漠化程度越严重的地区，土壤中粒径在0.05mm以上的砂粒所占的比例越大，粒径小于0.05mm的粉粒、粘粒和胶粒所占比例越小，水稳性团聚体的含量越低，抗蚀性和蓄水性越差，土壤颗粒砂化越明显[6]。

将大厂层粘土岩作为土壤改良剂应用于石漠化土壤，可以看作一个向骨架颗粒粗大的多孔介质中加入大量细小颗粒的过程，很多领域都对这一过程进行了试验和讨论，得到的共识是，组成多孔介质的颗粒粒度越小，其孔隙中流体的渗流速度越低[7，8，9，10，11]。所以提高石漠化土壤中粉粒、粘粒和胶粒颗粒的含量可以有效降低土壤的入渗速度。

喀斯特环境的土岩界面多不存在过度结构，土壤与母岩之间的界面通常十分明显，是化学侵蚀作用的主要发生位置，降水量大的时候极易发生块体滑移。当降雨量大于土壤的入渗速度时，雨水会更多的转化成地表径流，渗透到土岩界面上参与化学侵蚀作用的水分相对较少，所以降低土壤入渗速度可以延缓落水洞、溶蚀漏斗的形成，同时也使针对地表径流的治理措施效果更加明显和有针对性，从而达到水土保持的效果。

2.2 粘土矿物

粘土矿物是土壤中胶体的主要来源。在土壤中，胶体颗粒是土壤营养元素的储库，化学风化过程和肥料中释放出来的离子暂时贮藏在胶体颗粒中，为土壤植物生长提供养分[12]。喀斯特石漠化土壤中的粘土矿物含量随着石漠化程度的加深而减少，不利于植物生长。

利用粘土矿物改良土壤在国内外已经有了较多的研究和尝试，目前主要使用膨润土（主要有效成分是蒙脱石）作为土壤改良剂，已经获得了较好的效果[13]。大厂层粘土岩中粘土矿物的含量很高，主要为伊利石和高岭石。由于伊利石随着石漠化程度的加深会逐渐转化成蒙脱石和高岭石，所以在石漠化较为严重的地区土壤中的伊利石含量很低[14]。将大厂层粘土岩作为土壤改良剂可以为石漠化土壤补充粘土矿物，从而提高胶体颗粒的含量，使得土壤更适合植物生长。

2.3 化学元素

大厂层粘土岩的K2O含量较高，晴隆锑矿大厂层粘土岩更高达5.99%～7.78%，计算得到全钾的含量约为4.97%～6.46%。陈履安在研究贵州若干以伊利石为主要矿物的含钾岩石在碳酸水体中的释钾作用时发现，含钾岩石有较高的供钾潜力[15]。按照文献[16]中贵州含钾岩石的速效钾在全钾中所占比例粗略估算晴隆锑矿大厂层粘土岩在CO2-H2O体系中的速效钾含量可以达到约1138mg/kg～1479mg/kg。因此，将大厂层粘土岩作为土壤改良剂可以为石漠化土壤提供可观的速效钾，同时为植物提供源源不断的钾源。

此外，晴隆锑矿大厂层粘土岩的钒元素含量约为224mg/kg～601mg/kg，是岩溶区红粘土平均钒元素含量122mg/kg的2～5倍；稀土元素总量约为442.12mg/kg～688.56mg/kg，是岩溶区红粘土平均稀土元素总量216.23mg/kg的2～3倍[16]。

3 结论

黔西南地区的大厂层粘土岩中，晴隆锑矿地区的大厂层粘土岩具有矿物颗粒细小，粘土矿物含量高，富钾、钒和稀土元素的特点，作为天然的土壤改良剂施用于石漠化土壤有助于水土保持和生态修复，并且开采成本低、与石漠化地区之间的运输距离短，对黔西南地区的石漠化治理有较为可观的利用价值。

参考文献：

[1]杨瑞东，任海利，龙杰，等.贵州主要岩石类型风化土壤微量、稀土元素分布特征与生态环境关系探讨[J].贵州大学学报（自然科学版），2011，28（6）：110-119.

[2]熊康宁，李晋，龙明忠.典型喀斯特石漠化治理区水土流失特征与关键问题[J].地理学报，2012，67（7）：878-888.

[3]盛茂银，熊康宁，崔高仰，等.贵州喀斯特石漠化地区植物多样性与土壤理化性质[J].生态学报，2015，35（2）：434-448.

[4]陈景河，徐碧良，葛广福，等.黔西南部分地区龙潭组碎屑物组成及其物源背景研究[J].贵州地质，2011，28（1）：9-17.

[5]范军.黔西南戈塘大型金矿床地质地球化学及成因研究[D].昆明：昆明理工大学博士学位论文，2013.

[6]龙健，江新荣，邓启琼，等.贵州喀斯特地区土壤石漠化的本质特征研究[J].土壤学报，2005，42（3）：419-427.

[7]王曦.基于煤矸石充填的重构土壤水分运移特征及环境效应——以淮北矿区为例[D].安徽：安徽理工大学博士学位论文，2014.

[8]李邦超，肖斐，李红南，等.疏松砂岩油层防砂机理物理模拟[J].油气地质与采收率，2008，15（6）：102-104.

[9]朱春明，邓金根，王利华，等.防砂管外堆积砂渗透率实验研究[J].石油钻采工艺，2010，32（1）：70-73.

[10]尹光志，敬小非，魏作安，等.粗、细尾砂筑坝渗流特征模型试验及现场实测研究[J].岩石力学与工程学报，2010，29（S2）：3710-3718.

[11]邹航，刘建峰，边宇，等.不同粒度砂岩力学和渗透特性试验研究[J].岩土工程学报，2015，37（8）：1462-1468.

[12]陈骏.地球化学[M].北京：科学出版社，2004：1-418.

[13]王文婷，王云海.膨润土改良土壤技术的研究进展[J].环境科技，2011，24（1）：66-68.

[14]杨新强，陈效民，李孝良，等.西南喀斯特地区不同石漠化阶段土壤黏土矿物组成及其含量变异研究[J].地球科学与环境学报，2011，33（4）：416-420.

[15]陈履安.试论含钾岩石的农业直接应用[J].贵州地质，19996，13（3）：265-271.

[16]邢光熹，朱建国.土壤微量元素和稀土元素化学[M].北京：科学出版社，2003：1-418.