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2012年  第31卷  第4期

基础地质
碳酸盐风化碳汇与森林碳汇的对比——碳汇研究思路和方法变革的必要性
刘再华, WolfgangDreybrodt
2012, 31(4): 345-348.
摘要:
目前,全球碳循环研究主要集中在海洋碳汇以及陆地土壤和植被碳汇,而对岩石风化碳汇仅考虑地质长时间尺度的硅酸盐风化作用,而认为碳酸盐风化在长时间尺度上对碳汇无贡献。然而,碳酸盐相对于硅酸盐有快得多的溶解速度,且对全球变化(特别是气候和CO2变化)的响应迅速,同时由于生物作用和人为活动的影响,使得碳酸盐风化碳汇的能力需要重新评价。最新的研究发现,由碳酸盐溶解、全球水循环及水生生物光合利用溶解无机碳共同作用,即水-岩-气-生相互作用形成的大气碳汇,远远大于之前只估计了河流输运的无机碳汇,其量级与森林碳汇量相当,因此有必要对传统的碳汇研究思路和方法进行某些变革,这有可能为解决所谓的全球“碳失汇”问题找到一条出路。
近地表温压条件下白云岩溶解过程的实验研究
黄思静, 成欣怡, 赵杰, 张文正
2012, 31(4): 349-359.
摘要:
与溶解作用有关的次生孔隙是碳酸盐岩最主要的油气储集空间,从实验模拟角度研究碳酸盐溶解机制具有重要的理论与应用价值。本文在近地表的温度和压力条件下,进行了具相同成分和结构的白云岩在CO2和乙酸介质中的对照溶解实验,两种类型的具相同成分和不同结构的白云岩在CO2介质中添加和不添加硬石膏的对照溶解实验,以及方解石含量50%的岩石在CO2介质中添加和不添加硬石膏的对照溶解实验。实验结果表明:(1)近地表温压条件的酸性环境中,乙酸对碳酸盐矿物的溶解能力显著大于CO2流体,乙酸对白云石的溶解是接近化学计量的,而CO2流体则是非化学计量的,白云石中Ca优先溶出而Mg滞留;(2)溶解CaSO4的加入会显著改善近地表温压条件下CO2流体对白云石的溶解效果,使得白云石溶解接近化学计量组成,该过程是通过抑制Ca的溶出和加速Mg的溶出来实现的;(3)对于白云石含量大于90%的较纯的白云岩来说,溶解CaSO4的加入会使得白云岩溶出离子的Ca、Mg合量增加,因而总体上有利于白云岩溶解,与之相反,溶液中CaSO4的沉淀可能导致白云石的沉淀。实验结果可以帮助我们更深刻理解近地表环境白云岩的溶解过程,尤其是与膏盐伴生的白云岩的溶解及相应岩溶过程和次生孔隙的形成机制。
模拟不同气候条件下碳酸盐岩风化作用的淋溶实验研究
冯志刚, 马强, 李石朋, 梁连东, 王世杰
2012, 31(4): 361-376.
摘要:
通过模拟干热、湿热与干冷3种气候条件,以饱和CO2水作为淋溶液,对黔中岩溶区3条碳酸盐岩风化壳岩-土界面的岩粉层试样进行了淋溶实验(其中干热、湿热条件下淋溶到残余酸不溶物阶段),对淋出液的pH值以及主要造岩元素的浓度进行了动态分析。结果表明,碳酸盐岩风化壳岩-土界面由岩到土的转变过程中,伴随碳酸盐的溶蚀,酸不溶物已表现出明显的风化倾向。碳酸盐的溶蚀强度表现为干冷>干热>湿热的变化趋势。温度低,碳酸盐的溶解速率大;排水条件好,碳酸盐溶解释放的Ca、Mg易随风化流体排出体系。对于酸不溶物组分,淋溶实验中有:(1)K、Na、Mg、Si、P的载体矿物风化强度在干热条件下最大(至于Ca,由于方解石与白云石均是其主要的载体矿物,酸不溶物相中的Ca难以在淋出液中有效识别)。在干冷与湿热之间,K、Na、Mg等盐基离子的溶出能力大多表现为湿热>干冷,指示了温度对盐基离子释放强度的重要制约作用;而Si和P未表现出一致的变化趋势,可能源于淋溶体系微环境的差异。(2)Fe与Mn表现出弱迁移性。其中,Fe在干冷环境下淋出强度最弱,说明温度是制约含Fe矿物分解速率的重要因素。而Fe在干热与湿热之间,以及Mn在3种淋溶条件下,未呈现出一致的变化趋势。(3)Al和Ti在碳酸盐岩风化过程中表现出强烈的惰性。
云南岩溶区As、Cd元素异常特征
王宇, 彭淑惠, 杨双兰
2012, 31(4): 377-381.
摘要:
云南岩溶区水系沉积物中As、Cd元素含量分别为6.7~14.9ppm和0.14~0.21ppm,普遍高于省内其它地区。云南不同岩溶区As、Cd元素含量高异常还有较大的差异。As、Cd元素的高异常以滇东南岩溶区最为明显,异常幅度最大;其次为滇东岩溶区、滇西北以及滇西保山—沧源岩溶区;滇东北地区Cd异常较为突出,而As异常较弱。一般从岩石到土壤As、Cd元素呈富集态势,富集约4~5倍。通过对小江流域泸西As、Cd元素高异常区的地球化学和地质环境分析,发现农作物对As吸收量不大,超标率为14.8%;但对Cd元素吸收远高于As元素,超标率高达74.1%。通过对比分析,认为岩溶区碳酸盐岩As、Cd元素的高背景含量(As含量12.89~28.86ppm、Cd含量0.031~0.314ppm)是其风化形成的土壤中As、Cd元素含量高异常的根本来源,As、Cd元素主要通过粘土矿物和有机质的吸附累积而富集。
水文地质
复杂岩溶矿区疏干条件下的地下水数值模拟——以福建省马坑铁矿为例
李贵仁, 赵珍, 陈植华
2012, 31(4): 382-387.
摘要:
由于岩溶含水介质的空间不连续性及空间异性,复杂岩溶矿区含水介质的概化及涌水量预测一直都是地下水数值模拟的难点。本文以马坑铁矿为例,对复杂岩溶矿区疏干条件下的介质概化进行了研究,以此构建了地下水流数值模拟模型,并利用地下水位动态及涌水量资料对模型进行识别和验证,然后分别对矿区未来+100m、0m开采水平的矿坑涌水量进行了预测,结果表明:+100m、0m开采水平的矿坑涌水量分别为36900m3/d、38250m3/d,可见目前矿区疏干仍面临较大压力,应尽快采取多种措施以降低地下水位,保证采矿安全。
基于MIKESHE分布式水文模型的降水时间尺度对喀斯特流域径流模拟的影响研究——以红水河系六硐河流域为例
李静, 焦树林, 梁虹, 向征, 向尚
2012, 31(4): 388-394.
摘要:
径流形成是流域系统对降水水文响应的结果,其实质也是流域对降水时间和空间上的重新分配。降水作为径流模拟中最大的不确定因素之一,其时空分布特征是影响径流模拟及一系列其它水文问题的主要控制因素。为了探索喀斯特流域降水时间尺度对径流的影响规律,本研究利用MIKESHE模拟技术,结合喀斯特流域独特的地质、地貌、覆被类型及水文特征,对模型的相关参数进行率定,模拟了5场典型洪水的降水径流过程。并且通过改变降水资料的时间尺度,研究降水时间变异对模拟洪水过程的影响。研究表明,在相同的流域下垫面和模型条件下,若累计降水时间增加,同样数量的降水产生的径流总量也会增加,最大的流量出现时间也相对滞后。
桂江流域河流水化学特征及影响因素
张红波, 何师意, 于奭, 王艳雪, 王玲玲
2012, 31(4): 395-401.
摘要:
2012年4月9-16日在桂江流域采集河流水样15个进行分析测试。研究结果表明:(1)桂江河水样品pH值介于6.36~8.46,平均值为7.58;EC范围为18~316μs/cm,平均值为175μs/cm;流域河水SIc平均值为-0.7,其变化受流域碳酸盐岩的分布控制。(2)桂江的水为HCO3-Ca型水,HCO3-和Ca2+平均分别占阴、阳离子的76%和77%,主要来自岩石风化。(3)中游部分河水NO3-和SO42-较高,可能是受工农业等人类活动的影响引起,此外硫酸参与了碳酸盐矿物的溶解。(4)Ca2+、Mg2+和HCO3-总体呈现中游高,上游和下游较低;SO42-和NO3-仅在中游部分受到人类活动影响较多的支流偏高,上下游相对较低且相差不大;Cl-、Na+和K+则呈现出中下游较高,上游较低的特征。
典型喀斯特城市水资源与社会经济发展耦合度评价——以贵阳市为例
易武英, 苏维词
2012, 31(4): 402-408.
摘要:
运用系统科学和可持续发展理论,结合喀斯特发育典型的贵阳市区域特征,构建评价指标体系及水资源与社会经济发展耦合模型,运用模糊集对模型计算水资源系统和社会经济系统综合指数。结果表明:2002—2010年贵阳市水资源系统综合发展程度相对较低,与社会经济系统发展水平差距较大,水资源与社会经济发展耦合度分别为0.5、0.49、0.42、0.46、0.42、0.34、0.41、0.48,整体处于颉颃阶段。今后应对城市河段和部分工矿企业比较发达的区域实行高污染企业转移或疏散,降低高耗水、高污染排放产业比重,提高水资源利用效率;提高市民节水意识,推广节水型小区建设;加大对石漠化治理力度,提高植被覆盖率,提高生态蓄水能力;加大水利工程、集雨工程建设力度,提高客水资源利用率,调整国民经济布局,使之与水资源时空分布相匹配等,以提高水资源与社会经济发展的协调能力,促进整个贵阳市的可持续发展。
生态地质
流域不同地质生态环境中水体碳酸酐酶活性特征——以桂江流域为例
申泰铭, 李为, 张强, 张阳, 张红辉, 余龙江
2012, 31(4): 409-414.
摘要:
在对桂江流域进行考察时,选取了流域地质类型不同、人类活动程度不一的6条支流以及干流的水体为研究对象,研究比较了流域不同生态环境下水体中的碳酸酐酶(CA)活性、游离CO2浓度和HCO3-浓度,并对比了流域内部分区域的归一化植被指数(NDVI)数据,获得如下结果:(1)证实水体中具有CA活性,且其活性与游离CO2浓度呈负相关,与HCO3-浓度呈正相关;(2)大量的人类活动加剧流域生态环境恶化,造成植被覆盖率降低,使河流水体中的CA活性降低,HCO3-浓度降低,表明CA对岩溶作用具有不可忽视的影响;(3)流域地质类型会影响水体中CA活性,在人类活动程度相似的情况下,岩溶区水体中的CA活性高于非岩溶区。总之,在进行流域碳汇潜力调查研究时,必须综合考虑人类活动、生态环境和地质类型等因素的影响,进行科学分段调查研究与计算。CA所引起的生物岩溶作用不容忽视,其对流域碳汇的潜在贡献值得深入研究。
三峡库区云阳消落带土壤重金属形态及其在植物中的富集和转移
谌金吾, 孙一铭, 杨占南, 张显强, 孙敏
2012, 31(4): 415-422.
摘要:
三峡大坝建成蓄水以来,其夏涨秋消的调度方式使得每年5-10月份在海拔145~175m范围内形成291.1km2的消落带。本文通过分析云阳消落带土壤重金属含量及其形态和重金属在消落带植物体根、茎、叶的分布,以及植物对重金属的生物富集和转移系数,来研究消落带重金属污染情况及重金属在土壤-植被的富集和转移规律。研究结果表明,云阳消落带存在较为严重的Cd污染,单因子污染指数为5.02,内梅罗综合污染指数为3.637;Cd和Cr主要是生物毒性不强残渣态;Cu形态主要是金属可交换态和碳酸盐结合态,生物毒性比较强;Mn的形态主要是铁锰结合态;Pb的形态分配比例均匀,生物毒性较弱。可交换态与转移系数极显著正相关,相关系数为0.981;有机及硫化物结合态与富集系数显著正相关,相关系数为0.905;铁锰结合态、碳酸盐结合态和残渣晶格结合态对富集和转移系数贡献都不大。三峡库区消落带重金属在植物体内的富集、转移主要由土壤中重金属可交换态和有机及硫化物结合态的性质决定。
滇东喀斯特地区石漠化裸露红土的表层有机质含量分析
陈虎, 王嘉学, 胡灿灿, 马照伦
2012, 31(4): 423-425.
摘要:
滇东石漠化地区裸露红土是近年来关注的一种特殊的类荒漠化景观。为了解红土裸露原因,在富源县、宣威市、罗平县等地石漠化裸露红土典型发育地段获取有植被覆盖红土及裸露红土表层样品进行有机质含量分析。结果表明,裸露红土表层有机质含量在0.06%~3.85%之间,平均值为1.31%,远低于同区域有植被生长的山原红壤样品及其它喀斯特地区土壤表层样品。石漠化过程中,植被破坏后土壤有机质大量流失,进而影响土壤结构、保水保肥能力等,导致红土裸露。滇东喀斯特地区成片分布的裸露红土应处在石漠化过程中植被退化但土壤尚未被完全侵蚀的阶段。
环境地质
单层土体结构岩溶土洞的形成机理
蒋小珍, 雷明堂, 管振德
2012, 31(4): 426-432.
摘要:
岩溶土洞是岩溶区工程路基施工中的主要地质灾害。本文首先对广西桂林阳朔高速公路雁山段、西气东输二线工程广西贵港段两个典型工程路基单层土体结构的岩溶土洞进行详细剖析,然后通过室内模型试验、崩解试验的验证,研究岩溶土洞的形成机理。结果表明:单层土体结构的岩溶土洞发育是先从基岩面逐渐往地面发展,在发展过程中,对于较厚的土层,岩溶土洞的发育与扩展分为3个阶段:(1)基岩面附近的土洞形成与地下水位的承压状态和地下水位初始下降速度密切相关,土洞的形态主要以缝(洞)的形式出现,规模较小,多形成于土体中的裂隙面或非均质部位;(2)在地下水包气带(季节变动带)土洞的扩展以崩解为主,规模较大;(3)近地表(垂直渗入带)土洞扩展机制以上部降雨入渗、洞顶剥落为主,崩塌块体较大。
浅议旅游洞穴灯光植物的危害及防治
杨晓霞, 施俊庄, 向旭, 王然
2012, 31(4): 433-440.
摘要:
伴随旅游洞穴照明设施和洞穴游览活动而出现的灯光植物,导致钟乳石硬度、颜色发生改变,洞穴原有的生态系统发生变异,洞穴人文景观遭到破坏,降低了洞穴景观的美学价值、科学价值和历史文化价值,不利于旅游洞穴的可持续发展。对没有出现灯光植物的旅游洞穴,应防患于未然,采取必要的措施进行预防:通过在旅游洞穴洞口设置“双重门”、吸尘器,或在洞穴游道两边设置泡沫等,阻止植物孢子、种子进入洞穴空间;定期清理旅游洞穴内的垃圾和泥土,减少旅游洞穴灯光植物的养分;改善旅游洞穴灯光光谱、光照度,减少洞穴内灯光的光照时间,以抑制或杀死灯光植物。对于已经生长了灯光植物的旅游洞穴,应采取包括人工铲除、高温蒸汽喷射、高温热水浇洒、紫外光照射等物理方法,和向灯光植物喷洒甲醛、除草剂、硫酸、盐酸、氢氧化钠、双氧水、漂白粉,或用稀释的化学药水清洗等化学方法进行处理(其中次氯酸钙的效果最好);此外,一些新技术手段,如利用纳米TiO2光催化氧化技术也可以用于灯光植物的治理。
油气地质
塔中北斜坡碳酸盐岩岩溶储层油气差异富集特征
吕修祥, 周新源, 杨海军, 兰晓东, 罗春树, 于红枫, 蔡俊, 华晓莉
2012, 31(4): 441-452.
摘要:
塔中北斜坡下奥陶统岩溶储层基本为低孔低渗储层,主要的储集空间为溶蚀孔、洞和断裂活动产生的裂缝。储层呈现“横向连片,纵向分层”特点,优质储层主要呈层状叠合分布在不整合面下0~200m范围内的垂直渗流带和水平潜流带。岩溶储层具有大面积、多储集段含油气的特点,平面上整体表现为“西油东气,内油外气”的分布特征。鹰山组直接盖层良3—5段致密灰岩平面上具有“东厚西薄,北厚南薄”的分布特点,剖面上呈现“块状分布,横向相连,纵向叠置”的展布特征。鹰山组内部多套高阻层相互叠置,与下伏含油气层构成良好的配置关系,形成一套或多套储盖组合,控制油气的分层聚集。塔中北斜坡发育着一系列NE向左行走滑断裂,以之为边界,可以分为若干个构造区块。区块内油气水正常分异,相对高的部位聚集油气、低部位出水。块体内部油气多富集在距主干走滑断裂0.5~4.0km范围内。
技术方法
岩溶漏失层气助正循环水井钻探新技术的研究
宋志彬, 张金昌, 许刘万
2012, 31(4): 453-458.
摘要:
气助正循环水井钻探新技术主要适用于以岩溶地层为特征的严重漏失地层。该技术通过在双壁钻具的内外管之间泵入压缩空气,举升在钻具与孔壁之间的“环空”形成的空气泥浆。“环空”的气举加速作用阻碍了钻井循环液在地层方向的漏失,并且加速了钻屑的上返速度。该技术的优点在北京房山区岩溶漏失地层的600m水井钻探生产试验中得到了证实。试验结果表明,利用该技术可使泥浆正循环中因严重漏失造成的循环液中断得以恢复,“环空气举作用”大幅度提高了上返的泥浆流量。经对比试验证明,气助正循环工艺在岩溶漏失层的钻进速度高于气举反循环和泥浆正循环,是解决岩溶漏失层钻井液循环中断、钻头烧钻、埋钻等钻探事故的有效方法。
岩溶含水介质充填水和泥识别的地球物理勘查技术探讨
孙银行, 连捷, 武毅
2012, 31(4): 459-464.
摘要:
岩溶含水介质中充填物性质(水或泥)的正确识别是目前制约岩溶水有效勘查与开发利用的主要“瓶颈”之一。充填物为泥或水时,均反映为低电阻率特性,无法区分充填物到底是水还是泥,从而往往造成打井的失败。作者在近几年岩溶区地下水地球物理勘查工作初步发现,利用水和泥的极化差异识别含水介质充填物性质具有较大的可行性。本文分别讨论了具有与水和泥极化特性相关的核磁共振找水法、激发极化法、频谱激电法三种物探方法识别含水介质充填水或泥的基本原理、野外试验效果。当岩溶含水介质充填水时,核磁共振找水法就会有核磁共振(NMR)信号反映,激发极化法中的极化率参数、频谱激电法中的时间常数均具有高值特征;当岩溶含水介质充填泥时,NMR信号无反应,激发极化法中的极化率参数、频谱激电法中的时间常数均具有低值特征。上述结论经几个不同类型的含水介质实例得到验证,效果明显。

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《中国岩溶》编辑部
2022年4月20日