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2013年  第32卷  第4期

基础研究
不同土地利用类型下土壤碳酸酐酶剖面分异特征研究
何媛媛, 李 强, 曹建华, 梁建宏, 朱敏洁
2013, 32(4): 365-370.
摘要:
利用pH计法来研究西南岩溶区4类土地利用类型11个样地20 cm、40 cm和60 cm土层碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase,CA)的剖面分异特征,并与非岩溶样地进行对比。结果表明:西南岩溶区不同土地利用类型不同土层的CA活性存在较大差异。在林地中,40 cm和60 cm土层的CA活性明显高于20 cm土层;而在乔灌丛、灌丛和耕地中,土壤CA活性表现出60 cm土层处最高,20 cm土层处最低,并与弃耕地不同土壤层CA活性变化趋势截然相反,这是因为弃耕地受人类活动干扰导致土壤CA活性出现逆转。进一步分析还可以看出林地、乔灌丛、灌丛和耕地4种土地利用类型下土壤CA活性总体呈现出随植物根系深度增加而增加的变化趋势,从而说明土地利用类型是导致土壤碳酸酐酶剖面产生分异的主要因素,并为进一步研究土壤CA在自然界碳酸盐岩风化过程中的作用提供了科学依据。
石漠化对峰丛洼地土壤有机碳储量的影响——以广东英德市岩背镇为例
魏兴琥, 徐喜珍, 雷 俐, 周红艳, 李忠云
2013, 32(4): 371-376.
摘要:
为掌握石漠化对岩溶地表土壤碳量的影响,选择粤北英德市岩背镇塘边村岩溶峰丛不同石漠化程度样地进行系统调查,采用单位面积土壤有机碳指标分析石漠化过程对土壤有机碳储量影响。结果表明:(1)极重度石漠化使土壤厚度、地表生物量显著减少,使岩石裸露率显著增加,但在潜在、轻度至中度石漠化中,差异不显著;(2)极重度石漠化土壤有机碳含量显著高于其他石漠化,中度石漠化土壤有机碳高于轻度石漠化,轻度高于潜在,但差异不显著;(3)10~20 cm土层有机碳含量明显低于表层,岩石裸露及土壤主要在溶蚀缝隙中分布和发育是造成极重度和中度石漠化单位重量土壤有机碳增加的主要原因;(4)中度、轻度和潜在石漠化单位面积土壤有机碳分别是极重度的49.23倍、47.9倍和29.4倍;(5)岩石裸露率是影响岩溶地表生态的最主要因素,它和地表生物量之间存在极显著的负相关,与单位面积土壤有机碳总量呈显著的负相关关系,和土壤厚度也存在显著的负相关关系,此外,岩溶植物的高度适应性可以削弱石漠化的影响。
水文地质
岩溶地下河中砷迁移过程及其影响因素分析——以广西南丹县里湖地下河为例
张连凯, 杨 慧
2013, 32(4): 377-383.
摘要:
以广西南丹县里湖地下河作为研究区,对砷在地下河中的存在形态,迁移过程及其影响因素进行了分析。结果发现,里湖地下河中砷浓度较高且与人类活动密切相关;由于地下河中相对较低的氧化还原环境,使毒性更强的As(III)含量超过As(V),占总无机砷的53 %,增加了该地区发生砷中毒的风险;总As、As(III)和As(V)在地下河中衰减了51 %、36 %、59 %。相关性分析结果表明,沉积物中的Fe、Ca、Mn、有机质及水体中的Ca2+与沉积物中的砷呈现显著正相关关系,有助于水体中砷的吸收;而水体中的Cl-、SO42-、HCO3-与沉积物中的砷呈现负相关关系,不利于砷的吸附,其中HCO3-的抑制作用最为明显。与非岩溶区水体相比,Ca和HCO3-成为影响砷迁移转化的主要因素,因此在岩溶地下河砷污染治理中应考虑岩溶区的水文地质特点,提高砷的污染治理效率。
模糊数学在岩溶储层地热资源勘探风险评价中的应用——以重庆山地型岩溶热储为例
杨华林, 李明伦, 刘邦显
2013, 32(4): 384-390.
摘要:
重庆市岩溶储层地热资源丰富,开发利用历史悠久,但地热资源勘探风险较大。本文利用模糊综合评价法建立了风险评价模型,该模型中包含了热储构造开启程度、热储构造部位、沟谷切割程度、物探效果、热储埋深、热储厚度、热储岩层倾角、热异常情况、热储层位9个风险因子,每个因子划分为风险小、风险中等、风险大3级,并对其进行量化处理。最后对全市23个高隆起背斜两翼46个相对独立的山地型高隆起岩溶地热田共79个地热单元进行了地热资源勘探风险模糊数学综合评判。结果表明,有18个单元为风险小,42个单元为风险中等,19个单元为风险大。风险小的地热田一般热储汇水面积较大、补给径流循环条件好、热储顶板埋深1 000~1 800 m、热储厚度≥300 m、热储岩层倾角25~40°、深部裂隙较发育;风险大的地热田热储汇水面积较小、补给径流循环条件差、热储顶板埋深≥2 500 m、热储厚度<200 m、热储岩倾角<20°或≥40°、深部裂隙不发育;风险中等地热田的地质特征则介于二者之间。评价结果较好地反映出了重庆市岩溶热储地热资源勘探风险状况。
丽江市黑龙潭泉群断流的人工神经网络模拟
曾 成, 杨 睿, 杨明明, 胡君春, 武贵华, 樊宇红
2013, 32(4): 391-397.
摘要:
近年来,云南省丽江市著名景点黑龙潭泉群断流频发,这将严重威胁丽江市旅游业的可持续发展。为了正确认识黑龙潭泉群断流的原因,并掌握其发生的规律,本文在对该泉群的水文地质条件、降水量和断流的关系进行分析的基础上,对该泉群的断流情况开展了人工神经网络模拟研究。本文发现黑龙潭泉群属于非全排型山前断裂溢流岩溶泉;年降水量不足与该泉群的断流具有一定的因果关系;构建了网络拓扑结构为6-13-3的BP人工神经网络模型对黑龙潭泉群的不同断流情况进行了模拟,该模型以前期降水量、温度与湿度作为输入向量参数,以1953-2002年的数据作为训练样本,以2003—2012年的数据作为模型检验样本,检验结果与实际情况吻合度约为90 %,表明该模型可以较好地模拟黑龙潭泉群的断流情况。
丽江黑龙潭泉群水文地质特征及断流的影响因素分析
康晓波, 王 宇, 张 华, 曹 瑾
2013, 32(4): 398-403.
摘要:
黑龙潭泉群为丽江古城流水源头,是古城生活用水、景观用水和服务业用水的主要来源之一。近年来,黑龙潭泉群流量丰枯变幅增大,干旱年或特大干旱年出现季节性或跨年度干涸,从2011年8月以来,黑龙潭泉群流量明显减小,月平均流量由0.695 m3/s减至0.186 m3/s,并于2012年1月21日全面断流,截至2013年6月仍未见出流。为给丽江盆地地下水资源保护和持续利用提供水文地质科学依据和技术支持,本文对黑龙潭泉群岩溶水系统水文地质特征进行了分析,认为降水量减少是泉群断流的主要原因,而补给区生态环境恶化和泉群下游地下水开采则在一定程度上加剧了泉群的断流发生频次。在此基础上,提出了提高黑龙潭泉群补给区的水源涵养能力、加强水资源的调控和管理、严格依法管理黑龙潭泉群水源保护区等建议。
工程地质
北京千灵山生态修复边坡稳定性研究
张辉旭, 王小烈, 王红才, 郭彬彬, 朱立新, 赵卫华, 李阿伟, 孙东生, 马 越
2013, 32(4): 404-410.
摘要:
开采形成的矿山岩质高陡边坡,造成山体缺损、水土流失、生态破坏,容易产生边坡失稳、崩塌滑落等地质灾害,急需进行生态修复治理。本文以北京市西郊千灵山生态修复岩质高陡边坡为例,根据地质雷达实测剖面分析及室内试验得到的岩体内部结构信息和岩石力学参数,建立了生态边坡的地质力学模型,并用有限元强度折减法对千灵山岩质高陡边坡生态修复前后的稳定性进行了模拟计算。结果表明,非降雨、降雨(饱水)条件下自然岩石边坡和生态修复后的边坡其安全系数分别为17、12.5、5、2;边坡变形以坡脚和生态带区域的中下部位最大,边坡潜在滑动面主要沿坡脚45°方向上扩展。因此,岩石边坡坡脚和生态带区域的中下部位应是重点加固区,需通过锚杆加固和有效排水对之进行处理。
长江巫峡岸坡座滑式危岩稳定性研究——以望霞座滑式危岩为例
何 潇, 陈洪凯, 赵 鹏, 刘 丽
2013, 32(4): 411-418.
摘要:
通过对长江巫峡望霞座滑式危岩调查研究表明,在川东平行岭谷一系列平行展布的背斜山、向斜谷的窄岭宽谷地貌格局控制作用下,长江巫峡横石溪背斜岸坡近水平的灰岩与页岩、泥岩软硬互层结构为座滑式危岩的孕育提供了有利条件;对危岩软弱基座矿物成分X-Ray衍射的结果表明,绿泥石、云母、蒙脱石等层状结构硅酸盐矿物含量较高,其抗剪强度低,容易产生滑动,易沿主控结构面方向形成潜在破坏面,导致岩体整体剪出,发生座滑破坏。根据危岩发育机理,将三峡地区座滑式危岩破坏过程归纳为四个阶段,即:拉裂阶段、扩展阶段、失稳阶段和后期破坏阶段;并基于极限平衡理论和岩体结构理论,推导了座滑式危岩破坏的两组结构面的应力表达式,建立了座滑式危岩稳定性分析的力学模型。将该方法运用到望霞座滑式危岩案例计算表明,天然状况下危岩稳定系数为1.19,属于基本稳定岩体;在饱和状态下,随后缘裂隙充水高度的增加其稳定系数递减,当裂隙充水高度为10 m时,稳定系数为1.15,当裂隙充水高度为20 m时,稳定系数为1.07。
环境地质
武汉地区浅层岩溶发育特征与岩溶塌陷灾害防治
罗小杰
2013, 32(4): 419-432.
摘要:
运用综合分析和数学统计的方法,较为深入地研究了武汉地区浅层岩溶的发育特征。武汉地区存在6个走向NWW—SEE、各自相对独立的碳酸盐岩条带。根据上覆盖层工程地质性能的差异,划分出5种岩溶地质结构类型。武汉地区浅层岩溶主要类型有溶隙、落水洞及小型溶洞等,钻孔遇洞率46.0 %~50.1 %,线岩溶率5.93 %~6.00 %。浅层岩溶带中,1/3的溶洞洞高小于0.6 m,50 %小于1.0 m,90 %小于3.0 m。1/3的溶洞顶板在基岩面以下2.5 m以内,50 %在4.5 m以内,90 %在12.5 m以内。溶洞充填物主要是黏土,含有灰岩碎块石。全充填溶洞占70.8 %,未充填溶洞约占1/5,半充填溶洞不到8 %。全充填溶洞顶板在基岩面以下平均埋深5.13 m,半充填5.71 m,无充填7.69 m,且具有全充填和半充填溶洞埋深较小、无充填溶洞埋深较大的特点,反映出溶洞充填方式是自上而下充填,充填物主要来源于上部覆盖层。武汉地区浅层岩溶为上部“垂直渗流岩溶带”地下水垂直渗流作用下的产物。根据岩溶发育程度的差异,基岩面以下浅部碳酸盐岩在垂直方向上可分为上部强岩溶和下部弱岩溶两个带;岩溶塌陷灾害平面上可划分出高、中、低3个危险性区,各区防治原则不同。高危险区是岩溶塌陷灾害防治的重点,防治的基本原则是阻止上覆粉细砂的流失;中等危险区的防治原则是保护中部老黏土层或红层的完整性;低危险区应注意远城区土洞存在的可能性。各危险区治理应以岩溶地质结构为基础,在防治原则指导下制定相应的防治措施。此外,工程建设中应合理选择和利用弱岩溶带。
某岩溶矿山电耙机基座塌陷形成条件及治理技术
王 军, 赵 恰
2013, 32(4): 433-436.
摘要:
某电耙机基座位于南方某岩溶矿山,地基由粉质黏土、卵石及壶天群灰岩组成。2009年6月发生塌陷,平面上塌陷坑长约3 m,短约2 m,造成电耙机大部被埋入溶洞内,严重威胁到周边尾砂堆场及水泥罐的安全。调查分析及土洞塌陷过程模拟表明,该电耙机基座塌陷主要由于壶天群灰岩溶蚀裂隙发育强烈,地下水位在岩土界面附近上下波动,以及日常生产中电耙机基础旁长期受冲水综合作用,致使基岩面上的土层颗粒被潜蚀带出进而形成土洞坍塌。针对以往塌陷治理多以回填为主,复塌比较频繁,本电耙机基座塌陷采用孔内旋喷造浆注浆方法处理,即先根据孔深的不同向水泥浆中添加不同比例的速凝剂,然后将添加速凝剂的水泥浆液快速送入孔内,并利用高压和高转速切割周边土层,使得单纯的水泥浆成为水泥黏土浆液,在高压下浆液劈裂土层,从而达到快速封堵溶洞口和加固土层的目的。检测结果显示,该方法不仅能有效快速地封堵基岩面溶蚀裂隙或溶洞口并加固土层,消除塌陷的基本条件,而且工艺成熟,成本远小于注浆加固,适合在岩溶矿区推广应用。
岩溶塌陷机理定量研究的初步思考
金晓文, 陈植华, 曾 斌, 张文慧, 史婷婷
2013, 32(4): 437-446.
摘要:
岩溶塌陷作为世界上岩溶地区最为普遍的地质灾害和环境地质问题之一,对人类社会发展、工程建设等方面产生了严重的危害。二十世纪七十年代以来,国内外学者对岩溶塌陷的发育规律、分布特征、致塌原因、成因机理、勘测技术、防治措施、监测预报和数值模拟等方面做了大量的工作,取得了丰富的研究成果,由于岩溶塌陷发生和发展在地表以下而不易察觉和探测,其具有突发性、隐蔽性、多因素性、不确定性和模糊性等特点,目前统一的、系统的、权威的岩溶塌陷的成因机理及定量预测等理论和认识仍在逐步完善中。本文根据岩溶塌陷机理研究现状及发展趋势,从复杂性科学角度探讨了岩溶塌陷机理定量研究中的基本科学问题,对岩溶塌陷机理定量研究进行了初步思考,在参考借鉴多个相关领域技术方法的基础上,梳理了定量研究的内容,探讨了定量研究的方法、技术思路,以期在一定程度上丰富岩溶塌陷机理定量研究理论体系,推动岩溶塌陷机理定量研究进程。
生态环境
基于RS和GIS技术的乌江流域生态环境质量现状诊断
易武英, 苏维词
2013, 32(4): 447-452.
摘要:
乌江位于云贵高原斜面上,是长江上游南岸最大的支流,地质地貌独特,岩溶地貌广泛发育,由于长期不合理大规模开发利用活动,水土流失严重,石漠化问题突出,生态质量受到重大威胁。本文以乌江流域(位于贵州省境内)41个地区为研究区,以2010年TM遥感影像为主要数据源,运用RS和GIS技术获取景观格局信息,构建乌江流域生态环境质量评价指标体系,采用熵权法与GIS图形叠置法相结合,对研究区生态环境质量状况进行评价,在此基础上,运用系统聚类法划分生态环境质量类型,将乌江流域生态环境质量划分为良好(Ⅰ)、较好(Ⅱ)、一般(Ⅲ)、较差(Ⅳ)4个级别。结果显示:乌江流域生态环境质量属于良好、较好、一般、较差的面积分别为7 710.8 km2、26 208.3 km2、15 704.3 km2、16 106.1 km2,所占比重分别为11.7 %、39.9 %、23.9 %、24.5 %。总体上,流域的西北、西南地区生态环境质量较差,而流域的东北地区生态环境质量较好,不同县区生态环境质量差异显著。
喀斯特山地城市新区生态用地保护与开发案例研究——以金阳新区为例
冯源嵩, 杨庆媛
2013, 32(4): 453-461.
摘要:
贵阳市金阳新区位于老城区的西北面,对推动贵阳市在北部区域经济发展中享有不可替代的区位优势。本文选择金阳新区进行案例研究,探讨生态用地保护的途径和方法,以期为岩溶山区城市生态规划与建设提供参考。金阳新区通过采用空间管制生态化、绿地系统规划布局、水体空间规划和土地利用生态化等理念和措施,有效保护了生态用地,有林地从2001年的10.22 %增加到2010年的22.19 %,2010年水体仍保持为2.09 %。特别是在基本保障城市建设用地的前提下,在新区中央目前仍保持了相当数量的绿地和水体斑块,环境、功能相得益彰。金阳新区生态建设的成功案例表明,在喀斯特山地城市建设中,要充分考虑对生态用地的规划、保护与开发。
基于GIS的岩溶区土地利用的地形梯度分布研究——以酉阳县板溪乡为例
刘 玲, 王 勇, 谢世友, 龙 宓, 彭安琪, 韩耀炜
2013, 32(4): 462-471.
摘要:
基于RS和GIS技术,采用地形位指数、分布指数和土地利用程度综合指数,探讨了2002、2011两年重庆市酉阳县板溪乡不同地形梯度土地利用结构的变化特征和定量分析了土地利用程度。结果显示:建设用地、耕地和水域对地形条件的选择性较强;建设用地主要聚集在海拔<850 m、坡度<15°的区域,耕地主要聚集在海拔<1 050 m和坡度<25°的区域,5和7级地形位为制约水域分布的地形条件;2011年,灌木林地在海拔650~1 250 m、坡度>15°的区域集中增加。总体上,该研究区的土地利用程度较高,但仍然存在耕地分布不合理的现象。
地貌洞穴
重庆雪玉洞氡浓度变化特征及其危害防护
杨晓霞, 子 涛, 陈炳清, 向 旭, 王晓晓
2013, 32(4): 472-479.
摘要:
利用PRM-2100氡子体监测仪对重庆市丰都县雪玉洞氡子体平衡当量浓度进行连续12个月的监测。研究表明:(1)雪玉洞洞内氡子体平均平衡当量浓度为2 135.7 Bq/m3;取平衡因子为0.5,则其平均氡浓度为4 271.4 Bq/m3;(2)氡子体平衡当量浓度总体呈现出夏季高、冬季低及洞层越高,浓度越高的特点,而且氡子体平衡当量浓度变化与洞内温度变化相关性不明显,但与洞外的相关性则较强;(3)雪玉洞游客因吸入氡子体所致的年均有效剂量当量为0.02 mSv/a,只是联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)估计的氡子体对公众产生危害的年有效剂量界限值(1.30 mSv/a)的1.54 %,因此短时间游览对游客的健康不会产生影响。但是,由于洞穴讲解员、保安、拍照人员在洞内工作时间较长,接受氡子体照射的年均有效剂量当量分别为7.69 mSv/a、11.96 mSv/a、59.48 mSv/a,均高于UNSCEAR的年有效剂量。因此,需要合理安排洞穴内工作人员工作时间和科学地制订出他们的年工作时间上限;加强氡危害相关知识的普及与洞穴工作人员的个人防护;在高氡浓度析出区域进行屏蔽防护或在适当位置安装空气净化器;与此同时,还要加强氡及其子体浓度的分析和监测等。
技术方法
岩溶塌陷自然电场及其应用
陈贻祥, 甘伏平, 卢呈杰, 韦吉益
2013, 32(4): 480-486.
摘要:
流经土洞或岩溶塌陷坑中的地下水破坏了土层的固-液界面离子双电层扩散区中正、负电荷的平衡,引起地下介质(土层)自然极化,形成自上而下的自然电场。土洞或岩溶塌陷在平面上产生自然电位似同心圆负心异常、在剖面上引起极小值异常;自然电位梯度在剖面上出现过零点异常,在平面上呈以零值线为对称轴的正负对称的似“蝴蝶状”异常。岩溶区自然电场法干扰因素主要有工业游散电流等人文干扰电磁场、地下金属管道(线) 自然极化电场、上升或下降泉自然电场、山地电场、炭质灰岩自然电场等。针对岩溶区自然电场法干扰因素特点,本文提出采用避让法、排除法、在线监测法进行消除,并将之应用于广西来宾市吉利村岩溶塌陷探测中。结果表明,自然电位剖面曲线在地面沉陷区中心附近出现极小值异常,自然电位梯度剖面曲线也在相同部位显示过零点异常。水文地质监测钻孔在相应的位置上分别揭露了塌陷堆积物、溶洞和断层破碎带,从而验证了上述自然电场法异常的属性。

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《中国岩溶》编辑部
2022年4月20日