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2019年  第38卷  第3期

基础地质
岩溶IGCP国际合作30年与岩溶关键带研究展望
章 程, 蒋忠诚, Chris Groves, 袁道先
2019, 38(3): 301-306.
摘要:
全球岩溶类型多样,对环境变化敏感,资源与环境问题突出,是地球关键带监测与研究的重点,IGCP661项目的执行为岩溶区关键带类型划分与监测对比研究提供了契机和国际合作平台。近30年岩溶IGCP执行始终强调岩溶系统与人类活动环境的相互作用,其轨迹实际上与地球系统科学到地球关键带理念是一脉相承的。IGCP299提出了岩溶形态组合概念,揭示各种岩溶形态与其形成环境之间的因果关系。岩溶动力系统(IGCP379), 岩溶生态系统(IGCP448)概念的提出有助于我们更好地理解岩溶系统的整体功能,及系统内水、生物地球化学过程、人类活动的相互作用,进而形成了一整套岩溶动力学研究方法体系。开辟了岩溶记录与全球变化、碳循环与应对气候变化、石漠化形成演变与生态修复等研究新领域,并取得了丰硕的研究成果,有力地推动了现代岩溶学的发展。
断陷盆地高原面典型岩溶洼地旱季土壤水氢氧同位素时空差异特征
霍伟杰, 蒲俊兵, 李建鸿, 张 陶, 王赛男
2019, 38(3): 307-317.
摘要:
以云南省蒙自断陷盆地东山山区典型岩溶洼地为研究区,通过野外采集土壤样品与实验室测试分析相结合的方法,运用稳定同位素技术研究旱季不同深度土壤水氢氧同位素组成,揭示区内土壤水氢氧同位素时空变化特征,为进一步研究云南断陷盆地山区土壤水分运移机制和当地农业合理利用和管理水资源提供科学依据。结果表明:(1)土壤水δD、δ18O同位素值的变化范围分别为-128.3‰~-27.6‰和-17.5‰~2.5‰,平均值分别为-96.1‰±20.7‰和-12.3‰±3.7‰,降雨转化为土壤水和水分在土壤中重新分布时发生一定程度的氢氧同位素分馏。(2)旱季两个月份土壤水氢氧同位素组成发生变化,4月份土壤水δD、δ18O同位素平均值分别为-86.3‰±23.83‰和-10.6‰±4.3‰,显著高于2月份(δD:-106.1‰±9.5‰;δ18O:-14.1‰±1.6‰)(p<0.05),主要和4月份土壤水的蒸发作用强烈有关。(3)在空间上,坡地与洼地之间土壤水氢氧同位素组成存在差异,2月份坡地与洼地之间土壤水δD、δ18O值差异显著(p<0.05),洼地土壤水δD、δ18O比坡地偏轻;4月份坡地与洼地之间土壤水δD、δ18O值差异不显著(p>0.05)。(4)土壤垂直剖面方向上土壤水δD、δ18O值随着土壤深度的增加而减小,浅层土壤水δ18O和深层土壤水δ18O存在显著差异,2月份浅层土壤水δ18O比深层土壤水δ18O偏正2.8‰,4月份浅层土壤水δ18O比深层土壤水δ18O偏正10.5‰。
北京“洼里砾岩”的成因及时代探讨
刘元章, 刘久荣, 刘 凯, 王树芳, 康晓军, 周 涛, 王丽亚
2019, 38(3): 318-324.
摘要:
关于北京“洼里砾岩”成因的争议由来已久,主要有构造成因和沉积成因两种不同的观点。在以往资料的基础上,结合近年来新的地热钻井资料,绘制了地质剖面图,进行了地层比对与构造分析,发现剖面中存在数条、多期、规模不一的逆断层,存在相互切割,这使得地层受到较大扰动,体现出八宝山断裂的逆冲作用非常强烈,且具有多期性;并在构造分析的基础上,结合砾岩的成分、结构、岩溶发育及出现层位等岩性特征,以及北京凹陷的形成过程,分析了其形成机制,提出“洼里砾岩”属于八宝山断裂带断层角砾岩雾迷山组内的部分,形成时代大约是在中生代中晚期。
云南石林县域喀斯特洼地空间分布特征及影响因素研究
丁智强, 俞筱押, 高 璇, 李玉辉
2019, 38(3): 325-335.
摘要:
为深化洼地空间分布及其影响因素的认识,以云南石林县为例,在ArcGIS中基于DEM提取洼地分布及相关数据,并运用K函数(Ripley’s K)、核密度函数、缓冲区、空间叠加等分析方法,探讨了该区洼地密度分布特征及地理环境对其的影响。结果表明:研究区洼地在8 km尺度上为聚集分布模式,可划分为高密度(>6个?km-2)、中密度(5~6个?km-2)和低密度(<5个?km-2)三个区域。受多种地理环境因素影响,研究区洼地密度在不同海拔段、坡度、起伏度、地层岩石和断层缓冲区上均有差异性表现;同时,岩层节理、断层方向在一定程度上控制了洼地长轴的发育。研究区潜在水文连通性、面积—高程积分值两个指标与洼地密度呈现良好的一致性,但两个指标所反映的喀斯特洼地的地貌学意义还需进一步研究。
鄂尔多斯盆地东南部奥陶系马五段去白云石化过程的地球化学示踪
李婧娟, 史云鹤, 魏柳斌, 张成弓, 苏中堂
2019, 38(3): 336-343.
摘要:
高Ca/Mg值流体与白云石反应的去白云石化作用在较多地层中可见,但对其形成过程的探讨甚少。本文运用碳、氧、锶同位素及锶元素的示踪原理,对鄂尔多斯盆地东南部奥陶系马五段去白云石化作用的两类不同颜色的次生方解石形成过程进行示踪,结果显示:红色次生方解石具低Sr元素含量、高87Sr/86Sr值及负偏的δ13C特征;白色次生方解石呈现出高Sr元素含量、低87Sr/86Sr值及明显负偏的δ18O特征。结合去白云石化次生方解石岩石学特征,推测去白云石化作用可能有两个阶段:近地表时期,受大气淡水淋滤发生去白云石化作用,形成不彻底灰化的棕红色、红色次生方解石;中-深埋藏期,受温度、压力及海源性流体影响与叠加进一步发生去白云石化作用,形成白色次生方解石。
断层破碎带综合地球物理找水模式——以干田坝村探采结合井为例
李 富, 邓国仕, 袁建飞, 王德伟, 唐业旗, 周一敏
2019, 38(3): 344-352.
摘要:
乌蒙山贫困缺水区水资源严重缺乏,找水需求大、难度大。为确定了ZK12探采结合井位置,本文首先分析了工区找水环境因素的地层时代、含水介质类型、构造背景、水源条件和水动条件等5个条件;其次,对富水特征的含水岩组、蓄水构造和富水地貌进行研究;最后,重点分析地球物理特征找水因素,介绍了视电阻率联合剖面法、大地电磁测深法、瞬变电磁法、激电测深和地球物理测井等“多方法”应用效果,通过视电阻率、视极化率、衰减度、半衰时等“多参数”,确定断层裂隙水的地球物理特征,建立由浅入深的“多层次”地球物理模式。最终,创新性提出了乌蒙山连片贫困缺水区重点村镇的“多方法、多参数、多层次”地球物理找水模式,克服单一物探方法找水的局限性,精准定井位,对地下水勘查起到示范作用。
气候环境
石笋生长直径的测定及其在古气候重建中的应用
高滨升, 胡超涌
2019, 38(3): 353-360.
摘要:
石笋是第四纪陆地气候重建的良好信息载体,对了解过去气候和环境的演变十分重要。中国石笋具有生长相对连续,年代准确,信息丰富等特点,为全球季风及其长期演化提供了不可多得的视窗。基于石笋而开发了一系列气候替代指标,如δ18O、δ13C、微量元素及其同位素组成、有机化合物及其同位素组成、生长速率等,在石笋古气候重建中得到广泛的应用。但是,作为石笋形貌学的基本特征,对石笋的生长直径及其对气候变化的指示意义却鲜有报道。本研究中,作者首先提出一种测定石笋生长直径的方法,然后利用该方法测定了湖北清江和尚洞HS4石笋顶部35 cm的石笋生长直径,并与研究区的气温和洪涝频率记录进行比较,探讨石笋生长直径对气候变化的响应。研究表明,通过纹层的识别和不同深度上纹层宽度的测定而建立的指数回归法较好地表征了石笋的生长直径,适合于一些具有明显纹层的石笋直径测定。HS4石笋的实际生长直径比理论计算值偏小,可能与洞穴结构有关;高的落差增加了岩溶滴水的冲力,水滴飞溅而导致有效水量的损失,即滴水的有效体积减少,石笋直径偏小。与温度相比,降水对石笋直径的影响更加显著,因而石笋直径是一个有效降水的替代指标,有望在石笋古气候的研究中得到应用。
开放洞穴环境变化特征及其影响因素:以桂林凉风洞为例
吴 夏, 潘谋成, 曹建华, 朱晓燕, 张美良, 杨 会, 唐 伟, 蓝高勇
2019, 38(3): 361-369.
摘要:
通过对桂林凉风洞洞穴内、外温湿度、pCO2进行连续高频监测,发现洞穴温度受大气度温影响呈现出季节性变化规律。由于受到洞穴结构的阻隔作用影响,洞穴由外向里的温度变化幅度逐渐变小,并且响应的时间存在季节性差异。监测数据表明:洞穴内部温度的季节性变化幅度明显低于洞外气温变化幅度。比较洞内、外温度的时间序列发现,在季节尺度上洞穴温度升温阶段滞后时间长(与外部通风的气温流动交换慢),降温阶段滞后时间短(与外部通风的气温流动交换快,呈现突变特征),这可能与不同季节洞穴内部结构的“缓冲作用”的强弱变化有关。该洞穴空气中pCO2存在明显的夏季高、冬季低的季节性变化特征。并且外界大气环境季节性变化和洞穴上覆动植物的季节性活动,使得洞穴pCO2主控因素也存在季节性差异。
山东半岛九天洞洞穴环境变化特征与影响因素
郑志惠, 王 庆, 周厚云, 程 珂, 王红艳
2019, 38(3): 370-377.
摘要:
选取旅游洞穴九天洞为研究对象,对洞穴环境变化特征及影响因素进行分析,探讨旅游活动和外界环境变化对洞穴环境变化的影响,以期能够为旅游洞穴的保护与合理开发提供科学依据。结果表明:(1)九天洞受外界气温变化的影响呈夏季高冬季低的特征,且洞穴温度略高于当地平均温度,这与洞穴通风、旅游活动、监测时间等因素有关;(2)洞内相对湿度与洞内空气温度呈较好的负相关关系,洞内相对湿度的变化主要受控于温度,呈夏季低冬季高的变化特征;(3)九天洞CO2浓度的季节变化特征为夏秋季高冬季低,与气候变化导致的植被和微生物活动以及滴水速率的变化有关;(4)距洞口越远的监测点空气温度、相对湿度的变化幅度越小,CO2浓度越高,说明距洞口越远受洞外气候变化以及洞穴通风的影响越小;(5)九天洞各监测点pH值和电导率主要与外界气候变化有关,对气候变化响应敏感,在降水偏少的干旱年,监测点pH值偏高,电导率偏低。
水文地质
地下含水层水资源赋存条件及其水化学特征—以贵州省安龙县幅为例
屈秋楠, 宋小庆, 唐娱杰, 杨振华
2019, 38(3): 378-387.
摘要:
以贵州省安龙县1∶50 000水文地质图幅为例,采用含水层探采井的水质、水量监测数据,分析不同含水层水资源赋存特征及其与水化学的相关性。研究结果表明:(1)研究区含水层可分为纯碳酸盐岩管道含水层、非纯碳酸盐岩裂隙含水层、碎屑岩裂隙含水层、松散岩类孔隙含水层4种类型,各含水层中地下水水化学类型均以HCO-Ca?Mg型为主;(2)除非纯碳酸盐岩含水层探采井的降深与水体中Mg2+、HCO-3浓度呈现出显著的负相关性(R2=-0.77/-0.74)外,其余离子浓度与钻井单位涌水量、降深的相关性均不显著,相关系数(R2)均小于0.3;(3)非纯碳酸盐岩含水层和松散岩类含水层的总矿化度(TDS)、总硬度(TH)含量均比纯碳酸盐岩含水层低5 mg?L-1以上,TDS、TH的高值区均集中于纯碳酸盐岩含水层中,而低值区则分布于松散岩类含水层。
贵州高硫酸盐地区寻找安全饮用水方法的探讨
方尚武, 李 强, 王若帆, 焦 恒, 易 瑞
2019, 38(3): 388-393.
摘要:
贵州镇宁地区地下水中硫酸盐超标是典型的环境地质问题之一,而该区地下水中硫酸盐超标主要来自于三叠系中统关岭组(T2g)含水岩组。采集水样分析发现该含水岩组中地下水的硫酸盐含量达到了275.42~1 100 mg?L-1,为Ⅳ-Ⅴ类水。运用地下水中硫同位素追踪,其硫酸盐主要来源于石膏溶解,并通过实施“探采结合井”(ZK3),初步查明 “膏岩层”分布于三叠系中统关岭组一段下亚段(T2g1a)的中下部,厚度在1~1.5 m。而分层抽水试验显示:T2g含水岩组试段水质为Ⅴ类,降深在11.50 m时涌水量为256.61 m3?d-1;当揭穿T2g膏岩层含水层并进行封隔止水后,钻孔自流量为330.05 m3?d-1,降深在10.80 m时钻孔涌水量达628.84 m3?d-1,水质属Ⅲ类水。因此,在类似因水质超标而引起的功能性缺水地区,可越过膏岩层而获取深层安全的可饮用的地下水。
羊庄岩溶水系统水化学成因及同位素特征
冯亚伟, 陈洪年, 卜 华, 贾德旺
2019, 38(3): 394-403.
摘要:
以羊庄岩溶地下水系统为研究对象,通过水化学分析及同位素测试,旨在评价地下水资源,指导开发利用。结果显示:羊庄岩溶地下水系统以现代水为主,在径流过程中主要与灰岩发生水岩相互作用,人类活动对地下水水质的影响较大,岩溶地下水遭受一定程度污染,地下水化学场及水动力场发生不同程度改变。建议相关职能部门采取有效措施抑制地下水污染进一步发展。
灾害地质
岩溶空腔水气压力脉动效应的发现及意义
马 骁, 蒋小珍, 曹细冲, 潘宗源
2019, 38(3): 404-410.
摘要:
通过塌陷的地质模式概化,设计物理模型实验探索岩溶空腔在开放、密闭条件下,地下水位下降时水气压力变化的规律。实验结果表明:(1)在密闭条件下水位下降时,空腔内的水气压力处于负压状态,并呈有规律的波动, 波动周期和幅度主要受初始水位的影响;(2)在密封-开放-密封实验中,当系统突然转为开放条件时,岩溶空腔内的水气压力发生突变,压力突变值可达密闭系统条件下最大波动值的3倍;(3)岩溶空腔水位下降过程中,水气压力对岩溶空腔顶部有周期性的高频振动作用,具有压力脉动的特征;(4)密闭条件下的岩溶空腔水位下降引起的水气压力变化可通过时间变量的一次函数来描述,函数斜率受出水口及岩溶空腔截面积影响,截距与初始水位紧密相关。对水气压力所产生的高频振动特征进行深入研究,将有助于岩溶塌陷机理及防治研究的突破。
岩溶塌陷研究现状及趋势分析
蒙 彦, 雷明堂
2019, 38(3): 411-417.
摘要:
为全面掌握当前国际岩溶塌陷研究动态,促进岩溶塌陷综合防治水平提升,重点从成因机制、识别评价和监测预警三个方面总结了当前国内外岩溶塌陷研究现状,以此为基础,综合运用文献和项目数据对国内外岩溶塌陷研究趋势进行了分析。结果显示:人类工程活动与岩溶环境相互作用关系是当前国际岩溶塌陷研究的热点;成因机理定量化、隐患识别快速化、监测预警精细化和风险防控时效化将是未来的重点攻关方向。
淮南舜耕山岩溶塌陷发育特征及形成机理研究
黎志豪, 许光泉, 余世滔, 高加林, 张海涛
2019, 38(3): 418-426.
摘要:
淮南市舜耕山地区位于华北板块南缘,岩溶地貌发育且岩溶塌陷地质灾害时有发生,给区内人民生命财产安全带来极大隐患。本文通过对区内碳酸盐岩裸露区和覆盖区岩溶野外地质勘查、岩溶塌陷特征统计、构造及水文地质条件分析,总结本区岩溶塌陷发育机理。结果表明:裸露型碳酸盐岩区岩溶塌陷发育主要受本区多期构造运动以及岩性组合的影响,岩溶塌陷发育构造形迹呈NW向居多,并多发育在可溶岩与非可溶岩界面处,以构造破坏-潜蚀为主;覆盖型碳酸盐岩区岩溶塌陷发育多为地面构筑物增加导致静荷载增加以及矿区强排水诱发的塌陷,以有效应力破坏-真空吸蚀为主。
油气地质
塔里木盆地新垦地区奥陶系层间岩溶储层形成机制与控制因素
梁乘鹏, 淡 永, 徐胜林, 李富祥, 庞春雨, 魏家琦
2019, 38(3): 427-437.
摘要:
塔里木盆地新垦地区奥陶系层间岩溶地区缝洞发育,是塔北油气勘探的有利地区。通过储层发育特征分析,发现该区储层主要以裂缝-孔洞及溶洞型储层发育为主,纵向上主要发育在一间房组顶面以下100 m范围内;根据沉积环境、古地貌恢复、岩溶作用条件分析,认为台地相沉积的较纯灰岩是岩溶的基础,多期岩溶作用是优质缝洞储层发育的主要因素,其中一间房暴露期岩溶形成了早期的孔隙,而在这基础上,良里塔格暴露期地下水顺层区域径流岩溶,形成了一间房组、鹰山组大型缝洞空间,该期岩溶是层间岩溶区优质储层形成的最主要时期。在岩溶过程中,断裂或深切河谷控制了地下水径流、排泄方向,即控制了岩溶缝洞储层的分布。根据以上结果,建立了新垦地区层间顺层岩溶模式,以此指导该区奥陶系油气勘探。
塔河油田西北部加里东中期古水系特征及其地质意义
夏永涛, 刘永立, 刘存革, 罗 鹏, 谢乘飞, 徐 珊
2019, 38(3): 438-443.
摘要:
塔河地区奥陶系中下统碳酸盐岩主要经历了加里东中期-海西期古岩溶作用,前人对海西期岩溶特征研究作了大量工作,并取得了一些共性认识,但加里东中期岩溶作用与古水系的发育特征研究较为薄弱。利用三维地震资料和相关技术,对塔河地区西北部奥陶系古水系进行识别和刻画,并结合区域地层沉积和构造演化等,尤其是不整合面上覆地层接触关系,发现奥陶系上统良里塔格组顶面和桑塔木组顶面分别存在相互独立的水文体系,实现了对加里东中期Ⅱ幕和Ⅲ幕岩溶古水系归属的厘定,首次提出了良里塔格组末期的加里东中期Ⅱ幕运动具有优越的岩溶发育条件,初步探索了加里东中期古岩溶发育模式,从而为深入研究塔河地区奥陶系加里东中期构造特征和古岩溶作用奠定了基础。
顺北1井区奥陶系断溶体油藏岩溶发育特征
伍齐乔, 李景瑞, 曹 飞, 梁 彬, 朱现胜, 张庆玉, 淡 永
2019, 38(3): 444-449.
摘要:
随着塔里木盆地超深层碳酸盐油气藏勘探工作的深入,在塔河外围斜坡区发现了断溶体油藏岩溶储层新类型。顺北1井区是中石化顺北油田主力产区,为典型断溶体油藏。该区先后经历一间房组顶面准同生岩溶作用、良里塔格组顺层-断裂控储岩溶作用、前志留系桑塔木组覆盖埋藏岩溶作用和海西晚期二叠系热液岩溶改造4个期次。其中对本区一间房组顶面以下80~120 m放空漏失段起控制作用的为良里塔格组顺层-断裂控储岩溶期。同时研究认为顺北1井区断溶体油藏发育的必要条件是发育区域大型走滑-拉分断裂,拉分段的杂乱反射体横向规模大,纵向发育深度深,是优质高产储集体;强挤压逆冲段杂乱反射呈夹板状,横向延展范围较窄,储集空间次之。
生态地质
蔗渣生物质炭对喀斯特农田石灰性土壤氮转化过程的短期影响
赖倩倩, 杨 霖, 秦兴华, 田 伟, 伍延正, 汤水荣, 解 钰, Christoph Müller, 孟 磊
2019, 38(3): 450-457.
摘要:
生物质炭对于土壤中不同形态氮库的含量影响已有较多研究,但对西南喀斯特区石灰性土壤氮素形态,尤其是控制氮素形态的转化过程研究较为缺乏。本研究设置土壤中添加1%(C1)和3%(C2)蔗渣生物质炭2个用量水平,并以不施用蔗渣生物质炭作为对照(CK),共3个处理,通过15NH4NO3和NH415NO3成对标记技术,结合MCMC氮素转化模型研究了不同用量的蔗渣生物质炭对石灰性土壤氮转化过程的短期影响,为该地区蔗渣资源化利用和土壤氮保持提供理论支撑。结果表明,与CK相比,添加蔗渣生物质炭能够快速提高土壤pH和有机碳含量。添加生物质炭并没有显著改变土壤氮的矿化、铵态氮(NH+4氮(NO-3物同化和异养硝化速率,但NH+4随生物质炭用量的增加而提高,以添加量最高的C2处理最大。添加生物质炭同样提高了土壤NH+4速率,但C1和C2处理的土壤NH+4放速率并无显著性差异。与CK和C1处理相比,施用高量蔗渣生物质炭通过抑制自养硝化速率而显著降低了硝态氮净产生速率。这些结果表明,施用高量蔗渣生物质炭于石灰性土壤中可快速实现对NH+4,降低自养硝化速率,减少NO-3,从而降低了其损耗和淋失风险。
云南省石漠化区耕地休耕对策研究
陈展图, 杨庆媛
2019, 38(3): 458-465.
摘要:
我国石漠化得到初步遏制的同时,发生在耕地上的石漠化面积却在增加。石漠化区的云南省和贵州省是我国休耕制度试点区域之一,但传统的石漠化治理缺乏休耕环节,耕地利用方式未能实现根本转型。基于休耕试点区域的实地调研,总结概括了云南省休耕试点工作的主要特点:(1)因地制宜整片推进;(2)签订休耕协议强化约束;(3)政府与农户联动落实休耕区域和面积;(4)休耕培肥方式元化化;(5)与农业结构调整对接;(6)与经济社会发展相统筹。但云南休耕试点也存在一些问题,主要是:(1)休耕区域的选择存在主观性;(2)配套资金缺口大;(3)休耕补助大幅减少造成群众心理落差;(4)休耕工作队伍建设薄弱。基于以上问题,建议:(1)建立休耕地诊断识别技术体系,明确休耕的规模和时序安排;(2)加强涉农项目和资金整合,增加配套资金投入,缓解基层财政压力;(3)建立动态的、反映土地市场价格的休耕补助机制,优化补助方式;(4)充实完善基层休耕组织机构,加强基层休耕工作队伍建设;(5)加快休耕监测体系建设,适时开展休耕制度运行绩效评估。
1985-2014年漓江流域景观格局动态变化研究
林增学
2019, 38(3): 466-471.
摘要:
文章以漓江流域为研究对象,应用1985年、2000年和2014年3期遥感影像,提取土地利用数据,采用土地利用动态度、土地利用转移矩阵等方法,分析1985-2014年漓江流域土地利用的演变趋势;结合Fragstats4.2景观分析工具,识别了该流域景观格局的动态变化。结果表明:1985-2014年,漓江流域土地利用整体变化幅度不大,主要表现为林地、耕地和草地面积减小,湿地、居民及城乡建设用地和未利用土地面积增加,且变化集中发生在2000-2014年。同时景观水平上破碎化和复杂化程度加剧,聚集程度和斑块连续程度有待提高;类型水平上林地景观破碎化层度增加,耕地和草地斑块面积增加,湿地和居民及城乡建设用地的聚集度较高,分布集中。