庫淤泥經 X-Ray 定性分析後顯示其主要成分皆為石英(Quartz)、伊萊石 (Illite)、綠泥石 (Chlorite)及含微量鈉長石和鈣長石(Albite and Anorthite)。淤泥分級後各粒徑區間之礦物 相分佈顯示於表 3-5。其結果說明水庫淤泥中較粗顆粒主要為石英，而細顆粒(＜5µm)
圖3. 水庫淤泥粒徑分佈曲線
表2. 水庫淤泥不同粒徑區間重量分佈
粒徑區間 (µm)
石門水庫 (wt%)
曾文水庫 (wt%)
白河水庫 (wt%)
150－37 1.8 50.7 4.9 37－5 43.1 31.8 43.6 5－2 19.5 9.7 16.7
＜2 35.6 7.8 34.8
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
s-silt
C: ChloriteI: Illite Q: Quartz
A: Albite 、Anorthite
圖4. 石門水庫淤泥分級後之 x-ray 繞射分析
圖5. 曾文水庫淤泥分級後之 x-ray 繞射分析
圖6. 白河水庫淤泥分級後之 x-ray 繞射分析
表3. 石門水庫淤泥礦物相分佈
粒徑區間 (µm)
重量分率 (%)
礦物相
150-37 1.77 石英
37-5 43.1 石英、伊萊石、綠泥石 5-2 19.5 石英、伊萊石、綠泥石
＜2 35.6 伊萊石、綠泥石
表4. 曾文水庫淤泥礦物相分佈
粒徑區間 (µm)
重量分率 (%)
礦物相
150-37 50.73 石英
37-5 31.79 石英、伊萊石、綠泥石 5-2 9.74 伊萊石、綠泥石
＜2 7.74 伊萊石、綠泥石
表5. 白河水庫淤泥經前處理後礦物相分佈
粒徑區間 (µm)
重量分率 (%)
礦物相
74 ~ 37 3.8 石英
37 ~5 43.6 石英、伊萊石、綠泥石 5 ~2 16.7 石英、伊萊石、綠泥石
＜2 34.8 伊萊石、綠泥石
(002) (003) (004)
counts (002)
圖7. 白河水庫淤泥經前處理後分級之 x-ray 繞射分析
K K
部分帶正電荷，而2:1 型的部分帶負電荷。帶正電荷有換質作用之氫氧鎂石層(brucite) al.(1970)和 Hower et al.(1976)研究 Gulf Coast 的漸新統-中新統頁岩的礦物組成與化學成 分變化指出，隨著深度的增加，伊利石/膨潤石混層礦物的伊利石含量由 20％變化到 80
％，綠泥石含量增加，高嶺土含量減少，粒徑大於 2um 的頁岩之鉀含量減少，而粒徑小 於 0.1um 的頁岩之鉀含量增加。Hower et al.(1976)提出礦物組成與化學成分的改變符合 下列反應式: 始轉變的溫度約 57℃~95℃，或者為地表下 1.5~3.5 公里、溫度 69℃~116℃之間(Freed and Peacor,1989)。膨潤石轉變為伊利石的過程包括兩種作用，一種是膨潤石的脫水作
(如圖 9)，整個轉變過程稱之為伊萊石化作用(illitization)。台灣大部份水庫集水區之地質 物伊萊石與綠泥石。利用此內標準法(Internal standard)來定量淤泥內之石英的含量。圖2 為石英(Quartz)重量百分比的標準檢量線。淤泥中伊萊石及綠泥石之定量分析則先製作 7.15×10-1nm(002)、4.75×10-1nm(003)和 3.53×10-1nm(004)四個基面衍射峰，分辨富鐵綠泥 石與富鎂綠泥石之方式為: 四個衍射的相對強度隨重元素(主要是 Fe)含量的變化而變 化，Fe 含量增加，(002)和(004)衍射峰強度增加，(001)和(003) 。另外富鐵綠泥石之衍 射峰強度在550℃熱處理後易受破壞，而鋁、鎂質綠泥石加熱到 550℃仍可維持其 d(001)
圖9. 溫度與時間對伊萊石化作用之影響
圖10. 石門水庫上游集水區之黏板岩樣品
2-Theta
A: Albite 、Anorthite
Q
圖12. 三種淤泥＜2 µm 的部份順向試片之 x-ray 繞射分析
表6. 白河水庫淤泥風乾順向試片之半定量分析範例
2-Theta d(A) BG Height I% Area I% FWHM 5.361 16.4709 0 82 7.4 1330 13.2 0.551 6.039 14.6242 7 133 12.1 1869 18.6 0.478
8.682 10.177 4 296 26.9 2674 26.6 0.307
12.314 7.1819 8 688 62.4 7587 75.5 0.375
17.674 5.0142 33 399 36.2 4542 45.2 0.387 18.563 4.776 20 222 20.1 3069 30.5 0.47 19.661 4.5116 8 43 3.9 271 2.7 0.214 20.715 4.2843 9 91 8.3 428 4.3 0.16 23.55 3.7746 17 50 4.5 117 1.2 0.08 25.035 3.554 81 618 56.1 10046 100 0.553 26.522 3.3579 180 1102 100 9971 99.3 0.308 27.803 3.2061 73 157 14.2 1414 14.1 0.306 Illite% = 2,674 / (2,674+1,896.75) = 58.50%
Chlinochlore% = 1,896.75 / (2,674+1,896.75) = 41.49%
表7. 石門、曾文、白河水庫淤泥＜2 µm 的部份之礦物組成
成分百分比(%) 伊萊石 綠泥石 石英
石門 79.0 12.2 8.8
曾文 67.1 22.3 10.6
白河 55.1 39.6 5.3
圖13. <2µm 之淤泥於 550OC 6hr 處理前後之 X-ray 比較
4-3. 淤泥顆粒 SEM 形貌分析
圖14. 水庫淤泥原樣
圖15. 水庫淤泥中粗顆粒(石英)
圖16. 水庫淤泥中細顆粒(黏土礦物)
表8 石門水庫淤泥有機碳含量分佈
粒徑區間(µm) 有機碳含量 (%) 重量分率 (%) 平均有機碳(%)
74 ~37 1.19 1.55
37 ~ 5 0.45 43.1
5 ~ 2 0.38 19.5
＜
2 0.61 35.6 0.50
表9. 曾文水庫淤泥有機碳含量分佈
粒徑區間(µm) 有機碳含量(%) 重量分率 (%) 平均有機碳(%)
150 ~37 0.22 50.73
37 ~ 5 0.46 31.79
5 ~ 2 0.75 9.74
＜
2 0.86 7.74 0.40
表10. 白河水庫淤泥有機碳含量分佈
粒徑區間(µm) 有機碳含量 (%) 重量分率 (%) 平均有機碳(%)
150 ~37 0.36 4.9
37 ~ 5 0.89 49.3
5 ~ 2 1.0 18.7
＜
2 0.98 27.1 0.91
圖17.石門水庫淤泥＜2µm 部分離心後分離之黑色似碳黑物質
圖18.石門水庫淤泥＜2µm 部分離心後分離之黑色似碳黑物質之 x-ray 繞射分析