喀斯特河流溶解态稀土元素组成变化及其控制因素

以化学萃取- 反萃取分离法为手段,结合等离子质谱分析仪测量了喀斯特地区乌江、沅江两大水系的枯水期河流的溶解态稀土元素含量。该两河流的化学组成代表了流经碳酸盐岩地层的河水的化学组成。与世界其它地区低pH的河水不同,喀斯特地区河水溶解态稀土元素含量较低,页岩标准化配分模式并不平坦,轻、重稀土元素分异因河流的不同而不同,乌江水系上游轻稀土元素( LREE)相对重稀土元素( HREE)富集,中下游HREE相对于LREE富集,沅江水系河水HREE相对于LREE富集,页岩标准化配分模式具明显的Ce、Eu负异常。乌江、沅江及其支流有高的溶解盐,含有较高的溶质浓度,河水水化学(高碱度、高离子含量、高pH值)和水/粒相互作用控制了喀斯特河水中溶解态稀土元素的含量和轻、重稀土元素的分异。      

贵州乌江水系的水文地球化学研究

乌江水系河流的水化学组成代表了典型碳酸盐岩地区河流的相应化学组成,显示了与世界主要河流不同的水文化学特征: 河水含有较高的溶质浓度,河水水化学组成以Ca2+ 和HCO3- 为主,其次为Mg2+和SO42- , Na+ + K+ 和Cl- + Si分别只占阳离子和阴离子组成的5%～10%。这表明乌江流域河水中水化学组成主要来源于碳酸盐风化,硅酸盐、蒸发盐风化对水中溶质的贡献很小,农业活动、开矿和工业污染对水体化学组成有一定影响。      

贵州喀斯特地区河流的研究--碳酸盐岩溶解控制的水文地球化学特征

测量了喀斯特地区乌江、沅江两大水系的河流枯水期的主元素、Sr2+离子浓度和Sr同位素比值。这些河流的化学组成代表了流经碳酸盐岩地层的河水的化学组成。这些河流及其支流有高的溶解盐,TZ+变化范围为：2.1～6.3 meq/L,高于全球河流的平均值(TZ+=0.725 meq/L)。河水含有较高的溶质浓度,河水水化学组成以Ca2+和HCO-3为主,其次为Mg2+和SO2-4,Na++K+和Cl-+Si分别只占阳离子和阴离子组成的5%～10%。 这些河流的化学和同位素组成主要受其自流盆地的地质特征控制。流经碳酸盐岩地层的乌江水系河流具有较高的Sr浓度（1.1～9.70 mol/L）和较低的87Sr/86Sr比值（0.7077～0.7110）,与流经碎屑岩地层的沅江水系的清水江河流中较高的87Sr/86Sr比值（0.7090～0.7145）及较低的Sr浓度（0.28～1.32 mol/L）形成鲜明的对比。 流域盆地的地理岩性控制了河水的化学组成和同位素组成。对河水的化学计量分析表明河水化学组成受碳酸盐岩溶解控制,而碳酸盐岩主要受碳酸和硫酸作用而溶解。乌江流域受硫酸作用特别明显,表明硫酸主要来源于燃煤或流域盆地硫化物矿物氧化而形成的大气输入。化学元素和同位素比值之间的相互关系表明3个主要来源为：石灰岩、白云岩和硅酸盐岩的风化。同时估计了碳酸盐岩和硅酸盐岩的化学风化速率,结果表明流域盆地的碳酸盐岩风化速率远远高于许多世界大河。岩石风化过程中硫酸的出现或土地的过度使用或土壤植被的退化等都可能是导致流域的碳酸盐岩风化速率如此高的原因。      

川南古宋富安井田阳新灰岩岩溶水系及其铀同位素组成特征

在川南古宋煤田富安井田上二叠统龙潭煤系勘探过程中，发现其底板阳新灰岩内源部岩溶发育。文章根据电网络模拟及水化学资料，建立了阳新灰岩的岩溶水系及其结构，并通过岩溶水系铀含量及同位素（＾２３４Ｕ及＾２３８Ｕ）组成的研究，进一步为分析分支水系补给区，径流区及排泄，混合区的水文地质特征及地球化学环境提供了依据。     

西南喀斯特地区威远河水化学及δ13CDIC特征分析

流域水化学和稳定同位素是示踪水中主要离子来源和反映流域生物环境地球化学特征的重要手段。为探究岩溶地区流域水化学、稳定同位素特征以及人类活动下的影响,2018年4月对贵州长顺县威远河13个水点进行采样,研究结果表明:威远河流域中阳离子以Ca~(2+)为主,阴离子以HCO_3~-为主,水化学类型为Ca-HCO_3型;威远河形成过程中主要受碳酸溶蚀碳酸盐岩的控制,硫酸和硝酸共同参与碳酸盐岩风化;研究区δ~(13)C_(DIC)的值变化范围为-11.42‰～-13.40‰,平均值为-11.98‰,短时间内δ~(13)C_(DIC)值受人类活动影响小;根据同位素质量平衡模型,计算出威远河δ~(13)C_(DIC)来自土壤CO_2的贡献率为49.7%～58.3%,来自碳酸盐岩溶解的贡献率为41.7%～50.3%。     

湘西地质公园岩溶峡谷群成因及其地学意义

湘西地质公园岩溶峡谷分布面积约1 162 km2,岩溶峡谷200多条,密如蜘网分布,是世界上最密集的岩溶峡谷群分布区。湘西岩溶峡谷形态上分为线型峡谷、“V”字型峡谷和箱型峡谷,其间分布岩溶台地和峰丛山地,岩溶峡谷两侧岩溶洞穴、瀑布和石柱发育,景观奇特壮观。相间分布的硅质碳酸盐岩和泥质碳酸盐岩、密集分布的地质构造及高角度节理裂隙、地块掀斜式抬升和强的岩溶水动力为岩溶峡谷群的发育提供了有利条件。岩溶峡谷群的形成经历了地质构造抬升、河流峡谷形成、岩溶峡谷发育三个阶段。与世界其他岩溶区峡谷对比,湘西岩溶峡谷群是世界地质公园中分布规模最大、峡谷最密集、岩溶发育最典型的岩溶峡谷区。湘西岩溶峡谷群不但具有重要的岩溶学研究和地质历史价值,而且具有重要的地质景观和地质文化意义。      

重庆岩溶地下水氢氧稳定同位素地球化学特征

重庆地区分布有380条岩溶地下河, 是重庆市重要的水资源。为掌握岩溶地下河水稳定同位素地球化学特征及其环境意义, 研究了重庆市不同地区51条地下河水体的稳定同位素地球化学特征。研究表明, 重庆市岩溶地下河旱、雨季δ18O、δD值均沿大气降水线分布, 表明地下河水均起源于大气降水。受雨季降水云团运动规律(环流效应)和区域地形的影响, 地下河水δ18O、δD值雨季表现出渝东北地区(渝西地区, 渝东地区)<渝东南地区的明显区域分布规律(“<”表示偏负于), 旱季由于地下河水在含水层中运动较慢, δ18O、δD值的区域性规律不明显, 且由于具有较雨季长的滞留时间, 导致其d-excess值明显小于雨季。利用岩溶地下水δ18O值和区域高程建立了二者之间的二元回归模型, 揭示了重庆岩溶地下河水旱季δ18O值随高度的变化率为–0.34‰/100 m, 雨季为–0.31‰/100 m, 这对于区域水循环研究具有重要意义。     

重庆岩溶地下河水文地球化学特征及环境意义

岩溶地下河系统是岩溶地区重要的地下水资源,重庆地区分布有岩溶地下河380条,是重庆市重要的地下水资源。为宏观掌握重庆地区岩溶地下河水化学特征,了解区域岩溶地下河水化学影响因素及分布规律,研究了重庆不同地区61条岩溶地下河水文地球化学特征。结果表明,重庆地区岩溶地下河的溶解组分主要来源于碳酸盐岩的溶解,水化学类型为Ca-HCO₃型或Ca(Mg)-HCO₃型,但部分地下河水化学受到人类活动影响变为Na+Ca-HCO₃型、Na+Ca-SO₄型、Na+Ca-Cl型或Ca-SO₄+HCO₃型,且农业活动或城市废水对地下河水化学的影响比工矿业活动普遍。地下河水温度随海拔升高而逐渐降低。在相同的地质背景下,地下河Ca2+、Mg2+、HCO₃-等离子由于受不同区域岩溶作用强度差异的影响呈现出明显的区域性,SO₄2-、NO₃-、Cl-等指标由于受不同区域人类活动强度和方式的影响也显示出明显的区域性。总体来看,岩溶地下河水质正在恶化。     

贵州岩溶地区土层的物质来源、成土过程、年代学及与石漠化相关性研究

贵州岩溶地区生态脆弱性的特征之一就是土层瘠薄,其土层的形成和演化方式一直是学术界的争论焦点.本研究以贵州岩溶区为研究对象,通过对土层的物质来源、碳酸盐岩风化成土作用的地球化学过程、红土的定年、石漠化成因等问题的探讨,明确地提出碳酸盐岩风化成土作用的二阶段模式;贵州岩溶区土层的主要物源来自碳酸盐岩风化成土作用;岩溶台地上广泛存在的红土是一种古土壤(1～25 Ma B.P.);碳酸盐岩风化壳岩土界面处地球化学碱性障导致稀土超常富集;碳酸盐岩类型与石漠化分布有着本质的联系.这些结论对于进一步研究青藏高原隆升在其东南翼的响应、岩溶地区生态环境和生态重建工作有着重要的科学意义.     

硫酸侵蚀碳酸盐岩对长江河水DIC循环的影响

对长江及其主要支流河水水化学和溶解无机碳（DIC）同位素组成（δ13GDIC）进行了研究。河水阳离子组成以Ca^2＋、Mg^2＋为主,阴离子以HCO3-、SO4^2-为主,水化学组成主要受流域碳酸盐岩矿物的化学侵蚀控制。DIC含量为0．3～2．5mmol／L,从上游到河口逐渐降低。δ13CDIC值为-12．0‰-3．4‰,与DIC含量具有相似的变化趋势。H2CO3溶解碳酸盐岩是控制河水DIC来源及其占δGDIC组成的主要机制。H2SO4溶解碳酸盐岩加剧了流域碳酸盐岩的化学侵蚀,一方面导致了河水的DIC含量增加,另一方面也使河水的δ13GDIC值升高。