云南白水台泉水地球化学特征及其气候环境指示意义

为研究岩溶地下水的水文地球化学演化特征,对云南白水台地区雨水和泉水中氢氧稳定同位素(δD、δ^(18)O)组成和微量元素含量进行了为期近5年(2018年1月至2022年10月)以月为频率的连续监测。结果表明:(1)白水台雨水中δD、δ^(18)O具有明显的季节性变化特征,均表现为雨季偏轻,旱季偏重,主要受到水汽来源与蒸发条件的影响;(2)白水台泉水受当地大气降水补给,其δD、δ^(18)O经历了石灰岩基层中不同通道、裂隙网络中的新、老水混合导致的同位素调蓄平滑作用以及与深部来源CO_(2)的氧同位素交换作用,修正性继承了雨水中δD、δ^(18)O的部分特征;(3)泉水中Ca、Mg、Sr、Ba、Si等元素主要来源于喀斯特水体侵蚀下围岩的溶解,其含量变化可能指示了降水量的变化;而Fe、Al、Mn等元素主要来源于大气降水对上覆土壤的淋滤作用,其浓度变化可能反映了降水强度的变化。

云南白水台现代钙华δ^13C的季节和空间变化特征研究

对云南白水台引水渠道中钙华沉积的δ13C值分析发现,白水台引水渠道中钙华δ13C值与降雨量有着较好的线性负相关关系,这一发现为下一步利用当地古钙华的δ13C数据重建古降水量提供了实验与理论基础。而造成雨季钙华δ13C值偏负的原因是雨后形成的低δ13C值的坡面流对高δ13C值的渠道水的稀释效应,降低了渠道水的δ13C值。水中贫13C的CO2逸出至大气是下游方向钙华δ13C偏正的主要原因。

水力坡度对溪流钙华沉积的影响

在有钙华沉积的云南白水台景区引水渠道中,通过水准测量以及导线测量的方法,获得了引水渠道各研究点的相对高程和距离。利用流速仪测定了各研究点的水流流速,通过计算获得了各研究点的总水头和水力坡度。利用水化学记录仪,在短时间内测定了各研究点的电导率、水温与pH值,结合现场滴定以及室内水样分析的结果,计算出各点的方解石饱和指数和二氧化碳分压。发现在方解石饱和指数大于0.8的研究渠段,电导率、Ca2+和HCO3-浓度沿水流方向降低,经成因分析与数学推导,得出Ca2+浓度与总水头呈线性关系,水力坡度与渠段上的钙华沉积量也呈线性关系,这是岩溶作用动力学扩散边界层控制理论的具体体现,也即水力坡度越大,流速越快,扩散边界层越薄,碳酸钙沉积速率越大。