岩溶动力学理论与现代岩溶学发展

岩溶动力学理论的核心是碳水钙循环,强调系统思维和全球视野观,提出了岩溶动力系统概念模型、结构与功能。岩溶动力学研究产生的新的学科生长点,对现代岩溶学形成与发展具有里程碑式的意义。“岩溶形态组合”概念的提出为岩溶不均一性研究、岩溶类型与形成环境划分奠定了完整的方法体系;将岩溶学研究成功引入全球变化领域,由此开辟了岩溶碳循环与碳汇效应研究,为重新认识岩溶作用在全球碳循环中的地位打开了窗口;将岩溶地球化学研究延伸至无机与有机过程的融合研究,为脆弱岩溶环境修复与保护提供了更加清晰的思路与方法。岩溶IGCP项目的执行,体现了岩溶动力学理论为建立联合国教科文组织国际岩溶研究中心的指导意义,同时,岩溶动力学理论为我们自觉融入国家“一带一路”倡议、生态文明发展战略和“双碳”目标等奠定了坚实的理论与方法基础。      

融合生态学和提升岩溶水数值模拟技术的国际前沿研究

岩溶水由于其脆弱性和非均质性被认为是水文地质领域的重点研究方向。2015年6月在英国伯明翰大学举办的岩溶水国际会议吸引了世界上100多位长期从事岩溶水研究的学者参加,会议从岩溶地质、岩溶水模拟、特殊生态系统、岩溶环境以及水文地质技术方法五个方面进行研讨,提出了很多新认识。例如利用岩溶水模拟进行管道位置的预测;发展分布式混合水流模型已经成为岩溶水模拟的主流;开展岩溶含水层地下生物多样性的调查;注重岩溶环境的评价、科普和保护的衔接等。未来岩溶水研究的动向具有以下特征:（1）岩溶水的研究范畴将扩大到生态学领域;（2）岩溶水模拟的精度将得到显著提高;（3）与人类健康有关的岩溶环境得到更多的关注。为此建议中国地质调查项目跟上国际岩溶水研究的形势,提高地质调查成果的科技含量,尽快实现模型化,增强服务社会的功能。      

融合生态学和提升岩溶水数值模拟技术的国际前沿研究北大核心CSCD

岩溶水由于其脆弱性和非均质性被认为是水文地质领域的重点研究方向。2015年6月在英国伯明翰大学举办的岩溶水国际会议吸引了世界上100多位长期从事岩溶水研究的学者参加,会议从岩溶地质、岩溶水模拟、特殊生态系统、岩溶环境以及水文地质技术方法五个方面进行研讨,提出了很多新认识。例如利用岩溶水模拟进行管道位置的预测;发展分布式混合水流模型已经成为岩溶水模拟的主流;开展岩溶含水层地下生物多样性的调查;注重岩溶环境的评价、科普和保护的衔接等。未来岩溶水研究的动向具有以下特征:(1)岩溶水的研究范畴将扩大到生态学领域;(2)岩溶水模拟的精度将得到显著提高;(3)与人类健康有关的岩溶环境得到更多的关注。为此建议中国地质调查项目跟上国际岩溶水研究的形势,提高地质调查成果的科技含量,尽快实现模型化,增强服务社会的功能。     

现代岩溶学学科体系

作为现代地球科学学科体系重要组成部分的岩溶学一直以来都被认为是地质学、地理学、环境科学、生态学之间的交叉、边缘学科,并未建立起自己独立的学科体系。面对全球岩溶地貌分布广泛、生态环境脆弱及问题复杂多样且同经济社会发展密切相关等情况,文章在简要回顾国内外岩溶学发展历程的基础上,通过对近三十年国内外岩溶研究相关学科发展情况的分析,以地球系统科学、岩溶动力学理论为指导,讨论构建现代岩溶学学科体系这一重要问题。文章围绕岩溶动力系统的四大功能和岩溶区资源环境生态问题的实际,从地质学、地理学、地球化学、生态学、环境学、水文学等与现代岩溶学研究相关的学科出发,尝试构建现代岩溶学学科体系,其主要的学科分支包括岩溶地质学、岩溶地貌学、岩溶水文地质学、岩溶环境学、岩溶工程地质学、岩溶生态学、岩溶资源学、全球变化岩溶学、洞穴学等九个分支学科,并简要阐述了各分支学科的科学内涵和定位。分支学科的构建,体现了国际岩溶科学研究中相关研究方向和学科发展独立性和交叉性的统一,体现了国际岩溶学发展的现状和趋势,对于国际岩溶科学的发展具有较为重要的意义。      

岩溶动力系统与全球变化研究进展

碳酸盐岩是岩溶发育的物质基础,它记录着地球历史时期的环境变化,是地球最大的碳库,对地球大气和生命演变起到重要作用;现代全球岩溶分布面积2200万km~2,占陆地面积的15%,岩溶动力系统是地球表层系统的重要组成部分,全球25%的人口依赖岩溶地下水资源的供给,岩溶生态系统的脆弱性制约着区域经济社会发展;本文主要针对近30年以来,岩溶学科发展进行综述,包括岩溶动力学概念、内涵与发展,驱动岩溶发育的地质-生态机制,岩溶动力系统与碳循环新进展,岩溶动力系统与水循环新进展,岩溶动力系统与钙循环新进展;岩溶动力系统与全球环境变化研究发展展望(岩溶关键带下的资源环境效应及国际大科学计划的启动)。     

IGCP448最后一次年会暨RAMSAR地下湿地第一次国际专题讨论会在澳大利亚南澳州纳腊库特召开

2004年10月2日至24日在澳大利亚召开了IGCP448“全球岩溶生态系统对比”(2000-2004：)的最后一次年会暨RAMSAR地下湿地第一次国际专题讨论会。会议包括两大主题，即IGCP448“全球岩溶生态系统对比”和RAMSAR湿地．主会场设在南澳州的纳腊库特(Naracoorte)镇政厅。国土资源部岩溶动力学重点实验室的袁道先研究员、岩溶地质研究所的谢运球副研究员。     

我国“十一五”期间的岩溶研究进展与重要活动

“十一五”期间,国际岩溶中心在我国桂林成立,岩溶研究在理论上与实践应用上取得了显著进展。理论上,运用地球系统科学的观点和现代自动化测试手段发展了岩溶动力学;新的学科生长点岩溶生态学不但揭示了西南岩溶生态系统的脆弱性、土壤质量变化与某些土壤营养元素形态的初步规律,而且选育了大量适合岩溶地区的名特优植物物种;全球变化研究探讨了岩溶水循环中溶解无机碳形式对全球碳汇的贡献,从多种气候替代指标深化了洞穴石笋的古环境记录研究;用新技术探索了岩溶地下水水质和水量的有效评价方法。应用上,形成的西南岩溶水、石漠化和水土流失调查区域性资料在国家目标和干旱找水重大社会需求中发挥重要作用,岩溶地区油气勘察形成典型地质模式,中国南方喀斯特自然遗产申报成功,岩溶塌陷监测与预警新技术成功用于工程建设区塌陷的防治。      

岩溶动力学的理论探索与实践

国土资源部岩溶动力学重点实验室的研究群体自1990年以来连续成功实施了3个国际岩溶对比计划项目,包括IGCP299、IGCP379、IGCP448,在岩溶形成、碳循环、岩溶生态和水资源等领域,为国际岩溶学术界提供了共同解决岩溶地区资源环境问题的机会,将地球系统科学思想引入现代岩溶学,建立岩溶动力学理论,有力地推动了国际岩溶学科的发展.目前正在执行的IGCP513"岩溶含水层与水资源"项目继续引领国际岩溶地质研究方向.相关成果为在中国桂林建立联合国教科文组织"国际岩溶研究中心"(IRCK)奠定了坚实基础.由此回顾了20多年来岩溶动力学理论在中国的发展过程.概述了其主要的科学成果和应用前景.指出了地球系统科学的引入、全球视野的研究和及时将理论用于解决岩溶地区的资源环境问题在现代岩溶学发展中的重要意义.经过20余年的不断探索,形成了岩溶动力学理论的基本思路,并创造性地总结了一套捕捉碳、水、钙循环的行踪的工作方法.通过全球对比,提出"岩溶形态组合"概念,将岩溶形态组合与岩溶形成环境条件建立对应关系,解决异质同相、同质异相这一令岩溶学者迷惘的问题.将岩溶学引入伞球变化研究,一方面把岩溶作用与全球碳循环紧密的联系在一起,通过对CO2H2O-CaCO3系统(岩溶动力系统)的定位观测,发现全球最大的碳库-碳酸盐岩体在伞球碳循环中仍甚活跃;另一方面,岩溶动力系统(KDS)对环境变化十分敏感,响应及时,其相关沉积物可记录全球变化.将岩溶地质过程与生态学联系在一起,将现代岩溶学理论的研究推向应用,与生产实践结合.在岩溶动力系统运行机制和运行规律、我国岩溶动力系统的类型划分和分布规律、在表生岩溶系统碳循环与大气CO2源汇关系、利用石笋记录重建古气候、古环境变化过程及中国西南岩溶生态系统研究等方面均获得了突出成果,如首次估算了我国和全球因碳酸盐岩溶蚀回收大气CO2的量,中国为1.774×107t/a,而全球为6.08×105t/a;证实了西南岩溶区典型表层岩溶泉水化学的季节、日变化与暴雨动态,表层岩溶泉水化学取样的频率需要重新审定,而且水文水化学的连续监测对于岩溶作用强度和岩溶作用碳循环的高精度评价是十分必要的;要了解岩溶系统水化学的变化,仅考虑水-岩相互作用是不够的,我们还必须重视CO2气体对岩溶系统中水化学变化的影响,即岩溶系统水化学动态的变化是CaCO3-H2O-CO2三者相瓦作用引起的,水-岩-气相互作用的概念必须引入岩溶水化学的研究中;揭示了过去0.16 Ma来亚洲季风和低纬度地区降雨变化的特征,说明太阳辐射强度增高,驱动了盛间冰期的出现,重建了荔波地区2.3 ka来古气候环境的演变历史,贵州董哥洞石笋提供了低纬度、低海拔地区,可较好定年,更接近水汽来源区的古气候变化的替代指标;石笋记录发现末次冰期以来存在有多次冷事件-Heinrich冷事件H1～H5跃变事件,新仙女木事件在我国南方的洞穴沉积物中具有显著的反映.对西南8省区市岩溶县、石漠化严重县统计和空间分布特征的分析研究表明地质地貌条件对岩溶区资源、环境和社会经济具有制约作用,认为西南岩溶区石漠化综合治理首先要在岩溶地质条件的基础上,结合气候、水文和社会经济状况,才能深入分析岩溶区石漠化的成因、危害和类型.划分出岩溶区石漠化综合治理区域8大区成为"西南岩溶石漠化综合治理规划大纲"编写的重要基础.     

国土资源部岩溶动力学开放研究实验室“九五”主要科研成果简介

“九五”期间，国土资源部岩溶动力学开放研究实验室以国际地质对比计划IGCP 379“岩溶作用与碳循环”、IGCP448“全球岩溶生态系统对比”、国家基金重点项目“我国典型岩溶动力系统与环境的相互作用与演变”和国土资源部重点科技项目“我国典型岩溶环境系统的运动规律及其对全球变化的影响”等为依托，在国际岩溶研究前沿进行探索的同时，研究工作紧密结合国家和社会需求，探讨用新的科技成果解决国民经济、新一轮国土资源大调查中的科技难题，为国家西部大开发中“推进岩溶地区石漠化综合治理”的国家目标开拓新思路。经初步统计，“九五”期间在各种核心刊物共发表论文23篇，SCI收录论文11篇，在其它刊物发表论文57篇。在国际岩溶会议作主旨特邀报告4次，发表论文15篇，出版专著3部。主要科研成果如下: 1 重要进展 进一步揭示了浅部岩溶动力系统在生物作用参与下积极参与全球碳循环，并用石灰岩溶蚀试片法和水化学法，结合GIS技术计算出我国大陆碳酸盐岩岩溶作用由大气回收CO2的量为1．774×1013g／a。根据西安附近辋川河流域的定位观测资料，计算了黄土地区碳酸盐溶蚀从大气回收CO2的量为21．8t／km2.a。 考虑到全球广泛分布着碳酸盐岩及水泥的大量使用，这两个过程均是大气CO2的两个重要的汇。基于野外观测数据，利用不同的方法评价后得出，水泥碳酸盐化消耗大气CO2的量级也在每年1亿吨碳左右。 通过对我国西南典型深部岩溶系统内川西鲜水河断裂带的10个温泉的CO2释放研究，年CO2释放量在400t以上，其中幔源的占60％左右。 通过森林区表层岩溶泉与裸露石山区表层岩溶泉对比研究，认识到只有提高表层岩溶带的森林覆盖率才能增加表层岩溶水的调蓄功能，使表层岩溶泉水常流不断。充分发挥和利用表层岩溶带特有的水循环作用，解决岩溶地区800万人饮水问题。 拓宽了研究古气候环境地域，并向新老两方面延长其环境重建的时间序列。选定了由云贵到西藏高原的1100m、2200m和3600m三个有正在沉积或大于20万年的石笋的岩溶台面的洞穴作为研究基地，并根据洞内外岩溶沉积建造相关沉积的物质依据和U系测年资料,初步确立了岩溶台面的演变、洞穴形成和该区岩溶水系变迁具伴生性、呈阶段性协调发展。 用贵州荔波县董哥洞一个长2．1m的石笋，通过TIMS铀系法测年及详细同位素分析，重建了距今9．8万年至14．5万年之间南方古气候变化过程，揭示了氧同位素6阶段及5e、5d、5c各阶段的古气候变化事件。     

岩溶地区水文地质环境地质综合调查工程进展

近年来,由中国地质调查局组织实施的“岩溶地区水文地质环境地质综合调查”工程,按阶段任务目标,基本查明了我国南方岩溶区岩溶地下水资源赋存分布规律和开发利用潜力,发现了石漠化、地下水污染、内涝灾害等环境地质问题,揭示了岩溶作用对油气资源、矿产资源、岩溶旅游资源、碳循环和环境地质问题的控制机制,启动了“全球岩溶动力系统资源环境效应”国际大科学计划,在岩溶动力学理论、岩溶石笋高分辨率测年、岩溶人工增汇和岩溶地下水探测等方面实现了重大科技创新。建立的不同类型区岩溶地下水富水模式、成井模式、有效开发利用模式以及石漠化区综合治理模式,经实践表明具有推广应用价值,可为岩溶水资源可持续开发利用、石漠化综合治理、地下水污染防治和岩溶贫困区脱贫攻坚提供技术支撑。     

鄂尔多斯盆地奥陶系表生期岩溶类型、发育模式及储层特征

鄂尔多斯盆地奥陶系表生期岩溶储层是盆地碳酸盐岩油气勘探的主力类型,近年来岩溶储层勘探取得一些新突破,难以用风化壳岩溶完美解释,表明存在不同的岩溶作用类型。在钻井岩心、薄片观察基础上,结合古地形、古地貌及岩溶特征分析认为:鄂尔多斯盆地奥陶系表生期存在风化壳岩溶和顺层岩溶两种不同类型的岩溶作用,根据围岩性质细分为白云岩型、灰岩型风化壳岩溶和白云岩型、灰岩型顺层岩溶4个亚类;风化壳岩溶具有非组构选择性,岩溶特征因岩石组构差异而不同,顺层岩溶是组构选择性溶蚀,岩溶作用沿较陡地形顺层选择性溶蚀易溶组分形成孔-洞系统;风化壳岩溶储层受岩溶地貌、岩溶旋回和沉积相带共同控制,顺层岩溶储层预测则需综合考虑古地形、岩溶古地貌、沉积相及古沟槽、古裂隙等要素。      

我国北方岩溶研究的形势和任务

随着国民经济的发展、全球气候变化的加剧,我国北方岩溶还出现了许多重大环境地质问题,不仅受到国家的重视,还引起了国际学术界的关注。国家及各级政府正加大对岩溶研究的投入,北方岩溶研究面临着前所未有的大好形势,同时也肩负重大的责任。本文从社会经济发展和学科建设的需求出发,简要阐述了北方岩溶研究所面临的问题,并提出今后应当加强对北方岩溶水资源的保护工作,重视对岩溶形态等基础理论的研究,特别是对岩溶陷落柱、古岩溶与深部岩溶发育规律的研究,加强对已有成果的总结与交流;在应对全球气候变化和极端气候上,一方面要逐步推进岩溶碳汇调查和岩溶地质储碳实验的开展,另一方面要开展对气候变化,尤其是极端气候与岩溶水及岩溶含水层关系的研究;此外,还应当重视岩溶知识的普及,加强后继人才的培养,特别是对岩溶战略科学家的培养。      

岩溶动力学理论的发展与国际岩溶研究中心的成立

1990年至今,笔者带领的国土资源部岩溶动力学重点实验室研究群体连续成功申请与实施了与岩溶有关的IGCP299、IGCP379、IGCP448和IGCP513四个国际地质对比计划项目,为国际岩溶学术界同行提供了一起学习、工作机会,进而共同解决岩溶形成、碳循环、岩溶生态、水资源等领域的资源与环境问题。[第一段]      

岩溶塌陷研究现状及趋势分析

为全面掌握当前国际岩溶塌陷研究动态,促进岩溶塌陷综合防治水平提升,重点从成因机制、识别评价和监测预警三个方面总结了当前国内外岩溶塌陷研究现状,以此为基础,综合运用文献和项目数据对国内外岩溶塌陷研究趋势进行了分析。结果显示:人类工程活动与岩溶环境相互作用关系是当前国际岩溶塌陷研究的热点;成因机理定量化、隐患识别快速化、监测预警精细化和风险防控时效化将是未来的重点攻关方向。      

序

去年12月15日,国土资源部在广西桂林市中国地质科学院岩溶地质研究所隆重举行了联合国教科文组织国际岩溶研究中心挂牌成立大会。国际岩溶研究中心是联合国科教文组织在地球科学领域批准成立的第一个国际二类研究中心。国际岩溶研究中心在桂林成立,是联合国教科文组织基于我国丰富的、     

“岩溶水文地质与岩溶碳循环监测”国际培训班在桂林举行

2010年11月30日至12月10日,由联合国教科文组织国际岩溶研究中心、中国地质科学院岩溶地质研究所联合主办的“岩溶水文地质与岩溶碳循环监测”国际培训班在桂林举行。来自亚洲、非洲、欧洲、南美洲和大洋洲多个国家的学员参加了培训。培训围绕中国岩溶水文地质概况、中国岩溶地下水探测技术与社会应用及岩溶碳循环监测评价技术和方法这三个主题,与地下水相关的环境问题、岩溶含水层保护、岩溶塌陷、碳汇碳储等学术热点进行。学员了解了中国的岩溶水文地质现状及世界范围的岩溶科学进展,加深了对不同气候、地质背景下的岩溶特征的认识;不仅在学术层面,更在不同国家的文化层面上增进了多方的了解与沟通。国土资源部科技与国际合作司马永正处长在培训班结业典礼致辞时称赞中心开展的交流活动赢得了国际声誉,建立了与相关政府和学术机构之间的友好合作关系,为今后更加紧密、深入的国际合作奠定了基础。国际岩溶研究中心姜玉池主任表示,中心将围绕岩溶地质主题继续举办培训班,设置专题研讨和各类学术交流活动,欢迎来自世界各国的岩溶地质工作者参与中心的培训活动,与中心保持密切联系,努力推动学术层面、研究层面和项目层面上双边或多边的交流与合作,为促进全球岩溶科学研究水平的提高,服务区域经济发展做出贡献。      

马家沟灰岩（古）岩溶研究中的若干问题探讨

讨论了华北地区奥陶系马家沟组灰岩岩溶研究中的几个问题，包括沉积岩溶，暴露岩溶，埋藏岩溶，现代岩溶及陷落柱等，指出了沉积岩溶和暴露岩溶洞穴不能保存或保存甚少，但对后期的岩溶发育具有重要控制作用，最后，提出了今后奥陶系灰岩岩溶研究的基本思路。     

徐州岩溶地质调查及发育特征分析

基于徐州城市地质调查与徐州地区岩溶塌陷调查的平台,紧扣徐州岩溶地质特征和徐州城市建设对岩溶地质调查的需求,以查明城市规划区岩溶发育特征为目标,在充分利用前人资料的基础上,分别针对裸露型岩溶区和覆盖型岩溶区展开地质调查,并辅以物探及钻探等进行勘察验证,有力地提高了区内岩溶地质调查成果的精度。同时,对徐州城市规划区岩溶层组、岩溶出露条件以及发育程度等进行了分析,区内岩溶发育主要为新生代以来的浅表性岩溶,岩溶发育程度总体受构造控制呈北东向“强-弱”相间展布,废黄河断裂带沿线,奥陶系马家沟组和寒武系张夏组碳酸盐岩分布区岩溶极为发育。     

新疆西克尔地区下奥陶统鹰山组岩溶分带性研究

塔里木盆地岩溶缝洞型储层作为重要的油气储层备受关注,而目前预测此类型储层的方法较有限。在新疆伽什县西克尔野外露头区地表岩溶现象丰富,志留系地层以填平补齐的方式充填在一系列的溶沟和溶槽中,部分洼地中还有志留系地层残留,表明该区发育加里东中期岩溶。在本区岩溶古地貌的基础上,基于排泄基准面的分析,划分出3级岩溶台面并对应发育3期岩溶。据现代地貌学和岩溶学理论,按照水动力条件的不同并结合本区岩溶发育特征,运用岩溶旋回的观点将第二期岩溶剖面分为表层岩溶带、垂直渗滤带和水平潜流带,认识到西克尔地区古岩溶地下水发育规律及洞穴发育程度。构造运动是垂向岩溶分带性的主控因素;因此,在大的构造背景的前提下,可以有效地预测巴楚地区的缝洞型储层。     

某二级公路岩溶发育特征及工程地质评价

拟建的某二级公路所在地区岩溶工程地质发育。通过分析该区岩溶发育的主要条件,调查各种岩溶形态的分布及发育特点,岩溶地下水的补径排特征来研究其岩溶发育特征,并对拟建公路的岩溶工程地质条件进行了评价和建议。研究表明,该区各种岩溶形态发育,针对某些岩溶病害,工程建设中应采取适当措施以减小其危害。