云冈石窟黄土覆盖层对水盐运移的阻滞作用研究

摘要

大气降水向岩土体入渗是自然界的普遍现象，由于砂岩和黄土的水力学参数差异显著、砂岩含水率监测困难，限制了人们关于两者对降水入渗响应规律的认识。本文以我国北方云冈石窟为例，利用频域反射技术在4窟顶部裸露砂岩（洞窟内可以发生降雨入渗引发的渗水）、9窟山顶黄土（洞窟内未发生降雨入渗引发的渗水）分别开展多个深度含水率监测，对比二者对降雨事件的差异响应，同时采集洞窟壁面含风化产物岩石样品并利用X射线衍射仪（X-ray Diffractometer, XRD）开展矿物组分检测。监测表明，浅表层砂岩（深度10 cm）对大于10 mm的降雨事件可发生快速响应，含水率显著增大并接近饱和，而同等强度降雨仅能引起同等深度表层黄土（深度10 cm）饱水度达到约0.75,而220 cm处几乎无响应。矿物组分检测结果表明，历史上酸雨入渗至4窟，导致SO₄^2-的富集并形成泻利盐，进而主导了盐风化；前人于20世纪60年代采集的风化产物样品、近期的5～10窟壁面风化产物均未检测到硫酸盐，表明在顶部黄土的防渗作用下，洞窟未受酸雨入渗影响。本研究通过对比裸露砂岩和黄土对降雨事件的响应、有无黄土覆盖层洞窟的风化产物差异，揭示了黄土覆盖层具有很好的防渗性能，可以为未来的洞窟内文物保护提供决策依据。

关键词

岩石风化 / 岩石含水率 / 水盐运移 / 降雨入渗 / XRD检测