溶蝕試驗是巖溶學相關研究中經常被采用的壹種試驗手段。通過溶蝕試驗，並對數據進行統計、計算，可以得到壹系列有關的巖溶數據。溶蝕試驗可分為室內或室外兩種方法，室內是在實驗室進行，室外可以在大氣或埋置在土壤中進行。
1. 相關術語
在討論溶蝕試驗之前，先回顧壹些相關的術語。
(1)溶解
1979年《辭海》定義為“壹物質(溶質)分散於另壹物質(溶劑)中成為溶液的過程。例如食鹽或糖溶解於水而成水溶液。”［12］《現代漢語詞典》(2001)定義為:“壹種物質均勻分布在另壹種物質中成為溶液。”［16］
(2)溶蝕
1979年《辭海》定義為:“地面水或地下水對巖石中可溶性物質溶解和搬移的作用。往往形成各種溶蝕地貌。溶蝕作用在石灰巖地區表現最為顯著。”［12］《現代漢語詞典》(2001)定義為:“水流溶解並搬運巖石中的可溶物質，這種作用在石灰巖地區最為明顯。”［16］
(3)溶解度
《中國大百科全書》光盤(1.1版)定義為:“在壹定溫度和壓力下，物質在壹定量的溶劑中溶解的最高量。壹般以100克溶劑中能溶解物質的克數來表示。”［13］1978年《辭海》定義為:“在壹定溫度和壓力下，物質在壹定量溶劑中溶解的最高量。壹般以100克溶劑中能溶解物質的克數來表示……物質的溶解度隨溫度或壓力的改變而不同。”［12］《現代漢語詞典》(2001)定義為:“在壹定溫度和壓力下，物質在壹定量溶劑中溶解的最高量。通常以在100克溶劑中達到飽和時所溶解的克數來表示。”［16］
(4)溶解量
是指碳酸鹽巖與碳酸水作用時，巖石中的可溶礦物溶解在水中的數量。［15］
(5)溶蝕量
是溶解量與機械破壞量之和。［15］
(6)比溶蝕度和比溶解度
是根據試樣的單位面積的溶蝕量和溶解量分別與標準樣的單位溶蝕量和溶解量對比而求出的，它們是碳酸鹽巖溶蝕速度的又壹種表征方式。［15］
以上描述，大體可以歸納為:
“溶解”具有沒有被“溶”物質的運移和遷出的含意。“溶蝕”具有物質的遷入與遷出，的含意。兩者最大的區別在於，溶解的“溶質”和“溶劑”的數量是固定的，而溶蝕的“溶質”和“溶劑”數量可以不斷變化、補充，其過程可以不斷連續運行。在野外對巖石的作用，主要是“溶蝕”。
“溶解度”是在壹定的溫度、壓力和壹定量的溶劑情況下，物質被溶解的最高量。“溶解量”則沒有提出如溫度、壓力等的限制性條件。甚至在時間、空間———野外還是室內，也沒有作出限制。“溶蝕量”是在溶解量概念的基礎上，增加了“物質”被遷入及遷出的概念。“比溶蝕度”和“比溶解度”是在設定壹定的條件後，才能“量化”。
了解相關的概念後，再看看下面用溶蝕試驗資料，研究、對比不同巖石的比溶蝕度和比溶解度的情況。
2. 應用實例
(1)貴州獨山南部地區
貴州工學院地質系巖溶科研隊對貴州獨山南部架橋、堯花、黃後等三條地下水系，進行了室內巖石溶蝕試驗。他們分別以巖石的大類及石灰巖結構-成因分類的巖石，統計出巖石的鈣鎂比值(CaO/MgO);酸不溶物(H·P);比溶蝕度(Ks);比溶解度(Kj)的平均值。現據資料列表於表2-5、表2-6。
表 2-5 獨山南部巖類酸不溶物、鈣鎂比值、溶蝕試驗( 平均) 統計表
註: 括號內數字為所研究的標本數; 據貴州工學院地質系巖溶科研隊( 1986) 。
表 2-6 獨山南部結構-成因分類巖石酸不溶物、鈣鎂比值、溶蝕試驗( 平均) 統計表
註: 括號內數字為所研究的標本數; 據貴州工學院地質系巖溶科研隊( 1986) 。
統計數據顯示與傳統理論並不壹致。傳統理論認為，在碳酸鹽類巖石中鈣鎂比值越高，比溶解度、比溶蝕度越大，酸不溶物含量越高，比溶解度和比溶蝕度越低。但表 2-5 中沒有反映出這種關系。如石灰巖的鈣鎂比值( 378. 07) 比含有機質石灰巖( 49. 94) 的大得多，而含有機質石灰巖的比溶蝕度和比溶解度( 分別為 1. 20) 比石灰巖的( 分別為 1. 00) 還要高。同時統計數據表明，各大巖類的比溶蝕度和比溶解度的平均值，與酸不溶物含量並沒有顯示出明顯的正相關關系，反而顯現出它們的無規律性。表中數據只反映了石灰巖比白雲巖的，比溶蝕度和比溶解度要高的總的趨勢。
接著他們還進行了區內與巖溶發育關系密切的四大類巖石，按結構-成因分類，將鈣鎂比值(CaO/MgO)、酸不溶物(H·P)與比溶蝕度(Ks)、比溶解度(Kj)，進行統計、比較。如表2-6。
數據顯示:在相同的壹類巖石中，比溶蝕度和比溶解度的數值差別並不太大。最大的是亮晶內碎屑白雲巖及亮晶白雲巖，但兩者之間也只有0.03的差別。絕大多數巖石的差異僅只有0.01。比溶蝕度、比溶解度與酸不溶物、鈣鎂比值的關系，並沒有反映出明顯的差異。
在巖石大類之間，石灰巖類和含白雲質灰巖類，比溶蝕度和比溶解度要比其他巖類高。石灰巖類除泥晶灰巖，其比溶蝕度、比溶解度分別為0.97與0.98、泥晶內碎屑灰巖分別為0.85與0.86外，其他都在1.00以上。含白雲質灰巖類則高達1.03以上。其他巖類的比溶蝕度與比溶解度在0.99以下。
而從巖石結構方面看，比溶蝕度和比溶解度的差異顯現得就很明顯。數值>1的，都是那些具有粒屑結構，膠結物多為亮晶和澱晶的巖石。比溶蝕度和比溶解度最大的是“含內碎屑亮晶灰巖”和“含白雲質內碎屑亮晶灰巖”，它們的數值都達到了1.06。膠結物方面則反映出，膠結物為泥晶的巖石，其比溶蝕度和比溶解度都較低，這種情況也反映在同壹大類巖石的比較中。碎屑物相似但膠結物不同的巖石，如泥晶內碎屑灰巖就比亮晶內碎屑灰巖的比溶蝕度和比溶解度要低許多，含白雲質內碎屑泥晶灰巖也比含白雲質內碎屑亮晶灰巖的要低。
這種用巖石結構進行觀察、統計的方法，是他們的壹種有益嘗試，其結果則與野外宏觀觀察的結果極為壹致。其形成機制，值得進壹步探索，筆者將在以下相關章節中給予討論、闡述。
(2)貴州普定
俞錦標等［15］對貴州普定南部的碳酸鹽巖，進行了室內及野外溶蝕試驗。
1)室內溶蝕試驗:提到:室內溶蝕試驗是“對實測的碳酸鹽巖地層剖面選擇了試樣225件，分成12批進行”［15］，從而得出不同地層單位(最小劃分到亞段)的比溶蝕度和比溶解度。
結果認為:“比溶蝕度和比溶解度，因不同地層和不同巖性有所差異，總的規律是灰巖大於白雲巖……但不同巖性其兩者的差值各不相同……灰巖兩個數值之間的差值比白雲巖小，其差值愈大，表示其物理破壞量愈大……(數據中)還可以看出壹個有趣的現象:含泥質的巖石，例如泥灰巖、含泥灰巖、含泥白雲巖，其溶蝕量、溶解量、比溶蝕度、比溶解度都較大，其中有的巖石甚至比其他任何壹種巖石都大，這與前人的‘含粘土礦物愈多，溶蝕速度愈小’的論斷，似乎有很大的出入……不同地層的比溶蝕度與比溶解度，其差異較大……主要是由於組成這些地層的巖性組合差異所造成的，因此，探討本區碳酸鹽巖的溶蝕機理，很重要的壹環是研究巖性與溶蝕的關系。”［15］
以上結論，不但“與前人的‘含粘土礦物愈多，溶蝕速度愈小’的論斷，似乎有很大的出入”，而且與野外觀察到的巖溶發育現象也有很大的差異。至於“總的規律是石灰巖大於白雲巖”的結論，從野外石灰巖地區巖溶發育強度，遠遠大於白雲巖地區這壹點上看，總體上兩者是相吻合的。然而從白雲巖大面積分布地區，大規模的巖溶發育現象並不鮮見的角度思考，兩者間似乎又存在某些不太壹致的地方。
野外觀察發現，白雲巖地區無論是巖石的風化產物，還是其強風化帶埋深深度，都與石灰巖地區存在很大的不同。另外他們提及的關於“含泥質的巖石，其溶解量、溶蝕量、比溶蝕度、比溶解度都較大”的情況，也與野外溶蝕現象不相壹致。在野外含泥質的碳酸鹽巖，很少或幾乎沒有大的巖溶現象發生，但在不含泥質的厚層碳酸鹽巖中，野外則是巖溶發育的主要巖層。關於這些，筆者將在相關章節分別作進壹步的討論。
2)野外溶蝕試驗:俞錦標等“將七種不同類型的巖石經過磨片(5厘米見方，厚0.5厘米)，***計28塊，埋放在5厘米和30厘米深，不同樹種下的自然土壤剖面內，經過壹年的自然溶蝕。”［15］現將其溶蝕量資料列於表2-7。
表 2-7 貴州普定巖性與溶蝕量統計表
註:據余錦標等［15］資料，有刪節。
資料中提到:“由於埋放時間較短，溶蝕形態在鏡下觀察並不十分明顯，但從溶蝕量看針葉林下土壤中巖石的溶蝕量大於闊葉林下的巖石，平均約為0.14%，針葉林土壤中不同巖石的溶蝕量範圍是0.30%～0.83%，闊葉林土壤中不同巖石的溶蝕量範圍為0.17%～0.60%，各種巖石溶蝕量統計比較結果是，(平均)最大為第Ⅶ種樣品(0.62%)>第Ⅱ種(0.59%)>第Ⅳ種(0.45%)=第Ⅲ種(0.45%)>第Ⅵ種(0.43%)>第Ⅰ種(0.37%)>第Ⅴ種(0.33%)”［15］
筆者根據以上資料，按巖樣的結構從新對其進行統計、觀察，則得出其溶蝕量大小的排列順序為:亮晶凝塊灰巖(P1m)>泥晶灰巖(T2g2中)>亮晶鮞粒灰巖(T1d中)、亮晶團塊灰巖(T1yn)>泥晶灰巖(T1d底)>泥晶灰巖(T2g2上)>亮晶鮞粒灰巖(T1d中)。其中不但其規律不很明顯，而且還出現了，同是泥晶灰巖它們的溶解量，有的列第二位，有的則為第四、五位。同是亮晶鮞粒灰巖，有的為第三位，有的則為最末壹位。看來這樣的統計方法，仍不能得出與野外相壹致的結論。
於是筆者按巖石特征從新對其進行統計，得出的溶蝕量大小排列順序是:厚層，亮晶粒大，有生物屑(亮晶凝塊灰巖)>含泥，薄層粘土，偏集成層(泥晶灰巖)>粒大，核多為方解石，有方解石脈穿插(亮晶鮞粒灰巖)、團塊中夾有化石碎屑，團塊不規則縫合線發育(亮晶團塊灰巖)>薄層，含粘土較多，有黃鐵礦(泥晶灰巖)>厚層穩定在40～70m，輕重結晶作用(泥晶灰巖)>灰白色，粒較細，用放大鏡才能看清，厚層(亮晶鮞粒灰巖)。綜合後得出:溶蝕量在前三位的(除編號Ⅱ的泥晶灰巖外)，是具有厚層、晶粒大、具粒屑(生物屑或大顆粒鮞粒)、有縫合線或脈石構造的巖石。溶蝕量排在後三位的，是具有顆粒細小、重結晶形成的晶粒少、含粘土較多的巖石。這壹統計結果與野外巖石的溶蝕現象較為接近。
以上表明:同壹資料同壹數據，采用不同視角的統計方法，會得到不同的結論。而不同結論又會得出與野外實際現象能否吻合的結果。其原因可能是研究過程中，人們的思維方式、觀察角度、應用觀點的不同所引起的。
從以上不同統計方法得出的不同結論中可以看出，引起巖石溶蝕量大小的內在原因，就巖石本身而言，應該是巖石中存在的較為發育的裂隙和縫隙。包括巖層中宏觀的縫合線、方解石脈，當然也包括巖石結構中的顆粒之間的晶間縫、粒間縫等顯微縫隙。因為它們都有可以為具溶蝕性的水，提供流通與運移的“通道”。
3. 巖石結構對溶蝕的影響
俞錦標等在對碳酸鹽巖的溶蝕研究中，除了進行“巖石成分與溶蝕的關系”研究外，也對“巖石的結構、構造對溶蝕的影響”進行了研究。他們在室內分別對石灰巖類和白雲巖類的比溶蝕度(Ks)與比溶解度(Kj)進行統計後，又按巖石的晶粒結構，分別對石灰巖類和白雲巖類的比溶蝕度(Ks)與比溶解度(Kj)進行了統計。其資料列表如表2-8。
表 2-8 貴州普定晶粒結構比溶蝕度、比溶解度統計表
註: 括號內的數字表示參加計算的樣品數。據余錦標等( 1990) 。
根據室內資料他們提到:“隨著晶粒的增大Ks和Kj似有降低的趨勢，例如茅口組與棲霞組相比，雖然巖性茅口組比棲霞組純，但溶蝕量後者比前者大，其原因之壹是棲霞組巖石多為泥晶結構，而茅口組灰巖多為亮晶結構，由此可作出泥晶比亮晶溶蝕能力強的結論。”［15］但他們又發現室內溶蝕結果與野外溶蝕結果不相壹致。於是提出:“但情況往往並不是這樣簡單，在野外實驗中……可以得出:①含生物屑的亮晶凝塊灰巖溶蝕量最大，這是因為生物屑具有全溶性特征，其全溶性在於生物體腔孔有利於地下水的流動。②含有壹定量粘土且偏集成層，和少量生物碎屑結構的泥晶灰巖亦容易溶蝕。粘土分散分布的泥晶灰巖溶蝕作用減弱。③亮晶鮞粒且鮞粒較小的樣本則溶蝕最弱。……總的看，規律尚不十分明顯，這種雜亂現象是由於巖石的組分不同和巖石的結構差異造成的，換句話說，碳酸鹽巖的晶粒結構，對溶蝕的影響不如巖性和構造影響大。巖石的孔隙和微細裂隙的發育程度與溶蝕的關系比較密切。……由此可見，碳酸鹽巖的孔隙和微細裂隙能促進溶蝕作用的進行，而且，這種作用在某種程度上對可溶性巖溶蝕作用的影響可能超過晶粒結構和成分。”［15］
他們在研究碳酸鹽巖結構對溶蝕作用的影響時，已經察覺到室內觀察結果與野外宏觀現象不壹致的問題。於是在“情況往往並不是這樣簡單”、“規律尚不十分明顯”思考下，得到“碳酸鹽巖的孔隙和微細裂隙能促進溶蝕作用的進行，而且這種作用在某種程度上對可溶性巖溶蝕作用的影響可能超過晶粒結構和成分”的結論。但他們沒有將石灰巖顆粒間的“粒間縫”，晶粒間的“晶間縫”實際上也是壹種微細裂隙來進行考慮。如果把這些顆粒間的“粒間縫”，晶粒間的“晶間縫”與巖石的宏觀節理、裂隙等同對待，那麽規律將會更加明顯，情況將會變得簡單得多。對於與此相關的壹些問題，筆者將在相關章節中進行進壹步的討論。