云冈石窟大气污染特征及在砂岩风化中的作用

发布时间：2020-05-25 10:58

【摘要】：云冈石窟作为典型的不可移动文物,其保存环境对其文物保护至关重要。本研究对云冈石窟景区的大气污染物特征及其在砂岩风化过程中的作用进行了探究,开展了以下工作:(1)使用改进的MAY七级冲击式采样器分别于春季(2014年4月14日-18日)、夏季(2014年7月2日-7日)、秋季(2014年11月30日-12月3日)和冬季(2014年12月16日-20日)在云冈石窟景区内第20窟前进行大气细颗粒物样品采集,并通过定量电子探针微区分析技术对stage 4-6的样品进行了单颗粒测量与分析,总结云冈地区大气污染物特征;(2)在云冈石窟第10窟和第3窟洞窟外分别采集了新鲜砂岩和风化砂岩样品,通过使用X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱仪(SEM-EDX),对新鲜砂岩和风化砂岩矿物成分进行鉴定;在此基础上,设计了气态污染物SO_2熏气和酸溶液侵蚀实验,通过熏气过程中岩石表面微观结构变化和酸浸过程中抗压强度、有效孔隙度、弹性波速变化的测定,提出了酸性污染物对造像砂岩的风化作用机制。实验结果显示:(1)云冈地区四季大气细颗粒物皆以未反应矿物尘为主,其中含有较多的铝硅酸盐、SiO_2和含Ca、Mg的碱性矿物;反应矿物尘中以硫酸盐含量较多,夏季硝酸盐含量略有上升;碳质颗粒中以EC中的碳片和烟炱为主,OC含量较少;景区内富铁颗粒、富钾颗粒、二次颗粒、含钠颗粒和飞灰颗粒含量较低。(2)酸溶液侵蚀使得砂岩的纵波波速、抗压强度显著降低,有效孔隙率随酸度增加而增加;而浸泡在水中的砂岩样品,其纵波速度先降低后恢复至初始值,说明硫酸和硝酸能与砂岩的长石和碳酸钙发生反应,砂岩的内部结构遭到破坏。(3)SO_2侵蚀实验中,不同状态岩石表明均可观察到硫酸钙晶体;干湿循环或干湿循环+SO_2过程中砂岩质量降低,而干燥状态下砂岩质量增加,表明SO_2与岩石中碱性矿物成分发生反应,生成硫酸盐溶于水,破坏了岩石的表面结构。以上实验结果表明:云冈石窟景区大气细颗粒物主要成分为矿物尘颗粒和碳质颗粒,受燃煤和风沙扬尘影响较大,砂岩存在被酸性气体及其形成的酸溶液侵蚀的威胁。建议根据大气污染物特征控制周边区域大气污染物的排放,降低云冈景区造像砂岩风化风险。
【图文】：

云冈石窟全貌Fig.1.1PanoramaofYungangGrottoes

图 1.2 部分云冈石窟雕像Fig. 1.2 Part of the Yungang Grottoes Buddha云冈石窟地区所处地层主要为中生代侏罗系地层，，该时期大同盆地地区形成了多层煤层，云冈石窟所处地区地下储藏了丰富煤炭资源，这一地区又被称作云冈煤田[2]。云冈地区砂岩的主体是长石石英砂岩，胶结物以钙质和铁质为主，此类砂岩在风
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X51;P512.1

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本文编号：2680050