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2021年  第40卷  第3期

水文地质
对中国北方岩溶水研究方向的思考与实践
梁永平, 申豪勇, 赵春红, 王志恒, 唐春雷, 赵一, 谢浩, 石维芝
2021, 40(3): 363-380.
摘要:
中国北方碳酸盐岩含水层连续沉积厚度大、分布范围广,蕴藏着丰富的地下水资源,是重要的国家级含水层。北方岩溶水集水资源、旅游资源、生态功能等于一体,在国民经济建设中具有举足轻重的地位,特别在城市供水和能源基地建设中发挥了不可替代的支撑性作用。近50年来,受大规模水资源开发利用和人类其它高强度活动影响,北方岩溶水环境问题凸显并带来了一系列负面效应,严重制约了水资源的可持续利用。在国家大力倡导生态文明建的大背景下,如何协调好北方岩溶区资源开发与环境保护,是水文地质工作行业需要着重思考的问题。本文从国家需求出发,提出北方断流岩溶大泉泉水复流的生态修复、闭坑煤矿酸性“老窑水”对岩溶水的污染防治、深层岩溶水的水和热资源开发利用等应作为未来一段时期北方岩溶水的重点研究方向,同时,对近年来在这几个方面开展的调查研究工作取得的成果了进行简要介绍。
川西高原巴塘地区可溶岩地层分布与岩溶地貌发育特征
康小兵, 杨四福, 管振德, 张文发, 许模
2021, 40(3): 381-388.
摘要:
以川西高原巴塘县、白玉县为研究对象,详细阐述研究区从三叠系到寒武系出露的主要可溶岩地层的分布、岩石成分、结构特征以及各地层的岩溶发育特征,系统总结出研究区可溶岩地层的特征和碳酸盐岩地层岩溶发育的规律。结果表明:研究区可溶地层呈北西南东向展布,明显受区域地质构造影响;岩溶地貌发育特征显示出与青藏高原主要地区岩溶地貌的一致性,属第三纪时期热带—亚热带环境下发育演化的覆盖型岩溶剥露地表而形成的古岩溶,且岩溶类型多样,形态与规模空间差异性明显;不同碳酸盐岩地层的岩溶发育程度统计显示,泥盆系溶蚀洼地所占面积最大,三叠系与志留系碳酸盐岩地层中溶蚀洼地个数较多,但发育密度低于泥盆系,二叠系溶蚀洼地个数与面积均为最小,石炭系地层由于碳酸盐岩纯度高且集中出露,溶蚀洼地发育密度最大。
山西介休洪山钙华的空间分布特征、成因及时代探讨
魏荣珠, 韩颖, 胥勤勉, 魏云峰, 杜艳伟, 范俊辉
2021, 40(3): 389-397.
摘要:
地处山西省介休市洪山镇狐岐山脚下的钙华,是山西省内娘子关钙华景观之外的又一具有观赏潜质的岩溶景观。其出露范围较大,厚度稳定,形态优美,具有较高的旅游地质观赏价值。文章对洪山钙华进行了系统的地质调查和剖面实测,对钙华的分布范围、产出状态、岩石特征、岩石化学特征、地球化学特征及同位素年代等进行了研究,并从洪山泉岩溶水系统循环的角度,探讨了钙华的形成机理、影响因素及形成时代,可为该区钙化的保护和景观开发提供科学依据。
百泉泉域岩溶地下水水化学演化特征及成因
王瑞, 李潇瀚
2021, 40(3): 398-408.
摘要:
百泉泉域岩溶地下水是河北邢台市生产和生活的主要供水水源。近年来受到自然条件变化和人类活动的影响,泉域地下水流场明显改变,水化学场演变机制有待查明。本研究在水文地质调查和样品采集测试的基础上,采用统计学方法(描述性统计、Person相关系数)、饱和指数计算和水化学方法(Piper图、Stiff图、Gibbs图、离子比例系数)对泉域岩溶水化学特征展开了系统分析。结果表明:泉域岩溶水为弱碱性淡水,Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42- 是地下水中的主要离子,主要来源于方解石、白云石和石膏的风化溶解,Na+和Cl-主要来源于少量岩盐的溶解。沿着径流方向方解石相对于地下水由溶解状态转变为平衡状态,而白云石、石膏和岩盐一直处于溶解状态。补给区和北部径流区基本为HCO3-Ca·Mg型水,七里河、沙河附近和南部煤铁矿区岩溶水除HCO3-Ca·Mg型外,还多出现HCO3·SO4-Ca型、CO3·Cl-Ca·Mg型和HCO3·SO4-Ca·Mg型水,煤铁矿区附近岩溶水中SO42- 的升高是受到了高SO42- 矿坑排水的混合影响。蒸发浓缩作用仅在水位埋深浅且地下水流动相对滞缓的排泄区较为明显,排泄点——百泉泉水为HCO3·SO4·Cl-Ca·Mg型。此外,人类工农业活动改变了地下水的径流条件和水质,使局部岩溶水中NO3-、Cl-、Fe、总硬度含量升高甚至超标。
济南十大泉群特征、形成模式及水循环差异性浅析
孙斌, 邢立亭, 彭玉明, 李常锁
2021, 40(3): 409-419.
摘要:
为了全面系统地认识济南十大泉群,文章采用对比分析法揭示十大泉群分布、流量、景观及水质特征,通过水文地质结构精细刻画与泉水排泄条件分析,进一步明确十大泉群成因差异性,归纳泉水形成模式,揭示十大泉群水循环的差异性。结果表明:十大泉群基本特征可大致分为两类,即排泄区6个泉群均为上升泉、南部补给区4个泉群均为下降泉;十大泉群形成模式可划分为五类,即构造凸起—灰岩“天窗”成泉、构造凸起—裂隙连通成泉、浅埋多层砂层与高渗透黏土导通成泉、断裂切割成泉和侵蚀溢流成泉模式;宏观上济南十大泉群水循环受北倾单斜构造控制,其输入条件、输导系统和输出方式差异较小;微观上6个承压型泉群泉水输出方式差异性明显,其灰岩覆盖层类型、厚度、渗透性及灰岩顶板埋深差别较大,导致泉水出流形态、流量及水质不同,形成各自独特的景观。岩溶泉水微观成因的详细研究可为济南十大泉群分类保护提供重要地质依据。
山西龙子祠岩溶泉流量动态特征与影响因素分析
王大伟, 乔小娟, 高波, 贾小军
2021, 40(3): 420-429.
摘要:
选取山西南部典型岩溶泉龙子祠泉域为研究对象,利用1954-2018年65年长时序的泉水流量、降水监测数据及1990-2018年的开采数据,分析其动态特征及响应规律。结果表明:该泉域泉流量在2.94~8.39 m3·s-1之间波动,多年平均流量为4.74 m3·s-1;年内泉流量对降水补给响应有4个月的时间滞后性;开采量保持较高水平时,泉流量总体呈明显下降趋势。利用多元回归方法建立两个阶段(1954-1989年和1990-2018年)的数学模型,并对其进行模拟和误差分析,结果显示:第一阶段泉流量影响因素主要为前一年降水和前两年降水;1990年开始存在开采活动,第二阶段受降水和开采共同制约,与当年开采量负相关且受其影响最为强烈,其次受前一年和前两年降水影响;整个时间序列上流量误差为11.62%,模拟效果较好。
香溪河岩溶流域水系结构与洪峰特征关系
范威, 陈植华, 牛俊强, 李伟, 王亮, 黄荷
2021, 40(3): 430-438.
摘要:
为研究香溪河岩溶流域地表水系结构特征与洪峰流量衰减过程规律,采用统计方法分析典型子流域的水系结构特征,采用流量衰减方程分析其典型退水过程。地表水流量衰减过程存在若干个亚动态,将各个亚动态的水量分配比例作为描述洪峰特征的特征值,将水系数目比例、水系长度比例作为描述水系结构的特征值,把两者作相关分析。结果表明:岩溶区水系长度比例与水量比例在第一和第三亚动态具有较高的相关性,相关性判定系数高达0.84,使用水系长度比例更能反映水系结构的特征。
乌蒙山区革香河流域干旱成因及打井找水模式
曹建文, 赵良杰, 王喆, 栾崧, 张庆玉, 易瑞
2021, 40(3): 439-448.
摘要:
地下水是乌蒙山区革香河流域重要的饮用水源,由于地下水发育规律复杂,地形起伏巨大,给地下水的有效开发利用带来了诸多困难,广大地区存在干旱缺水问题。文章利用岩溶地下水综合调查—探测—评价方法,查明革香河流域地下水赋存发育规律,揭示流域内干旱频发的成因机理,归纳总结出向斜蓄水构造、背斜蓄水构造、断层蓄水带和断陷盆地蓄水构造四类典型蓄水构造模式,优选了断层阻水、向斜蓄水、岩性界线阻水、上下阻水和地下河径流带五种富水成井区位,并有效应用于严重干旱缺水区的打井找水工作,定井成功率达到70%以上,解决了流域内2万多人的饮水困难问题,有效服务脱贫攻坚。
生态地质
贵州茂兰喀斯特地区土壤全钙含量空间估算模型与迁移分析
杨胜天, 黎喜, 娄和震, 罗娅, 李超君, 王鹏飞, 吴习锦, 张军
2021, 40(3): 449-458.
摘要:
文章在世界自然遗产地贵州荔波茂兰保护区采集土壤全钙数据,分析采用地理加权回归(GWR)方法进行空间分析的有效性,筛选识别影响土壤全钙空间分布的主要因子,建立喀斯特地区土壤全钙含量空间分布计算模型,获取研究土壤全钙空间分布基础数据。通过土壤流失方程(USLE)计算土壤侵蚀状况,对比分析土壤全钙与土壤侵蚀空间关联,揭示土壤全钙的空间迁移规律。结果表明:(1)在岩性一致条件下,相对高差和坡度是影响土壤全钙空间分布的主导因子;(2)GWR模型的预测精度优于全局回归的(OLS),相关系数分别是0.41和0.39;(3)通过土壤全钙含量空间估算模型,计算得到研究区土壤全钙空间分布特征,土壤全钙为0 ~37.68 gkg-1。研究结论说明,在湿润气候的喀斯特地区,尽管植被覆盖度大,但土壤全钙空间分布仍然深受成土母质影响,喀斯特峰林土壤侵蚀强度大,土壤全钙含量高,物质迁移以流失为主,峰丛洼地土壤侵蚀强度小,土壤全钙含量低,物质迁移以淋溶流失为主。
快速失水下5种喀斯特植物离体叶片叶绿素荧光的响应
邢德科, 于睿, 陈璐, 吴沿友, 赵玉国, 李林, 付为国
2021, 40(3): 459-465.
摘要:
文章设置饱水及随后失水处理自然生长的5种喀斯特植物叶片,测定其叶绿素荧光参数,分析各植物光合过程的响应特征。结果显示:盐肤木(Rhus chinensis)PSII反应中心活性及电子传递受严重失水影响,而其稳定的光能转化及光化学效率得益于叶绿素浓度的不断增加;构树(Broussonetia papyrifera)和金银花(Lonicera japonica)的叶绿素浓度逐渐升高随后趋于稳定,构树PSII反应中心对失水敏感,其活性及光能转化对随后持续失水逐渐适应。金银花光合结构及PSII反应中心表现稳定;火棘(Pyracantha fortuneana)叶绿素浓度从第4小时开始增加,光合结构趋于稳定,电子传递速率及光能转化逐渐增加;杨梅(Myrica rubra)电子传递速率及光化学效率均较低。
重庆中梁山岩溶槽谷区表土孢粉与现代植被的关系研究
汪啟容, 蒋勇军, 郝秀东, 马丽娜, 张彩云, 秦琳娟, 郑旸, 邱华
2021, 40(3): 466-475.
摘要:
本文选取重庆中梁山岩溶槽谷区的表土和苔藓样品做孢粉分析,探讨其与现代植被的关系,并初步推断中梁山岩溶洼地的花粉来源,为其洼地剖面花粉来源提供参考。结果表明:表土花粉组合与现代植被类型具有较好的对应关系,耕地、撂荒地、灌木丛、马尾松林以及竹林能够较好地反映母体植被的群落组成;混交林与母体植被群落对应关系较差。由于洼地对区域花粉的汇聚作用,其表土花粉谱更能反映整个区域的植被状况。洼地表层样品中松属花粉来源是中梁山地区与西南风区域的花粉;落叶栎属、桤木属、枫杨属、葎草属等的主要来源是周围山地;禾本科花粉来源相对复杂。本研究可为在这一地区利用孢粉学开展第四纪古植被、古气候和古环境等研究提供参考性依据。
典型断陷盆地流域生态系统服务价值时空差异研究
梁锦桃, 邓艳, 曹建华, 靳振江, 李旭尧
2021, 40(3): 476-486.
摘要:
以典型断陷盆地——小江流域为研究对象,以1982年的TM影像、2003年的Landsat ETM+影像和2016年的Landsat OLI影像为数据源,结合云南省测绘局所提供的150 000的土地利用状况图,采用 Costanza 公式对生态系统服务价值进行评估,精细刻画出云南小江流域“盆—山”共存的地质分异结构下生态系统服务价值的时空变化特征。结果表明:(1)小江流域以农田生态系统为主,研究期内生态系统格局总体稳定,耕地、建设用地、林地和园地都有不同程度的增加,而未利用地面积减少,水域面积基本不变;(2)1982-2016年,研究区生态系统服务总价值呈上升趋势,1982、2003和2016年生态系统服务总价值分别为90.11×108元、105.65×108元和136.81×108元,耕地、林地、园地和水域的生态系统服务价值整体上升,而未利用地的生态系统服务价值减少;(3)整体上,小江流域南部和东部生态系统服务价值增加明显,而中部和西部地区生态系统服务价值呈阶段性变化或持续下降趋势,小江岩溶河谷区的生态系统服务价值最高,而沉积平坝区的生态系统服务价值密度最低,且为唯一一个衰退型生态系统服务功能区;(4)研究期内小江流域各项生态系统服务价值均呈上升趋势,调节服务居主导地位,且以气候调节服务价值最高。小江流域生态系统服务价值缺乏弹性,水域生态系统面积变化对研究区生态系统价值的变化具有放大作用。实施封山育林、退耕还林、小流域治理工程等石漠化综合治理工程可增加生态系统服务价值。
喀斯特露石生境下构树和桑树的光合特征
李环, 吴沿友, 吴沿胜
2021, 40(3): 487-494.
摘要:
以喀斯特适生植物构树(Broussonetia papyrifera)为研究对象,非喀斯特适生植物桑树(Morus alba)为对照,比较了不同的植物光合作用对露石生境的响应。与无露石生境相比,多露石生境土壤具有较高的水分含量和较多的有机质。分析植物光合作用的光响应曲线和二氧化碳响应曲线、叶绿素荧光参数以及叶片水势(LWP)和碳稳定同位素值(δ13C)的结果表明:不同生境下,两种植物的LWP及δ13C无显著变化;除了初始荧光参数外,同种植物的叶绿素荧光参数差异不显著;不同生境下,构树的呼吸速率和羧化效率无显著变化,而多露石生境土壤生长的桑树的呼吸速率和羧化效率明显要大于无露石生境土壤生长的;在水分亏缺下,构树以牺牲体内碳的方式来维持稳定的羧化效率,进而保持稳定的光合能力;构树比桑树对喀斯特环境有着较强的适应性。
都柳江上游沿岸喀斯特地区土壤重金属污染特征及风险评价
张广映, 吴琳娜, 欧阳坤长, 吴攀
2021, 40(3): 495-503.
摘要:
采集都柳江上游沿岸喀斯特地区62个土壤样品,利用地累积指数法、潜在生态风险指数法、克里金插值方法综合研究Sb、Cd、As、Cr和Pb五种重金属元素累积污染特征和潜在生态风险。结果表明,研究区土壤中Sb和Cd元素平均含量分别超过贵州省土壤环境背景值4.085倍和1.876倍。空间分布上,Sb元素严重污染面积占研究区总面积37.87%,主要受区内赋矿层位望城坡组、尧梭组和鸡窝寨组的影响。而Cd元素轻度累积污染面积为59.76%,其与碳酸盐岩分布密切相关。研究区土壤重金属污染潜在生态风险属于低风险等级,但是Cd和Sb元素单项污染潜在生态风险概率较大,Cd污染最高概率风险地层主要是石牛栏组和邦寨组,而Sb污染最高概率风险地层为邦寨组、鸡窝寨组和独山组。因此,研究区应重点防控石牛栏组、邦寨组、鸡窝寨组和独山组土壤Cd与Sb污染的潜在生态风险。
湘西北地质地貌特征对岩溶石漠化影响研究——以张家界市为例
巩书华, 朱丽芬
2021, 40(3): 504-512.
摘要:
通过对张家界市DEM、地质构造、岩性特征以及地貌数据进行地理信息技术(GIS)叠加分析,探讨了地质地貌因素对张家界地区岩溶石漠化分布的影响。结果表明:该区岩溶石漠化在地貌上的发生率呈现丘陵>洼地>低山>中山>高山的特征;在坡度上以Ⅱ级坡度中石漠化发生率最大,且石漠化面积呈阳坡>半阴坡>阴坡>半阳坡分布特征,并随坡向由阴转阳,各等级岩溶石漠化面积所占比例逐渐增加;地层岩性方面以碳酸盐岩与碎屑岩互层类岩层更易发生岩溶石漠化;地质构造方面表现为石漠化空间展布与断裂构造展布方向一致,且断层对石漠化的影响在ⅠB断裂构造主要体现在对断裂两盘的岩性、地层的差异性和对水系发育展布的影响上。
洞穴旅游
桂林凉风洞洞穴空气及滴水水化学对区域环境的响应
吴夏, 潘谋成, 殷建军, 汪智军, 朱晓燕, 杨会, 张美良, 曹建华
2021, 40(3): 513-520.
摘要:
针对广西桂林凉风洞洞穴空气(CO2、δ13CCO2)和滴水的物理、化学指标(水温、电导率、pH、Ca2+、HCO3-)开展一年监测。结果表明:受到洞穴上覆土壤层CO2的影响,洞穴空气CO2和δ13CCO2分别呈现出明显夏季高、偏轻,冬季低、偏重的季节性变化规律;各个监测点CO2和δ13CCO2存在差异的主要因为是受到洞穴内部结构的阻隔作用,以及土壤层CO2在岩溶表层带不同滞留时间的影响,但是δ13CCO2变化相对于CO2对于外界环境的响应更加灵敏,且不同季节洞穴的通风模式差异使得洞穴空气CO2影响因素存在差异,夏季土壤CO2为主要影响因素、冬季大气CO2为主要影响因素。与此同时,洞穴滴水水化学指标也均表现出明显季节性变化特征。虽然雨季携带进入管道或裂隙的CO2增加,但是与表层岩溶带“老水”混合使其整体上呈现为缓慢上升。桂林地区季节性干旱使得洞穴顶部入渗水补给量减少,导致对围岩的溶解量相对降低,使其成为水化学指标快速下降的主要影响因素。此外,每个滴水点的水化学指标变幅因其径流路径的不同存在差异。
岩溶洞穴滴水CO2季节变化特征及来源分析——以大风洞为例
汤云涛, 周忠发, 汪炎林, 张结, 田衷珲, 薛冰清
2021, 40(3): 521-530.
摘要:
为探究白云岩洞穴滴水中CO2来源及变化特征,以贵州省绥阳双河洞洞穴系统中的大风洞为研究对象,对洞穴空气CO2浓度(pCO2(c))、洞穴上覆土壤CO2浓度(pCO2(soil))、洞穴滴水CO2分压(pCO2(w))、以及洞穴滴水水化学环境进行了为期15个月(2016年1月-2017年3月)的监测、采样和室内实验分析,运用统计分析方法对各监测指标进行主成分分析。结果表明:(1)pCO2(w)、pCO2(c)具有明显的季节性变化特征,表现为雨季>旱季。pCO2(soil)受降雨、洞穴通风效应的影响,季节性波动较大,是洞穴pCO2(w)的重要来源;(2)深层岩溶作用中渗透水在流经洞穴上覆表层岩溶带发生的水-岩相互作用及其产生的水化学环境,特别是变化,是影响pCO2(w)的主要因素之一,对pCO2(w)具有重要贡献;(3)运用主成分分析法(PCA)得出各因素对洞穴滴水的相对方差贡献率依次为:HCO3- >pCO2(s)>Soil 1#>pCO2(w)>Soil 2#。各因子对pCO2(w)的贡献率依次为:地表深层岩溶作用>洞穴上覆土壤空气环境>洞穴空气环境;(4)pCO2(w)来源概念模型表明,雨季时,降雨量大,土壤水下渗快,地下水得到充分补充,但停滞时间较短,在渗流带中与围岩反应不充分,PCP过程较弱,对pCO2(w)影响较大;旱季则相反。研究结果对洞穴石笋、石钟乳沉积物的保护具有一定意义,对洞穴旅游开发、管理及岩溶碳循环研究具有重要意义。
云南多乐原溶洞异位石花的发育特征与机理研究
吴广凤, 王嘉学, 杨李
2021, 40(3): 531-538.
摘要:
石花(方解石花、文石花和石膏花)是一种常见的岩溶洞穴次生化学沉积物,广泛分布于洞道周壁,以及石钟乳、石笋、崩塌堆积体表面,其成因不同,形态千差万别。云南多乐原溶洞中若干高悬的次生化学沉积物表面的石花,通过实地考察,发现是一种异位石花。其成因是石柱形成过程中,由滴水和溅水的协同作用所形成,而后石柱底座的古河流堆积体遭到侵蚀搬运,石柱悬空而成新的石钟乳或类石钟乳,附着其底部的石花相对抬高因而显露出来。此类异位石花为云南首次发现,可以作为指示溶洞内微地貌演化的重要依据。
陕西宁强禅家岩天坑群喀斯特地质遗迹特征及成因
任娟刚, 洪增林, 张静, 唐力, 刘晓峰, 秦臻, 王鹏, 王研
2021, 40(3): 539-547.
摘要:
陕西宁强禅家岩天坑群是汉中天坑群中 4 个相对独立的喀斯特系统之一,位于扬子陆块北缘,发育有多样的地质遗迹。文章通过大量野外勘测,总结出陕西宁强禅家岩天坑群地质遗迹的分布特点,并分析了主要地质遗迹的基本特征及形成原因,以揭示南北过渡带峡谷地貌下喀斯特的形成及演化机理。结果表明:(1)研究区形成了以天坑、台原、溶洞、峡谷以及次生化学沉积物为特色的2大类4类5亚类的地质遗迹;(2)区内喀斯特地貌典型,天坑和溶洞最为发育;(3)受峡谷深切影响,研究区内形成有4个地表喀斯特台原,其均具有相对独立的喀斯特水文地质特征,而天坑和竖井均已进入退化期;(4)在地层、岩性和构造多因素作用下,区内天坑孕育于新构造运动时期。
技术方法
基于知识图谱的岩溶知识发现系统建设
杨辰, 毕奔腾, 周立新
2021, 40(3): 548-554.
摘要:
岩溶领域通过地质调查和科学研究积累了大量的成果资源,资源之间的关联关系更加复杂,传统的关键词检索模式已不满足用户获取知识的需求。为实现知识层面的数据检索,利用数据挖掘技术进行岩溶实体抽取与关系计算,以岩溶术语为核心,基于知识图谱构建岩溶知识发现系统,实现岩溶地质成果、期刊、论文、图书、标准、项目、专家等实体的智能语义搜索和关联导航,最大化的挖掘数据的潜在价值,为用户提供精准知识服务,提升了用户体验。

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《中国岩溶》编辑部
2022年4月20日