贵州绥阳麻黄洞壶穴形态特征及其成因分析

对贵州绥阳双河洞洞穴系统中的麻黄洞内发育于白云岩地下河床上的103处壶穴形态特征进行详细测量与统计分析,从统计学角度定量描述壶穴的形态特征及其形成因素。结果显示:麻黄洞壶穴以口大、肚小、底圆的“锅型”壶穴为主,壶穴在平面形态上主要以椭圆形壶穴为主,垂直剖面形态上以浅型和深型壶穴为主,其中A区和C区浅型壶穴占比最高,而B区则以深型壶穴最多;壶穴长、短轴在A区和B区相关性较高,而在C区相关性则较低,说明壶穴长、短轴变化在不同的区域所受的因素并不一样;麻黄洞壶穴主要由季节性水流、节理和裂隙、可溶性基岩、洞道形态、具有侵蚀力的推移质、洞穴的微气候要素及洞穴水的溶蚀作用等多种因素相互耦合而形成。研究结果可为洞穴的发育、演化提供相应的水文证据。

贵州省绥阳县麻黄洞土壤渗透水-洞穴水元素变化特征及气候响应

[目的]探究白云岩洞穴上覆土壤渗透水-洞穴水水化学元素变化特征及相互关系,揭示岩溶水Ca,Mg,Sr元素比值变化与洞外气候的响应关系。[方法]以贵州省绥阳县双河洞洞穴系统中的麻黄洞为研究对象,通过麻黄洞4个洞穴水点和上覆3个土壤点土壤渗透水的定期监测、采样和室内实验,并运用统计分析方法和元素比值法对各监测指标进行比较分析。[结果]①麻黄洞上覆土壤渗透水主要水化学指标表现为旱季>雨季、洞穴水主要水化学指标表现为雨季>旱季的季节性变化特征。②洞穴水EC,Ca^2+,Mg^2+,HCO-3,Sr^2+离子浓度约为土壤渗透水的2~6倍,表明表层岩溶带岩溶过程对洞穴水水化学元素具有重要影响。③土壤渗透水对地表降雨和温度变化具有积极响应,旱季滞留于土壤中的大量矿质元素是导致4月份土壤渗透水中Ca,Mg,Sr浓度出现高值的主要原因。④洞穴水Mg/Ca、Sr/Ca比值变化及其相关性,反映了洞穴水受到来源、水-岩相互作用、洞穴水脱气沉积和先期方解石沉淀过程(PCP)等机制影响的协同性及洞穴上覆主要岩溶过程差异,因此其比值变化能够间接表现洞外温度和降雨变化。[结论]土壤渗透水、洞穴水水化学元素具有明显的月间波动和季节性变化特征,且监测点间具有显著差异。两种类型水Ca,Mg,Sr比值变化及相关性对地表降雨和温度变化具有积极响应。

岩溶洞穴水中硝酸盐浓度变化及其来源与估算

由人为活动引起的地下水硝酸盐(NO_(3)-)污染成为全球关注的一个重要环境问题,准确识别水环境中NO_(3)-的混合污染源是控制NO_(3)-输入和改善水质的关键.为明确岩溶洞穴水中NO_(3)-的分布情况,本文选取麻黄洞为研究对象.通过利用水化学法与稳定同位素值对洞穴水化学、NO_(3)-变化特征与来源及其生物地球化学过程进行综合分析,结果表明:水体pH平均值为8.36,阴、阳离子分别以HCO_(3)-、Ca^(2+)、Mg^(2+)为主,水化学类型为Ca·Mg-HCO_(3)型,水体呈弱碱性.δD-H_(2)O、δ18O-H_(2)O值分布在当地大气降水线方程附近,表明洞穴水补给的主要来源为大气降水.水中NO_(3)-浓度季节变化稳定,旱、雨季均值分别为13.46mg/L、13.93mg/L,水质符合Ⅱ类水标准(以N计).[NO_(3)-]与[Cl-]的比率和NO_(3)-同位素值显示化肥、土壤氮、粪肥&污水以及大气沉降为水中NO_(3)-的混合来源.水中NO_(3)-转化过程以微生物硝化作用为主导,没有显著的反硝化作用发生.由SIAR模型估算结果得出:各混合污染源旱、雨季对水中NO_(3)-含量的平均贡献率分别为:CF(55%)、SN(24%)、M&S(12%)、AD(8%),CF(52%)、SN(24%)、M&S(19%)、AD(5%),其中CF与SN为研究区硝酸盐浓度的主要贡献来源,M&S与AD次之.

贵州绥阳麻黄洞非典型钟乳石的演化过程

通过对贵州绥阳麻黄洞洞内6处非典型钟乳石进行详细测量和统计学定量分析,描述其发育形态和空间分布特征,并探讨其形成演化过程及影响因素。主要结论为:从发育形态上看,麻黄洞洞内非典型钟乳石共计分布6处,最大面积5.06 m^(2),最小0.18 m^(2),由于洞道结构的差异性及洞穴风的作用,非典型钟乳石的生长方向各有不同,但主要方向与洞道的走向呈近似平行状态;发育过程来看,麻黄洞非典型钟乳石的形成主要是附着于洞穴顶板的基岩或已形成的洞穴次生化学沉积物表面,由滴水在洞穴风的影响下不断进行脱气沉积而形成;总体上,麻黄洞洞内非典型钟乳石的形成主要是水动力条件、基岩性质、洞道结构及风动力条件等因素耦合的作用,其中,洞穴风是形成非典型钟乳石的主要动力。

岩溶洞穴系统CO_(2)迁移特征及其环境耦合关系研究

作为岩溶地下空间特有的窗口,洞穴CO_(2)通常较高且补给过程复杂,研究洞穴CO_(2)不仅有利于探明岩溶系统CO_(2)三相运移过程,对寻找遗漏碳汇也具有积极意义。为了研究不同季节下岩溶洞穴系统各层CO_(2)变化特征,揭示其迁移路径,进一步探究洞穴系统CO_(2)来源,对不同季节麻黄洞上覆土壤、洞穴滴水及洞穴空气CO_(2)进行密集监测,结合数理统计及相关模型对数据进行分析。结果表明:(1)麻黄洞洞穴系统各层CO_(2)存在雨季高旱季低的季节特征,作为主要补给源,土壤CO_(2)在各层CO_(2)变化中发挥重要的作用,通风效应影响洞穴CO_(2)浓度的变化。(2)pCO_(2)计算结果表明,麻黄洞内滴水点存在不同的补给过程,除上覆土壤CO_(2)补给外,还存在表层岩溶带的补给。(3)模型分析表明,麻黄洞洞穴滴水全年均处于脱气状态,使洞内发生沉积,形成洞穴沉积物。分析洞穴系统上各层CO_(2)运移特征,为寻找遗失碳汇以及岩溶地区碳循环研究提供科学参考。

岩溶洞穴系统SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)来源及其对水岩作用的影响

为揭示洞穴系统中SO_(4)^(2-)和NO_(3)-离子来源及其对洞穴碳酸盐溶解的影响,通过对麻黄洞6个水点自2018年8月至2019年7月进行为期一个完整水文年的系统监测,对于监测结果进行综合分析.结果表明:(1)麻黄洞洞穴水水化学类型为HCO_(3)‐Ca·Mg以及HCO_(3)·SO_(4)‐Ca·Mg型;(2)通过实地调查与元素比值法综合分析可知,麻黄洞NO_(3)^(-)与SO_(4)^(2-)各水点来源存在一定差异,其中麻黄洞NO_(3)^(-)主要源于农业活动和大气N沉降,而SO_(4)^(2-)主要以农业活动、石膏溶解为主要来源,SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)均参与了岩溶作用,加速了基岩的溶蚀,这一过程主要受离子浓度、径流大小以及补给模式影响;(3)基于水化学计量法和稳定同位素技术估算可知,SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)洞穴水DIC的贡献为0.05~0.61,释放DIC的同时改变了水中离子浓度,对于岩溶作用形成扰动,总体呈现出旱季>雨季、滴水>裂隙水的特征.同样,由于岩溶区的复杂和不可知,在对其进行系统研究时应当注重多种方法的结合与比较,提高研究精度与可信度.