四川黄龙沟景区钙华的起源和形成机理研究

对四川黄龙沟钙华景区的水化学测试发现,形成黄龙沟钙华的泉水具有很高的Ca2+和HCO-3离子浓度,相应地,泉水的CO2分压显著高于大气和土壤生物成因所能产生的CO2分压。结合泉水出露的地质条件和泉口CO2气体碳稳定同位素组成(δ13C=-6.8‰)的分析,进一步发现,高CO2分压与深部成因的CO2有关。可见,黄龙沟钙华属于热成因类钙华,而非原来普遍认为的“是气候岩溶作用的产物”。此外,黄龙沟钙华的大量出现与水中方解石的迅速沉积、Ca2+和HCO-3浓度的大量降低有关。随着地下水自泉口出露,由于水的CO2分压远高于大气,水中CO2大量释放于大气,结果水的pH值迅速升高,方解石饱和指数由泉口的负值很快转变为高的正值,为方解石的沉积奠定了必要的物理化学基础。放置于水中的大理岩石片观测表明,流速较快的边石坝处的方解石沉积速率是其附近水池内的2～5倍,这清楚地显示了水动力条件对沉积速率的控制。进一步根据DBL理论模型分析发现,水动力条件对方解石沉积速率的控制在于其对固液界面间扩散边界层(DBL)厚度的影响,流速愈快,DBL厚度愈薄。且DBL厚度最终制约着沉积表面的化学组成浓度,即厚度愈小,表面H+浓度愈低(或pH愈高)、方解石饱和指数愈高,进而方解石沉积愈快。