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2016年  第35卷  第1期

综述
融合生态学和提升岩溶水数值模拟技术的国际前沿研究
姜光辉
2016, 35(1): 1-4. doi: 10.11932/karst201601y01
摘要:
岩溶水由于其脆弱性和非均质性被认为是水文地质领域的重点研究方向。2015年6月在英国伯明翰大学举办的岩溶水国际会议吸引了世界上100多位长期从事岩溶水研究的学者参加,会议从岩溶地质、岩溶水模拟、特殊生态系统、岩溶环境以及水文地质技术方法五个方面进行研讨,提出了很多新认识。例如利用岩溶水模拟进行管道位置的预测;发展分布式混合水流模型已经成为岩溶水模拟的主流;开展岩溶含水层地下生物多样性的调查;注重岩溶环境的评价、科普和保护的衔接等。未来岩溶水研究的动向具有以下特征:(1)岩溶水的研究范畴将扩大到生态学领域;(2)岩溶水模拟的精度将得到显著提高;(3)与人类健康有关的岩溶环境得到更多的关注。为此建议中国地质调查项目跟上国际岩溶水研究的形势,提高地质调查成果的科技含量,尽快实现模型化,增强服务社会的功能。
生态地质
广西平果龙何屯岩溶洼地剖面土壤137Cs和210Pb比活度分布的影响因素研究
殷建军, 王 华, 罗为群, 唐 伟
2016, 35(1): 5-10. doi: 10.11932/karst20160102
摘要:
137Cs和210Pb技术广泛应用于土壤侵蚀研究,但由于岩溶区的特殊性,如地表地下双层结构的存在,土壤形成慢,土层薄且不连续,易被侵蚀等特点,一定程度上限制了137Cs和210Pb技术在岩溶区的应用。文章选取广西平果果化石漠化综合治理示范区龙何屯洼地剖面,沿剖面采集土壤样品,进行137Cs和210Pb放射性比活度研究,得到以下认识:(1)土壤表层及整个土壤剖面137Cs和210Pb放射性比活度正相关,主要是人类活动及土壤迁移引起的土壤再分配导致的;(2)石穴地的137Cs和210Pb放射性比活度均为最大,除受到邻近裸岩影响还与石穴地良好的集水集土条件有关;(3)洼地底部及沟底137Cs和210Pb放射性比活度相对偏小,主要是坡面长期受到地表径流侵蚀影响,土壤和泥沙在此沉积导致的;(4)退耕还林之后土壤得到很好的保护,并能拦截一定量上游带来的土壤,但由于岩溶环境的特殊性,地下漏失无法避免。
基于典范对应分析的会仙岩溶湿地土壤理化性质与土壤酶活性关系研究
张 莹, 刘 畅, 宋 昂, 靳振江, 李 强
2016, 35(1): 11-18. doi: 10.11932/karst20160103
摘要:
为揭示湿地退化过程中土壤理化性质与土壤酶活性关系,文章以广西桂林市会仙岩溶湿地系统中的湿地、稻田和旱地三种土地利用类型的表层土壤为研究对象,运用描述性分析、相关性分析和典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis,CCA)等方法来探讨它们之间的内在联系。结果表明:土壤理化性质除有效磷、速效钾外,土壤有机碳、全氮、碱解氮、阳离子交换量、交换性钙、交换性镁的质量分数均表现为湿地>稻田>旱地,说明岩溶湿地在维持土壤碳库以及营养元素方面具有重要的作用。会仙湿地中有效磷、速效钾的质量分数低于稻田和旱地,根本原因在于人类活动以及农业活动的影响。除蛋白酶外,脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和纤维素酶的质量分数均在湿地中最高,与土壤理化性质的质量分数在湿地中较高相吻合,并表现出较强的空间异质性。进一步分析典范对应分析图,可知会仙岩溶湿地受人类活动影响较大,湿地首先被开垦为稻田,随着土壤自然肥力的下降最后被开垦成旱地,因此在生态演替不可逆转的条件下,将稻田作为人工湿地加以保护是维持湿地生态环境最佳的土地利用方式。
桂林毛村岩溶区自然植被土壤团聚体中腐殖质组成初步研究
杨 慧, 白 冰, 谢银财, 曹建华
2016, 35(1): 19-26. doi: 10.11932/karst20160104
摘要:
探索土壤有机碳物理保护与化学保护的关系,有助于揭示土壤固碳和培肥机理,明确不同粒级团聚体和不同腐殖物质组分对土壤固碳和肥力的贡献。本研究对岩溶区自然植被土壤团聚体中腐殖质含量进行了研究,结果表明:(1)灌丛和林地土壤团聚体中有机碳含量总体上均表现为随着土层深度的增加逐渐下降,而在不同土层深度随着团聚体粒径范围的变化则有机碳含量的变化规律则不同,无明显一致的规律;(2)两种土地利用方式各粒径团聚体中胡敏酸和富里酸均比全土小。这可能是由于在湿筛分离团聚体的过程中溶于水的那部分胡敏酸和富里酸成分被损失掉;(3)各腐殖质组分随着团聚体粒径范围的减小在两种自然植被上均无明显一致的规律,但胡敏酸和富里酸总量则基本表现为随着团聚体粒径范围的减小而逐渐升高,即在<0.25 mm和0.5~0.25 mm粒径范围团聚体中最大;(4)两种自然植被土壤各土层中和各团聚体中胡敏酸/富里酸(HA/FA)基本上表现为小于1,这主要是因为研究区温度相对较高,湿度较大,植被覆盖度大,微生物降解作用强所致。
不同土地管理和利用方式喀斯特坡地养分和碳库管理指数的差异
张亚杰, 钱慧慧, 李伏生, 苏以荣
2016, 35(1): 27-35. doi: 10.11932/karst20160105
摘要:
文章选择环江喀斯特农业生态试验站坡地,设计封育、种植玉米、种植牧草、火烧、刈割和刈割除根6种处理方式,测定了不同处理下坡地土壤养分含量、有机碳、易氧化碳含量和碳库管理指数。结果表明,不同处理下土壤养分含量、有机碳含量和碳库管理指数均存在明显差异。土壤全氮、全磷、碱解氮、速效钾、有机碳和易氧化碳含量随土壤人为干扰的增大而减小,种植玉米、种植牧草和刈割除根处理由于人为干扰较大,上述指标显著低于封育和火烧处理。土壤全钾和速效磷含量均以种植玉米处理最高,而刈割处理最低。土壤缓效钾含量以封育最高,种植玉米和种植牧草处理次之,而刈割处理最低。与封育相比,各处理土壤碳库管理指数均显著降低,其中种植玉米和火烧处理最低,并显著低于其他各处理。此外,土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮和有机碳含量随坡位的升高而降低。在喀斯特生态脆弱地区,自然封育有利于土壤养分和碳库管理指数的保持和提高。随着土壤人为干扰的增大,土壤养分含量和碳库管理指数下降。
基于GRNN模型的岩溶地区城市水生态足迹分析与预测
杨振华, 苏维词, 赵卫权, 谢砫军, 李艳丽
2016, 35(1): 36-42. doi: 10.11932/karst20160106
摘要:
为揭示岩溶地区城市生态足迹的驱动因子与机制,评估和预测水资源可持续利用程度,根据岩溶地区水文地质特征及其与水生态足迹的相关性,分析了贵阳市2002-2014年水生态足迹的变化特征,并利用GRNN模型对其进行了时间序列预测。结果表明,贵阳市水生态足迹由2002年的12.79 万hm2上升至2014年的15.74 万hm2,整体呈波动上升趋势,其中,水量生态足迹变化特征主要由工业用水量决定,水质生态足迹变化特征主要由氨氮排放量决定。水生态承载力波动变化明显,且小于水生态足迹需水量,导致水资源可持续利用系数介于0.31~0.63之间。对贵阳市2015-2019年水生态足迹进行GRNN预测,表明水生态足迹呈现先升后降得趋势,水生态承载力变幅在4.315~8.038 万hm2之间,但水生态足迹与承载力的缺口大,水资源可持续利用系数偏低。因此,在水生态承载力有限的贵阳市,降低水生态足迹才是实现水资源可持续利用的关键。
基于MODIS时序数据的贵州气候指标与EVI相关性研究
陈 旭, 王 力, 朱红春, 张苗苗, 牛 铮
2016, 35(1): 43-50. doi: 10.11932/karst20160107
摘要:
文章利用2008至2011年中分辨率成像光谱辐射计(MODIS)250 m空间分辨率的增强型植被指数(EVI)作为检测植被覆盖程度的指标参数,分析了岩溶石漠化地区与非石漠化地区植被对于气候因子的响应。结果表明:(1)无论是石漠化地区还是非石漠化地区, EVI在干旱时期和非干旱时期,与气候因子——气温(T)的相关系数rEVI-T均大于0.5(rF=0.235,α=0.05),二者表现为显著相关;(2)在非石漠化地区,EVI在干旱时期和非干旱时期与气候因子——降水量(P)的相关系数rEVI-P为0.234、0.212,两者表现出不显著相关,但在石漠化地区则表现为相反的情况;(3)在干旱发生之后的一年时间, EVI在石漠化和非石漠化地区都与降水量有显著相关性,其相关系数rEVI-P分别为0.516和0.489。
灾害地质
覆盖型岩溶地面塌陷综合地质预测与危险性评估
罗小杰, 罗 程
2016, 35(1): 51-59. doi: 10.11932/karst20160108
摘要:
为了给覆盖型岩溶地面塌陷防治提供依据,以岩溶地面塌陷的沙漏型、土洞型和泥流型等三个塌陷机理为基础,根据岩溶地质结构,结合岩溶发育程度和触发因素,提出了覆盖型岩溶地面塌陷综合地质预测和危险性评估方法。根据塌陷变形中土颗粒行为特征,将可溶岩上覆盖层土体区分为砂性土、粘性土和软弱土三种基本类型。依据三类土层在剖面上的组合关系,划分出三大类九个亚类岩溶地质结构。首先,依据岩溶地质结构的平面分布特征,结合岩溶发育程度和研究区可能存在的触发因素,对岩溶地面塌陷进行综合地质预测,即区分为高、中、低三个易发区;然后结合塌陷灾害对周围环境的可能影响程度,进行地面塌陷危险性评估,即划分为高、中、低三个危险区。覆盖型岩溶地面塌陷综合地质预测与危险性评估方法的地质理论依据充分,具有较好的实用性和可操作性。
山东省泰莱盆地岩溶地面塌陷影响因素分析
王延岭
2016, 35(1): 60-66. doi: 10.11932/karst20160109
摘要:
岩溶塌陷地质灾害的发生是一个复杂的、多因素共同作用的过程。塌陷虽然受多种因素的影响,但不外乎可溶岩类岩溶发育程度、覆盖层特征和动力条件(主要是地下水动力条件)3个基本因素。文章在总结和分析前人研究的基础上,结合最新调查成果,对影响岩溶塌陷的3个基本因素逐一分解,揭示了各因素对岩溶塌陷的影响和作用规律,探讨了岩溶塌陷地质灾害与其主要影响因素的相关关系:质纯厚层的石灰岩分布区岩溶塌陷最为发育,地质构造对岩溶塌陷具有明显的控制作用;研究区内主要岩溶塌陷区的覆盖层以多元结构为主,其次为一元结构和二元结构,区内岩溶塌陷发生于覆盖层厚度小于30 m的区域;岩溶地下水位在基岩面上下波动时最易引发岩溶塌陷,岩溶塌陷点数量的自然对数与岩溶地下水位变幅近似呈线型正相关,塌陷点数量与岩溶地下水开采模数的自然对数值近似呈指数型正相关。
我国红层岩溶与红层岩溶塌陷刍议
贾 龙, 吴远斌, 潘宗源, 殷仁朝, 蒙 彦, 管振德
2016, 35(1): 67-73. doi: 10.11932/karst20160110
摘要:
中国岩溶地区面积广阔,岩溶地貌和现象类型多样。其中我国南方地区红层中出现的岩溶现象较为特殊:可溶岩类型复杂,成岩作用差,溶蚀机理多样,还易风化崩解。近年来红层岩溶塌陷多有发生,成为一个不可回避的问题。文章对我国红层岩溶与红层岩溶塌陷研究现状进行了系统梳理。红层岩溶主要存在于以可溶物质胶结的或含碳酸盐岩砾石的红色沉积岩为主的地区。红层岩溶的特点可以概括为:(1)可溶岩类型复杂,溶蚀机理多样;(2)成岩作用差,力学强度低,易风化崩解;(3)与地质构造密切相关。红层岩溶地区不但会出现覆盖型岩溶区的土层塌陷,而且由于其特殊的岩溶作用还可能出现基岩塌陷。根据红层岩溶地区地质结构,其塌陷模式可概化为红层上覆松散层塌陷、红层溶洞顶板垮塌以及红层整体垮塌三类。今后有必要从红层溶蚀特点和红层岩溶塌陷模式出发,开展红层溶蚀对岩溶塌陷作用机理的专项研究,为红层地区岩溶塌陷地质灾害的风险评估和防治处理提供科学依据和技术支撑。
重庆南山隧道工程涌水隐患研究
魏兴萍, 张 虹, 苏程烜
2016, 35(1): 74-80. doi: 10.11932/karst20160111
摘要:
运用地下水动力学法计算隧道涌水影响半径,采用地下水动力学法、古德曼经验公式,经验解析法公式计算涌水量,并比较中梁山铁路隧道修建对漏水的影响,得到以下结论:(1)从涌水半径来看,南山隧道涌水半径(642 m)比轻轨隧道涌水半径(727 m)小。轻轨隧道高程较南山隧道高程低,因此轻轨隧道拦截了一部分集雨面积,使得南山隧道涌水量降低。(2)科斯加科夫渗透入量法结果与调查结果更为接近。(3)涂山湖大湖漏水的影响远远小于小湖。这可从中梁山隧道引起的漏水得到启示。涂山湖在南山隧道的影响半径之内,其中大湖因为泥沙淤积时间长,因此受影响小,涂山湖的小湖因为成湖时间不长,因此受影响大。同时要注意南山隧道漏水,浮托力消失,在隧道漏水影响范围内注意岩溶塌陷的隐患。在积极面对南山隧道漏水可能存在的隐患之外,还应该调动群众的力量,将损失影响减少到最小。
水文地质
碳酸盐岩单裂隙渗流—-溶蚀耦合模型及其参数敏感性分析
武亚遵, 林 云, 万军伟, 王子杰
2016, 35(1): 81-86. doi: 10.11932/karst20160112
摘要:
岩溶地下水系统是由碳酸盐岩裂隙含水介质演化形成的,系统初始的裂隙网络介质特征及边界条件决定了其演化过程。为揭示岩溶系统演化过程中裂隙介质特征和边界条件的影响程度,建立了裂隙溶蚀扩展的渗流-溶蚀耦合模型,并对不同边界条件下不同隙宽的单裂隙溶蚀扩展特征进行了模拟分析。结果表明:裂隙溶蚀扩展受水的侵蚀性(CO2分压)、水动力条件(水力梯度)、裂隙介质特征(裂隙初始隙宽)等综合作用影响,Ca2+的平衡浓度、水力梯度以及裂隙初始隙宽等参数的增加均能促进裂隙的快速扩展。在这些参数中,初始隙宽B0对岩溶发育的影响最为敏感,水力梯度J和Ca2+平衡浓度Ceq对岩溶发育具有相同的敏感性;此外,随着各参数值的不断增大,参数变化对岩溶发育的敏感程度越来越低。
基于DEM和SCS模型的重庆岩溶槽谷区塘堰复蓄次数的计算
左烽林, 魏朝富
2016, 35(1): 87-97. doi: 10.11932/karst20160113
摘要:
文章以重庆市九龙坡区中梁村和云峰村两个典型岩溶槽谷区为研究区,通过利用数字高程模型(DEM)划分集水区,依据径流曲线数模型(SCS)模拟降雨径流, CROPWAT8.0计算作物需水量,对该区塘堰灌溉系统进行水量平衡分析,计算得到了塘堰复蓄次数。结果表明:(1)SCS模型推算出研究区的径流系数范围为0.16~0.27,该模型模拟产流合理可靠;(2)在岩溶槽谷区以集水区为单位进行塘堰工程来水计算较以行政区划为单位更为准确;(3)岩溶槽谷地区在枯水年时塘堰对雨水利用效率最高,弃水率最小为50.98%;(4)当降雨频率分别为P=50%、75%和95%时,重庆岩溶槽谷地区相应的塘堰复蓄次数为2.51、2.60和2.12。
贵州纳朵洞洞穴水化学性质和δ13CDIC特征及其影响因素研究
沈 蔚, 王建力, 王家录, 蒋先淑, 毛庆亚
2016, 35(1): 98-105. doi: 10.11932/karst20160114
摘要:
文章对2013年4月至2014年5月期间贵州关岭纳朵洞四处滴水(D3、D4、D10、D11)和一处池水(DC)进行了动态监测,逐月采集洞穴水样品,分别测定样品的稳定碳同位素组成和水文地球化学参数,探讨了纳朵洞洞穴水化学性质、δ13CDIC值变化特征及其之间的相关性。结果表明:(1)洞穴水在监测期间相对方解石为过饱和水,且正在沉积碳酸盐,而在雨季洞穴水SIc降低,PCO2升高;(2)洞穴水的溶解无机碳同位素值(δ13CDIC)呈现显著的季节变化规律,夏季值偏轻,冬季偏重,可以较好的响应外界环境变化;(3)5个监测点洞穴水同期的δ13CDIC值存在较大差异,洞穴水δ13CDIC值分别与其相应的Ca2+、Mg2+、HCO3-、EC和SIc等水文地球化学指标之间存在较好的相关关系,受到不同程度土壤淋溶、基岩溶解以及前期方解石沉淀(PCP)的共同作用。因此,结合水文地球化学过程分析洞穴次生沉积物中碳同位素携带的环境信号,将提高对δ13C解译的准确性。
油气地质
塔中北斜坡奥陶系鹰山组岩溶储层特征及古岩溶发育模式
张庆玉, 梁 彬, 淡 永, 李景瑞, 曹建文
2016, 35(1): 106-113. doi: 10.11932/karst201601y02
摘要:
塔中北斜坡奥陶系鹰山组碳酸盐岩古岩溶发育,油气资源丰富,具有广阔的勘探开发前景。本次利用岩石化学分析、岩芯钻井、地震测井及成像测井资料,对岩溶储层发育规律及岩溶缝洞发育模式进行研究。认为:鹰一段和鹰二段发育质纯厚层灰岩地层,属强岩溶层组,溶蚀孔,溶蚀裂缝及溶洞均发育,后期古岩溶作用是该区油气聚集的主要场所。垂向岩溶缝洞系统主要发育在鹰山组顶面以下0~50 m及80~180 m范围。同时,溶洞在该区发育,洞穴型岩溶是该区优质岩溶储层,钻井过程常伴有放空、水漏失现象。结合古地貌特征,建立了ZG18~ZG22井区古岩溶缝洞系统发育模式,为岩溶储层预测及勘探开发井位部署提供地质依据。
塔里木盆地北部露头区与井下古岩溶充填物包裹体特征对比研究
曹建文, 夏日元, 张庆玉, 梁 彬, 淡 永
2016, 35(1): 114-124. doi: 10.11932/karst20160115
摘要:
塔里木盆地奥陶系储层经历多期水-岩作用改造,其分布发育规律异常复杂,古岩溶充填物中包裹体特征对古岩溶作用环境和期次具有较好的指示性。本文通过对塔里木盆地北部露头区和井下古岩溶充填物中包裹体进行测试,系统总结了两个地区包裹体的物理、化学特征,从一个新的角度开展露头区和井下岩溶发育规律对比研究。结果表明,研究区以单液相、气液相的盐水包裹体为主,仅塔河主体区井下样品中含有少量烃质包裹体;包裹体的物理特征反映了埋藏期岩溶作用的环境特征;按盐度与均一温度的交互关系划分出5种包裹体类型;根据古地温梯度计算出包裹体形成于浅埋藏、中埋藏、深埋藏3种环境;奥陶系碳酸盐岩经历了风化壳期岩溶、浅埋藏期岩溶、中埋藏期岩溶(早、晚)、深埋藏期岩溶等4期岩溶作用,岩溶储层的充填主要发育在中埋藏期。

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《中国岩溶》编辑部
2022年4月20日