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2018年  第37卷  第5期

基础地质
高寒山地岩溶发育特征——以云南石卡山为例
尚彦军, 李 坤, 王开洋, 金维浚
2018, 37(5): 639-649.
摘要:
为了解海拔4 000 m以上高原夷平面灰岩裸露的山体岩溶作用发育情况及表现形式,文章以云南香格里拉石卡山为例,结合高海拔宇宙射线选址,对此问题进行了现场调查和初步研究。结果发现,在海拔4 000 m以上面积约2.4 km 2 高原面场地范围内,石炭系灰岩中发育了118个以上落水洞、陡崖可见6个近水平溶洞。高密度电法探测结果显示,岩溶以低电阻率为特点:地表落水洞在50~60 m深度上连成一体,100~180 m深度低阻区范围更大。研究区地下水系统处于大气降水垂直入渗补给区,上游(西部)灰岩和下游(东部)泥岩阻隔影响到水的径流路径和排泄形式,地表明显积水洼地12处,泉水点10个。地下水埋藏较浅,排泄快。这些岩溶发育特征为该场地规划利用提供了地质依据。
武汉地区表层岩溶带发育特征
罗小杰, 张三定, 沈 建
2018, 37(5): 650-658.
摘要:
为查明武汉地区表层岩溶带发育特征,利用大量工程钻孔资料及水文地质试验成果,对武汉地区表层岩溶带进行了统计分析与研究。结果表明:武汉地区表层岩溶带平均厚度为11~16 m,每米深度平均线岩溶率为3.93%~10.52%,最大为5.83%~17.25%,岩溶中等—强发育,带下岩溶微弱发育;带内约1/2的溶洞高度小于1.8 m,平均洞高1.50~2.18 m,具有规模较小、数量多的特点;2/3的溶洞全充填,无充填和半充填溶洞约占1/3,充填物主要来源于上部覆盖层。表层岩溶带内岩体和土同存,作为建筑物地基均一性差;渗透系数平均为0.04~6.60 m·d-1,总体具弱—中等渗透性;岩土工程施工等级较高且跨度较大。
四川盆地西南部中二叠统白云岩成因分析——来自锶同位素、稀土元素证据
冯 轲, 徐胜林, 陈洪德, 董翼昕
2018, 37(5): 659-670.
摘要:
白云岩作为优质的油气储层,其成因一直是沉积学研究热点,通过地球化学分析揭示其流体性质是探究白云岩成因的重要途径。本文通过对川西南中二叠统典型剖面和钻井的碳酸盐岩样品进行岩石学、稀土元素和锶同位素特征研究,分析结果显示:(1)其岩石类型主要有石灰岩、泥微晶白云岩、细-中晶白云岩和鞍形白云石4种。(2)研究区白云岩锶同位素比值(平均值0.709 77)明显高于石灰岩和同期海水,接近全球壳源锶同位素平均比值,显示白云岩化流体是热液来源,同时部分泥微晶白云岩显示海水锶同位素特征。(3)研究区碳酸盐岩相较于同期海相沉积物有较高的δCe值(平均值0.86),显示其开放的成岩环境。(4)3种类型的白云岩相较于石灰岩有较高的δEu值(平均值0.99)和显著不同的稀土总量特征,显示研究区白云岩与石灰岩成岩流体性质不同且白云岩受到高温影响。综合分析表明,川西南地区白云岩主要是受构造控制的热液白云岩,部分为被岩浆和热液加热的海水改造的热对流白云岩。
水文地质
太行山东缘典型岩溶泉流量变化特征及规律分析
林 云, 曲鹏冲, 吕海新, 武亚遵
2018, 37(5): 671-679.
摘要:
为揭示太行山东缘小南海泉流量变化特征及规律,基于小南海泉1971-2016年的流量资料,采用R/S分析法、Mann-Kendall趋势分析法和小波分析法,探讨小南海泉流量变化规律及特征。结果表明:小南海泉年流量呈显著下降趋势,年变化幅度为0.05 m3·s-1;未来泉流量的变化趋势和过去一致,具有持续性特征,且持续性强烈;泉流量的变化存在约15、27年的主周期与6年的次周期。降水量的减少和气温的增加是导致泉流量减少的主要气象因素,且这种暖干化现象会持续发展。泉流量对降雨的响应存在一定的滞后,流量与前五个月的月降水量均呈高度相关,其中与前2月的降水相关性最高,研究成果可为小南海泉水资源合理开发和保护提供依据。
基于GMS的岩溶山区三维地下水流模式识别
罗利川, 梁 杏, 李 扬, 周 宏, 罗明明
2018, 37(5): 680-689.
摘要:
以高岚河东部多条支沟切割形成的连排型河间地块为研究区,基于1∶5万岩溶水文地质调查成果,利用GIS技术和径流分割,量化岩溶含水系统顶底板高程、获取入渗补给系数及地下水径流量等数据,运用三维地下水流数值模拟及粒子追踪地下水流线的方法,得出了研究区的地下水流模式。其结果表明:研究区地下水流模式主要受区域尺度的势源和势汇控制,局部的地形起伏对地下水位的影响不明显;支沟切割较深的凉伞沟、滩淤河流域,水流驱动力大,有利于局部水流系统的发育;随着东部补给高程的增加,流程逐渐增长,多发育局部水流系统,至山脊附近多发育排泄至高岚河的中间水流系统。当研究区年降雨量由中等的1 021.1 mm降为多年最低的725.5 mm时,由东部补给区排泄至高岚河的中间水流系统增加;在此降雨强度区间,不具备发育越过河间地块的中间或区域地下水流系统。
基于EOF和M-K的晋祠泉域岩溶地下水水化学时空变化特征分析
王 凯, 郑秀清, 贾振兴, 臧红飞
2018, 37(5): 690-697.
摘要:
为研究晋祠泉域岩溶地下水水化学的时空变化规律,以2001-2014年该泉域内具代表性的岩溶水监测点水质资料为基础,以pH值、7大主要离子及TDS作为因子,运用经验正交函数(EOF)分析与Mann-Kendall(M-K)突变分析相结合的方法,对晋祠泉域14年的水化学场进行时空结构分离。结果表明:在空间分布特征上,pH值由北向南逐渐减小,汾河中段以南出现低值区;Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-和TDS的空间变化趋势相似,整体上均是由北向南逐渐增加,等值线在古交一带较周围地区升高;K+ + Na+和Cl-含量在整个泉域普遍较低,但K+ + Na+在泉域边界处的王封和西寨一带含量升高,Cl-在古交以及西华苑处增高。在时间演化特征上,从2001-2014年pH值、Mg2+、K+ + Na+、HCO3-和Cl-含量基本在平均值上下波动;Ca2+和SO42-含量逐年降低,且分别在2008年和2009年之后呈明显的下降趋势;TDS在2005-2007年呈明显的下降趋势,在其它时段下降趋势不显著。
肥城市岩溶水水化学特征及形成机制
张 超, 张保祥, 张吉圣, 邸 燕
2018, 37(5): 698-707.
摘要:
系统分析地下水长期实测数据,并综合运用数理统计方法、水文地质学、水文地球化学的基本理论,探讨了肥城市水化学特征及其时空分布规律、水化学特征形成机制及水文地球化学过程。结果表明:肥城市地下水水化学类型主要为HCO3·SO4—Ca·Mg型,部分为HCO3·SO4·Cl—Ca·Mg型和HCO3·Cl—Ca·Mg型,主要阴离子由HCO3-向SO42-和Cl-偏移,总溶解固体(TDS)及总硬度呈明显增大趋势;地下水多数离子浓度从补给区经径流区到排泄区越来越高;方解石和石膏的溶滤作用是研究区内地下水水化学成分变化的主要影响因素,同时存在部分的盐岩溶解及阳离子交替吸附作用,而人类活动也是不可忽视的重要影响因素。
生态地质
贵州5种喀斯特石生藓类成土及保土生态功能研究
张显强, 刘天雷, 从春蕾
2018, 37(5): 708-713.
摘要:
研究普定喀斯特石生穗枝赤齿藓(Erythrodontium julaceum)、扭口藓(Barbula unguiculata)、真藓(Bryum argenteum)、美灰藓(Eurohypnum leptothollum)和东亚砂藓 (Racomitrium japonicum)的成土特点和保土效益。结果显示:5种石生藓类的成土率在45.0%~842.8%之间,最高为穗枝赤齿藓的842.8%,最低为真藓45%;成土量与成土率趋势基本一致,美灰藓最高为1 970.5 g·m-2,真藓最低仅为14.85 g·m-2。苔藓层对提高土壤抗冲性具有极其显著的增强作用,随苔藓层厚度的增加而增强,随着冲刷坡度的增大而减弱,苔藓层厚度≥2.5 cm,坡度≤20°时能有效地控制土壤的流失。
典型表层岩溶泉域植被对降雨的再分配研究
邓 艳, 蒋忠诚, 徐 烨, 岳祥飞, 李旭尧, 梁锦桃
2018, 37(5): 714-721.
摘要:
本文在表层岩溶泉域植被结构特征分析的基础上,监测桂林丫吉试验场S31号泉域内香椿和云实两种主要植被的穿透雨和树干径流特征以及钻孔和表层岩溶水的变化。结果表明:香椿林的总穿透雨量1 861.83 mm,占总降雨总量的59.65%;云实灌丛总的穿透雨量为1 626.42 mm,占总降雨量的52.11%;穿透雨率随降雨量增加而减少。香椿林的树干径流总量为89.4 mm,占总降雨量的2.86%;云实灌丛的树干径流总量为27.79 mm,占总降雨量的0.89%;香椿林和云实灌丛的林冠截留总量分别为1 169.97 mm和1 466.99 mm,平均截留率为37.48%和47.01%;用水量平衡法计算得出以灌丛覆盖为主的S31号表层岩溶泉域年蒸散量为1 623.81 mm,占降水量的52.03 %,年径流深度为1 497.39 mm,占降水量的47.97%。植被冠层改变了降雨对表层岩溶带的补给形式和补给量。降雨经过植被冠层的截留后转化成穿透雨和树干径流进入表层岩溶带,穿透雨以连续波状的形式补给表层岩溶带,而树干径流则以快速集中的方式补给表层岩溶带。
贵州省近40年耕地功能转型评价及演变差异分析
史小祺, 李阳兵
2018, 37(5): 722-732.
摘要:
梳理1978年之后贵州省农业政策及农业农户概况,构建耕地功能评价指标体系,并运用熵权法计算指标权重与其功能值,对耕地多功能进行分类和评价,对比全省及各个州市耕地在不同社会经济条件下所承载的功能,分析差异及原因,研究表明:(1)贵州省耕地功能呈下降趋势,功能转型从2006年前后开始,各州市存在一定差异,经济发展较快的地区在2004年前后已提前转型,经济发展较慢的地区在2012年前后转型;(2)耕地功能存在空间分布差异,主要与地区耕地压力和经济发达程度组合状况有关,低耕低压力高GDP(如遵义、六盘水)耕地功能值最高,高耕低压力高GDP(如贵阳市)则次之,高压力低GDP(如安顺等地区)再次之,低压力低GDP(如黔南等地)最低;(3)耕地数量减少,耕地化学品负荷加剧,建议注重耕地生态保护,减少以过度化学品的投入换取粮食产出等不合理做法;从当地实际出发选择适合的农业发展方式,协调粮经作物、种养业发展的关系,推动农业结构优化升级。
石漠化治理对土壤中CO2、CH4变化特征及碳汇效应的影响
刘九缠, 孙玉川, 沈立成, 唐廉, 刘宁坤, 游贤慧
2018, 37(5): 733-741.
摘要:
为探究石漠化治理对土壤中CO2、CH4变化特征及碳汇效应的影响,采用气相色谱法对重庆市南川石漠化治理示范区土壤中CO2、CH4浓度进行观测,结合土壤温度、土壤含水率、土壤容重和土壤有机碳对石漠化治理区(试验区)和对比区(未经过石漠化治理的荒草地)进行研究,并用溶蚀量数据估算岩溶区碳汇量。结果显示:土壤中CO2浓度随土壤深度的增加先增加后减小,变化范围为393~7 400 mg·L-1;而土壤中CH4浓度随土壤深度的增加先减小后增大,变化范围为1.13~3.42 mg· L-1。试验区土壤中CO2浓度均值为2 131 mg· L-1,CH4浓度均值为1.94 mg· L-1 ;而对比区土壤中CO2浓度均值为2 338 mg· L-1,CH4浓度均值为2.10 mg·L-1。土壤温度、土壤有机碳与土壤中CO2浓度变化趋势呈显著正相关关系,而与土壤中CH4变化趋势呈显著负相关关系,说明土壤温度和土壤有机碳是影响土壤中CO2、CH4浓度的主要因素;土壤温度与土壤中CO2浓度呈正相关关系且相关性随石漠化治理而变弱,说明经过石漠化治理土壤温度对土壤中CO2浓度的影响减弱。试验区岩溶试片溶蚀速率大于对比区,且经过石漠化治理,由岩溶作用产生的碳汇可提高0.66~9.42 t·km-2·a-1 ;说明石漠化治理对于岩溶区碳汇起到了促进作用。
环境地质
放牧对峰丛洼地植物-土壤C、N、P化学计量特征的影响
蓝芙宁, 李衍青, 赵 一, 朱同彬, 蒋忠诚, 吴华英, 朱秀群, 侯士田
2018, 37(5): 742-751.
摘要:
以西南典型岩溶峰丛洼地平果石漠化区为研究区,选取受放牧干扰和未受放牧干扰植被样地,开展放牧干扰对植物-土壤C、N、P元素生态化学计量学特征影响的研究。结果显示,(1)6种受放牧干扰样地土壤(0~20 cm)的C、N、P含量均值分别为6.27 %、0.57 %、0.088 %;植物根、茎、叶和凋落物C、N、P含量均值分别为442.15 g·kg-1、8.33 g·kg-1、0.73 g·kg-1。放牧干扰下,植物和土壤C、N、P含量减少,变异系数增大,容易导致石漠化发生和恶化;(2)6种典型样地土壤C∶N、C∶P、N∶P均值分别为10.76、73.94、6.76;植物根、茎、叶和凋落物C∶N、C∶P、N∶P分别为53.62、669.50、12.53。与无放牧干扰样地相比较,受放牧干扰的样地植物和土壤C∶N、C∶P、N∶P化学计量比呈下降趋势,放牧干扰在一定范围内能提高土壤P的有效性,但当N∶P比值减少到一定程度时,植物的生长受N限制。(3)恢复样地的土壤-植被C、N、P及其比值都优于干扰样地,放牧干扰能在短时间内造成环境迅速退化和石漠化的发生和加剧。禁牧后土壤和植物养分能在短时间内得到修复和改善,尤其是草本饲料类植物经短时间自然恢复后得以恢复正常生长发育。(4)在岩溶峰丛洼地石漠化区,土壤和植物的C、N、P、C∶N、C∶P、N∶P关系密切,相互之间具有促进或抑制的作用,共同影响植物的生长发育和石漠化演变方向。
云南小江流域不同土地利用类型土壤微量元素的对比分析
徐 烨, 邓 艳, 曹建华, 蒋忠诚
2018, 37(5): 752-760.
摘要:
文章对云南小江流域不同土地利用类型(耕地、林地、园地、建设用地、裸地)土壤的微量元素进行空间插值、方差分析和相关性研究,旨在探讨云南小江流域不同土地利用类型微量元素的分布和迁移规律。结果表明:除Mo的含量较低外,小江流域土壤中Cu、Mn、Ni和Zn的含量普遍较高。各微量元素含量在不同土地利用类型中具有明显的差异性,园地土壤微量元素含量最高。微量元素的变异程度均属于中等变异。Cu、Mn、Mo、Ni、Zn的空间分布具有一定的相似性,高值区主要集中在海拔较低的岩溶河谷区右侧和盆底沉积平坝区,主要土壤类型为碳酸盐岩红壤;低值区集中在海拔较高的河谷区左侧和中山区,主要土壤类型为碎屑岩。地貌、土壤母岩和人为活动是影响微量元素分布和迁移的重要因素。
广南县幅岩溶区与非岩溶区土壤碳氮磷生态化学计量比空间变异分析
谷佳慧, 杨奇勇, 蒋忠诚, 罗为群, 曾红春, 覃星铭, 蓝芙宁
2018, 37(5): 761-769.
摘要:
借助1∶25万云南省广南县幅土壤地球化学调查数据,并利用单因素方差分析、多重比较法以及地统计学方法,对岩溶区和非岩溶区土壤碳氮磷生态化学计量特征及其空间分布进行了对比分析。结果显示:广南县幅岩溶区土壤中有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量显著高于非岩溶区,而碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)、氮磷比(N∶P)显著低于非岩溶区;无论是岩溶区还是非岩溶区,表层(0~20 cm)SOC、TN、C∶N、C∶P、N∶P均显著高于深层(>100 cm)。克里格空间插值结果表明,研究区表层土壤中SOC、TN、TP含量具有东高西低的特征,而C∶N、C∶P、N∶P具有低值区集中于东部、高值区散布在西部的空间分布格局。成土母质和土壤类型等自然因素严重制约了研究区土壤碳氮磷的空间变异,同时土地利用变化等人为因素也起到了不可忽视的作用。
石灰岩山地淡竹林“岩石-土壤-植物”的元素分布与迁移积聚特征
王江南, 冯火炬, 李百球, 方 楷, 施建敏
2018, 37(5): 770-776.
摘要:
本研究以石灰岩山地淡竹林为研究对象,测定了岩石、土壤和4种淡竹群落植物[优势种淡竹(Phyllostachys glauca),伴生种枸骨(Ilex cornuta)、油茶(Camellia oleifera)和胡颓子(Elaeagnus pungens)]的N、P、K、Ca、Mg、Fe、Al、Mn和Na等9种元素含量,对元素迁移积聚特征进行了分析,结果表明:(1)淡竹林石灰岩Ca含量高(363.09 g· kg-1);土壤Ca含量下降至2.68 g·kg-1,Fe、Al含量升高(48.12 g·kg-1、84.00 g·kg-1);与土壤相比,植物N、P和Ca含量上升,其他元素含量则降低;(2)从岩石到土壤,Ca为纯迁移,迁移积累系数仅为0.01;Fe和Al明显富集,迁移积累系数分别高达9.98和14.10;从土壤到植物,N、Ca、P为富集,Fe、Al生物吸收系数很低,仅为1.41和2.08;(3)除K外,群落优势种淡竹的元素含量和生物吸收系数均小于伴生种。研究发现,强淋溶作用下淡竹林石灰岩发育为酸性红石灰土,其生长的植物均非喜钙植物;“岩石—土壤—植物”元素迁聚特征因土壤发育过程和植物种间特征而异,红石灰土Ca积累少;淡竹对土壤元素需求少可能是其在石灰岩生境占据竞争优势的生理基础。
岩溶山区石灰土剖面硅铁铝元素分布特征——以贵州省晴隆县为例
王大龙, 舒英格, 文小琴, 陈梦军, 肖盛杨
2018, 37(5): 777-785.
摘要:
选取贵州省晴隆县岩溶山区石灰土剖面土壤为研究对象,采用土壤学常规测定方法对土壤硅、铁、铝全量及风化度指标进行研究,初步分析了研究区石灰土剖面硅、铁、铝元素含量和分布特征。结果表明:区内土壤质地较黏,应进行土壤改良;土壤中氮、磷流失严重,需加强秸秆还地和增施有机肥;其硅、铁、铝元素含量较高,但主要以矿物态形式存在,受成土要素与环境的制约导致土壤脱硅富铁铝化程度较低,土壤剖面缺乏过渡层,由降雨冲刷易造成水土流失和加剧石漠化,应采取工程和自然保护措施防治植被覆盖减少和生态恶化。
灾害地质
岩溶塌陷灾害的岩溶地下水气压力监测技术及应用
蒋小珍, 雷明堂
2018, 37(5): 786-791.
摘要:
文章系统、全面地介绍了岩溶地下水气压力监测技术及其应用成果。该技术在监测成孔、孔口的密封及监测频率等方面创新性地提出了相关的工艺方法,能真实、及时且充分地反映出岩溶管道裂隙系统中的地下水气压力变化特点,可为岩溶塌陷的机理研究、监测和预警提供科学依据。岩溶地下水气压力监测技术工艺简单、操作方便、成本低廉,经过20多年的改进,已成功应用于全国11个典型岩溶塌陷区,服务于高铁、水源地、油气管线、市政建设等潜在岩溶塌陷风险性评价、安全降深、监测预警等方面,取得了很好的效果。
隐伏岩溶条件下的上部结构-基础-地基共同作用数值模拟分析
张建同, 陈顺军, 刘素梅, 林鲁生, 徐礼华
2018, 37(5): 792-798.
摘要:
基于龙岗区某超高层大夏,建立岩溶地基-基础-上部结构共同作用的有限元计算模型,模拟分析溶洞的应力、应变、位移及桩基础受力性能,并将分析结果与传统设计方法(上部结构与地基基础分离成两部分计算)进行对比分析,指出岩溶地基条件下传统设计方法的局限性。其研究结果表明:对于岩溶地基而言,共同作用对柱产生的次应力较小,但个别角柱次应力较大;剪力墙的次应力较大,且其布置方式对共同作用有较大影响,此应力随楼层的增加衰减很快;针对岩溶地基,筏板基础是比较适合的基础形式,在共同作用中起很大作用。