新太古界Campbellrand亚群白云岩岩溶系统对南非Postmasburg锰矿田的影响

为分析新太古界Campbellrand亚群白云岩基底形成的岩溶系统对南非Postmasburg锰矿田发育和分布的影响,笔者等利用XRF和偏光显微镜鉴定技术,结合野外地质调查和岩芯钻探,对矿石的矿物成分、矿体中的Mn、Fe空间分布、Doornfontein砾岩的结构特征、白云岩容矿构造的形态进行了研究。结果表明:Maremane穹隆上的Campbellrand亚群白云岩遭受了两次大规模的溶蚀。溶蚀构造引起沉积物分异,沉积建造底部Mn质最为富集,向外、向上逐渐由Fe质主导,形成褐锰矿—方铁锰矿—赤铁矿的序列,顶部则演变为铝土质岩。沉积序列中Mn+Fe质和Al质含量呈现出较强的负相关性。溶坑的特殊形态导致矿体受层控,但并不呈现规则的层状形态。东矿带的Wolhaarkop硅质角砾岩与白云岩中的燧石和硅质白云岩密切相关,而混合带和西矿带普遍发育的Doornfontein砾岩则是岩溶作用影响下锰质的成岩作用被推迟所形成,它们都是成矿期岩溶系统发育的间接产物。溶坑底部的锰土混合物揭示了成矿后期溶蚀作用的发生和沉积序列的坍塌破碎,小型的断层也造成了矿体的严重破碎和顶板地层的褶曲。Gamagara低山脊两侧分布的小型堆积型矿体也与后期地表岩溶系统长期的发育有关。

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。

应用大地电磁测深勘查北京平谷盆地隐伏含水岩溶系统的结构

将大地电磁测深用于寻找深层地下水,在北京东部平谷盆地实施3条剖面25个测点,在资料分析过程中,对部分测点实施Mohr圆阻抗张量分解技术;在自动反演过程中,引入Rhoplus和Rebocc反演程序。通过对反演解释结果的分析,认为测区第四系地下水含量丰富,断裂构造及含水岩溶发育。对比3条剖面的电性分布特征,推测存在走向NNE的区域性断裂F1,其所经之处控制基岩中含水岩溶的发育;与F1相交的NW向次级断裂带控制了另一深部含水岩溶发育区,不同方向的含水岩溶发育区因断裂构造相通,呈现“网络”式的分布格局。

表层带岩溶作用:以土壤为媒介的地球表层生态系统过程——以桂林峰丛洼地岩溶系统为例

作者基于在桂林丫吉村岩溶试验场的长期、系统观测及有关实验研究进展,从影响岩溶作用的土壤化学因素、土壤CO2 及土壤有机碳行为等方面论证了土壤对于表层带岩溶作用的媒介及驱动意义,提出岩溶地球化学过程涉及到土壤中Ca2+ 的移出及交换释放,土壤CO2对系统空气CO2 浓度及HCO3- 排释的控制,并指出土壤有机碳是岩溶作用碳转移的重要媒介。作者认为表层带岩溶系统的发育演进为石质岩溶→生物岩溶→土壤岩溶→生态系统岩溶,因而表层带岩溶作用是以土壤为媒介的表层生态系统过程。

新疆南天山岩溶系统介质结构特征及其水文地质效应

南天山广泛出露碳酸盐岩地层,其岩溶系统功能取决于岩溶介质结构.通过岩溶调查、分析,揭示该区碳酸盐岩地层中普遍分布溶蚀构造裂缝、层间溶蚀裂缝和溶蚀节理缝,其中溶蚀构造缝密度达1～4条/10 m、面隙率达1.15%～5.71%、缝宽10～500mm,在岩层中呈网脉状,穿层发育,各种岩溶缝隙组合构成了以岩溶裂隙-溶缝为介质特征的岩溶系统.据此分析溶蚀缝隙体系对降水入渗、水流运移储存的意义,阐明该体系在水循环过程中的导储功能及其利用条件.提出采取工程措施,将岩溶山区的地表径流转化为地下渗流,增加降水入渗补给入渗量;同时减少水资源的蒸发损失,加大山区侧渗径流量,增加盆地边缘区的地下水资源,探索缓解山前塔里木盆地边缘地区水资源紧缺、改善盆缘地区生态环境的新途径.

中国典型表层岩溶系统的地球化学动态特征及其环境意义

以中国6个典型表层岩溶系统为例,总结了它们的地球化学动态特征,并对其所反映出的环境意义作了分析。中国典型表层岩溶系统的地球化学动态特征主要表现为土壤CO_2含量的季节变化和逐年递增趋势,及地下水HCO_3^-量的CO_2效应和稀释效应。前者可能反映了全球气温升高的影响,而后者则反映出表层岩溶系统对大气CO_2具有良好的调节功能。

岩溶系统中土壤氮肥施用对岩溶碳汇的影响

有资料显示陆地碳酸盐岩风化消耗大气CO2的碳通量与世界森林碳汇通量量级相当。但农业地区过量施用氮肥形成的硝酸对碳酸盐岩的溶解会减弱岩溶碳汇效应,其量可达到7%~38%,而适量施用氮肥在增加农作物产量的同时,能降低土壤C/N比,增加土壤微生物活性,促进有机物料分解,从而提高土壤CO2浓度,提高土下碳酸盐岩的溶解速率。因此,要从两方面分析岩溶系统中土壤氮肥施用对岩溶碳汇效应的影响。同时,岩溶区碳酸盐岩风化形成的土壤具有较高的pH值及盐基饱和度,对H＋有较强的缓冲作用,可能是导致自然条件下,河流中溶解无机碳（DIC）与水体中钙、镁等离子并不守恒的原因之一,因此,运用端元法可能过高估算了硝酸对碳酸盐岩的溶解量。岩溶区土壤环境中硝化作用产生的硝酸到底多少能对碳酸盐岩产生溶蚀,并影响到岩溶碳汇效应还有待研究。应结合土壤本身的特性及河流生物地球化学过程,综合研究不同施氮水平、土壤硝化产酸及其影响下的土下碳酸盐岩溶解及碳汇效应过程,客观评价岩溶区土壤氮肥施用对岩溶碳汇的影响,并寻求适宜氮肥施用量及促进岩溶碳循环,提高岩溶碳汇效应的技术方法。

表层岩溶系统中土-气-水界面碳流通的短尺度效应——以贵州茂兰国家喀斯特森林公园的秋季日动态监测为例

在 2 0 0 1年秋季对贵州省荔波县茂兰国家喀斯特森林公园林地、草地植被下土壤CO2 呼吸释放及岩溶表层泉水HCO3 及其δ13 C值的变化进行了日动态的野外监测 ,表明岩溶系统中土 -气 -水界面间存在着碳交换的日动态变化以及所伴随的同位素交换的变化 ,这种变化与土温的日动态有密切的关系。林地植被显示了平抑这种日动态幅度的效应 ,而草地植被则显示响应于温度变化的较灵敏的动态变化。这种短尺度的变化构成了表层岩溶系统对外界条件的灵敏响应 ,进一步揭示了在生物作用下岩溶地质作用在碳循环过程及其同位素交换上的灵敏性和动态性。

相关和频谱分析法在岩溶系统中的应用研究综述

岩溶含水层由多重含水介质组成,具有高度的非均质性,从系统角度出发,将岩溶系统看作是一个过滤器,将降雨作为输入信号,泉流量、水位、电导率、浊度等物理化学参数作为输出量进行相关和频谱分析是认识岩溶系统内部结构特征的有效方法。文章综述了相关和频谱分析法在岩溶系统研究中的应用,首先介绍了相关和频谱分析法基本理论的形成、发展过程和研究意义,然后总结了如何根据不同的研究目的选择相关和频谱分析法使用的时间序列的长度、周期和类型,最后阐述了该方法应用于岩溶系统分析的局限性。

中国南方表层岩溶系统的碳循环及其生态效应

表层岩溶系统因碳酸盐岩－水－ＣＯ２（气）三相的化学动态不平衡过程而产生特殊的碳循环环节，参加循环的碳包括碳酸盐岩中的碳、大气和土壤空气ＣＯ２部分。中国南方表层岩溶系统的碳循环非常活跃，并敏感地响应岩溶动力因素的变化，从而促进了地球化学过程和生物化学过程的结合，成为大气ＣＯ２汇的重要项。中国南方表层岩溶系统的碳循环通过驱动环境的元素迁移，促进土壤有机质的积累，并影响植物所需要的矿物质营养元素的全量和有效态，进而影响岩溶区的植物物种、特有性和作物的发育。

表层岩溶系统碳迁移路径及其土被效应探讨

为了弄清楚表层岩溶系统碳汇机理,有必要对该系统中气、液和固三相不平衡体系中碳的迁移途径进行研究。2010年,在板寨地下河流域布置了8个碳稳定同位素分析测试点。通过碳稳定同位素示踪剂及空气CO2分压对比,发现森林区岩溶水和自由大气中大部分碳是来自土壤空气。在表层岩溶系统碳汇过程中整个碳迁移路径可分为4个环节,依次为(1)植被光合作用吸收空气CO2;(2)土壤根系的呼吸作用及腐殖质分解向土壤释放CO2;(3)地下水循环岩溶作用将气态CO2转换成液态HCO3-离子;(4)地下水中的碳随水流向河流及海洋。在整个碳汇过程中,森林和土壤起到了"加压泵"的作用,大大提高了大气CO2向土壤空气CO2转换过程中的CO2分压,从而显著地提高了岩溶的作用速率。

土壤-灰岩岩溶系统中水文地球化学动力学过程模拟及其意义

在实验室模拟了土壤－灰岩岩溶系统，对降水淋滤下元素地球化学动态进行了系统监测。结果表明，岩溶作用使土壤中易移动性组分淋溶，Ｃａ^（２＋）、ＨＣＯ_３~－的淋出动态表现为开始的快速下降和随之的平衡两个淋出阶段，淋出量与土壤中水溶性Ｃａ、可氧化有机质的含量有关。土壤对ＨＣＯ_３~－的淋出与排释有促进作用。这种动力学特征对解释岩溶沉积古记录和岩溶作用的大气ＣＯ_２汇效应具有重要意义。

湖北清江罗家坳河间地块岩溶系统碳循环特征

根据罗家坳河间地块岩溶系统的动态观测资料计算，得到了研究区不同部位的地表及地下水对碳酸盐岩的溶蚀量和ＣＯ２的吸收量。计算结果表明：（１）分水岭以西岩溶作用的强度要大于分水岭以东；（２）白云岩的溶蚀量要大于方解石的溶蚀量；（３）地下水的溶蚀强度大于地表水的溶蚀强度，但这并不意味着地下水的溶蚀量（或溶蚀模数）就大于地表水的溶蚀量（或溶蚀模数），后者还与流量有关。

岩溶系统对大气 CO_2 的调节作用

本文通过对中国南方岩溶区近２０００个水化学分析资料的统计分析，研究了云南、贵州、四川、广西、湖南、湖北六省（区）岩溶水ＣＯ２含量，ＣＯ２吸收模数，计算了南方碳酸盐岩出露区和分布区岩溶系统吸收ＣＯ２的数量，对全国碳酸盐岩出露区吸收的ＣＯ２作了估算，９０．７万ｋｍ２的碳酸盐岩出露面积所吸收的ＣＯ２为１４．０３×１０９ｋｇ／ａ，在碳循环平衡计算中，除了海洋吸收，大气增量以外，还有１２％被“遗漏的汇”吸收，岩溶系统吸收的ＣＯ２在这１２％中占１５％，它是全球碳循环的一个重要组成部分，是一个被“遗漏的汇”，它对大气ＣＯ２具有不可忽视的调节功能。

岩溶系统土壤吸释CO_2作用及其环境意义──以桂林丫吉村岩溶试验场为例

野外监测土壤CO2释放结果表明：土壤CO2释放量晴天高于雨天；洼地、垭口土壤CO2释放量高于坡地土壤CO2释放量；试验场土壤CO2年释放量在1057．8t（1．763kgm-2），与552．6t（0，921kgm-2）之间，估算值为810．0t（1．35kgm-2）。野外溶蚀试验结果表明：试验场岩上作用过程年吸收CO2量为13．08t；岩溶系统年吸收CO2量为61．73t。土壤是温室气体（CO2）的重要贡献者，岩、土、水系统是环境变化的缓冲系统，植树造林（石山改造）是改善岩溶地区生态环境的决定性举措。

云南泸水市压扭性构造对银厂坪白云岩岩溶系统发育控制作用

银厂坪岩溶系统由溶蚀洼地和溶洞系统组成,溶蚀洼地内发育15个规模和形态不同的落水洞以及多条溶沟。根据断层面擦痕反演构造应力张量和共轭剪节理反映的应力场特征,结合区域地质背景,认为研究区于始新世—早中新世主要受SEE-NWW向挤压和NNE-SSW向拉张应力场控制,形成NW向左旋压扭性构造,其几何学和运动学特征符合里德尔剪切模式。走滑拉分阶区所形成凹陷具有汇水功能,利于岩溶作用形成溶蚀洼地,内部发育的共轭节理交汇部位是良好的导水构造,叠加在走滑微拉分阶区内,促进白云岩溶蚀作用形成落水洞。地下岩层受构造挤压发生层间滑动形成微裂隙,经溶蚀扩大,形成顺倾斜岩层发育的岩溶洞穴。左行走滑断裂造成地表河流和山脊发生系统左旋位错,发育断层崖于山脚处形成倒石堆,在构造抬升和剥蚀作用下,岩壁不断后退,地下河频繁袭夺使早期溶洞成为干洞,现代地下河于斜坡下游通过地下河出口转为明流。

构皮滩水电站地下厂房岩溶系统处理

构皮滩水电站地下厂房位于强岩溶地区,地质条件复杂,厂房洞室群周边岩溶发育程度及规模为国内外同规模工程中所罕见。根据岩溶的勘测情况,通过洞室群优化布置、岩溶回填加固及加强排水防渗等措施进行综合处理,以提高洞室群围岩稳定性。处理后的监测资料表明,洞室群变位已处于收敛状态,各种支护体系的应力也处于允许应力范围内,目前洞室群处于稳定状态。

构皮滩水电站W_(24)岩溶系统发育特征及工程处理

构皮滩水电站W24岩溶系统规模大,管道复杂多变,形态多样,跨越地下厂房三大洞室区,直接影响洞室围岩稳定与防渗幕体的形成。通过前期与施工期工程地质勘察研究,查明了岩溶系统的空间分布特征,在施工过程中采取多种工程措施进行了处理。其处理原则为:及时对洞室边墙水平距离15 m、顶拱高程以上垂直距离20 m范围以内的所有岩溶管道予以清理,并作回填混凝土处理。

岩溶系统不同植被下土壤碳排放的温度效应

全球变化研究中土壤的呼吸排放等成为科学家们关注的热点问题,影响土壤碳排放的一个最主要的因子是温度。本文研究了岩溶系统中两种典型植被条件下温度的日变化动态及其系统碳排放过程,并对碳排放的温度效应进行了研究,结果表明土壤温度与岩溶系统碳排放有显著相关,尤以草地生态系统为甚。森林生态系统中,与土壤呼吸排放有显著相关的温度因素为土表温度,且为负相关,表明土壤呼吸排放对该温度的滞后响应。林地、草地生态系统中5cm～15cm土壤温度与土壤呼吸碳排放显示出正效应,表明土壤温度促进土壤呼吸的碳排放。同时,草地生态系统中表层泉水碳排释与土下5cm土温也有极显著相关。即岩溶生态系统碳排放具有极显著的温度效应。

帷幕灌浆施工技术在地下厂房岩溶系统中的应用

岩溶系统由于溶蚀裂隙发育、溶洞多、渗透性大等特性,造成了帷幕灌浆灌入浆量大和施工难度较大的特点。结合马岭水利枢纽工程地下厂房岩溶系统帷幕灌浆施工技术,有针对性地分析了在厂房岩溶系统中,如何采取有效的灌浆方法、适当的灌浆参数及岩溶系统灌浆特殊情况处理的措施,以保证岩溶系统中帷幕灌浆质量,提高工程进度,节约灌浆成本。