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2020年  第39卷  第2期

水文地质
云南省地下水资源潜力评价现状与问题分析
王宇
2020, 39(2): 137-146.
摘要:
在系统梳理云南省地下水资源调查评价和开发利用历史与现状的基础上,阐述了地下水资源潜力评价方法及结果,云南省县级以上城市所在的山间盆地地下水开采利用率大多达30.32%~51.49%,广大山区为9.63%~30.00%,现状地下水资源潜力为134.48×108 m3?a-1。目前基础性的水文地质调查研究程度为普查阶段,在滇西北、滇西地区还有大面积的空白区,故全省性及区域性的地下水资源潜力评价成果只达到推断及预测的精度,此次系统地分析了其中存在的主要问题为对水资源及环境系统认识不清、评价内容和标准不全、水质水量动态监测预报不足等,并提出了解决问题的对策。
基于数值模拟的汾河二库对晋祠泉岩溶水系统渗漏补给作用研究
梁腾飞, 成建梅, 张乃俨, 史文, 开萨尔江·艾合买提
2020, 39(2): 147-153.
摘要:
汾河二库的下闸蓄水,改变了晋祠泉域汾河地表水对岩溶水的渗漏补给条件,对区域岩溶水流场变化有着长远的影响。本研究通过系统梳理库区水文地质条件,勾画地表水渗漏补给岩溶水范围,考虑地层岩性、蓄水高度等因素,确定二库不同蓄水水位下晋祠泉域获渗漏量占比;构建晋祠泉三维岩溶地下水流模型,研究二库渗漏对泉域岩溶地下水补给作用,并预测不同蓄水情景下晋祠泉口水位变化趋势。结果表明:晋祠泉域获渗漏量占比随二库蓄水位非线性变化,最低为92.8%,在二库蓄水位达902 m后稳定在93.7%,而渗漏量与二库蓄水高度呈正相关;泉域岩溶水径流区受渗漏补给作用最显著,其次为排泄区、北部补给区;渗漏补给作用下,地下水位回升值受二库水位和补水距离影响;维持设计水位(905.7 m)和2017年水位(895.9~902.4 m)时,预计晋祠泉口水位分别在2021年7月和2023年1月达到泉口高程。
贵州乌江南源上游流域不同岩溶地貌单元的流量衰减分析
龚效宇, 曾成, 何春, 陈旺光
2020, 39(2): 154-163.
摘要:
选取云南高原向贵州高原过渡地带上的乌江南源——贵州省三岔河上游流域作为研究对象,分别提取其流域内的花渔洞地下河流域与三塘地下河流域的地形指标,分析两者的流量衰减现状,并探讨了岩溶地表形态和岩溶含水介质结构之间的关系。结果显示:(1)花渔洞地下河流域的平均起伏度为73.2 m,可分为高起伏度的Ⅰ区(均值122 m)和低起伏度的Ⅱ区(均值64 m)两个区,其分别占整个流域面积的14.9%和85.1%;三塘地下河流域的平均起伏度为87.6 m,可分为高起伏度的Ⅰ区(均值106 m)、中起伏度的Ⅱ区(均值81 m)和低起伏度的Ⅲ区(均值48 m)三个区,其分别占流域面积的40.2%,49.7%和10.1%;(2)花渔洞地下河流域各阶段的衰减系数为0.000 3,0.000 1,0.000 06(0.5 h)-1,总蓄水量达2 199.356×104 m3,各亚动态蓄水量分别占总蓄水量的0.1%,9.9%、90.0%;三塘地下河流域各阶段的衰减系数为0.001、0.000 3、0.000 1(0.5 h)-1,总蓄水量为2 310.902×104 m3,各亚动态蓄水量分别占总蓄水量的9.4%、30.8%、59.8%。这表明地面起伏度和衰减动态之间可能存在着关联性,即高起伏度对应岩溶发育强烈的管道流,低起伏度对应导水通道较小的裂隙、溶隙等含水层。
桂林甑皮岩岩溶地下水硝酸盐来源与转化
吴锡松, 张强, 姜光辉, 郭芳, 吴华英, 骆俊晖
2020, 39(2): 164-172.
摘要:
峰林平原是人类活动和居住的密集区,也是岩溶地下水系统的主要径流、排泄地段,地下水资源丰富。随着城市化的发展,地下水硝酸盐污染问题日渐突出。为研究桂林甑皮岩岩溶地下水硝酸盐来源与转化,分别于2018年10月、2019年2月、3月和4月采集地下水样,利用常规水化学及氮氧同位素技术识别硝酸盐来源与转化。结果表明:甑皮岩地下水中NO3-浓度在0~19.523 mg?L-1,δ15N-NO3-和δ18O-NO3-分别在-0.17‰~45.12‰和-5.82‰~16.47‰。硝酸盐氮氧同位素数据表明,甑皮岩地下水硝酸盐来源主要为粪便及污废水,少量来自降雨中的NH4+和土壤有机氮。受岩溶介质不均一性的控制,甑皮岩地下水中NO3-浓度、δ15N-NO3-和δ18O-NO3-均表现出明显的空间变异性。甑皮岩地下水硝酸盐的转化过程复杂,受控于季节和岩溶介质不均一性,表现为旱季以反硝化为主,雨季则以硝化过程为主。厘清硝酸盐来源与转化为治理甑皮岩地下水硝酸盐污染提供一定的科学依据。
岩溶水硝酸盐污染原位修复试验
叶进霞, 夏春英, 卜鸿志
2020, 39(2): 173-179.
摘要:
岩溶含水层的极不均一性特征使岩溶水溶质运移受构造、裂隙空间及其发育方向控制;因环境条件复杂,开展岩溶水污染原位修复技术难度较大,截止目前,国内尚未系统地开展岩溶含水层水污染原位修复研究工作。文章选择鲁中南山区典型岩溶发育及硝酸盐污染地段,施工组合钻孔建设修复试验工程,采用“乙醇+葡萄糖”液态碳源和“聚乙烯醇+淀粉颗粒”固态反应器分别进行岩溶水硝酸盐污染原位修复试验。结果表明:浓度500 mg?L-1、1 000 mg?L-1的“乙醇+葡萄糖”反硝化溶液对硝酸盐浓度的降解率分别为6.45 %和21.52 %;单位长度组成材料“聚乙烯醇3 kg+淀粉颗粒3 kg”、“聚乙烯醇2 kg+淀粉颗粒4 kg”的两种反硝化固态反应器对硝酸盐浓度的降解率分为33.91%和34.96%。试验证明在裂隙型岩溶地区采用孔组方案进行地下水污染原位修复技术可行、且能取得较显著效果。修复工程布设方式和试验成果对类似地区开展岩溶地下水污染原位修复具一定借鉴意义。
生态地质
岩溶断陷盆地不同海拔植物水分利用效率分析
梁锦桃, 邓艳, 李旭尧, 徐烨, 曹建华
2020, 39(2): 180-188.
摘要:
为探讨不同海拔高度的养分、环境要素与植物水分利用效率变化的关系,以岩溶断陷盆地云南小江流域的乔木、灌木、草本为研究对象,分析水分利用效率和叶片养分浓度随海拔的变化情况。结果表明:(1)研究区内海拔2 000 m处的草本植物的叶片δ13C值最高,2 200 m处的乔木的叶片δ13C值最低;(2)海拔高度对乔木、灌木的植物水分利用效率影响大于草本植物,草本植物的水分利用效率随海拔高度的变化甚微,两者之间的拟合度较小;高值区出现在海拔为2 200 m处的乔木;低值区出现在海拔为2 000 m处的草本植物;(3)不同海拔水分利用效率与叶片N、P浓度的相关性较弱(与叶片的N浓度呈弱正相关,与叶片的P浓度呈弱负相关);(4)不同海拔水分利用效率与各气候因子的相关性较弱,与多年平均气温、多年平均降雨量、多年平均日照时数均呈弱正相关。
岩溶区农业种植对土壤有机氮矿化的影响
文冬妮, 杨程, 杨霖, 秦兴华, 孟磊, 何秋香, 朱同彬, Christoph Müller
2020, 39(2): 189-195.
摘要:
土壤有机氮矿化是供应无机氮的主导过程,研究其变化对于认识土壤氮素有效性和指导氮肥施用具有重要意义。本研究分别在云南建水、蒙自和勐腊岩溶区选取脐橙地、玉米地和橡胶地作为研究对象,并以临近未受人为扰动的草地或原始林地作为对照,采用15N同位素标记方法,研究了岩溶区草地或原始林地开垦种植农作物后石灰土有机氮矿化(MNorg)速率变化,并区分了易分解有机氮矿化(MNlab)和难分解有机氮矿化(MNrec)对MNorg的贡献。结果表明,原始林地土壤MNorg (8.94 mg N?kg-1 d-1)显著高于草地(1.41~2.46 mg N?kg-1 d-1),且均以MNlab为主。其中,草地MNlab对MNorg贡献率可达80.6%~93.1%,而在原始林地中该贡献率达到62.2%。岩溶区草地或林地开垦种植经济作物显著降低MNorg速率,其MNorg速率为0.53~0.89 mg N?kg-1 d-1,下降比例达62.5%~90.1%。这种差异主要受MNlab和MNrec影响,由草地开垦种植脐橙和玉米后土壤MNorg下降主要归于MNlab速率下降,而MNrec并未发生显著变化;原始林地开垦种植橡胶后土壤MNorg下降主要归于MNlab和MNrec速率的共同下降。岩溶区草地或原始林地开垦种植农作物后土壤有机碳、全氮、全磷、全钙和全镁含量及土壤田间持水量、pH、阳离子交换量均显著降低,且与土壤MNorg和MNlab呈显著正相关,表明农业种植对土壤理化性质的改变是影响矿化速率的重要因素。
基于遥感计算云平台高原山区植被覆盖时空演变研究——以贵州省为例
吴跃, 周忠发, 赵馨, 但雨生, 黄登红
2020, 39(2): 196-205.
摘要:
为揭示喀斯特山区植被时空变化规律,选取2000-2018年间1 748景30 m分辨率Landsat-NDVI影像,结合35个气象站点数据,辅以像元二分模型、线性趋势分析及地理探测器等方法,对贵州省19年间年植被覆盖度进行定量估算,分析其植被覆盖度时空变化特征及驱动因素。结果表明:(1)贵州省中、高植被覆盖度以上的区域面积占比约63%,其中高植被覆盖度区域面积占21.16%,主要集中分布于碎屑岩地区。(2)近19年来,贵州省植被覆盖度总体缓慢趋好,年均增长速率为0.4%,严重石漠化样区多年最大植被覆盖度均值始终低于整体植被覆盖度均值。(3)研究期间贵州省植被覆盖度以轻微改善、基本不变两个等级为主,两者面积比重之和约为95.4%,退化区域主要分布在城镇周边,面积比重约为3.8%。(4)气象因素、地理区位各因子间交互作用对植被覆盖度空间格局影响大于单因子作用。综上所述,城镇面积扩展、石漠化治理工程、地理区位及气象因素等是影响植被恢复与生态环境重建的关键要素,研究植被覆盖度多年动态特征力求为相关部门的水土保持、生态环境保护及石漠化治理提供重要的基础数据及科学参考。
油气地质
四川盆地高石梯地区灯影组四段顶岩溶古地貌、古水系特征与刻画
刘曦翔, 淡永, 罗文军, 梁彬, 徐亮, 聂国权, 季少聪
2020, 39(2): 206-214.
摘要:
四川盆地灯影组白云岩岩溶孔洞储层发育,在四川盆地威远、资阳及高石梯-磨溪地区发现了大型气田。但是该套储层非均质强,储层预测困难,需要进一步从岩溶地质理论出发,恢复岩溶古地貌、古水系,从而掌握该套储层发育分布规律,指导进一步勘探开发。本文选用印模法恢复了高石梯地区灯四顶岩溶古地貌,并结合现代岩溶学和岩溶动力学理论,划分了岩溶台地、岩溶缓坡地和岩溶盆地3类二级地貌单元。应用现代岩溶分类方法,根据微地貌组合形态,对二级地貌作精细刻画,划分了6种三级地貌单元,最后根据岩溶动力学、岩溶水文地质学在高石梯地区刻画出北部、西部和东南部三大水系。认为岩溶缓坡,位于径流区,水动力条件最强,孔洞最发育,是储层勘探方向。精细的古地貌、古水系的刻画对促进高石梯地区灯影组油气勘探开发具有重要实际意义。
鄂尔多斯盆地下古生界碳酸盐岩构造-沉积分异及成藏效应
张晓星, 陈安清, 党牛, 张成弓, 赵俊兴, 高星, 兰叶芳, 陈洪德
2020, 39(2): 215-224.
摘要:
鄂尔多斯盆地碳酸盐岩是当前的油气勘探热点。当前对鄂尔多斯盆地不同构造区的潜在碳酸盐岩储层及圈闭仍认识不清,阻碍了勘探目标优选。本文通过构造-沉积分异特征分析,揭示了鄂尔多斯盆地早古生代碳酸盐岩台地的构造-沉积分异演化过程及其后期构造改造分异特征。结果表明,受中央古隆起和陆表海环境的控制,盆地南缘以发育镶边礁滩相储层为特征,西缘以发育层状弱镶边礁滩储层为特征,内克拉通则以局限的台地潮坪白云岩储层为特征;三个不同构造-沉积分异区的碳酸盐岩建造都具备成藏条件,但遭受的构造形变具有显著差异,可分为西缘压性构造区、南缘张性构造区和内克拉通稳定构造区;西缘陆内前陆盆地的破碎褶皱带的有利圈闭包括逆掩断层遮挡圈闭和向斜中的次级背斜圈闭;南缘受渭北地堑影响形成的张性构造带发育基底潜山相关圈闭;内克拉通的伊陕斜坡带为一长期保持构造稳定的弱改造的大型单斜构造,以发育岩性圈闭型为特征,岩性圈闭的沉积相分布主要受陆表海旋转潮汐流的约束。
灾害地质
泰安市城区—旧县水源地岩溶地面塌陷历程及影响因素分析
吴亚楠
2020, 39(2): 225-231.
摘要:
文章总结泰安市城区—旧县水源地内岩溶塌陷的发生发展历程,综合前人研究成果及最新的野外调查统计结果,对影响研究区岩溶塌陷的分布及影响因素进行了剖析,探明了岩溶塌陷的发育条件及诱发因素。结果表明:(1)研究区内岩溶塌陷主要发生在岩溶发育较强、断裂带附近、土层厚度小于30 m的区域;发生塌陷区域的土层结构以二元结构为主,其次是多元结构;塌陷大多发生在汛期,尤其是在大型降雨之后;(2)强烈的地下水开采活动引发的岩溶水大幅度波动是塌陷发生的最主要诱发因素,且岩溶地下水位在基岩面附近波动时最易引发塌陷;外界对土体的扰动也对塌陷有一定的影响,泰安城区旧镇铁路交汇处的塌陷与列车行车震动有密不可分的联系。综合分析以往岩溶塌陷的研究方向和程度,建议今后的研究重点应为塌陷过程演化监测与模拟、塌陷预警预报方法探索及数据库建设。
湖南宁乡大成桥岩溶地下水对暴雨响应特征及多元回归预测模型
潘宗源, 吴远斌, 贾龙, 殷仁朝, 马骁, 陈婷
2020, 39(2): 232-242.
摘要:
通过降雨、水位监测等方法,研究湖南宁乡大成桥岩溶地下水位动态及对暴雨的响应过程,探讨地下水内在联系特征并建立回归预测模型。结果表明:雨季地下水位对降雨响应程度高,水位变幅大,而枯季则相反;在暴雨条件下,接受快速管道流补给的地下水位动态响应为陡升—陡降,水位变幅在13.6~42.8 m;接受裂隙、孔隙水补给的地下水位动态表现为缓升—缓降,年变幅为1.1 m;雨季地下水位对暴雨响应的滞后时间为1.2~4 h,较相同条件下的水位响应滞后时间缩短了1/2~2/3,水位变幅增大1.7~4.7倍;枯季地下水位对暴雨响应的滞后时间为4.2~13.2 h,水位响应滞后时间延长了3~8 h,水位变幅缩减了5~11倍;包气带厚度和含水饱和度对水位动态起着决定作用,包气带厚度与水位响应滞后时间负相关,含水饱和度与水位变幅正相关;通过相关性分析、拟合优度检验、显著性检验和残差分析等,确定最优回归预测模型,模型检验结果与实际水位动态过程吻合度较高。
压水试验在岩溶路基注浆效果评价中的应用研究
冯海明
2020, 39(2): 243-250.
摘要:
文章介绍了已有的岩溶路基注浆效果检测方法,在此基础上分析压水试验定量评价岩溶路基注浆效果的可行性,并以黔张常铁路岩溶路基注浆代表性压水试验段为例,采用4种合格标准对路基注浆效果进行分析,以弥补目前使用的合格标准存在的不足。在多次优化试验的基础上,制定了新的压水试验定量评价注浆效果判定标准,总结出压水试验工艺参数,采用单点法压水试验,注浆前后压水试验数量分别不小于5%和4%,试验压力在0.05~0.25 MPa,试验长度为3~6 m,压水时间为5~10 min?次-1。经多次、多段其他检测试验验证其工艺参数和评价标准的结果表明,该方法是一种适合的、可靠的定量评价岩溶路基注浆效果的方法。
洞穴与气候
湘西地质公园红色碳酸盐岩石林发育特征与研究价值
吴亮君, 陈伟海, 容悦冰, 张晶, 黄超, 朱海燕, 孟庆鑫, 吴继文, 罗劬侃, 白冰, 欧梦梦
2020, 39(2): 251-258.
摘要:
红色碳酸盐岩石林是湘西地质公园最重要的地质遗迹之一。公园内的红色碳酸盐岩石林发育于奥陶系大湾组与牯牛潭组,集中分布于酉水-猛洞河两岸斜坡与峡谷地带,出露面积84 km2,是当前全球已知的面积最大的奥陶系红色碳酸盐岩石林地貌景观。红石林形态多样、成景效果好,发育了包括塔状、火焰状、墙状、剑状、柱状、锥状等十余种形态。红石林的形成经历了完整的地层沉积-构造抬升-风化剥蚀等阶段,适宜的古地理环境、有利的构造抬升运动和节理裂隙发育、温暖多雨的气候和丰富的地表地下水系是红石林发育的重要条件。因受成景地层的岩性组成复杂、地层偏薄、溶蚀作用差异等因素影响,红石林具有明显的垂直溶痕和水平溶痕叠加现象,具有独特的自然美,形态上与云南石林有较大不同,颜色上,红石林晴红雨黑、四季变幻,可能是石柱表面的藻类造成。除中国西南地区,其他国家或地区的奥陶系红色碳酸盐岩石林分布十分有限,仅泰国沙墩有报道,其稀有性非常突出,具有重要的科学意义和研究价值。但正由于其稀少,许多针对性的研究仍刚起步,值得未来各界学者进一步深入探讨。
基于高斯过程二元分类模型的溶洞规模预测方法
张炳晖, 张研, 王伟, 梁家豪
2020, 39(2): 259-263.
摘要:
溶洞规模与其影响因素之间存在着复杂的非线性关系,如何根据影响因素有效预测溶洞规模是一类复杂的模式识别问题。基于高斯过程二元分类模型,提出一种溶洞规模的预测方法,该方法通过对样本的学习,建立溶洞规模与其影响因素之间复杂的非线性映射关系,对仅提供影响因素的预测样本进行具有概率意义的识别输出。研究结果表明,该方法除具有小样本、模型参数自适应确定、识别精度高等优点之外,还能够对预测结果给予概率意义的可信度,为实际工程有效预测溶洞规模提供了定量的依据,具有良好的应用前景。
不同二氧化碳浓度岩溶洞穴可培养细菌群落特征——以重庆雪玉洞和水鸣洞为例
陈济宇, 陆祖军, 贺秋芳, 李强
2020, 39(2): 264-274.
摘要:
以重庆雪玉洞和水鸣洞为例,在测试地球化学参数的基础上,在不同CO2浓度条件下利用4种分离培养基,富集培养不同类型(洞穴沉积物及洞壁)样品可培养细菌并进行系统进化分析。结果表明:(1)水鸣洞可培养细菌丰度明显高于雪玉洞;(2)分离纯化得到的244株细菌基于16S rRNA基因序列比对分析发现,细菌主要由变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)与异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)构成。Bacteroidetes只存在于高CO2浓度的雪玉洞,推测Bacteroidetes能耐受高CO2浓度;(3)CO2浓度是影响岩溶洞穴细菌丰度、群落与活动的重要因素之一,推测雪玉洞和水鸣洞的δ13C-CO2值偏负可能是微生物与水文地球化学作用共同影响的结果。
短时间尺度下旅游洞穴空气环境自净能力研究——以绥阳大风洞为例
范宝祥, 周忠发, 朱粲粲, 汪炎林, 薛冰清, 汤云涛, 田衷珲
2020, 39(2): 275-285.
摘要:
在2017年9月30日-10月9日对贵州绥阳大风洞洞内的温度、湿度、CO2浓度和洞外的温度、湿度、降雨量等指标进行为期10天的连续自动监测,并结合监测期内游客量和当地降雨情况,利用数理统计方法进行分析,结果发现:洞穴空气环境的自净能力主要取决于洞内气流交换的强弱程度,尤其是在极端天气(主要指夏秋季降雨)下,洞外温度降低,促使通风模式发生转变,进而增强了洞内外气流的交换,提高了洞穴环境的自净能力。但洞穴空气环境的自净能力是有限度的,除温度、湿度外,当游客产生的CO2浓度超过洞穴空气环境的自净能力阈值时,洞内CO2会出现累积效应;反之,洞内CO2浓度又回归至洞穴环境背景值。同时,洞穴空气环境的自净能力反应时间也会因洞腔体积、洞道结构等的不同而有所差异,大风洞1#、2#、3#监测点的自净能力反应时间分别为15 h、18 h、20 h。