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2012年  第31卷  第3期

基础地质
龙门石窟碳酸盐岩体文物风化作用模拟试验研究
张傲, 方云, 徐敏, 陈建平, 范子龙
2012, 31(3): 227-233.
摘要:
为了研究凝结水对龙门石窟碳酸盐岩表面的风化作用机理,在现场进行凝结水观测、CO2浓度监测的基础上,利用自行研制、能模拟现场温湿度环境、能提供CO2外部来源,并能对反应过程进行监控的室内模拟试验装置系统对石窟碳酸盐岩风化作用进行模拟实验。实验结果表明,凝结水会造成碳酸盐岩表面的溶解,在CO2加入的条件下风化效果加剧,岩石的质量损失和孔隙率同时增大。经过78次的模拟试验后,灰岩岩样质量损失率为0.077%~0.088%,孔隙率由实验前的0.39%~0.40%增长到0.71%~0.74%;白云岩岩样的质量损失率为0.032%~0.038%,孔隙率由实验前的0.61%~0.68%增长为0.77%~0.85%;灰岩和白云岩的平均溶蚀深度分别为89.475μm和36.865μm,溶蚀速度分别为0.0956μm/h和0.0575μm/h,风化溶蚀作用对龙门石窟文物的影响破坏较大。
塔中北斜坡鹰山组碳酸盐岩溶蚀的模拟实验研究
佘敏, 朱吟, 沈安江, 郑兴平, 贺训云
2012, 31(3): 234-239.
摘要:
为了研究碳酸盐岩的微观溶蚀机理,本文采用溶蚀实验和镜像观察的方法,研究了塔中北斜坡鹰山组3种类型碳酸盐岩的溶蚀过程及微观溶蚀特征。结果表明:在相同实验条件下,亮晶生屑灰岩、云质灰岩和泥晶颗粒灰岩的溶蚀量基本一致。由于对物质成分和岩石微结构的选择性溶蚀,它们的微观溶蚀特征存在明显差异。亮晶生屑灰岩和泥晶颗粒灰岩样表面整体被溶蚀降低。云质灰岩样表面方解石部分整体被溶蚀降低,形成铸模孔,白云石溶蚀成蜂窝状溶蚀孔,并突出岩石表面,白云石晶间缝溶蚀加大且相互连通,这对油、气和地下水储渗具有重要意义。
湖南道县铁锰矿区岩溶发育影响因素分析
陈亮晶, 姚腾飞, 周鑫
2012, 31(3): 240-247.
摘要:
湖南道县铁锰矿区岩溶发育主要受地层岩性、地形地貌、断裂构造等因素的控制,岩溶形态主要有溶洞、暗河、溶沟、溶槽、漏斗、落水洞和溶蚀洼地等,岩溶非均一性特征明显。在地层岩性上,以矿区CaO含量最高的上泥盆统佘田桥组和锡矿山组下段二至四层白云质灰岩、白云岩与锡矿山组下段第一层泥灰岩、泥质灰岩隔水层交界部位岩溶最为发育,佘田桥组见溶洞260个,占总溶洞数的96.7%。在平面上,岩溶以中部及北部地势平坦的覆盖岩溶区最为发育,见洞率54.8%,其次是岩石裸露的东部及南部低山丘陵区,矿区南部见洞率40.4%。在垂向上,由浅及深岩溶发育由强至弱,标高0~220m钻孔揭露溶洞237个,占溶洞总数的86.5%,-150~0m揭露溶洞28个,占溶洞总数的10.2%,-400m以下无溶洞及溶蚀现象。在地质构造上,断裂及其影响带岩溶较发育,断裂带见溶洞209个,占总见洞数的76.3%,且溶洞充填率较高。
气候环境
湖北仙女山人工隧洞现代石笋气候学——灰度及其指示意义
杨勋林, 袁道先, 张月明, 黄帆, 孙玉川, 杨琰
2012, 31(3): 248-252.
摘要:
以长江三峡岩溶地区仙女山隧洞内一根生长期为9年的现代石笋为研究对象,利用数字图像分析技术获得高分辨率的年际-季节时间尺度的石笋灰度序列。与当地器测气象数据进行对比分析发现,仙女山石笋灰度和降水量、温度具有相似的变化趋势:降水量越大,温度越高,石笋灰度值越大;降水量越小,温度越低,石笋灰度值越小。关于影响石笋灰度变化的主导因素是降水量还是温度,还需要进一步深入的研究。
四川黄龙降水氢、氧同位素对气候变化的指示意义
王海静, 张金流, 刘再华
2012, 31(3): 253-258.
摘要:
与全球大气降水线相比,黄龙大气降水线的斜率和常数项均较小,这与水滴在未饱和大气中降落时重同位素的蒸发富集作用有关,且反映了近几十年以来黄龙的气候有向暖干变化的趋势。降水稳定同位素的显著降水量效应说明黄龙降水的水汽主要来源于低纬度海洋。过剩氘的季节变化及降水氢、氧同位素的降水量效应反映了黄龙地区旱季受大陆性气团的影响,空气干燥,降水量小,因此蒸发强,重同位素的富集作用强,从而降水中稳定同位素比率高;在雨季,受来自海洋水汽的影响,空气湿润,降水量大,因此蒸发弱,重同位素的富集作用轻,从而降水中稳定同位素比率低。据此推测,降水量效应可能是不同水汽来源对降水稳定同位素影响的结果。黄龙的降水温度效应不显著,季风气候抑制和掩盖了温度效应。
生态地质
污泥和粉煤灰的循环利用及其对石漠化土壤质量的改善
谌金吾, 孙一铭, 张显强, 王凤英, 孙际薇, 张鸿, 孙敏
2012, 31(3): 259-264.
摘要:
本文通过在石漠化土壤中添加不同配比的城市污泥—粉煤灰混合物,研究其对石漠化区域土壤理化性质、持水性能,及在该石漠化土壤上所种植的高羊茅生长和重金属积累的影响。结果表明:施用粉煤灰能显著降低污泥Cu、Mn、Zn和Cd等重金属的含量并使土壤的pH得到提高,明显改善土壤的理化性质;土壤饱和含水率比对照提高1.95倍,持水时间提高7d左右,能增加土壤的N、P养分,并显著提高高羊茅的生物量,不失为促进石漠化地区生态恢复治理的一种有效方法。但由于重金属在环境中半衰期长、彻底清除难和生态毒害大等特点,不宜长期反复施用富含重金属的城市污泥。
桂林毛村岩溶区与碎屑岩区不同土地利用方式对土壤水稳性团聚体特征的影响
杨慧, 张连凯, 于奭, 曹建华
2012, 31(3): 265-271.
摘要:
以桂林毛村岩溶生态试验场为研究区域,通过对该地区岩溶区和碎屑岩区不同土地利用方式的土壤进行采样和分析,系统研究和比较了旱地、水田、林地和灌丛四种不同土地利用方式下土壤水稳性团聚体分布特征。结果表明:无论是岩溶区石灰土还是碎屑岩区红壤,土地利用方式对土壤水稳性团聚体分布和组成有着显著的影响(p<0.05)。与旱地和水田等传统农田相比,灌丛和林地这两种自然土壤明显提高了>5mm和>0.25mm团聚体的比例,并且团聚体稳定性增加。岩溶区灌丛的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)较旱地分别提高了185%和179%,较水田提高了361%和481%,林地的MWD和GMD分别较旱地提高了65%和43%,较水田提高了167%和198%;而碎屑岩区灌丛的MWD和GMD分别较其旱地和水田提高了103%和134%、15%和32%,林地的MWD和GMD分别较其旱地和水田提高了117%和152%、23%和43%。这说明相比碎屑岩区红壤,岩溶区石灰土受到人类活动的频繁干扰之后退化更快,土壤团聚体稳定性下降更多,这也说明了岩溶区土壤环境的脆弱性。
水文工程地质
屋面雨水回灌裂隙岩溶水水岩作用实验研究
朱中竹, 王维平, 蒋颖魁, 周亚群
2012, 31(3): 272-278.
摘要:
在济南大学西校中采集奥陶系灰岩岩样,并设置不同的地下水、雨水混合比例进行室内溶蚀模拟实验。通过pH、电导率及几种常规离子的测定,并利用水文地球化学模拟软件PHREEQC等方法,分析雨水回灌含水层后与原有的地下水以及含水层介质之间的水—岩相互作用。结果表明:(1)地下水、雨水混合后,随振荡的持续进行,以及温度升高和脱碳酸作用的影响,水中CO2分压不断下降;(2)Ca2+浓度在混合比例为9∶1、7∶3和5∶5时略有下降,其它离子浓度无明显变化;(3)随雨水和岩溶系统作用时间的增加,方解石、白云石和石膏的饱和指数均不断减小,且随着雨水回灌量的增加,方解石、白云石饱和指数减小明显,从混合比例9∶1时的0.23~-0.39和0.05~-0.97到1∶9时的-0.34~-0.62和-1.59~-2.57,表明雨水能增强对方解石、白云石乃至整个含水层的溶蚀,且雨水回灌量越大,溶蚀作用越强烈,影响越明显;(4)雨水回灌所形成的溶蚀量比较有限,不会对回灌井周围含水层稳定产生严重影响。
重庆市青木关地下河水化学及其δ13C DIC变化特征
邱述兰, 蒋勇军, 张兴波, 曹敏, 胡毅军, 廖文娥
2012, 31(3): 279-288.
摘要:
为了确定地下水中溶解无机碳和地下水中物质的来源,于2010年4月至2011年1月对重庆市青木关地下河流域系统进行了连续监测,分析其常规水化学组成、溶解无机碳含量及其同位素(δ13C DIC)组成变化特征及影响因素,2010年农耕期间(5-6月)又对部分观测点进行了加密取样分析。分析结果表明:(1)地下河水为HCO3-Ca型,其变化受水岩作用和降水作用的影响;(2)地下水中(Ca2++Mg2+)/HCO-3的摩尔比值为0.6~0.72,平均为0.67,表明碳酸盐岩溶解受C3植被下土壤CO2、HNO3和H2SO4的共同作用的影响;(3)地下河水中由碳酸溶解碳酸盐岩产生的[HCO-3]的贡献率为56.16%~81.25%,平均为66.96%,硝酸和硫酸溶解碳酸盐岩产生的[HCO-3]的贡献率为18.75%~43.84%,平均为33.04%;(4)青木关地下河出口地下水的δ13C DIC变化范围为-8.17‰~-13.68‰,平均值为-10.53‰。农耕期和枯水期地下河水的δ13C DIC平均值分别为-9.25‰和-12.29‰,农耕期较枯水期偏正,偏正幅度达3‰,表明人类农业活动物质输入对地下河水δ13C DIC有较大的影响。
桂林岩溶区大气降水的化学特征分析
张红波, 于奭, 何师意, 刘齐, 李幼玲
2012, 31(3): 289-295.
摘要:
2009年1月至2010年12月期间,对处于岩溶区的桂林市降水进行了连续采样测试分析。研究结果表明:(1)桂林市区降水的pH平均值为4.83,降水的电导率平均值为65μS/cm,SO42-、NO3-和Ca2+、NH4+分别是最主要的阴阳离子。(2)桂林市降水各主要离子含量、降雨量和电导率表现出明显的季节差异,其中Ca2+、Mg2+含量在夏、冬季较高,春、秋季较低。(3)降雨量和TDS呈现出良好的负相关关系, SO42-和NO3-以及Ca2+和Mg2+之间则具有较好的正相关关系。(4)2009—2010年与1994—1995年相比,降水中的离子含量增加了1.16倍,降水的pH值有所增高,但仍在酸雨范围之内。在桂林酸雨形成中,降水的NO3-贡献明显增强。(5)通过2012年3月1—6日连续6天的降水监测,发现pH、降雨量和电导率三者呈现出良好的相关性。
线性工程岩溶塌陷危险性评价研究
戴建玲, 雷明堂, 蒋小珍
2012, 31(3): 296-302.
摘要:
近年来,越来越多的高等级公路、铁路、石油管线等线性工程穿越岩溶发育区,岩溶塌陷已成为这些线性工程建设面临的主要隐患之一。目前,线性工程项目前期都会进行全线地质灾害危险性评价工作,但大部分是定性的,也没有专门针对岩溶塌陷的评价,因此本文从岩溶塌陷的影响因素出发,结合线性工程的各个阶段,从点、线、面三个层次提出线性工程岩溶塌陷危险性评价的方法和指标,并列举了实例,为今后穿越岩溶区的线性工程提供借鉴。面上和线上评价充分利用GIS技术和层次分析法进行。前者适合于地质资料不详细的可行性研究阶段,评价区为线路两侧1km的区域,评价因子有岩溶发育程度、地质构造发育程度、地貌类型、岩溶塌陷、地下河、垂直型岩溶形态、岩溶泉和开采井分布。后者适合于地质资料较详细的初步设计阶段,评价区为线路两侧15m的范围,以基岩岩性、线岩溶率、土层厚度、土层性质、地下水位和地下水位与基岩面的关系作为评价因子。点上评价适合于重点地段,采用岩溶塌陷动力条件与土层抗塌性能相结合的综合分析方法,以反映地下水动力特征的临界坡降、临界速度和临界水位这3个指标作为评价因子。
地貌洞穴
乐业-凤山世界地质公园岩溶地貌景观特征与价值分析
邓亚东, 陈伟海, 张远海, 黄保健, 罗书文
2012, 31(3): 303-309.
摘要:
乐业-凤山世界地质公园发育在“孤岛”状的碳酸盐岩区上,以高峰丛深洼地、大洞穴、大峡谷、天坑群、天窗群、天生桥、地下河为特色,景观类型丰富、系统完整、珍稀典型,观赏价值与科研价值极高。公园内不同地貌景观由于成因差异而各具特色,经定性与定量评价:天坑群、天窗群是世界级品牌景观,为公园五级地貌景观;天生桥、峡谷是公园重要景观,为公园四级地貌景观;峰丛洼地、峰丛谷地、坡立谷、洞穴景观是公园地貌景观的重要组成部分,为公园三级地貌景观;穿洞、岩溶泉、地下河景观是公园地貌景观的重要补充,为二级地貌景观;落水洞、竖井是公园点缀地貌景观,为公园一级地貌景观。
酉阳伏羲洞景观资源特色及开发理念
孙成国, 邓亚东, 杨洪勇, 储兵, 熊伟, 李俊峰, 李建波
2012, 31(3): 310-315.
摘要:
重庆酉阳伏羲洞不仅发育有洁白无瑕似千秋田的“边石坝”、酷似人脚的“仙人脚”、神似清朝将领佩戴的“将军帽”等独特的景观,而且洞穴规模宏伟、形态险峻秀美,洞宽多在10~20m,高多在20~35m,其中的“伏羲大厅”直径达130m,高达85m;龙宫石瀑布高43m,宽93m;擎天石柱高26m,直径3.5m;地下河川流不息,池水觥筹交错。为了充分发挥伏羲洞景观资源优势,促进酉阳旅游业的发展,本文在分析酉阳伏羲洞景观资源特色、资源价值的基础上,提出了突出“神秘”特色、强化科普性与趣味性,以及以人为本,尊重自然生态,开发与保护并重的开发规划理念。与此同时,还认为灯光配套对突出伏羲洞“神秘”特色具有举足轻重的作用。布光上,对峡谷洞壁形态可采用白、蓝、浅绿、青等不同色调来分层次展示;对地下河宜用淡绿色光表现;对流石、钟乳石等景观可采用冷、暖光相结合;对于伏羲大厅鳞次栉比的岩层纹理可采用白光处理。
岩溶洞穴滴水环境监测研究进展
彭玲莉, 李廷勇
2012, 31(3): 316-326.
摘要:
通过对已有成果的疏理总结,前人的洞穴滴水环境监测研究取得了以下几个方面的主要认识:(1)滴水的氢氧同位素组成虽然基本反映了大气降水的同位素构成,但由于洞穴上覆岩层厚度及裂隙的差异等,导致滴水对降水时间响应不同,滴水氢氧同位素变化存在多样性。(2)滴水化学组成主要受到水—土—岩—气之间相互作用影响,其中的溶解无机碳同位素及有机酸等还受到上覆植被类型以及密度的影响。(3)洞穴物理环境条件是决定洞穴滴水—沉积物中氧碳稳定同位素能否达到平衡分馏的重要因素。(4)由于滴水化学组成指示气候环境变化仍存在多解性和不确定性,需要将洞穴监测研究从洞穴内部扩大到洞穴上覆土壤、植被等中间过程,建立立体监测体系。(5)目前的洞穴环境监测仍缺乏不同自然条件下的综合对比研究,有待今后开展和加强。
岩溶洞穴调查的技术规范体系初探
史文强, 罗书文, 邓亚东
2012, 31(3): 327-332.
摘要:
岩溶洞穴调查技术规范目前在我国尚属空白,本文以我国岩溶洞穴调查现状为基础,论述构建规范体系的必要性和意义,强调了制订的原则和思路,借鉴其它地学领域技术标准体系的建设经验,以规范体系层次分类为基础,尝试性提出了岩溶洞穴调查技术规范体系的基本框架结构,分析了规范体系建设中的关键节点,阐述了岩溶洞穴基础测量规范和数据库建设规范是近期体系建设的核心和重点,指出技术规范体系是制订针对岩溶洞穴调查各项工作内容具体性规范的基础,这对岩溶洞穴学科科研水平的提高和实现更高的社会经济价值有着重要的意义。
技术方法
岩溶碳汇效应研究中“碳”测定的不确定度分析——以溶解性无机碳为例
俞建国, 杜文越, 王华, 周小红
2012, 31(3): 333-338.
摘要:
为建立非分散红外吸收法测定岩溶区流域水体中溶解性无机碳(DIC)分析结果不确定度的评定方法,采用不确定度连续传递模式,对两个岩溶地下水样的DIC测定结果的不确定度进行了评定。其主要做法是:先采用双误差回归方式对校准曲线进行拟合,对评定过程中各个不确定度分量进行量化,然后合成得到DIC测定结果的不确定度评定模型。通过实验结果计算表明:(1)测定结果的不确定度主要来源于标准溶液引入的不确定度、曲线拟合产生的不确定度和测定过程产生的不确定度。(2)样品的DIC含量越低,其相对不确定度越大,且校准曲线在拟合过程中所引入的不确定度对其测定结果的总不确定度具有较大的贡献率。
对《中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇的分区计算》一文的商榷
张之淦
2012, 31(3): 339-344.
摘要:
对2011年《中国岩溶》第4期文章《中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇的分区计算》及其引用和认可的两个重要碳汇数据,就碳汇测定方法原理、参数取值、计算公式和计算结果做了一些讨论。认为,①由于参数取值不妥等原因,北方区计算结果可能偏大3倍以上;因运算有误以及径流模数评估不当,埋藏区岩溶碳汇计算结果可能偏大200多倍;②由于方法原理的固有缺欠,该文所引用的、用定点磨片溶蚀法取得的全球岩溶碳汇通量(6.08×108tC/a)可能偏大4倍;③所引用数据的原始计算中新提出的主要水循环碳汇项,由于考虑其地球化学产生机制过于简单,各项评估结果都可能偏大20倍以上;结果使给出的全球水循环碳汇净通量(0.6433GtC/a)偏大2倍多,实际上,比用化学通量法测定的全球碳酸盐风化碳汇值(0.2433±0.05GtC/a)大不了很多;水生光合碳汇截留量可能不会很大;④使用的化学径流碳汇计算公式,虽是当前国内外通用公式,但因属于只考虑大气/土壤CO2溶蚀的简化公式,需要对非大气/土壤CO2溶蚀做进一步校正;校正后全球岩溶碳汇通量将再减少35%左右;⑤综合分析现有测定结果显示,在有世界大河化学径流记录以来的100多年里,全球岩溶碳汇通量平均大概不会超过0.1±0.02GtC/a太多;由于其基数太低,即使进行人为干预,也只能是一个局部或附属的大气CO2汇(如附属于局部地区森林生长量的成倍增长);如果再考虑被碳酸盐风化作用临时吸收的大气CO2,绝大部分最终要因碳酸盐矿物再沉淀而重返大气,全球岩溶碳汇净通量可能比0.1±0.02GtC/a还要小1个数量级,即使在现今大气碳循环被严重扰动的条件下,似也不会成为一种重要的遗漏碳汇。

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《中国岩溶》编辑部
2022年4月20日