中国典型表层岩溶系统的地球化学动态特征及其环境意义

以中国６个典型表层岩溶系统为例,总结了它们的地球化学动态特征,并对其所反映出的环境意义作了分析。中国典型表层岩溶系统的地球动态特征主要表现为土壤ＣＯ２含量的季节变化和逐年递增趋势,及地下水ＨＣＯ３＾－含量的ＣＯ２效应的稀释效应。前者可能反映了全球气温升高的影响,而后者则反映出表层岩溶系统对大气ＣＯ２具有良好的调节功能。     

武汉地区表层岩溶带发育特征

为查明武汉地区表层岩溶带发育特征,利用大量工程钻孔资料及水文地质试验成果,对武汉地区表层岩溶带进行了统计分析与研究。结果表明:武汉地区表层岩溶带平均厚度为11～16 m,每米深度平均线岩溶率为3.93%～10.52%,最大为5.83%～17.25%,岩溶中等—强发育,带下岩溶微弱发育;带内约1/2的溶洞高度小于1.8 m,平均洞高1.50～2.18 m,具有规模较小、数量多的特点;2/3的溶洞全充填,无充填和半充填溶洞约占1/3,充填物主要来源于上部覆盖层。表层岩溶带内岩体和土同存,作为建筑物地基均一性差;渗透系数平均为0.04~6.60 m·d-1,总体具弱—中等渗透性;岩土工程施工等级较高且跨度较大。      

我国南方表层岩溶带及其对岩溶水的调蓄功能

表层岩溶带是地表强烈岩溶化过程的产物,为表层碳酸盐岩各种岩溶个体形态和微形态组合构成的不规则带状的岩溶带,在我国南方岩溶区广泛分布。表层岩溶带对岩溶水的调蓄表现在两个方面: 一是增加入渗补给量;二是延缓降雨后雨水在岩溶水系统停留的时间,并形成了表层岩溶泉。表层岩溶带对岩溶水的调蓄功能大小主要与表层岩溶带的结构、岩层产状、地表覆盖情况和降雨性质有关。石漠化环境与森林环境的表层岩溶带对岩溶水的调蓄功能差异很大。石漠化地区,表层岩溶带泉的出流时间短,动态非常不稳定;表层岩溶带对岩溶管道泉调蓄能力弱,泉水动态与降雨动态一致。森林环境表层岩溶泉则多为常流泉,水文动态比较稳定。表层岩溶带形成的表层岩溶泉为开采深部岩溶水困难的峰丛山区的居民饮水提供了重要的水源,但只有恢复了岩溶石山区森林生态,才能实现表层岩溶泉应有的供水功能。      

洛塔表层岩溶带水文地质特征及其水文地质结构类型

在简述洛塔地区自然地理、岩溶及水文地质基本特征的基础上,对区内表层岩溶带的水文地质特征及表层岩溶带水文地质结构进行了较详细的分析和论述。提出了查明表层岩溶带水文地质结构是研究表层岩溶带水文地质子系统调蓄能力的关键所在的观点。根据表层岩溶带的水动力条件类型、含水空间结构类型、碳酸盐岩类型及第四系土层覆盖情况,将区内表层岩溶带水文地质结构划分为12个具体类型。并对各表层岩溶带水文地质结构类型的主要水文地质特征、调蓄能力及其地下水的开发利用条件等进行了简要的评述。      

岩溶表层带水生动物研究进展

本文旨在介绍岩溶表层带水生生态研究中微小甲壳类生物的最新研究进展,相关研究国内还少有涉及。岩溶表层带不仅仅是岩溶地下含水层的一个重要组成,而且是岩溶发育的活跃地带,同时也是大量地下生物生存的栖息地。目前,岩溶表层带内甲壳类主要采自洞穴滴水,残留的滴水水洼以及裂隙中的水体。这些甲壳类主要是桡足类,也有其他甲壳类,如端足目和介形虫,它们主要为暗层生物（stygobiont）,也包括一些陆生物种。以斯洛文尼亚为例,在所调查的洞穴中平均每个洞穴有近9个暗层桡足类物种,为了适应表层带特殊的地质环境,这些物种在形体上存在适当的进化。表层带的众多地质因子如顶板厚度、栖息地的连通性、及栖息地的大小等,以及水文因子包括水文动态特征、水化学特征等,都对这些物种的组成与分布有较大的影响。虽然岩溶表层带及其水生动物的独特性和重要性已逐步得到了许多地质学家和生物学家的认可,但还有很多问题有待进一步的解答,譬如邻近群落间差异性,以及桡足类对非饱和带水流指示作用等。      

滇东岩溶区表层岩溶水源地特征及其开发利用

表层岩溶水源地是解决分散农村生活用水困难的重要水源，而且分布广泛，水质较好。但水源地含水介质的富水性不均匀，岩溶水动态变幅大，脆弱性突出，易受污染和生态环境变化的影响。由此，表层岩溶水源地生态环境建设及保护尤为重要。表层泉以池、管调蓄系统开发最为有效。表层富水块段适宜打浅井开发，建设庭院式供水工程。采用地质雷达验证地质认识，确定井位，是经济有效的技术手段。     

湘西洛塔表层岩溶带特征分析

经过野外调查和借鉴前人成果资料,对洛塔岩溶盆地的表层岩溶带进行了重新认识.分析了表层岩溶带的发育分布特征和主要影响因素;划分了表层岩溶带类型;简要描述了表层岩溶带水文地质条件和利用价值,为进一步作好洛塔表层岩溶水的开发利用和生态重建工作.     

广西果化龙何地区表层带岩溶水系统及其水资源特征

从区域岩溶水系统分析入手,详细论述了龙何地区表层带岩溶水系统的结构特征及水循环过程,并按水动力条件将区内表层带岩溶水系统划分为若干个汇流状或散流状表层带岩溶水子系统。在此基础上,通过表层岩溶泉长观数据的统计分析得出本区表层带岩溶水天然资源量为31. 9× 104m3 /a,约占本区年降水总量的9. 5%。在表层带岩溶水天然资源量中,表层岩溶泉的可开采资源量为5. 9×104m3 /a ,可有效利用资源量为7 732. 4m3 /a。      

洛塔地区表层岩溶带基本特征及其类型划分

通过洛塔岩溶区的野外调查研究并借鉴前人成果,提出了对表层岩溶带的新认识,论述了洛塔表层岩溶带的组成及空间分布特征,分析了表层岩溶带发育的主要影响因素,根据可溶岩类型与气候条件、可溶岩的岩性、水动力条件与表层岩溶带的结构,采用三级分类法将区内表层岩溶带划分为一个大类,二个亚类及六个次亚类。      

万华岩表层岩溶带岩溶动力系统的特点研究

万华岩地区碳酸盐岩中普遍发育的非碳酸盐岩夹层,以及“土层+裂隙层”表层岩溶带双层结构对岩溶动力系统和水循环具有显著影响:非碳酸盐岩地段的地下水因其矿化度较低,CO2 含量较高,而具有较强的侵蚀、溶蚀能力,导致岩溶动力系统的物质和能量传输非常活跃,一个岩溶泉年溶蚀量(以CaCO3计)达2795.4kg;由于非碳酸盐岩夹层的普遍存在,不仅阻碍地下水向深循环,而且还有利于土壤、植被的发育。土壤、植被与地表岩溶裂隙网络对区内岩溶地下水还具有较好的调蓄作用,以致使区内有众多的小泉点在地表出露。      

Dynamics Features of the Epikarst Zone and Their Significance in Environments and Resources

The epikarst zone is in the convergence zone of atmosphere, lithosphere, biosphere and hydrosphere. It is widespread in South China, but its sizes, landforms and locations are influenced by geological and climatic factors. The tropical and subtropical monsoon climate in South China can create such strong karst dynamic conditions as the mean annual rainfall between 1000 to 2000 mm, high average air temperature 14～21℃,and high soil air CO₂ content from 3000×10^-6 up to 50000×10^-6; therefore the carbon-water-calcium cycle is active and rapid. The karst dynamic processes in the epikarst zone are much stronger than the deep karst part, which results in high solution rate and hardness of water. As a result, high CO₂ flux sinks in karst water. The karst dynamic processes in the epikarst zone are sensitive to environmental changes, and hence can provide environmental information in a short time scale.Due to the development of the epikarst zone, the water cycle in karst mountain area can be divided into two parts shallow water flow in the epikarst zone and conduit flow in the deep karst zone. In addition,the shallow water cycle is very important for water supply in karst mountains where the underground karst water is deep.     

鄂西南岩溶地区表层岩溶带发育强度变化规律研究

鄂西南岩溶地区表层岩溶个体形态复杂多样,表层岩溶带发育与鄂西南地区岩溶地质环境条件及岩溶发育演变的历史过程密切相关.因此,通过野外地质调查与收集"沪蓉西"高速公路勘察资料.采用系统工程地质分析为主的方法,研究了表层岩溶带在不同的地质构造部位、地层岩性、地形地貌部位及深部岩溶水补径排区的发育强度及其变化规律.详细论述了表层岩溶带的空间发育强度.首次定量界定了该区表层岩溶带的最大发育深度为56.54m,最浅为4.5m,阐明了表层岩溶带从山顶、山脊到山脚、沟谷由弱到强的总体变化规律.     

广西弄拉表层岩溶动力系统水循环碳汇效应研究

基于对广西弄拉表层岩溶泉水文动态自动化监测研究,发现在良好的森林植被覆盖条件下,泉域内水资源的排泄方式在不同季节差异较大。丰水期主要以泉口径流排泄为主,而枯水期则以泉域内生态需水消耗为主。4至8月降水量占全年总量的66.24%,泉口水资源输出量却高达全年总量的90.89%。与之相对应,碳输出量占全年总量的90.46%。上述数据说明岩溶碳汇过程主要发生在径流系数较高的丰水季节。在碳汇方式上,碳汇过程明显受到雨水稀释效应、CO2效应及水岩相互作用的控制。在降水初期,受到雨水的混合稀释,HCO3-浓度明显下降。期间受到CO2效应及水岩相互作用的影响,使HCO3-浓度波动较大。但随着流量的衰减,水岩相互作用重新又占主导地位,HCO3-浓度动态变化趋于平稳。根据近十年来的监测结果表明,在次生森林植被覆盖条件恢复下,岩溶动力系统中的Ca2+、Mg2+和HCO3-离子浓度均明显增高。以HCO3-浓度增长最为明显,2003—2005年平均值为356.55 mg/L,而2012年上升为432.97 mg/L,其差值76.42 mg/L,十年间增幅达21.4%。     

典型表层岩溶泉短时间尺度动态变化规律研究

本文以广西马山县弄拉岩溶动力系统监测站为例,通过人工及自动记录,分别对表层岩溶泉水的物理化学特征变化进行了研究.短时间尺度监测表明,岩溶动力系统对环境变化十分敏感,响应及时.在不同的气候条件下,水的物理化学特征多日与昼夜动态变化有不同的表现.在正常气候(无雨)条件下,水温的变化与气温变化基本一致,pH与电导率之间具有较好的负相关关系,电导率峰值区滞后最高温度约4~5 h.这可能与植被从光合作用向呼吸作用转变导致大气CO2浓度产生较大的梯度变化有关.而这种梯度十分有利于岩溶作用的进行.暴雨期间,稀释作用可贯穿整个降雨过程,但降雨1~2 h后,表层岩溶带的高裂隙率和渗透性开始发挥作用,水动力作用和CO2效应逐渐占主导地位,而稀释作用对弱降雨过程仅作用于降雨的开始阶段.因此有必要把水、岩、CO2气体作为一个整体来解释表层岩溶作用的水文地球化学行为.     

湖南洛塔饱水岩溶带地下水动态分析

湖南洛塔为一典型的溶丘洼地型岩溶区.本文利用近几年水环境监测资料,进行饱水岩溶带地下水的动态研究,认为影响岩溶地下水动态变化特征与降水、生态环境和土地覆盖程度等因素相关.降雨强度与地下水动态变化量呈正相关关系;植被、土壤的覆盖程度与地下水的动态变化幅度、降雨动态滞后时效性呈正相关关系.     

桂林岩溶洼地生态系统中大气CO2动态及环境意义

对桂林岩溶试验场岩溶洼地生态系统中大气ＣＯ２动态的昼夜观测结果说明,岩溶洼地对大气ＣＯ２具有一定的调蓄作用,并促进岩溶发育;植被的光合呼吸作用是制约大气ＣＯ２日动态直接的因素,而土壤ＣＯ２向大气的排放居次要地位。     

表层岩溶系统水化学成因及植被恢复条件下变化趋势——以广西马山弄拉兰电堂泉为例

常见的碳酸盐岩主要有灰岩和白云岩, 两者的岩溶作用机理不同, 因而常形成不同的地貌格局。在我国西南地区, 若在小范围内有灰岩和白云岩出露时, 往往在山体陡峭的部位出露质纯层厚的灰岩, 而山间平原多出露白云岩。这种地层组合结构致使表层岩溶带的发育具有独特的双重岩性结构。基于兰电堂表层岩溶系统的研究, 发现绝大部分水样的水化学类型均为HCO₃-Ca·Mg型, 其主要阳离子Ca²⁺和Mg²⁺质量浓度的季节动态变化趋势不明显, 但对短期降水稀释效应及森林植被CO₂效应的响应则非常迅速。将降水量小且比较均匀的8、9、10及12月水样的ρ(Ca²⁺)和ρ(Mg²⁺)关系曲线定义为"同比例溶解线", 并用其判别不同降水条件下泉水化学成分差异的成因。另外, 为了研究次生森林生态功能逐步恢复条件下岩溶作用强度的变化趋势, 对近10年来弄拉表层岩溶泉水化学组分进行分析对比, 发现岩溶水化学中主要阴、阳离子浓度均有增加趋势, 也进一步佐证了森林植被的岩溶效应。