[发明专利]一种模拟硅酸盐岩石自然风化的实验装置及实验方法

说明书

本发明公开了一种模拟硅酸盐岩石自然风化的实验装置及实验方法，包括冰箱、风化机构和变量控制机构，所述风化机构安装于所述冰箱内；所述风化机构包括实验腔、设于实验腔外部的加热外壳以及盖合于实验腔和加热外壳顶部的保温盖，所述实验腔底部连接有出液管；所述变量控制机构包括与所述实验腔相通的氧气供给装置、二氧化碳供给装置、酸雾化喷淋装置以及安装于实验腔内的照明装置和变量检测装置。本发明综合考虑到了物理风化和化学风化的作用，通过简单操作即可实现对每个风化影响因素的精确控制，有利于高效研究岩石风化的产物以及风化速率。

技术领域

本发明属于岩石风化技术领域，具体涉及一种模拟硅酸盐岩石自然风化的实验装置及实验方法。

背景技术

风化作用指岩石在地表或接近地表的地方由于温度变化、水及水溶液的作用、大气及生物等的作用下发生的机械崩解及化学变化过程。风化作用主要包括物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用。风化作用的速度主要取决于自然地理条件和组成岩石的矿物性质，主要影响因素有气候条件和地形条件(地形条件通过影响气候条件间接地影响风化作用)。很多地质学家对原生硅酸盐矿物的自然风化产物进行了详细的研究，得出的结论却不尽相同，主要问题是风化产物和风化进程与控制因素之间的对应关系尚不清楚，这就使得我们有必要进行深入地岩石风化模拟实验研究。

国内外对岩石风化进行的模拟实验有：盆钵模拟、田间模拟等野外实验，室内实验如淋滤实验等，其中淋滤实验主要采用水、二氧化碳，弱酸(如醋酸、胡敏酸等)水化学条件下的风化作用模拟实验。这些模拟实验设置控制变量条件不够充分，有一定程度上的缺失，不能综合考虑风化作用的各个因素；控制变量单一，往往仅是简单的对水化学等的控制，忽略了温度、二氧化碳浓度、植物腐殖酸等对岩石风化的影响；控制变量的方法不够精确，可变换的方式单调；得出结果不够便捷，没有给出确定的过程状态以及结论。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种模拟硅酸盐岩石自然风化的实验装置及实验方法，综合考虑到了物理风化和化学风化的作用，通过简单操作即可实现对每个风化影响因素的精确控制，有利于高效研究岩石风化的产物以及风化速率。

本发明提供了如下的技术方案：

一种模拟硅酸盐岩石自然风化的实验装置，包括冰箱、风化机构和变量控制机构，所述风化机构安装于所述冰箱内；

所述风化机构包括实验腔、设于实验腔外部的加热外壳以及盖合于实验腔和加热外壳顶部的保温盖，所述实验腔底部连接有出液管；

所述变量控制机构包括与所述实验腔相通的氧气供给装置、二氧化碳供给装置、酸雾化喷淋装置以及安装于实验腔内的照明装置和变量检测装置。

优选的，所述实验腔内自下而上依次铺设有石英砂、纱布和硅酸盐岩石，所述实验腔底部铺设有滤网，所述出液管上设有出液阀门。

优选的，所述加热外壳内设有导热油以及用于导热油加热的电阻丝。

优选的，所述氧气供给装置包括氧气罐以及与氧气罐相连的氧气气管，所述二氧化碳供给装置包括二氧化碳气罐以及与二氧化碳气罐相连的二氧化碳气管，所述酸雾化喷淋装置包括超纯水溶液罐、酸溶液罐以及与超纯水溶液管和酸溶液罐相连的喷淋雾化组件，所述喷淋雾化组件安装于所述保温盖上，所述氧气气管和二氧化碳气管的端部贯穿所述保温盖安装。

优选的，所述喷淋雾化组件包括以三通阀相连的液体管、雾化管和喷淋管，所述液体管与所述超纯水溶液罐和酸溶液罐相连，所述雾化管连接若干雾化器，所述喷淋管连接若干喷淋支管，所述喷淋支管上设有喷淋孔。

优选的，所述氧气气管和二氧化碳气管上均设有气压表，所述氧气罐、二氧化碳气罐、超纯水溶液罐和酸溶液罐的出口端均设有阀门和流量计。

优选的，所述照明装置包括安装于所述保温盖上的照明灯管；所述变量检测装置包括安装于实验腔内壁上的二氧化碳浓度检测器和温度检测器。