中国岩溶

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2022, 41(4): 501-510. doi: 10.11932/karst20220401

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1443

83

摘要:
岩溶地区地下发育着大量的溶洞和地下河管道，地下水流状态既有层流也有紊流，而紊流是溶洞管道形成的重要条件。紊流的形成受到岩石初始裂隙的影响，初始裂隙的张开度、分布、走向、迹长、密度等因素都影响着裂隙发育过程中水流状态的变化。通过对不同统计特征的初始裂隙网络进行水流和溶蚀的数值模拟发现，以张开度标准差反映的裂隙网络非均匀性越强，模拟紊流出现的时间就越早；主要裂隙的存在使裂隙网络的非均性增强，主要裂隙与水力梯度总方向的角度越小，紊流出现的时间就越早；当裂隙平均迹长过小时会导致裂隙连通性较差，影响裂隙水流和溶蚀作用；裂隙密度，尤其是主要裂隙密度，对岩溶发育的影响较大。相对于次要裂隙，如果主要裂隙密度偏小，紊流形成时间会大大增加，甚至很难形成紊流。当初始裂隙张开度小于0.001 cm，增大水力梯度仍没有紊流发生，岩溶几乎不发育。

煤矿酸性“老窑水”低Ca/Mg成因机制

石维芝, 赵春红, 梁永平, 韩占涛, 谢浩, 唐春雷

2022, 41(4): 511-521. doi: 10.11932/karst2022y10

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1660

71

摘要:
山西省阳泉市山底河煤矿“老窑水”循环系统多年水质监测数据计算结果显示，煤矿酸性“老窑水”的Ca/Mg值普遍偏低，且存在Ca/Mg值随酸化程度的增强（SO₄²⁻含量增加或pH减小）而减小的规律。针对这一问题，结合研究区的地球化学物源条件，通过室内试验以及野外监测水样的石膏、方解石、白云石矿物饱和指数与pH变化关系，分析煤矿酸性“老窑水”低Ca/Mg值的成因机制。研究表明：区内石炭系－二叠系的煤系地层中碳酸盐岩夹层、分散状态分布的菱镁矿、黄铁矿是“老窑水”中Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄²⁻的物质来源；在黄铁矿氧化水解形成的以硫酸根为主导的酸性溶液中（pH为2.0~4.5），代表硫酸对石膏、方解石、白云石可溶解性的饱和指数排序为石膏>方解石>白云石，受石膏在高浓度硫酸活性降低并发生沉淀、方解石溶解受Ca²⁺同离子效应抑制和饱和状态的平衡调节的综合影响，使Ca²⁺相对含量减少，由于MgSO₄溶度积大于CaSO₄，故Mg²⁺含量未受上述约束（或较低），脱白云岩化反应可因Ca²⁺含量随石膏沉淀而继续进行，加之区内有菱镁矿的溶解，使得Mg²⁺相对含量增加，最终出现了镁矿酸性“老窑水” Ca/Mg值低的结果。Ca/Mg值可作为煤矿酸性“老窑水”的污染特征指标，应用于环境影响评价。

山底河流域煤矿酸性矿井水野外监测

唐春雷, 梁永平, 晋华, 赵春红, 申豪勇, 王志恒, 赵一, 谢浩, 梁琛

2022, 41(4): 522-531. doi: 10.11932/karst20220402

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1311

61

摘要:
酸性矿井水在我国鲁西南、山西、内蒙、云南和贵州等煤矿区普遍存在，酸性矿井水其pH往往在2~5之间，高SO₄²⁻、HB、TDS、Fe、Mn。这些物质进入地下水、地表水或土壤后，会对其造成严重危害。文章选择山西阳泉市典型废弃煤矿区山底河流域为研究区，通过水文地质调查，水文地质钻探，水文地质剖面等方法阐述山底流域地层岩性，水文地质条件概况，得出受煤矿开采影响，与天然条件下相比山底河流域的地表水和地下水的补给、径流、排泄条件均发生了根本变化。补给通过破坏产生的导水裂隙带运移，以垂向运动为主；径流通过坑道，导水裂隙带运移，以横向运动为主；排泄以矿坑排水和泉水溢出方式为主。并简述山底河流域煤矿酸性矿井水试验站观测站分布情况与水化学特征。

云贵高原典型串珠状岩溶湿地水文地质演化研究

张华, 康晓莉, 彭淑惠, 黄钊, 高瑜, 黄琴辉, 刘绍华, 刘天伦

2022, 41(4): 532-541. doi: 10.11932/karst20220403

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1703

128

摘要:
位于云贵高原面上宣威岩溶断陷盆地北东部的格宜镇，地貌类型为岩溶丘峰谷区，广泛分布碳酸盐岩地层，由于岩石建造和外地质应力的复杂性，在强烈的溶蚀作用下形成了多种多样的地貌形态，既有溶蚀形成的溶洞、洼地、谷地、落水洞等地表岩溶地貌，又有地下河管道等。通过水文地质学、岩溶学方法，对湖泊型串珠状湿地的构造、水文地质、岩溶发育特征进行研究，云贵高原面上串珠状岩溶湿地演化过程经历了地壳抬升期、南地壳稳定期、地壳再次抬升期三个阶段，在新构造运动作用下，由于地壳抬升，侵蚀基准下切等原因，岩溶管道在漫长的时间内垮塌、淤泥堵塞及岩溶发育的不均匀条件下了形成地表串珠状湿地。针对目前湿地面积的不断萎缩、减小问题，提出了具体的保护建议。

云南省主要盆地地下水水质监测与变化趋势分析

高瑜, 张华, 康晓莉, 周俊蓉, 武红梅, 刘海峰, 叶咸

2022, 41(4): 542-552. doi: 10.11932/karst20220404

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1688

68

摘要:
云南省的高原山间盆地是重要的水源汇集区，人口聚集和经济活动中心，也是对水环境影响和变化具有指标意义的环境水文地质单元。文章阐述了云南省高原主要山间盆地地下水质监测概况，并依据多年地下水水质监测数据，按照孔隙水、裂隙水、岩溶水三种地下水类型进行了水质评价。通过数据统计法、Piper三线图、小波神经网络时间序列分析，预测云南省地下水化学特征及水质变化趋势。研究发现：地下水化学类型种类复杂多样，以HCO₃-Ca · Mg、HCO₃-Ca型为主。氨氮、锰、氟化物、硝酸根离子等含量超标率较高，是导致地下水水质超标的主要指标，不同污染指标的污染来源不同，主要为生活污染和工业污染。根据统计分析结果显示云南高原主要盆地水质总体上呈稳定趋势，针对研究结果提出了地下水环境保护的措施建议。

岩溶高原山区表层岩溶泉绿能与高效开发利用模式

周翠琼, 张贵, 张文鋆, 高瑜, 何绕生, 王波, 张华, 彭淑惠

2022, 41(4): 553-561. doi: 10.11932/karst20220405

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1230

51

摘要:
为解决岩溶高原山区缺水的问题，合理开发利用表层岩溶水，开展了水文地质详细调查。查明区内表层岩溶泉出露13个，流量0~67.53 L·s⁻¹，动态变化与降水关系密切。文章总结了表层岩溶水“泉－池（窖）－库”优化调控、绿能高效开发利用模式：①在有砂泥岩夹层分布的凹部山岩溶洼地，采用防渗帷幕灌浆，建设悬挂式凹部山水库，积蓄地表水、表层岩溶水形成自流供水；②在湾半孔表层泉处建设蓄水池直接引流利用；③在湾半孔表层泉附近建设水泵站、光伏电站，平水期时通过光伏电站发电，由泵站自动控制抽取表层岩溶水补给凹部山水库，形成地表、地下水优化调控，联合调度调蓄利用25.3万m³·a⁻¹,解决了区内13 000余人的生活生产用水困难问题。

珠江流域岩溶地下河分布特征与影响因素研究

杨杨, 赵良杰, 夏日元, 王莹

2022, 41(4): 562-576. doi: 10.11932/karst20220515

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1595

109

摘要:
珠江流域岩溶地下河枯季流量约4 738.69万m³·d⁻¹，赋存丰富的地下水资源，探讨地下河分布和发育特征对我国南方岩溶水资源的开发利用具有重要的指导意义。文章以西南岩溶区大量的野外调查工作为基础，结合珠江流域内1∶20万水文地质普查报告，选择348组岩石样品和1 036条岩溶地下河，从岩性、地形地貌、构造、水动力条件和新构造运动等角度总结分析珠江流域地下河发育规律、分布特征及其影响因素。结果表明：地下河在比溶解度介于0.84~1.2的细粒−鲕粒生物碎屑纯灰岩中最为发育，在比溶解度介于0.43~0.61的泥质灰岩中发育较弱。根据地下河形态及水循环演化条件，将地下河分为发育初期单管型、发育多期羽毛型、新构造控制网络型、发育成熟期树枝型4种类型。地形地貌和地表河网决定岩溶地下河运动的趋势和方向；构造控制地下河发育的空间格局，其中构造反接复合部位、压扭性断裂两侧破碎带、与非可溶岩接触带、褶皱弯曲最大部位、背斜轴部破碎带和向斜轴部地下河发育尤为明显；水动力特征影响地下河发育规模和发育深度；新构造运动促进地下河发育向深性、继承性、新生性发展。

环境同位素示踪的毛村地下河流域水流特征

郭永丽, 吴佩艳, 黄芬, 孙平安, 苗迎, 刘绍华

2022, 41(4): 577-587. doi: 10.11932/karst20220406

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1283

66

摘要:
岩溶水文特征是岩溶区生态环境可持续发展的关键驱动力。文章利用环境同位素示踪剂反馈的水动力过程，解译毛村地下河流域的水流特征。其流域内水体δD和δ¹⁸O范围均位于大气降水δD和δ¹⁸O的范围内，大气降水是流域主要的补给来源；基于δ¹³C_DIC利用质量守恒定律计算岩溶水体中DIC来源于碳酸盐岩溶解的平均值为52.13‰，可揭示相关的水—碳酸盐岩相互作用历程；流域内岩溶水点²²²Rn和EC值对大气降水的响应特征表明降水的蓄积作用可驱动深层岩溶裂隙水运移，且具有较强的稀释作用；基于²²²Rn的衰变特征，计算6月份地下河管道有效水流速度为2 427.49 m·d⁻¹；西南岩溶地下河水流与地表水流相似，且对降水响应敏感。综合毛村地下河流域的水文地质条件及其水文点SI、²²²Rn、δ¹³C_DIC和δ¹⁸O间的相关关系，环境同位素可更好地示踪岩溶裂隙水流特征，揭示岩溶含水系统的空间结构特征及水流路径。水化学环境天然示踪剂可提供有关岩溶含水系统的重要信息，对水动力学方法具有重要的补充作用。

岩溶区典型工业型城市地下水水化学特征及成因机制

卢丽, 陈余道, 邹胜章, 樊连杰, 林永生, 王喆

2022, 41(4): 588-598. doi: 10.11932/karst20220407

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1453

65

摘要:
文章以广西柳州市岩溶地下水为研究对象，在岩溶水文地质调查和样品采集测试的基础上，采用数理统计法、水化学方法（Piper图、Gibbs图、离子比值系数，矿物饱和指数计算）、因子分析法和模糊综合评价法，分析工业型城市岩溶地下水水化学特征及形成机制，开展岩溶地下水质量评价。结果表明，研究区岩溶地下水为中-弱碱性水，Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃⁻、SO₄²⁻是主要的阴阳离子，水化学类型以HCO₃-Ca型和HCO₃-Ca·Mg型为主，且城区的SO₄²⁻型水的比例远高于非城区。区内岩溶地下水水化学组分及演化主要受水－岩作用、工业污染、城镇生活污染和农业活动等主控因素的影响，贡献率分别为31.52%、25.15%、18.12%和10.74%。其中，城区的水化学组分受人类活动的影响程度大于非城区的。矿物饱和指数表明，区内方解石和绝大多数白云石为饱和状态，而石膏和盐岩均为溶解状态。不同功能区的水化学敏感指标有差异，工业区以重金属为主，农业区以三氮为主，生活区以K⁺、Na⁺、Cl⁻、SO₄²⁻为主。研究区整体水质较好，Ⅰ－Ⅲ类水的比例高达约87.39%；但不同区域的水质差异较大，其中城区的水质较差，超标因子主要为Al、Mn、Pb、Fe、Hg；非城区的水质较好，超标因子主要为三氮。研究成果可以为工业型城市岩溶地下水污染防治提供科学依据。

明月峡背斜南部张关—排花洞岩溶水系统地下水径流模式解析

于斯遥, 秦梓萱, 杨艳娜, 毛唯娜, 郝朝, 许模, 刘洋

2022, 41(4): 599-609. doi: 10.11932/karst20220408

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1397

86

摘要:
川东明月峡背斜地下岩溶发育的强烈非均质性造就了独特的地下水径流模式，孕育出区域复杂的岩溶工程水文地质问题，查明明月峡背斜南段地下水径流模式对指导区内隧道工程选址及建设具有重要意义。文章在已有研究基础上，以“张关—排花洞”岩溶水系统为研究区，通过系统厘清区内水文地质条件，深入剖析区内地下水水文地球化学特征及水动力条件，明确区内岩溶含水介质不均一性控制下的地下水小尺度径流规律。结果显示：研究区地下水在平面上表现为形似“扫帚状”的径流模式：在补给、径流区，三叠系下统嘉陵江组一段（T₁j¹）、嘉陵江组三段(T₁j³)地层（强岩溶化）与嘉陵江组二段（T₁j²）、嘉陵江组四段（T₁j⁴）地层（弱岩溶化）呈间互状分布的特点导致相邻地层之间水力联系较弱，以地层为单位形成多个相对独立的岩溶水子系统；在研究区排泄区，受控于势汇最强的T₁j³内部管道流对其他地层地下水持续的袭夺效应，地下水统一汇聚至排花洞暗河出口向御临河排泄，各岩溶水子系统最终整合为一个岩溶水系统。

滇中红层膏盐溶蚀特征及其对水质的影响——以楚雄谢家河河谷为例

黄胜东, 赵龙, 黄贵任, 陈积普, 王宇

2022, 41(4): 610-622. doi: 10.11932/karst20220409

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1410

59

摘要:
滇中红层多含有石膏、岩盐等可溶盐矿物，在可溶盐富集地段，地下水往往表现为咸水或微咸水而不适宜饮用。文章以楚雄市谢家河河谷为例，基于钻探、物探、测井、水质分析等综合勘察资料，研究红层膏盐在地下水循环中的溶蚀特征并分析膏盐溶蚀对水质的影响。结果表明：膏盐溶蚀形式主要为散点状膏盐的溶蚀孔洞和裂隙状石膏的溶蚀裂隙，溶蚀强度主要受控于含水介质孔隙发育程度和地下水循环速度；浅层地下水循环速度快，虽可溶盐溶蚀强烈，但对地下水水质影响较弱，水质超标面较小；深层地下水循环速度慢，可溶盐溶蚀后富集于深层承压含水层中，导致地下水水质超标面大；断裂及其影响带导水造成深层承压水向浅层地下水越流，导致浅层地下水水质变差。

广安市铜锣山背斜三叠纪岩溶热储结构特征及热水成因研究

袁建飞, 刘慧中, 邓国仕, 李明辉

2022, 41(4): 623-635. doi: 10.11932/karst20220410

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1288

47

摘要:
为探讨广安市铜锣山背斜三叠纪岩溶热储特征、地热水水化学与同位素组成、热储温度及地热水循环机理，采用地热钻探、水化学与同位素取样测试、热水溶质组分图解分析等手段和方法，开展了地热水成因的研究工作。结果表明：研究区三叠纪碳酸盐岩热储结构相对完整，热储盖层、热储层和热储下部隔水层形成独立的地热水文地质单元。岩溶地热水水化学类型主要为SO₄-Ca·Mg和SO₄-Ca型，富含F、Sr、Li、B和SiO₂物质，其水源补给为大气降水，补给区位于铜锣山以北的大巴山一带，深部地热水补给高程大于1 100 m，补给区年均温度为9 ℃。热储温度为56~76 ℃，热水循环深度为2 013~3 030 m。地热水在循环过程中，主要发生碳酸盐岩和蒸发岩溶解、冷热水混合过程，且冷水混入比例大于80%。结合区域地热地质条件，构建了研究区地热水成因概念模型。

MIS3阶段千年尺度突变事件在中国石笋δ¹³C记录中的印迹

罗雪琳, 周颖, 付天祥, 聂旻敏, 梁怡佳, 董进国

2022, 41(4): 636-647. doi: 10.11932/karst20220411

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962

35

摘要:
基于山西阳泉市莲花洞石笋8个²³⁰Th年代和109个δ¹³C数据，获取了末次冰期54.5~41.1 ka BP期间平均分辨率为120年的δ¹³C记录。综合对比亚洲季风区29°~41°N之间5条独立定年的、高分辨率石笋δ¹³C记录表明：不同洞穴石笋δ¹³C记录在相同生长时段具有较好的重现性，δ¹³C指标能够有效指示洞穴上覆地区土壤CO₂产率，从而反映洞穴外部环境与季风气候的变化。δ¹³C记录的5个千年尺度亚洲夏季风增强事件在定年误差范围内响应于格陵兰冰芯记录的Dansgaard-Oeschger（DO）10~14事件，而2个弱季风过程与北大西洋钻孔记录Heinrich 5和Heinrich 5a事件密切联系。这种石笋δ¹³C记录的空间一致性表明亚洲夏季风及其控制下的区域生态环境波动在千年尺度上通过海－气耦合响应于北高纬气候变化。

文石石笋发生矿物重结晶的影响因素及其古气候意义

李嘉燕, 田怡苹, 光凯悦, 朱珊莹, 李云霞, 高永利, 饶志国

2022, 41(4): 648-659. doi: 10.11932/karst20220412

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900

62

摘要:
洞穴沉积物—石笋已成为研究岩溶区环境气候变化历史的重要载体。在我国湘西地区，某些洞穴石笋原始沉积多为不稳定的文石矿物，极易发生重结晶，可能使石笋中相关化学元素含量最终偏离原生矿物的特征，限制了文石石笋某些代用指标在古气候研究中的应用。文章以前人研究成果为基础，总结梳理了文石石笋发生重结晶的影响因素及其对石笋记录古气候的影响：（1）石笋剖面特征、XRD结果、显微镜观察和地球化学元素特征等可作为石笋发生重结晶的判别依据；（2）洞穴滴水和石笋孔隙水饱和度、文石晶体缺陷和晶体之间的方解石胶结物以及岩溶水体中Mg²⁺浓度等均会影响文石石笋的矿物转变；（3）在文石向方解石转变过程中，石笋铀含量会有一定程度的流失，可导致放射性铀系定年的异常或年代倒序；（4）矿物重结晶可导致δ¹⁸O、δ¹³C及石笋微量元素浓度（或比值）等指标发生改变，其变化特征因洞穴而异，从而影响其作为环境指示器的可靠性；（5）湖南龙山惹迷洞石笋（RM2）发生了不均一的矿物重结晶，自顶部至20.3 cm以放射状为主，20.3 cm至底部主要为糖粒状，并结合年代结果发现文石重结晶对石笋铀系定年产生了影响，而重结晶作用对该石笋其他指标的影响还有待进一步研究。

利用石笋δ¹³C重建岩溶石漠化研究进展

徐玉珍, 李廷勇, 李俊云, 杨琰

2022, 41(4): 660-674. doi: 10.11932/karst2022y11

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1302

54

摘要:
岩溶石漠化的形成演化机制是被关注的科学问题，对脆弱的岩溶区生态环境恢复具有重要的现实意义。洞穴石笋δ¹³C受到多种因素影响，能敏感响应地表生态环境以及岩溶水文条件的变化。因此，利用石笋δ¹³C研究岩溶地区生态环境演变历史成为一个重要方向。本文从地表环境和洞穴沉积两个方面梳理了影响石笋δ¹³C的主要因素。结合现代洞穴监测及模型模拟研究，分析整理了影响洞穴滴水和沉积物中δ¹³C的主要因素和机理。在多重因素的影响下，石笋δ¹³C的环境意义具有多解性，文章从时间尺度、空间分布、沉积环境三方面归纳了石笋δ¹³C的指示意义。为了准确解释石笋δ¹³C环境意义，提出了综合分析、现代监测以及模型模拟的解决方案。通过对岩溶石漠化概念、成因、发展过程、以及环境效应的讨论，分析了地表石漠化与石笋δ¹³C记录的密切联系。总结了已经发表的利用石笋δ¹³C重建区域石漠化的研究成果，讨论了目前研究中面临的主要问题：(1) 如何正确解译石笋δ¹³C的指示意义？这是石笋δ¹³C能够用于重建区域石漠化历史的前提；(2) 在空间上，石笋δ¹³C记录反映上覆地表的面积是有限的，需考虑石笋能否代表目标研究区域的环境变迁；(3) 石漠化可在年—十年际时间尺度上快速发展，而石笋测年存在一定的年龄误差，石笋δ¹³C是否能够敏感记录地表的石漠化过程？为了准确重建区域岩溶环境以及石漠化演变历史，提出以下主要建议：(1) 为了避免石笋δ¹³C重建古环境的不确定性，可加强石笋δ¹³C与δ¹⁸O、微量元素、矿物结构等指标的综合对比分析，与现代监测以及模型模拟的解决方案综合集成，能更加准确重建研究区岩溶水文变化过程，判定石漠化的演化历史；(2) 通过区域和同一洞穴的多根石笋记录对比，减少单一石笋记录的区域代表性问题；(3) 高精度年代控制的高分辨率多指标石笋记录，有助于捕捉快速发生的石漠化过程。

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2022年第41卷第4期

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