地质与地貌条件对岩溶系统的控制与指示

岩溶系统的发育与分布在很大程度受地层、构造、地形和地貌条件等因素的综合控制与影响,地层因素包括可溶岩的矿物组分、结构及其与其他岩性地层的组合关系,矿物组分和结构决定了岩石的可溶性、孔隙度和渗透率,并影响岩溶发育的进程;根据岩性组合特征,可将同一地层划分,或将不同地层合并为含水层、隔水层或弱透水层。构造因素包括褶皱、断裂和裂隙,褶皱和断裂控制了岩溶水流系统的内部结构和边界特征,而层面、节理和小型裂隙组成的三维裂隙网络是岩溶水流入渗的优先通道,也是岩溶发育的先导。尽管大型岩溶地下河系统的发育与分布与地形无关,但地形控制了区域水文基准面,进而控制了岩溶发育的深度以及地下水的排泄模式,而且根据地形调查可确定外源水的边界范围。岩溶地貌和岩溶形态发育既是地质条件的集中反映,同时又可为地下岩溶空间发育和岩溶水流分布提供指示,但有些岩溶地貌和形态是古岩溶作用的产物,与现代岩溶水文系统并不发生直接联系,因此,岩溶地质调查还应综合分析区域地质和地貌演化史。

碳酸盐岩早成岩岩溶作用及油气地质意义

碳酸盐岩早成岩岩溶作用可发育溶蚀孔洞或具有规模的溶洞,这对于认识我国塔里木盆地、四川盆地碳酸盐岩内幕岩溶区孔洞成因与分布具有重要参考价值。然而碳酸盐岩早成岩岩溶在我国现代岩溶发育较少,研究程度低。文章通过总结国外在碳酸盐岩早成岩岩溶形成机理及孔洞发育特征的研究成果,探讨早成岩岩溶的油气地质意义:(1)成岩早期碳酸盐岩胶结程度差,岩石疏松,孔隙度、渗透率极高,介质空间较均匀;(2)早成岩岩溶作用与海平面升降具有明显的关系,尤其海岛或滨岸地区的淡水-海水交互带,以混合水岩溶为特征的岩溶作用较强烈;(3)早成岩岩溶孔洞发育分布具有一定特点,岛屿岩溶以发育侧面边缘洞穴为特征,而滨海岩溶以发育混合带管道为特征;(4)孔洞的发育主要受淡水中CO2含量、水流通过混合过渡带的水动力及海平面变化速率控制;(5)早成岩岩溶为研究我国地质历史时期碳酸盐岩短期暴露岩溶作用提供借鉴,对其孔洞发育分布特征的认识,将促进碳酸盐岩内幕区孔洞型油气储层形成机理研究,指导内幕区孔洞储层分布预测和油气勘探。

乐业-凤山世界地质公园岩溶地貌景观特征与价值分析

乐业-凤山世界地质公园发育在"孤岛"状的碳酸盐岩区上,以高峰丛深洼地、大洞穴、大峡谷、天坑群、天窗群、天生桥、地下河为特色,景观类型丰富、系统完整、珍稀典型,观赏价值与科研价值极高。公园内不同地貌景观由于成因差异而各具特色,经定性与定量评价:天坑群、天窗群是世界级品牌景观,为公园五级地貌景观;天生桥、峡谷是公园重要景观,为公园四级地貌景观;峰丛洼地、峰丛谷地、坡立谷、洞穴景观是公园地貌景观的重要组成部分,为公园三级地貌景观;穿洞、岩溶泉、地下河景观是公园地貌景观的重要补充,为二级地貌景观;落水洞、竖井是公园点缀地貌景观,为公园一级地貌景观。

广西平果龙何屯岩溶洼地剖面土壤^(137)Cs和^(210)Pb比活度分布的影响因素研究

^(137)Cs和^(210)Pb技术广泛应用于土壤侵蚀研究,但由于岩溶区的特殊性,如地表地下双层结构的存在,土壤形成慢,土层薄且不连续,易被侵蚀等特点,一定程度上限制了^(137)Cs和^(210)Pb技术在岩溶区的应用。文章选取广西平果果化石漠化综合治理示范区龙何屯洼地剖面,沿剖面采集土壤样品,进行^(137)Cs和^(210)Pb放射性比活度研究,得到以下认识:(1)土壤表层及整个土壤剖面^(137)Cs和^(210)Pb放射性比活度正相关,主要是人类活动及土壤迁移引起的土壤再分配导致的;(2)石穴地的137Cs和^(210)Pb放射性比活度均为最大,除受到邻近裸岩影响还与石穴地良好的集水集土条件有关;(3)洼地底部及沟底^(137)Cs和^(210)Pb放射性比活度相对偏小,主要是坡面长期受到地表径流侵蚀影响,土壤和泥沙在此沉积导致的;(4)退耕还林之后土壤得到很好的保护,并能拦截一定量上游带来的土壤,但由于岩溶环境的特殊性,地下漏失无法避免。

中国北方岩溶水变化特征及其环境问题

随着自然条件改变和人类活动强度的加大,我国北方岩溶水系统从输入、输出到结构、水资源要素转换关系均发生了巨大变化,在短短几十年内有近30%岩溶大泉断流,80%泉水流量大幅度衰减,区域岩溶地下水位每年以1～2m速度持续下降,同时,有20%以上的岩溶水系统主排泄带的水质在Ⅲ类以下且总体趋向恶化,此外,还存在着矿坑突水,岩溶塌陷、地裂,海水入侵,旅游功能降低,生态功能丧失等诸多的岩溶水环境问题,极大地加剧了水资源的紧张状况。本文根据前人成果和实地调查资料并采用一些典型事例归纳总结了岩溶水环境问题及其发展演化趋势,展示北方岩溶水面临的严峻形势,以引起社会各界对此问题的关注,加大岩溶水资源调查研究与保护力度,同时,也为广大学者开展相关立项与研究提供参考。

中国岩溶作用产生的大气CO_2碳汇的分区计算

根据中国岩溶碳汇计算的需要,将我国岩溶地区划分为南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区4种类型区,各区的岩溶面积分别为56.48万km2、32.58万km2、55.60万km2和200.1万km2。各区岩溶水的径流模数和岩溶作用强度存在差异,南方岩溶区比其他区的岩溶作用强度明显大得多。以取得的调查监测和统计资料为依据,对4种类型区和中国的岩溶碳汇量进行了重新计算,南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区岩溶碳汇量分别为1 909.9万tCO2/a、600.5万tCO2/a、580.1万tCO2/a、608.6万tCO2/a,由此获得中国岩溶碳汇总量为3 699.1万tCO2/a。该结果比前人的研究更全面地反映了当前我国岩溶地区碳水钙无机循环产生的大气CO2汇量。

塔中Ⅱ区奥陶系鹰山组岩溶古地貌恢复方法研究

塔中地区在构造上是塔里木盆地中央隆起的一部分,属于中央隆起带中段的塔中低凸起。良里塔格组沉积之前吐木休克组、一间房组、鹰山组地层遭受不同程度的剥蚀,精确雕刻鹰山组顶面古岩溶地貌,对岩溶储层地质建模及有利区块预测具有重要意义。论文对比了不同古地貌恢复方法:认为印模法可以很好地雕刻微地貌形态,但是区域构造趋势却与实际不符;残厚与残厚趋势面法构建了当时的古构造,但不能刻画微地貌形态。本次研究首次提出"残厚趋势面与印模残差组合法"古地貌恢复技术,该方法不仅解决了塔中地区古地貌恢复难题,且有利于计算机实现。研究认为塔中Ⅱ区奥陶系鹰山组古地貌形态可划分为三种二级地貌单元:岩溶台地、岩溶缓坡地和岩溶盆地,并给出了不同岩溶地貌单元的划分指标体系。

高密度电法与微动技术组合在岩溶塌陷分区中的应用分析--以广西来宾吉利塌陷为例

为了验证物探技术在岩溶塌陷调查中的应用效果，本文于广西来宾市吉利村开展了高密度电法和微动技术野外探测研究。结果表明：高密度对称四极电测深能直观地反映第四系覆盖层的厚度和低阻异常的深度，微动技术能定性地判定地下暗河和岩溶破碎带在地表的平面投影，将两种方法相结合能更加准确地圈出塌陷，以及引起塌陷的溶洞、地下河、断层破碎带及软土分布范围。地下暗河或岩溶破碎带在高密度联合剖面法上反映为低阻正交点异常，极距为45 m时正交点附近电阻率值约为250Ω＆#183;m；在微动 H/V比值谱上反映为 H/V极大值异常，极大值特征频率在2~6 Hz之间。依据2测线上的高密度电法和微动异常显示，圈出了两个易塌陷区，经对其中的一异常进行钻探验证，异常区覆盖层下42 m 厚的灰岩地层中钻遇溶洞8个，其中最大的高达5.7 m。

岩溶区多重介质水流模型研究进展

数值模拟技术广泛应用于地下水资源评价工作中,为水资源合理开发利用提供科学依据。本文针对岩溶区的数值模拟技术展开研究,综述了岩溶区地下水流建模技术的主要方法和研究进展,介绍了SWMM模型、UGRFLOW模型、CAVE模型、CFP模型等多重介质模型的建模方式和运行原理。岩溶区地下水赋存介质复杂,管道、裂隙和空隙多重介质并存,水流特征多样,等效连续介质模型不能很好地刻画岩溶区复杂的地下水流特征。随着对岩溶水流系统研究的深入,二重和三重介质模型逐渐应用于岩溶区地下水流模拟工作中,取得较好成果,但仍存在如忽略中宽裂隙的导水作用、岩溶管道设置单一、模型适用性不强等问题。今后应从解析岩溶含水介质的结构特征入手,关注中宽裂隙在地下水流系统中的导水作用和水流特征,改进管道流模块以更好地刻画复杂的地下河管道,改进不同介质间水流交换量算法,提高模型精确性和适用性。

基于典范对应分析的会仙岩溶湿地土壤理化性质与土壤酶活性关系研究

为揭示湿地退化过程中土壤理化性质与土壤酶活性关系,文章以广西桂林市会仙岩溶湿地系统中的湿地、稻田和旱地三种土地利用类型的表层土壤为研究对象,运用描述性分析、相关性分析和典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis,CCA)等方法来探讨它们之间的内在联系。结果表明:土壤理化性质除有效磷、速效钾外,土壤有机碳、全氮、碱解氮、阳离子交换量、交换性钙、交换性镁的质量分数均表现为湿地>稻田>旱地,说明岩溶湿地在维持土壤碳库以及营养元素方面具有重要的作用。会仙湿地中有效磷、速效钾的质量分数低于稻田和旱地,根本原因在于人类活动以及农业活动的影响。除蛋白酶外,脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和纤维素酶的质量分数均在湿地中最高,与土壤理化性质的质量分数在湿地中较高相吻合,并表现出较强的空间异质性。进一步分析典范对应分析图,可知会仙岩溶湿地受人类活动影响较大,湿地首先被开垦为稻田,随着土壤自然肥力的下降最后被开垦成旱地,因此在生态演替不可逆转的条件下,将稻田作为人工湿地加以保护是维持湿地生态环境最佳的土地利用方式。

论岩溶作用对全球碳循环的意义与碳汇效应——兼对《对〈中国岩溶作用产生的大气CO_2碳汇分区估算〉一文的商榷》的答复

岩溶作用促进大气二氧化碳汇过程不仅局限于碳酸盐岩地区,而是涉及全球陆地地质岩石地区,因此以前仅考虑岩溶面积计算的岩溶碳汇量偏低,需要以河流流域为单元全面计算全球岩溶碳汇效应。除了产生河流溶解无机碳被带入海洋外,岩溶作用还可通过水体生物吸收形成颗粒有机碳以及在岩溶土壤中固定有机碳等方式形成碳汇,因此,岩溶地质过程固碳形式多样。其中,仅全球水生生物固定岩溶水重碳酸根产生的有机碳近0.5Gt,生态恢复可促进岩溶土壤有机碳固定及岩溶流域碳汇,我国西南石漠化治理工程至少可增加岩溶碳汇2～3亿t,如果重视岩溶增汇技术的应用,全球岩溶碳汇效应将非常显著。所以,岩溶碳汇研究意义重大,岩溶碳汇效应更不可忽略。

哈拉哈塘一间房组古地貌及岩溶发育条件研究

将残余厚度与残余厚度趋势面相结合,以哈拉哈塘蓬莱坝组底至一间房组顶面地震数据为基础,恢复加里东中期第一幕岩溶古地貌,自北向南划分了上岩溶缓坡地、岩溶台地、下岩溶缓坡地3类二级地貌单元。在此基础上,应用现代岩溶分类方法,根据微地貌组合形态,对二级地貌进行精细刻画,划分了8类三级地貌单元,并对其岩溶作用特征进行分析。分析认为,该岩溶期岩溶主要发育在地表至地下水位变动带附近,大型的暗河管道系统多为后期岩溶叠加改造形成。

塔北隆起轮古7井区奥陶系岩溶地貌及岩溶储层特征研究

轮古7井区地处轮南古潜山一级地貌单元岩溶高地上,该次研究利用残厚法对研究区岩溶古地貌特征及古水动力条件进行刻画,划分为岩溶高地、岩溶坡地两种二级地貌单元类型,并应用现代岩溶分类方法,根据微地貌组合形态对二级地貌做精细刻画,划分了六种三级地貌单元。通过对岩溶储层展布规律深入研究,认为其储集空间主要为后期构造及岩溶作用所形成的次生溶蚀孔洞、溶蚀裂缝和洞穴系统。根据孔、洞、缝组合特征,及裂缝孔隙度和孔洞孔隙度的物性关系,将奥陶系鹰山组岩溶储层类型划分为裂缝型、孔洞型、裂缝—孔洞型、洞穴型四类。岩溶高地由于剥蚀作用强烈,相对于岩溶坡地来讲后者更易于岩溶储集空间的保存;岩溶坡地地带水动力条件较强,水平径流带岩溶管道系统发育,连通性较好,为洞穴型岩溶储层发育带,易于形成大型缝洞体。

广西黎塘岩溶区富含铁锰结核土元素迁移特征

【目的】研究广西黎塘岩溶区土壤富含铁锰结核背景下元素含量与迁移特征,为富含铁锰结核土的有效修复提供理论依据。【方法】选择具有代表性的未受农业耕作影响的富含铁锰结核土为试验样地,其成土母岩为碳酸盐岩,以成土母岩为碎屑岩的土壤为对照,分层采集剖面A(0~35 cm)、B层(>35 cm)土壤及对应岩石样品,测定土壤、岩石氧化物及重金属元素含量。【结果】广西黎塘岩溶区土壤主要是Si、Al和Fe的氧化物,三者之和在土壤剖面A、B层的平均含量分别占总量的86.32%和86.30%;广西黎塘岩溶区土壤的SiO_2和Fe_2O_3含量均低于对照,而Al_2O_3、Ca O和Mg O含量高于对照。广西黎塘岩溶区土壤Cd、Pb和Zn含量顺序为Zn>Pb>Cd,其中剖面A层Cd和Pb平均含量均超过B层,而Zn平均含量低于B层,剖面A、B层Cd、Pb和Zn平均含量均已超过广西土壤元素背景值及成土母岩为碎屑岩的土壤,未超过土壤环境质量二级标准值。广西黎塘岩溶区土壤以高硅铝系数、低盐基总量淋溶系数为特征,土壤剖面B层风化淋溶强度高于A层,风化淋溶程度整体上高于碎屑岩成土。土壤烧失量(LOI)与SiO_2含量、Al_2O_3含量、硅铝率、盐基总量淋溶系数的相关系数分别为-0.8063、0.7091、-0.8570和-0.2923,土壤剖面A、B层Ca、Mg元素及B层的Cd元素发生了亏损,其他元素均表现为富集或强烈富集。【结论】成土母岩为碳酸盐岩的土壤氧化物、重金属含量、风化淋溶强度、迁移特征等与成土母岩为碎屑岩的土壤具有差异,铁锰结核的存在已造成重金属元素在土壤中的积累并具有潜在污染。

典型岩溶区地下水系统重金属元素分布特征浅析——以广西坡月地下河为例

地下河为岩溶地下水系统的重要组成部分，为查清典型岩溶区地下水系统中重金属指标的含量变化及空间分布特征，文章以广西坡月地下河系统为例，通过不同断面两次采样分析，重点剖析地下河系统在水文地球化工作用下，地下水中以“五毒”元素及Zn、A1和Mn为代表的重金属元素含量。分析结果表明：坡月地下河水体pH值在7．34～8．10之间，水体中“五毒”元素、Zn、Al和Mn的检出含量极低或未检出，质量浓度均远小于国家地下水环境质量标准中的HI类水质标准，适合各种用途。检出含量较高的点主要为地下河明流段或补给区地表水，含量最高分布在坡心地下河出口水体，其原因是坡心地下河系统区内工矿企业和其它经济活动干扰相对较强，特别是工矿企业的矿石和尾矿渣的露天堆放（如金矿）是引起地下水中重金属元素的检出或超标的重要因素。

泰国西部岩溶地貌和水文地球化学特征及其与中国西南岩溶的对比

泰国岩溶面积约占中南半岛岩溶面积的1/4,横跨近11个纬度。泰国岩溶作用强烈,地貌奇特,类型多样,既有典型的高原坡立谷岩溶,也有典型的峰丛洼地谷地和滨海峰林岩溶地貌,因而在全球岩溶对比研究中具有重要地位。本文在初步查明泰国岩溶分布、典型岩溶区的水文地球化学特征的基础上,分析了泰国岩溶发育的主要特点和动力条件,并与中国西南岩溶作了对比,旨在推动中国与中南半岛岩溶的对比以及全球现代岩溶的对比研究。

岩溶地下河中砷迁移过程及其影响因素分析——以广西南丹县里湖地下河为例

以广西南丹县里湖地下河作为研究区,对砷在地下河中的存在形态,迁移过程及其影响因素进行了分析。结果发现,里湖地下河中砷浓度较高且与人类活动密切相关;由于地下河中相对较低的氧化还原环境,使毒性更强的As(III)含量超过As(V),占总无机砷的53%,增加了该地区发生砷中毒的风险;总As、As(III)和As(V)在地下河中衰减了51%、36%、59%。相关性分析结果表明,沉积物中的Fe、Ca、Mn、有机质及水体中的Ca2+与沉积物中的砷呈现显著正相关关系,有助于水体中砷的吸收;而水体中的Cl-、SO2-4、HCO-3与沉积物中的砷呈现负相关关系,不利于砷的吸附,其中HCO-3的抑制作用最为明显。与非岩溶区水体相比,Ca和HCO-3成为影响砷迁移转化的主要因素,因此在岩溶地下河砷污染治理中应考虑岩溶区的水文地质特点,提高砷的污染治理效率。

桂林毛村岩溶区自然植被土壤团聚体中腐殖质组成初步研究

探索土壤有机碳物理保护与化学保护的关系,有助于揭示土壤固碳和培肥机理,明确不同粒级团聚体和不同腐殖物质组分对土壤固碳和肥力的贡献。本研究对岩溶区自然植被土壤团聚体中腐殖质含量进行了研究,结果表明：（1）灌丛和林地土壤团聚体中有机碳含量总体上均表现为随着土层深度的增加逐渐下降,而在不同土层深度随着团聚体粒径范围的变化则有机碳含量的变化规律则不同,无明显一致的规律;（2）两种土地利用方式各粒径团聚体中胡敏酸和富里酸均比全土小。这可能是由于在湿筛分离团聚体的过程中溶于水的那部分胡敏酸和富里酸成分被损失掉;（3）各腐殖质组分随着团聚体粒径范围的减小在两种自然植被上均无明显一致的规律,但胡敏酸和富里酸总量则基本表现为随着团聚体粒径范围的减小而逐渐升高,即在〈0.25mm和0.5-0.25mm粒径范围团聚体中最大;（4）两种自然植被土壤各土层中和各团聚体中胡敏酸/富里酸（HA/FA）基本上表现为小于1,这主要是因为研究区温度相对较高,湿度较大,植被覆盖度大,微生物降解作用强所致。

亚热带典型岩溶水系统的碳汇效应对比研究

选择中国南方亚热带地区具有不同地质背景和生态状况的广西柳州市官村地下河(灌木林生态环境、人类活动影响显著)、云南省广南县木美地下河(石漠化严重)和贵州茂兰板寨地下河(原始森林生态)3个岩溶水系统为例,对比研究岩溶水中溶解无机碳浓度和碳汇效应的差异。结果表现,(1)流域管道水的溶解无机碳平均浓度排列顺序为:官村>木美>板寨,表层岩溶带泉水的排列顺序为:木美>官村>板寨。(2)水的PCO2分压计算结果显示:3个流域岩溶水的方解石溶解度基本达到饱和,PCO2的大小顺序为:官村地下河>木美地下河>板寨地下河。(3)根据一个水文年的流量监测计算官村地下河流域的岩溶碳汇强度为12.34tC/(km2.a),板寨地下河流域的为11.8tC/(km2.a),木美地下河流域为34.11tC/(km2.a)。木美地下河流域的石漠化现状相当严重,石漠化面积高达90%,而板寨地下河为原始森林区,但木美地下河流域的岩溶碳汇强度却最大,这与其流域面积大、调蓄功能强,且有外源水补给有关。这也同时表明,单从生态环境的角度去研究岩溶作用碳汇潜力是不够的。

我国岩溶资源环境领域的创新问题

中国岩溶地区资源环境问题突出,制约着经济社会的发展。"十八大"以来国家大力推进科技创新和生态文明建设。科技创新不仅有助于解决和应对岩溶地区的资源环境问题,也将推动岩溶科学的发展,服务我国生态文明建设。今后的岩溶研究应当落实地球系统科学在岩溶学中的应用,发挥我国岩溶研究的地域优势,探索我国岩溶关键带的特征和重要过程;加强岩溶作用应对全球变化、岩溶碳汇速率和稳定性的研究,建立应对极端气候的长效机制;考虑古纬度和古气候对古岩溶形成的影响;深入探索微生物对深部碳酸盐岩岩溶形成的作用;系统梳理和总结我国第一期石漠化治理工程的经验和存在的问题,更好地指导下一步的治理工作;思考从南北方岩溶分界线的角度开展岩溶自然遗产地的申报工作;将现代大数据等技术运用到岩溶资源环境、水文地质研究中,做好地质灾害的预警预报和应对资源短缺问题的研究,服务国家需求。