亚热带季风区边缘坡立谷河流水化学特征及外源水的增汇效应:以广西马山县清波河流域为例

雨热同期的亚热带季风气候促进了岩溶碳汇的发生,受外源水补给的边缘坡立谷是岩溶区碳酸盐岩溶蚀作用强烈的区域,对该区不同类型水的水化学特征研究有助于加深对岩溶固碳作用规律的认识。本文运用数理统计、Piper三线图、Gibbs图和主要离子比值等多种方法,对亚热带典型边缘坡立谷的河流水化学特征、成因及其碳汇效应等进行了分析。结果显示:(1)边缘坡立谷的河水类型主要有外源水、外源水补给的地表河、外源水补给岩溶地下河和岩溶地下水等,其总离子浓度呈递增趋势,岩溶地下水的Ca 2+浓度平均值为91.06 mg/L,分别是外源水补给地下河水、外源水补给地表水和外源水的2.3、4.3和12.4倍,其中外源水补给的地表河水化学离子浓度变化较大;(2)外源水进入岩溶区后,Ca 2+和HCO-3浓度逐渐升高,方解石饱和指数逐渐偏正。在亚热带季风区大量降雨导致的水循环加快的情况下,外源水对碳酸盐岩具有较强的侵蚀性;但外源水无论以补给岩溶地下河还是以地表水进入岩溶区后,其与碳酸盐岩的反应时间或接触面积不足,影响了岩溶碳汇增汇的提升。

Response of Germination Physiology of Cajanus cajan Seeds to Drought Stress: Comparison between Karst Water and Allogenic Water Treatments

In this paper, responses of germination physiology of pigeon pea （Cajanus cajan） seeds to drought stress in karst water environment and non-karst （allogenic） water environment were studied to explore the adaptability of pigeon pea to karst environment. The results showed that： （i） Under drought stress of 20% PEG- 6000, the germination rate, vigor index, germination index and biomass of pigeon pea seeds on day 7 cultivated with karst water were all greater than that of the allogenic water treatment group, while the seed germination stress index was significantly smaller than that of the allogenic water treatment group, suggesting that karst water environment was more favorable to pigeon pea seed germination. （ii） Without drought stress, the malondialdehyde （MDA） and superoxide dismutase （SOD） activities of pigeon pea seeds cultivated with karst water were all smaller than that of the allogenic water group. However, under drought stress, the SOD activity was significantly higher than that of allogenic water group, suggesting pigeon pea SOD in karst water was able to more rapidly respond to external drought stress, and increase its own activity to reduce the damage to the plants. And （iii） with and without drought stress, the soluble protein level of the karst water group was higher than that of the allogenic water group, while the free amino acid level was lower than that of the allogenic water group. This difference was more significant with the presence of drought stress, suggesting that the karst water environment was more favorable to the accumulation of soluble proteins and thus produced larger biomass. Hence, pigeon pea is a tree species that is adapted to high-calcium, alkaline environments in karst areas, and is of great significance for the revegetation and rocky desertification control in mountainous karst areas.

粤北水边河流域钙元素迁移的基岩制约作用

岩石风化是控制流域水体水化学特征的关键因素之一。为探索岩溶流域中不同基岩风化作用对地表水化学的影响,本文选择粤北典型岩溶流域(水边河)为研究对象,以水体[Ca^(2+)]变化和钙迁移机制为研究主线,通过连续5年的系统调查及采样分析,揭示不同岩性风化对干流水体中Ca^(2+)输送通量的贡献率和岩溶流域钙元素迁移的影响机理。结果表明:(1)不同基岩支流的水体[Ca^(2+)]差异明显,特别是在干季,碳酸盐岩支流水体的[Ca^(2+)]分别是花岗岩、砂岩和砾岩支流的3.8倍、4.7倍、14.9倍;(2)不同基岩支流汇入干流后,水化学变化具有滞后性,并且呈现季节性差异。其中,碳酸盐岩支流汇入后,干流水体的[Ca^(2+)]会滞后升高,而其他支流会稀释[Ca^(2+)],产生稀释作用,其效果在湿季比干季更明显;(3)通过统计分析得出,碳酸盐岩支流在流域土地面积占比为28%,而其对流域水体中[Ca^(2+)]的贡献率达到83%,说明岩溶流域中碳酸盐岩的风化的制约着钙元素的迁移过程;(4)2016-2020年间,水边河向连江输送的钙通量平均值为7.2×10^(4) t·a^(-1),其中,湿季平均输送量为5.8×10^(4) t·a^(-1),干季平均为1.4×10^(4) t·a^(-1);但岩溶水体中钙元素迁移不仅仅有水体溶解的Ca^(2+),还有沉积态钙迁移和水生生物的钙迁移过程,而农业活动及酸雨等过程可导致水体中[Ca^(2+)]发生明显变化,因此,农业活动和酸雨等对钙迁移的影响需要多加关注。

外源水对岩溶碳汇的影响--以桂林毛村地下河为例

以桂林毛村地下河为对象,研究了外源水对岩溶碳汇的影响。观测计算结果表明:外源水进入岩溶区后,由于内外源水相互混合,提高了岩溶水的溶蚀能力,以致DIC含量不断升高,其碳酸盐饱和指数也逐渐增加,SIc由不饱和达到饱和,增加了岩溶碳汇的通量。2010年9月至2011年3月仅以位于地下河上游的小龙背的外源水补给量和地下河出口的HCO3-浓度进行计算,岩溶碳汇通量由2.28×105 g增加至2.04×106 g,增加了近10倍。碳汇通量的增加固然与沿途大气降水、植被及土地利用等可能产生的CO2输入有关,但更与外源水加入形成的混合溶蚀作用有关。因此,在岩溶碳汇通量计算中外源水的影响作用不容忽视。

非岩溶流水中碳酸盐岩试块的侵蚀速率及其控制因素:以湖南郴州礼家洞为例

2004年2月、9月、12月和2005年3月,利用澳大利亚产的微侵蚀计(M EM,M icroe-rosion m eter)对湖南郴州礼家洞观测点非岩溶流水中的碳酸盐岩(包括石灰岩和白云岩)试块进行了侵蚀速率的精确测定,共取得数据1550个。用SPSS应用软件对数据进行了处理,发现礼家洞非岩溶流水中的碳酸盐岩的侵蚀速率异常的高,最大的达到了13.6mm/a。在每次测量碳酸盐岩侵蚀速率的同时,使用德国WTW公司生产的MultilineP3多参数自动记录仪,对每个碳酸盐岩试块放置点的水温、pH值、电导率进行了现场监测,并取回水样分析了其中的主要阴阳离子浓度。通过对这些水化学资料的分析,发现礼家洞非岩溶流水的侵蚀能力很强,表现在水的CO2分压很高(可达到12882Pa),而方解石和白云石的饱和指数很低(分别达到-4.78和-10.35)。对比发现,非岩溶流水中碳酸盐岩的侵蚀速率与其方解石和白云石的饱和指数呈负相关关系,即水中方解石和白云石的饱和指数愈低,碳酸盐岩的侵蚀速率就愈高。此外,观察发现,碳酸盐岩试块本身的结构特别是本试验中白云岩的粗晶结构对其侵蚀速率有巨大的影响,反映了机械侵蚀(流水的物理搬运)对侵蚀速率的贡献(可达90%以上),这与传统的将碳酸盐岩试片放入土壤中测得的主要是化学溶蚀速率不同。

中国南方上奥陶统五峰组观音桥段成因讨论：是“浅水介壳相”，还是深水异地沉积？

对中国南方上奥陶统五峰组沉积环境的认识长期存在激烈争论,深水成因说与浅水成因说针锋相对,似乎两种观点均有否定对方观点的充足理由。问题的症结与观音桥段有关。根据五峰组本身的沉积特征,应属深水沉积无疑;但五峰组顶部的观音桥段富含腕足类、三叶虫和珊瑚等化石,长期被认为属"浅水介壳相"。笔者通过对中上扬子地区数十条剖面的实测和深入观察,认为观音桥段应为深水异地沉积,主要依据有:观音桥段中所含珊瑚、棘皮类和腹足类等典型的浅水生物化石均呈碎块状赋存于生物屑砾屑灰岩中;这种灰岩的上覆、下伏层均为黑色笔石页岩,显然系由碎屑流异地搬运而来,其沉积场所并非浅水环境而是深水环境;观音桥段厚度很小而分布范围广阔,这是任何浅水环境沉积都不可能具备的特征;观音桥段与下伏五峰组页岩段和上覆下志留统龙马溪组底部之沉积极不协调,界面突变,无环境更替渐变过程,符合异地沉积特征;观音桥段仅在事件影响的范围内才存在,在其缺失地区五峰组与上覆龙马溪组之间为整合接触的连续沉积。观音桥段的深水异地沉积包括碎屑流沉积(砾屑灰岩)、浊流沉积(粉砂质颗粒灰岩)和内潮汐沉积(纹层状粉砂岩)。排除了观音桥段环境解释的干扰,根据五峰组自身的特征,将其解释为深水沉积就不再有疑问了。

外源水对碳酸盐侵蚀速率研究--以桂林毛村地下河为例

本文对桂林毛村地下河流域,进行了野外监测与室内分析研究,详细研究了外源水与岩溶水对碳酸盐岩侵蚀速率差异。研究结果表明,碳酸盐岩在岩溶水与外源水中的侵蚀速率存在较大差异,雨季碳酸盐岩侵蚀速率:外源水>外源水补给的岩溶水>岩溶水>空气;旱季碳酸盐岩溶蚀速率:外源水>外源水补给的岩溶水>空气>岩溶水;外源水中的灰岩侵蚀速率>白云岩侵蚀速率;碳酸盐岩试块的侵蚀速率具有明显的季节变化,主要受控于方解石饱和指数、pH值与水动力条件。

深水沉积体系内部结构的地震沉积学研究

尼日尔深海盆地处于被动大陆边缘,其深水沉积体系中的深切谷、峡谷和水道等异地沉积体主要由砂砾岩组成,并夹于原地沉积作用形成的半深海-深海亚相暗色泥岩、泥灰岩中,能构成良好的生储盖组合关系,是油气勘探的主要目标。由于深水盆地钻井较为稀少,为了准确研究深水沉积体系,采用了地震沉积学的理论和技术手段。异地沉积体具有独特的地震响应特征——强振幅、较低频率、"U"字外形等,能通过三维地震资料进行识别与研究,并对其内部结构进行精细的描述与刻画。通过地震相分析,从尼日尔深海盆地三维地震剖面上识别出具有"U"字外形的水道,结合地震振幅属性分析,清晰地刻画出了目的层古水道展布。

漓江流域丰水期外源酸对岩溶化学风化碳汇的影响

于2020年4月对漓江流域主要干/支流进行采样及监测,结合Gibbs图、离子比值、Galy模型和同位素特征值方法,分析流域内水化学特征及外源酸对流域岩溶碳汇的影响。结果显示:(1)受碳酸盐岩风化影响所控制,漓江水体主要水化学类型为HCO_(3)-Ca;[Ca^(2+)+Mg^(2+)]/[HCO_(3)^(–)]的当量比均值为0.87,[Ca^(2+)+Mg^(2+)]/[HCO_(3)^(–)+SO_(4)^(2–)+NO_(3)^(–)]的当量比均值为1.07,指示碳酸盐岩风化过程受到外源输入的硫酸和硝酸影响;(2)漓江流域最终出口(阳朔断面)的碳汇通量为974.86×10^(3) mol·(km^(2)·a)^(–1)。各支流碳汇量占总出口比例的波动较大,比例最小为小溶江,只占总通量1.44%,而贡献比例最大则为良丰河35.74%,甘棠江和良丰河贡献比例合计达57.04%。(3)流域内各支流CO_(2)消耗量的占比均值为10.02%,存在显著的空间变化,受不同流域的地质分布和流量的影响明显。(4)外源酸风化碳酸盐岩的DIC贡献率介于13%~55%之间,空间变化上,大榕江和桃花江的贡献比例较大,均高于50%,而外源酸对阳朔断面DIC贡献率低至13%。

外源水对灰岩和白云岩的侵蚀速率野外试验研究——以桂林尧山为例

以桂林尧山为基地 ,用灰岩和白云岩试片作了外源水对灰岩和白云岩的侵蚀速率的野外观测试验 ,得出外源水对灰岩的侵蚀速率在1 0 -7mmol/ cm2·s数量级 ,或约 1 0 0 0 mm/ ka;而外源水对白云岩的侵蚀速率在 1 0 -8mmol/ cm2· s数量级 ,或约 2 0 0 mm/ ka。此外 ,还发现 ,灰岩侵蚀速率对水动力条件的变化远较白云岩敏感 ,即流速增大时 ,灰岩溶解速率增加明显 ,而白云岩溶解速率仅有少量增加 ,这可能反映出两种主要的碳酸盐岩在溶解速率控制机理上存在着差异。

我国深水异地沉积研究三十年

深水异地沉积研究在我国已有 30年历程 ,它经历了 70年代浊流沉积研究探索阶段、80年代重力流沉积研究蓬勃发展阶段和 90年代深水牵引流沉积研究阶段。 70年代浊流沉积研究刚刚起步 ,以资料积累和深化认识为主 ,成果欠丰 ;深水牵引流沉积研究则仅有少量探索。 80年代深水重力流沉积研究已从单一类型延伸到多种类型 ,从陆源碎屑重力流沉积扩展到碳酸盐和火山碎屑重力流沉积 ,从海洋发展到湖泊 ,从一般性描述转入沉积模式、控制因素及含矿性的探讨 ,出现了突飞猛进、硕果累累的可喜局面 ;而深水牵引流沉积研究也有了实质性进展。 90年代重力流沉积研究继续保持稳步发展态势 ,而深水牵引流沉积研究有了更大的进展 ,取得了令世人注目的重要成果。展望未来 ,深水异地沉积研究任重而道远 ,相信我国沉积学学者在这一领域研究必将迎来前所未有的盛世。

中国岩溶碳汇过程与效应研究成果及展望

我国是世界能源消费和CO_2总排放量第一大国,碳减排任务艰巨,责任重大。据调查,我国岩溶碳汇与森林、土壤碳汇在同一数量级,但其要在国家层面发挥重大作用,其影响因素及机理需要进一步调查和阐释,估算精度还有待提高。系统总结了流域尺度岩溶碳循环过程,并重点揭示了生物作用对岩溶碳循环的影响;研究了水圈二氧化碳的再循环规律;评估了外源水对岩溶作用的影响程度和促进强度;利用数学回归模型估算区域岩溶碳汇通量,提高了由点到面岩溶碳汇通量估算精度,并提出增加岩溶碳汇潜力技术途径,为我国岩溶碳汇通量科学估算提供支撑。

深水异地沉积与油气勘探

深水异地沉积是沉积学中的一个重要研究领域 ,包括深水重力流沉积和深水牵引流沉积两大类。对重力流沉积和深水牵引流沉积的特征、沉积类型进行了综述 ,阐明了其油气勘探意义 ,并分析了深水牵引流沉积潜在的油气勘探价值。