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2021年  第40卷  第5期

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基础地质
黔北道真地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组沉积微相研究
盘应娟, 杨忠琴, 安亚运, 贺永忠, 陈厚国, 卢树藩, 龙建喜
2021, 40(5): 739-749. doi: 10.11932/karst20210501
摘要:
上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组是我国南方地区页岩气勘探开发的主要目标层系之一,但对其沉积微相的研究较为薄弱。文章以黔北道真地区为例,通过多条野外剖面和钻孔资料对比研究,结果显示上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组整体属于陆棚相,分属深水陆棚、半深水陆棚两个亚相。其中五峰组及龙马溪组下部属于粉砂质碳泥棚微相,龙马溪组中部属含粉砂质碳泥棚微相,龙马溪组上部属含钙质粉砂质碳泥棚微相。该认识对于黔北地区页岩气有利区的优选具有指示意义。
湘桂走廊地貌发育特征的地学意义及形成机制研究
罗书文, 贺卫, 杨桃, 邓亚东, 吕勇, 吴克华, 孟庆鑫
2021, 40(5): 750-759. doi: 10.11932/karst20210502
摘要:
为了探讨湘桂走廊内岩溶发育特征、水文地貌学意义及区内峰林平原形成原因,文章通过实地调查区内地貌形态、岩性以及地貌类型的空间展布特征,运用岩溶水文地貌学理论探讨区内水文地貌的形成与演化。根据区内地貌形态的空间展布特征,分析认为区内水系经历一次反向袭夺过程;区内地貌演变受到越城岭、海洋山两个隆起的影响,平原面积变小,湘江向东北退缩;区内地貌演化至少经历了古湘江期、灵河孕育期、灵河期等三个夷平时期。文章在分析区内峰林平原形成动力机制的同时,提出岩溶流域潮间带概念模型和岩溶流域牵动交互式袭夺模式,丰富了峰林平原成因类型和岩溶水文地貌学的研究方法,提出的科学术语具有重要科学意义。
黔南坳陷下寒武统牛蹄塘组泥页岩埋藏史与热史研究——以贵都地1井为例
聂国权, 李小盼, 淡永, 梁彬, 张庆玉, 李景瑞, 季少聪
2021, 40(5): 760-767. doi: 10.11932/karst20210503
摘要:
下寒武统牛蹄塘组是黔南坳陷最重要的页岩气目标层之一。为探究牛蹄塘组泥页岩的生烃演化史,文章以黔南坳陷贵都地1井为研究对象,通过对该区油气地质、地球化学分析,运用盆地模拟技术等方法,对贵都地1井牛蹄塘组埋藏史与热史进行重建。结果表明:牛蹄塘组泥页岩具有较高的有机质丰度,有机质类型为I型,已达到过成熟阶段,整体具有一定的生烃潜力;牛蹄塘组泥页岩经历了中寒武世早期—中奥陶世(466~508 Ma)的生油期和中奥陶世—中三叠世(236~466 Ma)的生气期,在中三叠世晚期(约230 Ma)达到最大埋深5 740 m,最高温度约215 ℃;具有“短暂生油,持续 生气”的特征;高热演化背景下的生烃过程为页岩气富集提供较好的基础条件,但印支期以来的构造抬升剥蚀对页岩气保存具有较强的破坏作用,保存条件是页岩气富集最重要的控制因素。
成都市白垩系灌口组富膏盐红层溶蚀特征与机理
韩浩东, 王春山, 王东辉, 李鹏岳, 李华, 杨涛
2021, 40(5): 768-782. doi: 10.11932/karst20210504
摘要:
成都市白垩系灌口组近地表红层富膏盐地层因富含膏盐、钙芒硝等易溶矿物普遍发育红层类岩溶现象,制约着地下空间的开发利用。为梳理出成都市域灌口组富膏盐红层溶蚀规律与机理,防范红层硫酸盐岩溶相关的工程地质问题,综合利用钻孔岩芯、物探、测井、物性测试、溶解实验等资料,分析区域内富膏盐地层的分布规律、富膏盐红层溶蚀特征、溶蚀发育的影响因素和红层硫酸盐岩溶机理。综合研究表明,成都市白垩系灌口组富膏盐红层溶蚀现象普遍发育于低丘台地区及平原河谷区。红层硫酸盐岩溶受地形、构造、地下水活动、断裂等多种因素的综合影响,地下水活动和断裂系统是最关键因素。存在两种不同的溶蚀模式:在高于平原区的低丘地区,地表水透过第四系松散卵砾石层,入渗至裂缝发育、岩体破碎的强-中风化以及富含膏盐的白垩系灌口地层,溶蚀钙芒硝、石膏、硬石膏等矿物后,地下水顺流至低洼的平原、河谷地带或汇入地表径流,促使溶蚀作用的持续发生;在低于平原区的较深部,地表径流沿向斜翼部侧向顺层流动或沿断裂系统入渗补给地下水,导致60 m以深的较深部发生溶蚀现象。
桂林地质遗迹景观特征及其保护开发策略研究
邓亚东, 孟庆鑫, 吕勇, 罗书文, 潘明
2021, 40(5): 783-792. doi: 10.11932/karst20210505
摘要:
桂林地质遗迹景观是桂林最为重要的旅游资源。在详细的野外调查基础上,依据地质遗迹调查规范(DZ/T0303-2017),梳理了桂林6区10县1市共17个区域内的312处地质遗迹景观,划分出3大类,9类和20亚类地质遗迹景观类型;景观具有数量丰富,类型多样,特色突出,品质极高,分布广泛,相对集中,地质旅游价值大等7大特征,采用直接认定法与专家打分法对地质遗迹景观质量进行等级评价,结果显示,桂林有7处世界级景观、32处国家级景观、105处省级景观、168处省级以下景观。桂林地质遗迹景观数量、类型、质量等级在各区域空间分布不均衡。文章提出建立统一的保护体系、统一的管理监督机制、桂林地质遗迹景观法律法规保障体系、桂林地质遗迹景观监测预警系统、加强科普教育,提高公众对地质遗迹景观价值和功能的认识等5大保护策略;以及保护性开发、同类景观有序性开发、特色性开发、多元性开发、不同等级景观分级开发等5大开发策略。
云南泸水市压扭性构造对银厂坪白云岩岩溶系统发育控制作用
吴继文, 吴亮君, 吕勇, 王璞珺, 周嘉铭, 林宇, 潘明, 廖家飞, 孟庆鑫
2021, 40(5): 793-804. doi: 10.11932/karst20210506
摘要:
银厂坪岩溶系统由溶蚀洼地和溶洞系统组成,溶蚀洼地内发育15个规模和形态不同的落水洞以及多条溶沟。根据断层面擦痕反演构造应力张量和共轭剪节理反映的应力场特征, 结合区域地质背景,认为研究区于始新世—早中新世主要受 SEE-NWW 向挤压和 NNE-SSW 向拉张应力场控制,形成 NW 向左旋压扭性构造,其几何学和运动学特征符合里德尔剪切模式。走滑拉分阶区所形成凹陷具有汇水功能,利于岩溶作用形成溶蚀洼地,内部发育的共轭节理交汇部位是良好的导水构造,叠加在走滑微拉分阶区内,促进白云岩溶蚀作用形成落水洞。地下岩层受构造挤压发生层间滑动形成微裂隙,经溶蚀扩大,形成顺倾斜岩层发育的岩溶洞穴。左行走滑断裂造成地表河流和山脊发生系统左旋位错,发育断层崖于山脚处形成倒石堆,在构造抬升和剥蚀作用下,岩壁不断后退,地下河频繁袭夺使早期溶洞成为干洞,现代地下河于斜坡下游通过地下河出口转为明流。
桂林峰林平原、峰丛洼地残留中生代地层空间展布形成机制探讨
罗书文, 吕勇, 吴克华, 邓亚东, 杨桃, 潘明, 傅良同
2021, 40(5): 805-814. doi: 10.11932/karst20210507
摘要:
文章探讨了桂林峰林平原、峰丛洼地内中生代地层空间展布及形成机制,为查清桂林岩溶地貌发育演化过程提供参考。在前人研究基础上,通过调查地层、地貌的空间展布特征,结合区内构造发展史、 岩相古地理环境变化及岩溶水文地貌过程等要素,对桂林峰林平原、峰丛洼地内中生代地层空间展布特征、形成机制,进行归纳总结与分析,认为:三叠纪地层和白垩纪地层覆盖于泥盆纪地层之上,中间缺失二叠纪、侏罗纪地层,其原因是中三叠世时期地壳抬升,三叠系上统和二叠系被剥蚀殆尽,在侏罗纪研究区处于剥蚀期,导致两个时期地层缺失;而三叠系、白垩系残余地层分布在泥盆系形成的洼地、谷地、洞穴、山腰及山顶等地,主要是区内在中三叠世、侏罗纪时代古岩溶发育的天坑、洼地、谷地和洞穴等负地形,为晚三叠世和白垩纪沉积提供空间;现代岩溶地貌发育过程中,形成的岩溶负地貌将上覆地层向纵深方向携带,从而形成不同常理的地层接触关系;同时,这些负地形为堆积或沉积在内的三叠纪、白垩纪地层提供了免受剥蚀场所,使其残留至今。
生态地质
漓江源头大溶江流域土壤理化性质
肖琼, 赵丽芳, 陆来谋, 孙平安, 张陶, 郭永丽
2021, 40(5): 815-824. doi: 10.11932/karst20210508
摘要:
文章采用ArcGIS和SPSS22.0软件分析珠江三级支流漓江上游大溶江流域内土壤pH、电导率、粒度、土壤总氮(TN)、土壤有机碳(TOC)、土壤无机碳(TIC)及其在空间上的分布特征,结果显示:(1)研究区土壤pH平均值在土下20 cm处为4.04~6.23,土下50 cm处为4.02~6.53,体现出土壤的地带性特征,土壤电导率均值为352.93 μs⋅cm-1(变化范围为145.00~1 015.00 μs⋅cm-1),流域内不同地质背景的土壤pH和土壤电导率具有显著差异性;(2)土壤粒径以粉粒含量最高(59.39%),其次是沙粒(33.26%),黏粒含量最低(7.36%),黏粒和粉粒含量随土壤深度增加而增加,沙粒含量随土壤深度的增加而减少;土壤体积含水量为22.04%~46.45%,在土下20 cm 处土壤体积含水量均值为31.55%,在土下50 cm时土壤体积含水量均值为30.98%;(3)流域内土壤的TN、TOC和TIC平均含量分别为1.50 g⋅kg-1、15.25 g⋅kg-1、16.89 g⋅kg-1,其空间分布与土地利用类型一致,均表现为林地高、耕地低的特征;垂直分布上,土壤中碳、氮含量随着土壤深度增加而降低,主要是由于表层土壤最先接收枯枝落叶等腐殖质的分解,使碳、氮等营养物质在地表富集所致;(4)流域内土壤TOC、TIC、TN均与黏粒、粉粒含量呈负相关,与沙粒含量呈正相关,pH与黏粒、粉粒含量呈正相关,与沙粒呈负相关;流域内土壤TN与TIC、TOC均呈极显著正相关,与电导率呈显著负相关;TIC含量和TOC含量之间具有极显著正相关关系,与体积含水量和电导率呈显著负相关。
混合岩溶流域碳酸盐岩溶蚀速率与岩溶碳汇——以漓江流域上游为例
孙平安, 肖琼, 郭永丽, 苗迎, 王奇岗, 章程
2021, 40(5): 825-834. doi: 10.11932/karst20210509
摘要:
碳酸盐岩矿物的化学风化速率要显著高于硅酸盐岩矿物,碳酸盐岩和硅酸盐岩混合流域中碳酸盐岩矿物风化对河流水化学的贡献占主导。为研究混合岩溶流域碳酸盐岩风化及岩溶碳汇特征,在漓江流域上游大溶江、小溶江、灵渠3个混合岩溶流域选取了24个点放置标准溶蚀试片并测试对应的土壤理化性质。基于雨季和全年试片溶蚀量和土壤理化特征,分析试片溶蚀量的主控因素及季节差异,定量评估大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度。结果表明:空中试片溶蚀量主要受控于降雨,植被会部分遮挡降雨,使试片溶蚀量显著下降,而地表和土下碳酸盐岩溶蚀受降雨和水文过程共同控制;雨季碳酸盐岩溶蚀更快,空中试片溶蚀量主要受控于降雨,而地表和土下试片主要受控于土壤水分的变化;基于溶蚀试片法,大溶江、小溶江和灵渠流域岩溶碳汇强度分别为0.75、0.30和2.92 tC⋅km-2 ⋅yr-1
广西桂林石灰土元素迁移特征及影响因素——以会仙峰丛谷地石灰土为例
吴华英, 黄晨晖, 李腾芳, 黄奇波, 罗飞
2021, 40(5): 835-848. doi: 10.11932/karst20210510
摘要:
碳酸盐岩的化学风化是岩溶关键带各圈层相互作用的主要形式,风化壳中蕴含重要气候环境和物质循环信息。通过对广西桂林会仙峰丛谷地石灰土的化学风化强度及元素迁移特征的研究,并与滇黔湘和青藏高原的岩溶风化壳的对比分析,结果表明:(1)会仙石灰土化学蚀变指数(CIA)均值为92.14,与贵州兴义岩溶风化壳相当,反映炎热潮湿气候下的强烈化学风化;白云岩风化壳CIA与灰岩风化壳相当,CIA值主要受“不溶物”含量的影响;地形上,从上坡到下坡,从坡地到谷地,垂向剖面从浅部到深部,碳酸盐岩风化壳的CIA值呈减小趋势;(2)包括会仙石灰土在内的中国南方碳酸盐岩风化壳的CIA值与纬度成负相关,青藏高原地区和北方地区碳酸盐岩风化壳的CIA值与纬度不存在相关性,可能受晚第三纪以来印度板块俯冲推挤,青藏高原地区构造抬升和夷平面变形的影响;(3)与硅酸盐风化壳、黄土剖面不同,碳酸盐岩风化壳CIA和Na/K(摩尔比值)不存在相关性,但CIA和K/Al(摩尔比值)则存在显著负相关,可采用K/Al来表征碳酸盐岩剖面的风化程度,其主要是受可溶成分的快速淋失影响;会仙石灰土、贵州兴义风化壳较其他风化壳更接近Al端,化学风化程度更高;(4)会仙石灰土的化学成分与中国其他地区碳酸盐岩风化壳基本一致,剖面上分布均匀;与上陆壳相比,Na、K、Ca、Mg表现为亏损,其他元素为富集;和下伏碳酸盐岩的稳定元素Ti相比,除了Cr、Fe、P、Al富集或不变外,其他元素都发生明显的迁移淋失;会仙风化壳元素的迁移性由强到弱为:Ca ˃ Mg ˃ B ˃ Na ˃ N ˃ Cd ˃ Zn ˃ As ˃ K ˃ Pb ˃ Si ˃ Mn ˃ Al ˃ Cr ˃ Fe ˃ P,高含量Ca、Mg的快速溶失对其他元素的迁移性有重要影响。
岩溶区不同母岩植物群落物种组成及优势种群生态位差异
董茜, 尤勇刚, 罗为群, 刘绍华, 王根柱, 刘玉国, 周金星
2021, 40(5): 849-859. doi: 10.11932/karst20210511
摘要:
以广西平果市纯石灰岩、石灰岩夹白云岩天然次生林为研究对象,在野外群落调查基础上,应用Levins生态位宽度和Pianka生态位重叠指数进行优势种群生态位特征分析。结果表明:纯石灰岩生境下调查到维管植物56种,隶属于35科45属,石灰岩夹白云岩生境下调查到维管植物44种,隶属于33科42属。两种生境下桑科(Moraceae)物种丰富度均占有明显优势,主要为榕属及波罗蜜属。豆科(Leguminosae)、荨麻科(Urticaceae)、楝科(Meliaceae)植物在纯石灰岩生境占优势;大戟科(Euphorbiaceae)植物在石灰岩夹白云岩生境下占优势,群落总体相似性较低。乔木层植物蚬木(Excentrodendron hsienmu)、灌木层植物葡萄叶艾麻(Laportea violacea)与草本层植物肾蕨(Nephrolepis cordifolia)为两种母岩生境植被中的共有物种且生态位宽度指数较高。纯石灰岩森林乔木层与灌木层优势种生态位完全不重叠种对数量较石灰岩夹白云岩森林高14对,纯石灰岩森林乔木、灌木物种相对丰富。在岩溶区进行植被恢复建设中,应依据不同岩性背景优先选择生态位宽度较宽的物种作为先锋树种,同时考虑与其生态位重叠指数低的树种作为伴生种,避免植物不适宜生长或生态位功能冲突。
桂林西北郊光明山峰丛坡地土壤210Pb与226Ra分布与迁移规律研究
唐伟, 蓝高勇, 殷建军, 杨会, 吴夏
2021, 40(5): 860-867. doi: 10.11932/karst2021y30
摘要:
利用单一210Pb技术来估算岩溶区土壤侵蚀、水土流失和泥沙来源等还存在一定问题。岩溶区土层厚度不一,难以准确地确定支持性210Pb放射比活度是制约该方法应用的一大关键问题。文章选取桂林西北郊光明山岩溶峰丛坡地的4个土壤剖面,测试了土壤剖面210Pb与226Ra放射性比活度,探讨其分布规律及影响因素,初步确定土壤中支持性210Pb放射性比活度。测试结果表明4个土壤剖面中210Pb垂向分布服从指数衰变规律, 226Ra放射性比活度随土壤深度增加基本不变。光明山峰丛山坡土壤中约95%的210Pbex主要聚集在0~10 cm深度处,地表20~30 cm以下基本为支持性210Pb。土壤中支持性210Pb放射性比活度约为56.60±11.97 Bqkg-1,与226Ra放射性比活度值64.93±8.83 Bqkg-1在误差范围内一致。进一步研究发现,土壤剖面中210Pb受研究区大气干湿沉降、植被覆盖类型、地形条件、土壤特性(特别是有机质)的影响。此外,研究区土壤剖面226Ra的差异主要与土壤特性和植被类型有关。
基于PSR模型的地质遗迹景观脆弱性评价——以永福县为例
邓亚东, 孟庆鑫, 吕勇, 罗书文, 潘明
2021, 40(5): 868-875. doi: 10.11932/karst20210512
摘要:
地质遗迹景观脆弱性是地质遗迹景观系统对人类活动和自然条件变化反映的重要指标,是评价地质遗迹景观可持续利用的重要指标。文章以永福县典型地质遗迹景观为例,运用地质遗迹景观脆弱性影响因素压力-状态-响应(PSR)模型,从压力、状态、响应3个层面选取17个评价指标,构建地质遗迹景观脆弱性评价指标体系,采用层次分析法(AHP)确定各项指标权重,并运用德尔菲专家咨询法建立5级地质遗迹景观脆弱性划分标准,最后通过综合评分法对永福县地质遗迹景观脆弱性进行评价。结果表明:永福县地质遗迹景观顶子山、小山峡评价值为16.797 0、19.142 1,属微度脆弱;福禄泉、石占溪瀑布评价值为 39.162 8、39.777 5,属低度脆弱;拉孝江、百寿河、板峡湖评价值为 58.546 5、52.330 5、 52.520 9,属中度脆弱;百寿岩、新村屯洞、永福岩评价值为 65.743 0、64.089 3、72.939 5,属高度脆弱,这与实地调查结果相吻合,反映出永福县地质遗迹现状,由此说明PSR模型评价地质遗迹景观脆弱性具有实用性。
基于高光谱的桂东北峰丛洼地土壤有机碳含量预测
唐梅蓉, 杨奇勇, 唐海涛
2021, 40(5): 876-883. doi: 10.11932/karst2021y36
摘要:
以桂东北寨底峰丛洼地土壤为研究对象,利用二阶微分和去除包络线二阶微分方法对土壤光谱进行处理,筛选出3种光谱指数与土壤有机碳(SOC)相关系数最高的特征波段,通过比较偏最小二乘回归、多元线性回归与多元逐步回归等模型的精度,确定SOC最佳估测模型。结果表明:(1)研究区土壤样品有机碳质量分数最小值为 0.20%,最大值为6.06%,变异系数为63.28%,具有中等强度的空间异质性;(2)二阶微分光谱指数建立的多元线性回归模型精度优于原始光谱反射率及包络线二阶微分的模型;(3)二阶微分、包络线二阶微分光谱指数建立的偏最小二乘回归预测模型均比通过原始数据建立的模型精度高出0.3;(4)基于二阶微分所建立的多元逐步回归模型具有较高的预测精度(R2=0.75,均方根误差RMSE=4.83和较大的剩余估计偏差RPD=2.00)。
技术方法
利用高精度示踪技术和大功率充电法确定地下河系统的管道分布特征——以毛村地下河系统为例
韩凯, 梁东辉, 甘伏平, 黄芬
2021, 40(5): 884-893. doi: 10.11932/karst20210513
摘要:
由于岩溶发育的非均一性和复杂性,确定岩溶地下河流域范围及地下河管道的位置是非常困难的。高精度示踪技术可用来确定地下河管道的连通性及地下河流域大致范围;大功率充电法能够准确定位岩溶地下河管道的平面分布特征并追踪地下河系统的管道展布方向。综合高精度示踪技术和大功率充电法等成果,并结合地下河的地表出露特征和钻探等信息进行验证,查明毛村地下河系统的地下河管网分布特征及大致流域范围,探测技术方法组合成效显著。主要成果体现:在毛村地下河系统上游,存在多个地下河管道分支,且还存在一个未被发现的地下河管道,连通各地下河分支;在地下河系统中游径流区,地下河主管道接受周围山体的补给并与次级管道、岩溶裂隙带形成复杂的地下河网状系统;在地下河系统下游排泄区,地下河管道分支呈扇形向排泄点聚集。另外,大功率充电法探测结果显示灯明泉可能是毛村地下河系统的一个分支,但是两者之间的连通性较差,在雨季或水位上涨时,两者之间的联通性可能会有所改善。
人工振动场源下的被动源面波试验研究
张伟, 吕勇, 甘伏平, 刘伟, 韩凯, 郑智杰
2021, 40(5): 894-900. doi: 10.11932/karst20210514
摘要:
传统的被动源面波测量过程中,因环境噪声过于均衡安静,造成高频信息缺失。为拓宽被动源面波信号的频带范围,在被动源面波连续测量过程中加载人工振动震源,具体采用直线排列的方式对马路边、废弃工厂内两个不同噪音水平的区域进行连续16 min的野外数据采集,人为地控制马路上、废弃工厂内的车辆进出等方式来观测不同噪音水平的面波数据,并对采集的数据分别应用空间自相关法(SPAC/ESPAC)进行分析。结果显示:相同位置同样的观测方式下,有车辆经过相比安静环境下采集的数据,面波频散曲线高频信息显著增加,因此,在通过人工加载振动震源的情况下,能够拓宽被动源面波的高频信息,提升浅部地层分辨率,此具有重要应用价值。
基于孔中雷达反射成像特征的岩溶定量化评价
李录娟, 贾龙, 殷仁朝
2021, 40(5): 901-906. doi: 10.11932/karst20210515
摘要:
为准确评价隐伏岩溶区的强岩溶发育特征,采用孔中雷达反射成像技术,利用不同地层的电性差异特征以及探测钻孔孔壁地层岩溶发育情况,并根据岩体中雷达反射波的强度衰减特性,建立钻孔雷达最大探测距离与地层岩溶率的关系,定量推算出地层岩溶发育程度。结果表明:孔中雷达反射成像技术可获得钻孔半径10~30 m范围,甚至更远区域的岩溶发育信息。利用钻孔雷达最大探测距离与地层岩溶率的关系,可得到钻孔周边地层岩溶发育的定量化评价,分析各层位不同埋深的岩溶发育情况,可为地质勘察和工程建设提供更详实的基础数据,具有较好应用前景。

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《中国岩溶》编辑部
2022年4月20日