桂林水南洞1号石笋的沉积年代学研究

通过综合研究广西桂林盘龙洞1、2号、响水岩1号石笋,年龄分别为3万a,＞35万a,5．6万a;贵州荔波董歌洞3、4号、衙门洞1号石笋,年龄分别为16．3万～9．1万a,15．5万a,5．3万～0．7万a;都匀七星洞14、16号石笋,年龄分别为6．4万～1．9万,18．9万～14．9万a;湘西莲花洞1、5号石笋,年龄分别为6万～21a,8万～6万a。这些1．2～4 m高的巨型石笋,沉积旋回、纹(微)层、层面构造等特征,都很有典型性和代表性。根据石笋的宏观、微观沉积特征和系统测年,拟逐步取代测年精度不高的现行第四纪地质年表。笔者以水南洞1号石笋11个沉积旋回及其相关沉积特征为基础,采用TIMS-U系方法测年,精度高,作为桂林地区距今25万～15万a的地质年表。居于第四纪下限趋向＞250万a,建议以20万前后作为第四纪晚更新世与中更新世的断代分界,该分界处于石笋第3次沉积间断,期间形成厚达3 mm的风化壳,上下物质结构构造有显著差异。11个沉积旋回中,凡寒冷期沉积的碳和氧同位素都偏重,极值都是转冷的跃(突)变点,或沉积间断面。11次沉积间断时间长、短差别大,其中第3次、第9次分别为2万a、2千a。这些综合地质、气候信息在1号石笋纵剖面上呈协调显示,是重建古气候环境的可信依据。

桂林44kaB.P.石笋同位素记录及其环境解译

通过大气降水多种因素的相关性 ,以及平均温差较大的 2个时段生长的石笋C、O同位素的明显差异性 ,论证了本区石笋碳酸盐的C、O同位素与全球气温变化呈明显的负相关。Pl 1和X 1石笋高分辨率的同位素记录取得了完全一致的结果 ,C、O同位素确定了冰期旋回冰消期的终止点“I” ,其时限为 10 .7kaB .P .。自 4 4kaB .P .以来桂林地区的气候变化可划分为 3个阶段 :4 4～ 2 5.6kaB .P .的冰期 ,寒冷 ,但比盛冰期暖和 ;2 5.6～ 10 .7kaB .P .的盛冰期 ,气候干冷 ,温度最低 ;10 .7kaB .P .至今的全新世 ,气候温暖、潮湿。气候变化的总趋势为自 4 4～10 .7kaB .P .由暖变冷 ,温差变幅由小变大。末次冰期最后一次冷事件 ,发生在 11kaB .P .前后 ,可能是新仙女木事件在本区的表现。这些特点可以与南极东方冰芯及苏禄海同位素记录进行对比。

桂林洞穴滴水及现代碳酸钙(CaCO_3)沉积的碳同位素记录及其环境意义

经过前期(1995~2000年)及近2a对桂林盘龙洞13个滴水点的2个水文年的滴水和现代碳酸钙沉积的动态监测,发现现代洞穴碳酸钙(CaCO3)沉积有两种类型:①常年性滴水沉积碳酸盐,其δ13C值记录了全年气候变化特征;②季节性滴水沉积碳酸盐,其δ13C值记录了季节性气候变化特征。现代碳酸盐沉积监测和碳同位素分析表明,桂林盘龙洞外部峰体主要为C3植物(几乎没有C4植物),现代沉积碳酸盐的δ13C记录显示,在夏半年,夏季风强、降水丰沛、生物的活动量大,现代碳酸盐沉积量大,δ13C值则较偏负,平均为-13.13‰;现代碳酸盐的δ13C全年平均值为-12.23‰,最负值达-14.5‰;而在冬半年,由于降水相对较少,新沉积碳酸盐的δ13C值,显示稍有增加(或偏正),其δ13C值为-10‰^-11‰。此外,当在降大雨或暴雨后(无论是在夏半年或是在冬半年),滴水在滞后半个月或1个月后沉积形成的碳酸盐,其δ13C值显示突然偏负,主要反映的是降雨效应引起的CO2效应的影响。

桂林响水洞6.00 ka B P以来石笋高分辨率的气候记录

通过对桂林响水洞的石笋进行高精度的TIMS U系测年和C、O同位素分析 ,建立了中全新世 6 .0 0kaBP以来桂林地区高分辨率的古气候变化时间序列。石笋剖面的C、O同位素记录揭示 ,桂林地区中全新世 (6 .0 0kaBP)以来的季风气候变化 ,大致可分为 2个气候期 :6 .0 0～ 3.5 7kaBP为气候适宜期 ,显示东亚夏季风由强盛逐渐变为减弱的趋势 ,为气候温暖湿润期 ;3.5 7～ 0 .37kaBP为降温期 ,显示东亚夏季风减弱 ,冬季风增强以及气候的大幅度波动。在这一降温期 ,间夹多次短暂的温暖期。石笋同位素记录的研究结果表明 ,在 6 .0 0～ 0 .37kaBP间的中全新世———气候适宜期 ,δ18O值由偏负逐渐向偏正的变化趋势 ,反映东亚夏季风由强变弱 ,降雨由多变少 ,气温由高变低的变化趋势。

桂林盘龙洞滴水的物理化学指标变化研究及其意义

影响洞穴次生化学沉积物-石笋的形成因素,包括降水、气温、水温和滴水的性质（如pH值、电导率、Ca^2＋、HCO3^-浓度和滴率等）。通过对桂林盘龙洞8个滴水点的2个水文年的监测表明,洞穴滴水主要来源于大气降水（或土壤水）,受控于水-土-岩的相互作用。洞穴滴水对大气降水的响应较快,具有季节性的变化特征。洞穴滴水的物理、化学特性受降水、洞顶基岩厚度及渗入水的滞留时间、滴率的快、慢的影响。洞穴滴水的温度变化不大,大约为19.4-21.2℃。年平均pH值为7.85。洞穴滴水的电导率、Ca^2＋、HCO3^-浓度与气温、水温和滴水速率表现为正相关关系。在夏半年,大气降水量大,土壤湿度大,土壤中PCO2分压高,溶解的CaCO3多,表层带下渗岩溶水的岩溶作用强,滴水的电导率、Ca^2＋、HCO3^-浓度增大,滴水中的碳酸盐沉积多;而在冬半年或冬季,其降水量小或少,滴水的电导率、Ca^2＋、HCO3^-浓度降低,指示溶解的CaCO3少,表层带下渗岩溶水的岩溶作用弱,水中Ca^2＋离子含量低,滴水沉积物的沉积量或生长量减少。从大气降水到土壤水再到洞穴滴水这些过程可以看出,洞穴滴水形成的岩溶次生化学碳酸盐沉积物-石笋,可记录岩溶环境变化的信息,已成为研究岩溶地区过去环境变化记录的重要载体。

洞穴滴(流)水的沉积及溶—侵蚀作用——以桂林盘龙洞为例

洞穴滴水主要来源于大气降水的入渗,是岩溶洞穴内的低能量的渗流水,它受控于水-土-岩的相互作用。本文通过对桂林盘龙洞滴水一个水文年的动态监测表明,洞穴滴水对大气降水的响应较快,其所记录的滴水特性直接反映大气降水的物理、化学特征,并系统地记录了滴水溶-侵蚀和沉积过程,以及与生态环境和石漠化的演化历史。常年性滴水的动态监测,揭示在夏半年(5-10月)是新碳酸盐的主要沉积时段,表现出新碳酸盐的沉积具有与雨热同季的特点。暴雨或季节性滴水基本保持了雨水的物理化学特性,滴水量大,滴速快,因而具有较强的溶-侵蚀作用,导致盘龙洞石笋Pa、Pb、P c形成后被溶-侵蚀的体积分别达339872 cm3、13 680 cm3和33 792 cm3;在冬半年,常年性滴水由于滴速和滴量较小,其溶-侵蚀性较弱;而在夏半年,由于滴水的饱和度高,沉积量大,往往将在冬半年形成细微的滴溶蚀凹坑或孔穴填平补齐。

桂林全新世石笋高分辨率δ^(13)C记录及其古生态意义

桂林地区３个石笋分辨率达１０～１００ａ级的δ１３Ｃ记录表明，全新世时期的古生态可以划分为森林植被由兴盛至退化（气候由暖湿至干凉）的３个旋回。早中期旋回人类活动影响较小，晚期旋回影响大，由于人类持续地对森林的破坏，草类植被得以生长，石漠化增强，石笋的δ１３Ｃ值急速上升以后，很难再回复到全新世中期的水平。δ１３Ｃ值大幅度跳跃式的下降，可以确定末次冰期旋回冰消期的终止点，其时限为１０ ７００ａＢ．Ｐ，与δ１８Ｏ记录完全吻合，也可以与海洋氧同位素以及其它记录进行对比。

桂林地区水南洞14～25万年石笋的碳氧同位素记录和古气候重建

通过对桂林水南洞石笋进行高精度的热电离质谱 (TIMS -U)测年和碳氧同位素分析 ,建立了桂林地区 2 4 5 2 0kaB P 至 14 7 90kaB P 间的古气候变化时间序列 ,确定了石笋记录的时段B与时段C分界的年龄为 2 4 2 5± 6 4kaB P (相当于深海岩芯氧同位素标准曲线时段 7与时段 8分界的年龄 )、时段A与时段B分界的年龄为 192 6± 3 9kaB P (相当于深海岩芯氧同位素标准曲线时段 6与时段 7分界的年龄 )。桂林地区2 4 5 2 0～ 14 7 90kaB P 石笋记录的冷暖事件所反映出的古气候变化 ,大致可分为 3个气候变化阶段 :(1) 2 4 5 2～ 2 4 2 6kaB P ,相当于深海岩芯氧同位素标准曲线阶段 8的末期 ;(2 ) 2 4 2 5～ 192 6kaB P ,相当于深海岩芯氧同位素标准曲线时段 7;(3) 192 6～ 14 7 9kaB P 间的倒数第 2次冰期 ,相当于深海岩芯氧同位素标准曲线时段 6的早中期。石笋的TIMS -U测年和碳氧同位素记录揭示 ,桂林地区 2 4 5 2～ 14 7 9kaB P 的古气候演变历史与深海岩芯时段 8末期、时段 7和时段 6的氧同位素 ,深海岩芯中记录的孢子花粉组合、CaCO3 含量、海平面的升降变化以及与中国北方黄土、古土壤中记录的孢子花粉组合、成壤程度、全铁富集程度、磁化率变化、原生碎屑CaCO3 含量和淋溶强度等所揭示的古气候?

典型岩溶包气带洞穴滴水水文过程研究——以桂林硝盐洞为例

选取桂林丫吉试验场硝盐洞为研究对象,通过示踪试验和高分辨率水文水化学监测,确定滴水补给来源,研究典型岩溶包气带洞穴滴水对降雨响应的水文过程。研究结果表明,硝盐洞XY5滴水主要受到两种径流成分补给,即集中补给的管道流和弥散流。硝盐洞上部包气带中可能存在表层岩溶带含水层,长期维持滴水流量。滴水流量、电导率和示踪剂浓度的峰值均出现在强降雨时段,表现出快速响应的管道流特征,存在降雨阈值引起硝盐洞滴水降雨响应。降雨前岩溶含水层水分条件是包气带水文响应差异的主要原因,雨季滴水对降雨响应迅速,XY5滴水对降雨响应的滞后时间为10 h;而旱季对降雨的响应滞后明显,滞后时间达9.8天,体现了土壤和表层岩溶带的调蓄作用。74.4 mm降雨量是旱季转雨季滴水响应的降雨阈值。借助于洞穴滴水的水文动态变化和示踪试验技术对于研究包气带水文过程,深入了解岩溶含水层结构及特征,揭示岩溶区降雨入渗补给机制具有重要作用。

桂林毛村岩溶地下河二十多来的水质演化趋势研究

利用桂林毛村地下河1983年、2007年、2008年和2009年的水化学监测数据和地下水水质资料,研究了地下河二十多年前后的主要离子浓度变化及其形成原因,并在水质评价的基础上预测其水质演化趋势。地下水地球化学分析表明:(1)地下河水中绝大部分离子和指标符合地下水质量标准(GB/T14848-93)规定的、类水质标准,地下水质量较好,但由于施肥方式以及区域环境等的变化,一些离子浓度有所升高,水质有受污染倾向。(2)pH值呈现出下降的趋势,而Cl-、NO3-、SO42-、Mg2+、TFe、K+、Na+、电导率(Ec)、总溶解固体(TDS)、总硬度(TH)和碱度(Alk)升高较显著。(3)地下水离子浓度的变化主要受水-岩地质作用过程、人类活动和区域环境变化的共同影响。

桂林水南洞石笋的沉积学特征

利用组成石笋的方解石成分、岩石化学、微量元素含量以及结构、层面构造、沉积间断或风化壳等特征标志，阐述桂林水南洞石笋的沉积特征以及古滴水动态变化。经铀系法测年，确定石笋形成于中更新世晚期至晚更新世早期，其年龄为８．０７万年至２２．９１万年，经历了１４．８４万年，沉积速率为２．０８～２．８２ｍｍ／１００ａ（未扣除间断时间）。

桂林甑皮岩遗址岩溶地下水水害成因及防治对策

桂林甑皮岩遗址自1973年试掘以来,出土了古人类骨架、火塘、墓葬、石器、蚌器、陶器、动植物化石等大量的较为珍贵的实物资料,成为我国南方的一个重要的新石器人类遗址。2001年被列入国家级重点文物保护单位。然遗址在1994年汛期遭受洪水浸泡,致使多个探方隔梁崩塌,探方文化土层先后出现不同程度的崩塌或下沉现象。为了暂时性抢救探方的文化层,曾先后采取了一系列的抢救性加固与保护措施,如建混凝土挡土墙,缓解了探方隔梁崩塌,但仍不能从根本上解决丰雨季节地下水快速涨落所带来的隐患。本文在调查分析有关资料的基础上,认为甑皮岩遗址文化堆积土层下部的灰岩中岩溶管道非常发育,地下水位随每年丰枯季涨落所产生的水动力作用导致文化土层软化,土层颗粒冲刷流失、掏空而形成土洞,最终引起文化层崩塌、下沉。根据这一成因,笔者认为:查明遗址下部及其周围地下溶洞、管道、地下河、大的溶隙等较大尺度的导水介质,并对其进行适当封堵,是防止洪水期地下水速涨速落对遗址文化层造成破坏的重要措施。

桂林盘龙洞石笋发光性特征及其古环境记录的初步研究

洞穴次生化学沉积物的发光性的研究可以提供分辨率更高的古环境变化信息。桂林盘龙洞一石笋发光性的研究表明，该地区在３．２～１．１万ａ之间普遍处于干冷条件下，而且微层发光谱线表明在此阶段仍存在多次次一级气候变化。在１．１３万ａ左右，谱线值突然由低升高，在１．１０万ａ后，在不断变化中逐渐上升，这可能是新仙女木事件（１．１３～１．１万ａ）在该地区的记录。此外，通过发光性记录与稳定同位素记录和微量元素记录的对比，其变化趋势基本一致，且具更高的分辨率。因此，洞穴次生化学沉积物发光性的研究可能会提供一个地区分辨率更高的古环境变化信息。

桂林地区44 ka洞穴石笋碳酸钙(盐)δ^(13)C的同位素组成与大气CO_2浓度估算

洞穴石笋碳酸钙 (盐 )δ13C的同位素记录表明 ,其与δ18O同位素记录一样 ,均能反映气候环境的冷暖旋回变化 ,也具有急速的突变事件记录。本文利用近期或古老的洞穴石笋碳酸钙 (盐 )δ13C的同位素组成 ,对桂林地区 4 4ka以来的大气CO2浓度进行了尝试性的估算 ,估算结果表明 ,它可与近期所测量的以及冰岩芯气泡组分分析和北方黄土碳酸盐δ13C估算的大气CO2 浓度值基本接近 ,可以进行相互对比 ,说明利用洞穴石笋碳酸盐δ13C同位素组成对大气CO2 浓度进行估算的方法是可行的。研究表明 ,洞穴石笋碳酸盐δ13C同位素的记录 ,对地质时期的冷事件具有独特的敏感性 ,特别是对新仙女木冷事件和北大西洋Heinrich的H1至H5冷事件反映较为明显 ,在干冷期δ13C同位素快速升高 ,总体上与大气CO2 浓度的变化呈反比 ,大气CO2 浓度的变化与全球性的气候波动大体一致 ,但存在明显的区域性变化特征。

降雨条件下岩溶碳汇的动态变化特征——以桂林毛村地下河为例

2010年6月13日至6月17日期间,对桂林毛村岩溶地下河出口HCO-3与流量对降雨的响应进行了高分辨率的监测,实时监测降雨量和地下河出口河水水位、水温、pH值、电导率、重碳酸根,结合计算地下河水方解石饱和指数(SIc)与二氧化碳分压(pCO2)的基础上,分析了降雨条件下岩溶碳汇的动态变化特征。相关数据表明,(1)岩溶地下河水位、水温与流量随降雨强度暴涨暴落,其pH值、HCO-3、SIc与pCO2对降雨响应迅速;(2)降雨后岩溶作用产生的碳汇量明显增加,并随降雨强度的不同而变化;(3)通过旱季与雨季毛村地下河出口碳汇通量对比发现,岩溶作用对大气CO2与土壤CO2的吸收(岩溶碳汇)随季节而变化,总体表现为雨季大于旱季,雨季岩溶作用产生的CO2汇增加了约两倍,研究表明岩溶区存在较大的固碳增汇潜力。

桂林地区4万年来气候变化及其动力机制浅析

通过桂林灌阳响水岩 1号石笋的测年和O、C同位素的详细研究 ,得出了桂林地区 4万a来高分辨率的古气候变化的连续记录 ,并揭示了由末次冰期向全新世的突变过程和 3次与Heinrich事件 (H1 、H2 、H3)对应的气候突变事件。在此基础上 ,通过与GISP2冰芯记录、古海水表面温度记录、深海海底生物的O同位素记录和苏禄海沉积物O同位素记录的对比 ,认为我国古季风环流变化的直接动力机制是全球冰量的变化。

桂林水南洞1号石笋的年龄与稳定同位素测定及其古气候意义

本文通过对桂林水南洞 1号石笋进行α能谱铀系测年及碳氧同位素分析 ,获得了距今 2 0～ 8万年的古气候信息。石笋大于 2 0万年前开始生长 ,8.0 7万年后停止生长 ,属中更新世的产物。其年龄与δ1 8O的变化可与深海岩芯V2 8-2 3 8同位素记录所揭示的第五和第六阶段进行对比。它反映此阶段区内经历了寒冷 (间夹短暂的小温期 )和温暖 (间夹短暂的小冷期 )等气候变化 ,与全球古气候变化波动基本一致 。

桂林市西北水南洞发育特征

水南洞发育于上泥盆统亮晶砂屑灰岩中，主要受北西、北北西、北北东及近东西向等裂隙控制，为廊道式或峡谷廊道式洞穴，总长２３２．６ｍ。洞穴化学沉积物与碎屑沉积物呈现多层间互沉积，反映洞穴沉积环境的多次变迁。据洞穴石笋测年、古地磁资料及年溶蚀率推测，水南洞洞穴形成年代大约是早中更新世时期。