Palaeo-karst collapse pillars in northern China and their damage to the geological environments

According to statistics, there are a total of 39 sites of palaeo-karst collapse pillars in Northern China, as well as 3,650 palaeo-karst collapse pillars. Through an overall survey and analysis of the distribution regularities and formation mechanisms of palaeo-karst collapse pillars in the northern coal mine regions, this paper found that the rock formation structures, geological structures, karst characters, underground hydrodynamic conditions of karst and neotectonic movement conditions are basic geological bases for the formation of karst collapse pillars and rule the distribution of them. Karst collapse pillars apparently have three south–north regularities in terms of distribution, and they have resulted in severe damages to geological resources and environment in their distribution areas: mine water inrush causing and coal resources damage and influencing the impounding of reservoirs as well as the stability of dam sites. Based on the basic geological features of palaeo-karst collapse pillars in northern China, this paper also introduces the new methods of integrated prospecting of successive approximation to determine hydraulic conductivity of palaeo-karst collapse pillars.     

Contrastive analysis of karst collapses and the distribution rules in Northern and Southern China

In Northern and Southern China, there are two different territorial systems of karst collapse. Because of the differences in basic geological conditions, groundwater dynamic conditions and climatic factors, the karst collapses are different in Northern China from those in Southern China in types, distribution characteristics, development density, scope, and formation mechanism. Based on analysis of statistical data in bulk and analysis of basic rules of the karst collapses in China, this paper systematically analyzed the basic geological conditions, groundwater dynamic conditions and climatic conditions both in North and South when studied and concluded the discrepancy in features, scales, density, regional distribution rules, formation mechanism, etc. The contrast and rules concluded will be of important significance and have great implication value to the exploration and prevention of karst collapse planning and layout of relevant project construction.     

泸西喀斯特断陷盆地地表水与地下水流域边界与水动力性质

在详细调查基础上,采用系统科学及水文地质分析方法,依据地形地貌、地层岩性、地质构造、示踪试验、地下水排泄基准面、喀斯特发育条件及发育规律等剖析论证流域边界,并通过钻探及示踪试验进行验证。研究结果:（1）对泸西喀斯特断陷盆地南东部的水系统边界向北移进行了修正,证实了三塘一带深部不发育的喀斯特是地下水分水岭边界,使得泸西喀斯特断陷盆地流域的径流系统和边界圈化更加准确;（2）泸西喀斯特断陷盆地流域地表水、地下水转化频繁,地表水径流特征主要以小江河在水库、河流、伏流间的径流转化过程为体现,地下水在侵溶山区接受大气降水补给后,上层径流以泉、暗河的形式在泸西盆地底面排泄后转化成地表水,最终汇集于盆地南部、通过工农隧洞及落水洞排向小江,而下层径流则以小江水面为基准,通过深层径流排泄。      

淮南顾北矿F104断层两侧岩溶水化学形成机制及导隔水性评价

利用断层两盘岩溶水化学特征判断其导隔水性对于我国华北型煤田水害防治具有十分重要的实践意义。以顾北矿F₁₀₄断层两侧太原组岩溶地下水为研究对象,在分析断层两盘水文地质条件基础上,采用Piper三线图、离子组合比和主成分法,分析了主要组分来源及水-岩作用差异性,并采用PHREEQC软件对岩溶地下水进行反向水化学模拟。结果表明:南北区岩溶水均存在方解石和白云石的溶解和沉淀现象,南区阳离子交换吸附和脱硫酸作用程度强于北区,而北区黄铁矿氧化和岩盐溶解作用较南区明显,南北两区水化学环境及水-岩作用存在显著差异,进而推断F₁₀₄断层具有较好的阻水性,且影响了其两侧的氧化-还原环境及温度差异,控制着地下水径流方向和水-岩作用程度。      

我国岩溶资源环境领域的创新问题

中国岩溶地区资源环境问题突出,制约着经济社会的发展。“十八大”以来国家大力推进科技创新和生态文明建设。科技创新不仅有助于解决和应对岩溶地区的资源环境问题,也将推动岩溶科学的发展,服务我国生态文明建设。今后的岩溶研究应当落实地球系统科学在岩溶学中的应用,发挥我国岩溶研究的地域优势,探索我国岩溶关键带的特征和重要过程;加强岩溶作用应对全球变化、岩溶碳汇速率和稳定性的研究,建立应对极端气候的长效机制;考虑古纬度和古气候对古岩溶形成的影响;深入探索微生物对深部碳酸盐岩岩溶形成的作用;系统梳理和总结我国第一期石漠化治理工程的经验和存在的问题,更好地指导下一步的治理工作;思考从南北方岩溶分界线的角度开展岩溶自然遗产地的申报工作;将现代大数据等技术运用到岩溶资源环境、水文地质研究中,做好地质灾害的预警预报和应对资源短缺问题的研究,服务国家需求。      

陇东盆地西部岩溶地下水形成机制研究

陇东盆地西部处于鄂尔多斯盆地西缘逆冲推覆构造带，新元古-下古生界碳酸盐岩裸露或浅埋，构成-南北向展布的岩溶水富集带。通过运用构造控水分析、水化学同位素等方法，对岩溶裂隙水系统进行了深入的分析与讨论。指出本区岩溶水的空间分布明显受南北向逆冲推覆构造控制，储水空间以岩溶裂隙为主，构造条件是岩溶发育和岩溶水富集的主要制约因素。岩溶水化学特征具有明显的南北差异，在补给条件优越的中南部平凉-华亭地区，水化学主要由含水层岩性及其赋存条件决定。岩溶地下水以大气降水来源为主，对于埋藏型岩溶水表现为多源水混合而成。根据岩溶水的空间分布与水动力场特征及其补径排条件，全区可划分为平凉、华亭和环西3个相对独立的岩溶水系统．并以此可作为水资源评价的基础。这些认识对于深入了解西北干旱-半干旱地区岩溶水赋存及富集规律、形成与演化机理和在该区开发利用岩溶地下水资源具有重要的科学意义。     

中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇的分区计算

根据中国岩溶碳汇计算的需要,将我国岩溶地区划分为南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区4种类型区,各区的岩溶面积分别为56.48万km2、32.58万km2、55.60万km2和200.1万km2。各区岩溶水的径流模数和岩溶作用强度存在差异,南方岩溶区比其他区的岩溶作用强度明显大得多。以取得的调查监测和统计资料为依据,对4种类型区和中国的岩溶碳汇量进行了重新计算,南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区岩溶碳汇量分别为1909.9万tCO2/a、600.5万tCO2/a、580.1万tCO2/a、608.6万tCO2/a,由此获得中国岩溶碳汇总量为3699.1万tCO2/a。该结果比前人的研究更全面地反映了当前我国岩溶地区碳水钙无机循环产生的大气CO2汇量。      

柳林泉域岩溶水特点与地质背景条件分析

柳林泉域作为我国北方典型的单斜 - 顺置式岩溶水资源系统 ,岩溶水在循环过程中表现出与其它泉域共性的同时 ,也存在一些非常奇特的特征: ( 1)由于泉域内断层、褶皱轴和区域隔水顶板的阻水作用 ,造成了岩溶地下水在主径流方向上的二级排泄与三次富集; ( 2)由于泉域中部王家会阻水性背斜轴的倾覆所形成的地下潜流断面梯形形态 ,导致了泉水流量衰减幅度与阻水断面上游区岩溶地下水位下降幅度的不匹配; ( 3)由于泉域南、北翼岩溶地下水循环路径和所处的地球化学背景不同 ,导致了分布在三川河两岸相距不足 300m 的泉水水化学特征表现出很大的差异性 ; ( 4)由于岩相建造地处中奥陶世古膏盐湖东部边缘 ,泉域西部中硬石膏溶解不仅形成了岩溶热水 ,而且还使得柳林泉成为“锶矿泉水”。 上述特征都是由柳林泉域特定的地质结构、地球化学环境和岩相古地理条件所决定的。      

北京西山泉域岩溶水系统特征探讨

北京西山地区岩溶地下水主要以相对独立的岩溶地下水系统进行循环,其水文地质条件、系统结构模式及其水资源的重要性等,在北方具有代表性。文章主要以北京西山鱼谷洞泉域岩溶水系统、黑龙关泉域岩溶水系统、玉泉山泉域岩溶水系统为研究对象,从岩溶含水层结构、地下水循环、地质构造等方面,总结出北京西山泉域岩溶水系统特征主要为:双层含水层结构、多个子系统构成且多点排泄、系统内岩溶水转化关系复杂多样、岩溶水富集带及系统边界集中在逆冲断层处。      

鄂尔多斯盆地周边地区岩溶发育模式及岩溶地下水开发利用探讨

鄂尔多斯盆地周边岩溶区岩溶含水岩组主要由奥陶系和寒武系灰岩组成,岩溶发育受层状裂隙和构造裂隙控制,主要分布在盆地的东缘、南缘和西缘。文中通过对鄂尔多斯盆地周边岩溶区碳酸盐岩分布特征和埋藏条件的分析,提出3种岩溶发育模式:斜坡顺层岩溶发育模式、裂谷逆层岩溶发育模式和逆冲断层岩溶发育模式,对3种模式下岩溶发育的地质构造特点、水动力及水化学条件、岩溶发育特点进行分析和总结。初步探讨了3种模式下岩溶地下水资源量和开发利用规划。结果表明鄂尔多斯盆地周边岩溶地下水具有巨大的开发潜力。     

Review: Characterization,evolution, and environmental issues of karst water systems in Northern China

In Northern China, karst systems in widely distributed carbonate rocks are one of the most important water supplies for local inhabitants. Constrained by the specific geological and geomorphological conditions, most karst water in this region is discharged as individual or groups of springs. This paper summarizes the characteristics, chemistry, and environmental quality of these karst systems in Northern China. Five structural models of karst water systems were identified based on the relationships between the karst geological strata and karst groundwater flow fields. These specific structural models may closely relate to the attendant environmental geological issues and consistent risks from pollution. Over the past 40 years, the karst water systems in Northern China have suffered from various environmental problems, including deteriorating water quality, the drying up of springs, a continuous decline in the level of karst water, and so on. Based on the field investigation and previous data, a preliminary summary is provided of the environmental problems related to the development and evolutionary trends of karst water in this region. The results highlight the significant challenges associated with karst water, and it is essential that all segments of society be made aware of the situation in order to demand change. In addition, the study provides a scientific basis for the management, protection, and sustainable utilization of karst water resources.     

广东英德沙口镇岩溶地面塌陷发育特征及形成机理分析

近年,广东省粤北山区隐伏区岩溶地面塌陷日益增加,直接影响人民生产生活。英德市沙口镇某村地质环境复杂,第四系覆盖层厚度薄,底部卵石层与下覆天子岭组灰岩直接接触,溶洞与断层破碎带发育,溶洞与溶洞间连通性较好,岩溶地面塌陷地质灾害严重。在综合分析沙口镇某村地质环境条件基础上,从内、外两方面因素,对岩溶地面塌陷发育特征及形成机理进行分析,认为在长期地下水位波动、潜蚀及淘蚀等作用松散盖层土体颗粒流失形成土洞,地表水与地下水强烈交替形成正负压力等作用下,土洞上部盖层发生塌陷。研究结论为科学制定岩溶地面塌陷防治方案提供依据。     

西南岩溶石山地区地下水资源

中国西南地区碳酸盐岩大面积连片分布，地下水资源总量丰富，但分布极不均一，存在大片干旱缺水区和石漠化地带。目前开展的可有效利用的地下水资源调查评价将该区划分为隆起带裸露岩溶分布区，沉降带边缘褶皱构造控制岩溶分布区和断陷盆地隐伏岩溶分布区，区内岩溶发育和地下水赋存除受岩性，地质构造的控制外，还受新构造运动和古溶蚀的影响，岩溶地下水赋存于地表以下浅部岩溶带，构造控制的中部岩溶带和深部古溶蚀带，特殊岩性和古溶蚀形成的似层状岩溶含水层具有重要的开发价值。     

北京西山黑龙关泉域岩溶水系统边界与水文地质性质

北方岩溶水系统具有固定补给范围和资源要素,是岩溶地下水进行独立循环的基本单元,控制了岩溶水的运移富集、水化学演化特征、资源构成以及环境地质问题。开展岩溶水系统研究的首要任务是确定系统边界位置及其水文地质性质。以北京西山黑龙关泉域岩溶水系统为研究对象,采用地质学、岩溶动力学、流体动力学、水文地球化学、地球物理勘探等方法,确定黑龙关泉域岩溶水系统是由南部大石河背斜岩溶水子系统和北部百花山向斜南翼岩溶水子系统2个次级系统组成;其含水岩层分别为蓟县系铁岭组、雾迷山组和青白口系景儿峪组、奥陶系、寒武系碳酸盐岩。根据边界的水文地质性质可以划分为地表分水岭边界、地下分水岭边界、隔水边界、岩溶含水层深埋滞流性边界等类型。     

陕西宁强禅家岩天坑群喀斯特地质遗迹特征及成因

陕西宁强禅家岩天坑群是汉中天坑群中 4 个相对独立的喀斯特系统之一,位于扬子陆块北缘,发育有多样的地质遗迹。文章通过大量野外勘测,总结出陕西宁强禅家岩天坑群地质遗迹的分布特点,并分析了主要地质遗迹的基本特征及形成原因,以揭示南北过渡带峡谷地貌下喀斯特的形成及演化机理。结果表明:（1）研究区形成了以天坑、台原、溶洞、峡谷以及次生化学沉积物为特色的2大类4类5亚类的地质遗迹;（2）区内喀斯特地貌典型,天坑和溶洞最为发育;（3）受峡谷深切影响,研究区内形成有4个地表喀斯特台原,其均具有相对独立的喀斯特水文地质特征,而天坑和竖井均已进入退化期;（4）在地层、岩性和构造多因素作用下,区内天坑孕育于新构造运动时期。      

西南岩溶石漠化综合治理水-土-植被关键技术进展与建议

石漠化综合治理关键技术研发是石漠化综合治理工程的关键步骤。本文根据第一期石漠化治理工程的进展,分析了岩溶水资源特征与开发利用技术、土壤资源维持与质量提升技术、植被恢复与功能提升技术和水-土-植被耦合模式的研发进展和不足,对第二期石漠化综合治理提出了一些建议,认为第二期石漠化综合治理关键技术研发应以“结构-过程-服务”为指导框架,加强岩土组构等地质环境背景、水土过程和石漠化过程以及关键服务功能维持和提升机理的基础研究,加强功能型植被、关键共性和个性技术研发以及关键技术的配套和优化,加大石漠化综合治理关键技术的适用性评价和推广应用,完善流域内生态系统服务主体功能区评估和生态补偿,有效准确的治理石漠化,以促进西南岩溶石漠化地区生态、经济和社会的可持续发展。      

岩溶水文地质环境地质信息管理系统构建与实现

为服务地质调查数据管理需求,基于GIS平台,构建了岩溶地区水文地质环境地质信息管理系统,按标准对调查数据、空间数据进行集成整合,实现了岩溶数据资料信息的数字化、可视化、动态化管理。其系统主要功能模块包括调查数据管理模块、空间数据管理模块、数据核查管理模块、钻孔柱状图管理模块、基础数据管理模块、系统数据管理模块。      

浅覆盖型岩溶区深基坑涌水的勘察治理——以桂林市万福路铁路下穿段帷幕灌浆治水为例

在大面积浅覆盖型岩溶区,一般具有岩溶强发育、地下水丰富、地质环境较脆弱等特点,其深基坑涌水的治理难度大、技术要求高、经济成本也高,治水问题长期困扰着岩土工程业界。文章以浅覆盖型岩溶地质特征、地下水的作用特征和环境脆弱性的阐述为基础,以桂林市万福路铁路下穿段岩溶涌水勘察治理的成功案例为佐证,说明该案例的成功经验和方法,如:制定适度的治理目标;重视区域地质条件的分析和专家团队的作用;多种勘察方法并用;将勘察贯穿于治理施工全过程;采用速凝灌浆工艺等。以供业界借鉴。     

隐伏岩溶区岩溶塌陷易发程度评价--以泰安为例

岩溶塌陷的形成与隐伏岩溶区特定的地质环境条件密切相关。不同地区或同一地区不同地段，地质结构、水文地质条件的差异对松散盖层中土洞的形成时间、规模、形态等均起着明显的主导作用。因此，充分研究塌陷的形成条件是客观评价其易发性的基础。文章通过对泰安市主要隐伏灰岩富水区地质结构、盖层岩性组成、性状及岩溶发育程度的分析研究，以地质背景条件中的相对不变因素为依据，采用综合指数法对本区隐伏岩溶区岩溶塌陷易发程度进行了预测评价。旨在探索适宜的评价方法，以期为岩溶塌陷防治提供决策依据。     

南方岩溶区地下水资源特征与水资源保障对策

【研究目的】中国南方岩溶地区干旱缺水等问题异常突出,岩溶地下水赋存和分布的复杂,开发利用率低,基于多年调查研究工作为基础,系统总结南方岩溶区地下水资源特征,研讨水资源保障对策。【研究方法】基于南方岩溶区地下水资源特点、地下水系统类型、地下水系统空间结构的叠置性和时空分布不均性分析,提出南方岩溶区水资源保障对策。【研究结果】南方岩溶区可从以下三方面充分发挥地下水资源安全保障作用,一是掌握地下水赋存分布规律,发挥分散供水和应急供水作用;二是加强调蓄工程建设,解决水资源时空分布不均问题;三是建立与生态重建和经济发展相结合的地下水资源可持续利用模式。【结论】南方岩溶区地下水赋存条件复杂,具有表层带岩溶水系统、岩溶地下河与管道流系统、岩溶大泉系统以及分散排泄地下水系统多种类型,规模大小不一,开发利用形式多样;在垂向上具有叠置性,水空分布严重不均;开发利用潜力较大。在地球科学系统论的指导下,查明岩溶水资源赋存分布规律,科学评价地下水资源量,因地制宜制定水资源开发利用和保护方案,为脱贫攻坚、生态文明建设和乡村振兴提供技术支撑。创新点：以系统水文地质环境地质综合调查和地下水开发利用示范工作为基础,系统总结南方岩溶区地下水资源特点;针对岩溶区水资源安全保障问题,分析其主要原因,提出了水资源保障对策。