洞穴碳酸盐有机质荧光发光特征研究及其展望

洞穴碳酸盐是洞穴滴水沉淀的结果,其有机质的荧光性质响应于外界气候与生态环境的高频率、周期性变化,是高分辨率反映气候- 环境变化的有效手段。本文详细分析了洞穴碳酸盐荧光物质的组成、来源及影响其荧光光谱的因素,并总结了其分析方法; 回顾了国内外在洞穴碳酸盐荧光发光性的古气候- 环境研究方面的应用,并对其将来的发展方向作了展望; 认为洞穴碳酸盐发光微层及其光谱特征形成机制的现代过程、微层层内物质组成,以及土壤、植被、气候三者响应关系是值得今后进一步加强研究的主要内容。      

桂林洞穴滴水与现代碳酸钙δ18O记录的环境意义--以桂林七星岩NO.15支洞为例

现代洞穴动态监测的一个先决条件就是为洞穴碳酸盐(CaCO₃)沉积物-石笋的各种替代指标的解译提供可靠的依据,充分利用现代碳酸盐(CaCO₃)沉积物的各种替代指标,并与现代器测气象资料进行相互对比、并用以校正,是精确或定量解释石笋气候替代指标的关键.
经对桂林七星岩15号支洞的5个滴水点进行了长达四个水文年(2008~2011年)的大气降水、洞穴滴水、现代碳酸盐沉积物的动态监测和研究,并探讨了洞穴滴水和现代碳酸盐(CaCO₃)的δ18O与降水δ18O的相关关系.研究表明,洞穴滴水和现代碳酸盐(CaCO₃)的年平均δ18O值非常接近降水的δ18O平均值,并具有与地表降水δ18O相同的变化趋势,反映了洞穴滴水和现代碳酸盐(CaCO₃)的δ18O主要来自大气降水的δ18O,即明显受控于降水的δ18O.在4个水文年中,现代洞穴次生化学碳酸盐(CaCO₃)沉积物的δ18O值与滴水的δ18O值记录的年内(或年际)变化或多年的变化趋势基本相同,表现出明显的四高峰(δ18O低值区)四低谷(δ18O高值区)的波动变化特征,具有明显的年际、季节性变化规律,显示具有雨热同季的特点.研究结果表明洞穴滴水和洞穴现代碳酸盐(CaCO₃)沉积物的δ18O可以记录当地或洞穴上方的气候变化信号,即现代碳酸盐(CaCO₃)沉积物的δ18O主要作为夏季风强度或降雨量的替代指标.     

地下河水人工补给洞穴滴水、碳酸盐(钙)沉积特征及景观恢复探讨

岩溶旅游洞穴碳酸盐岩沉积物景观容易受到污染、风化,为了探讨受污损洞穴碳酸盐沉积物的修复方法以确保岩溶旅游洞穴的可持续发展,对广西桂林七星岩No.15支洞距洞口约150 m长洞段的滴水物化指标、现代碳酸盐岩沉积物进行了为期4年的监测分析。结果表明:（1）该洞段的滴水主要源于抽取地下河水的水柜渗漏及降水补给,地下河水和滴水的电导率、[Ca2＋] 、[HCO3-]在4个水文年中的变化趋势基本相同,雨季洞穴滴水电导率、[Ca2＋] 、[HCO3-]等显著降低,降雨稀释效应明显;（2）现代洞穴碳酸盐岩沉积具有明显的季节性变化,雨季洞穴滴水量/速率、碳酸钙沉积速率加快,最大沉积量达0.8 g／半月,洞穴入口约150 m长洞段快速滴水碳酸盐最大沉积量达2～4 g／半月,旱季碳酸盐沉积速率减少,最大沉积量仅为0.4 g／半月;（3）抽取岩溶地下水经由地表补给洞穴滴水可提高滴水的电导率、[Ca2＋] 、[HCO3-]及CaCO3饱和度,促使大量碳酸盐(CaCO3)快速沉积,实现对洞穴受风化、污染景观的修复,新沉积的碳酸钙(CaCO3)还可以将基岩裂隙和洞穴内破损、破裂的钟乳石重新“粘结”起来,利于洞穴的稳定性。      

洞穴滴石石笋与陆地古环境记录研究进展

洞穴碳酸盐沉积与其它自然材料相比 ,具有分布广 ,时间跨度大 ,生长机制对环境敏感 ,保存信息完整 ,适合于 U系测年等特点。可与海洋沉积物、冰芯、树轮相媲美。尤其是洞穴滴石石笋为大陆气候替代指标提供了一类独特的数据源。从稳定同位素地球化学、石笋微层、微量元素地球化学、洞穴碳酸盐结晶学和岩石学等方面论述了该领域的最新研究进展。如利用洞穴碳酸盐δ函数定量地分离出纯的温度信号 ;利用石笋碳同位素变化及草原与森林生态系统光合作用的差异特征 ,恢复草原 -森林间的演变过程 ,显示了其在全球变化研究中的重要地位和作用。     

武都万象洞方解石现代沉积体系δ~(18)O值月变化特征

万象洞所在地大气降水同位素值年内波动较大,变化起止时间存在显著的年际差异。观测期内,武都降水同位素δD-δ18O组合特征与周边城市降水同位素多年平均值重建的区域降水雨水线基本重合,洞穴所在地区降水同位素具有很好的区域代表性。洞穴滴水同位素值年内变化幅度较小,基本反映了当地大气降水同位素值的月加权平均水平。洞穴次生碳酸盐与洞穴滴水之间符合同位素平衡分馏基本规律。季节尺度上,不同监测点滴水及次生碳酸盐δ18O值因受地下水混合作用强弱差异及洞穴温度的小幅变化等影响而略有差异;年际变化上,夏季风爆发前后降雨量的权重及爆发时间的早晚对洞穴滴水-碳酸盐体系同位素水平存在一定的影响。万象洞洞穴滴水、石笋氧同位素信号在年代际尺度上可以很好地指示区域内大气降水的同位素变化特征。     

洞穴碳酸盐微层研究及其发展方向

近几年,在分辨率气候－环境变化研究中,洞穴碳酸盐微层逐渐受到人们重视。洞穴碳酸盐微层的类型较多,主要为年层。微层是在沉积条件发生高频率的周期性改变时形成的,要受到供水条件和碳酸钙浓度等多因素的控制。洞穴碳酸盐微层的稳定同位素组成,生长速率,微层结构与物质组分,微层厚度与灰度和光学特征等可以反映降水,温度,土壤成分及植被变化等信息。     

第四纪洞穴次生碳酸盐激光及同位素稀释剂法U-Pb定年

碳酸盐U-Pb年代学具有广阔的应用价值与潜力。近些年同位素稀释剂法和激光原位法碳酸盐U-Pb定年迅速发展,但国内尚未报道利用激光原位法测试的第四纪以来碳酸盐U-Pb年代,碳酸盐U-Pb定年的同位素稀释剂法也亟待开发,在此背景下西安交通大学同位素实验室针对第四纪洞穴次生碳酸盐开展了激光和稀释剂法(LA&ID MC-ICPMS)U-Pb定年方法研究。本研究利用激光法对不同碳酸盐标样进行了测试,获得的U-Pb年代结果与标准值在误差范围内一致;首次报道了三宝洞第四纪洞穴次生碳酸盐的高精度激光U-Pb定年结果,与国外实验室稀释法所得年代可相互印证;讨论了第四纪碳酸盐U-Pb定年初始U系非平衡分馏校正的有关问题,强调了稀释剂法对于δ²³⁴U和Pb同位素高精度测试的重要价值;稀释剂法方面,本实验室全流程Pb本底目前能够达到世界一流水平(约10 pg);对于第四纪洞穴次生碳酸盐的初步测试结果(1.14±0.04 Ma, 2σ, n=5, MSWD=1)与国外稀释剂法及本实验室激光法在误差范围内一致,更进一步完善有望提高年代精度。本实验室建立了可靠的较高精度激光法和初步的稀...     

洞穴次生碳酸盐沉积的Mg/Ca与Sr/Ca比值研究进展——兼论洞穴次生沉积物Mg/Ca与Sr/Ca的影响机制

微量元素是岩溶洞穴沉积中非常重要的一类古气候环境替代指标,为近20年来国内外的一个研究热点。总结前人的研究,主要取得了以下一些重要认识:（1）洞穴上覆土壤 和围岩是洞穴次生碳酸盐沉积Mg、Sr的主要来源;（2）Mg/Ca与Sr/Ca能够指示气候环境变化,但需结合其它指标综合考虑。（3）洞穴次生碳酸盐沉积Mg/Ca与Sr/Ca受多种气候环境因素（包括土壤和围岩的组成和性质、水-岩相互作用、先期碳酸盐沉积、分配系数等）影响,其古气候环境指示意义具有多解性;（4）矿物结晶作用对Mg/Ca与Sr/Ca有一定的影响,特别是文石在向方解石转变的过程中容易丢失Mg、Sr,此外,杂质的混入也将抑制Mg、Sr进入方解石,从而引起洞穴次生碳酸盐沉积Mg/Ca与Sr/Ca比值的变化。今后应进一步加强对石笋中这些微量元素的影响机制研究,尤其是对一些影响因素与微量元素含量变化之间的定量关系进行探讨。      

再论南京汤山直立人生存时代问题

采用国际上最先进的高精度热电离质谱测年技术,测定了南京汤山葫芦洞钙板和石笋的年龄。并根据洞穴碳酸盐相与洞穴文化堆积层的地层关系,确定南京直立人化石时代在距今50万年左右。      

云南省华坪葫芦洞洞穴景观与旅游开发

葫芦洞发育于震旦系上统白云质灰岩、灰质白云岩中。洞穴长1200m ,其中主洞长约800m ,洞宽2～30m , 高2～20m 。洞道由四个洞厅、一个岩溶湖和二段峡谷状洞道组成,呈北东、北北东或近南北向展布。洞穴的发育明显受北东、北北东或近南北的断裂、裂隙构造和碳酸盐岩层面控制。洞口海拔高程约1600m,洞穴顶板覆盖厚度80～100m。洞穴内碳酸盐次生化学沉积物极其发育,其形态各异,构成千姿百态、绚丽多彩、玲珑剔透的景观特色。洞穴沉积物不仅具有旅游开发价值,而且蕴含了丰富的古气候环境信息。      

芙蓉洞次生碳酸盐沉积特征及与降水的关系研究

通过对重庆市芙蓉洞内两处滴水和两处池水长期定点观测,现场测试pH、温度和HCO-3浓度等指标,并采集适量水样带回实验室利用ICP—OES和离子色谱仪测试主要离子的浓度,计算CO2分压(PCO2)和方解石饱和指数(SIc),探讨了芙蓉洞内次生碳酸盐的沉积情况及与当地降水的关系。结果显示:四个观测点洞穴水在大部分时间相对于方解石为过饱和水,且正在沉积碳酸盐,可见芙蓉洞地区大部分时间具有洞穴碳酸盐沉积的温度和降水条件;不饱和出现在较大降水量之后的1~2个月内,是降水对岩溶水的稀释作用导致的。因此,降水量的变化是洞穴水呈现过饱和与不饱和交替的出现主要原因,最终导致碳酸盐沉积的季节变化,降水量过大时不利于碳酸盐的沉积。     

南京汤山直立人遗址碳酸盐沉积的时标与高分辨率气候变化研究

为配合南京直立人生存时代和环境的研究,我们对南京汤山葫芦洞洞穴次生碳酸盐沉积物开展了年代学,同位素地球化学和显微岩相学等分析．６支石笋和５层钙板的ＴＩＭＳ铀系年龄测定结果表明,本区洞穴碳酸盐的发育时段几乎覆盖了０．５ＭａＢ．Ｐ．以来的地质时期。近３０...     

旅游活动对巴马水晶宫洞穴环境及碳酸钙沉积物景观的影响

巴马县水晶宫洞内次生化学碳酸盐（钙）沉积物景观丰富,类型多样,有石钟乳、石幔、石瀑布、石笋、石柱、石盾等特色景观;尤其是近期仍在发育的洞顶鹅管、卷曲石、石花和石毛等是国内外较为罕见的洞穴奇景。自2007年水晶宫开发以来,对巴马水晶宫洞穴环境及碳酸钙沉积物景观等进行了监测,发现洞穴内流水、滴水、池水数量点减少; 洞穴温度升高、湿度降低,CO2浓度增加,空气负离子浓度减小以及普遍滋生(藻类、苔藓、蕨类等)灯光植物和洞穴景观表面的污染与变色污染、老化等现象。依据洞穴环境变化规律,提出有利于洞穴环境保护以及景观修复的相关措施,为科学合理保护开发旅游洞穴提供重要的科学依据及广泛的应用前景。      

兴文县岩溶洞穴资源分布特征及保护利用研究

兴文县旅游资源丰富,风景奇特优美、得天独厚,尤以喀斯特地貌景观为主体,其中岩溶洞穴资源占据了不可或缺的地位,随着近年来全域旅游思路的提出和开展,摸清兴文县岩溶洞穴资源分布特征规律以及保护利用现状,成为了兴文县旅游发展迫在眉睫的工作任务。通过本次对兴文县276处岩溶洞穴资源的调查,对其中有价值的187处资源进行全面的对比研究,结果表明:兴文县岩溶洞穴发育规模较大,发育方向主要受北西-南东向、南西-北东向构造控制;岩溶洞穴的发育表现出对碳酸盐岩岩组类型的选择性,其中三叠系嘉陵江组与二叠系栖霞组与茅口组最为发育;从岩溶洞穴发育的构造部位来看,主要分布于褶皱构造的前端近翼部;从保护利用现状来看,兴文县岩溶洞穴资源保护利用率相对较低,保护管理意识有待提高。     

碳酸盐岩层的水文测井和溶洞溶蚀裂隙的划分

碳酸盐岩层水文测井比碎屑岩、疏松岩层含水层更复杂一些。对砂岩或砂砾层含水层通常把地层厚度作为含水层厚度,而碳酸盐岩含水层特别是几百米厚的碳酸盐岩层这样做就不行了。水文地质工作要求进一步研究含水层结构,从岩层中分出洞穴、裂隙,确定富水带。      

穴珠

本文对广西桂林、阳朔、灵川及南宁等地十多个石灰岩洞穴中的穴珠进行了详细的室内外研究,获得了一些关于穴珠生成条件的新认识。并进一步分析了穴珠产出的洞穴环境及其古水文和古气候状况。这对于研究岩溶发育史以及古代碳酸盐岩石中的粒和一些状矿石的成因均具有一定的意义。      

中国西南部的岩溶及其与华北岩溶的对比

由于特殊的岩性、地质构造、气候、水文和新构造运动等条件,中国西南部发育了以峰林地形、封闭洼地、深尖溶痕、红土、地表钙华、巨大的洞穴系统、地下河系以及较多的洞内次生碳酸盐沉积为特征的岩溶形态组合,而华北半干旱区的岩溶则以常态山、霜冻作用残余灰岩尖峰、石灰岩角砾、浅细溶痕、干谷、大泉、小型洞穴以及少量洞内次生碳酸盐沉积为基本岩溶形态特征。两类岩溶在东面以山东的泰山—鲁山为界,西面以秦岭为界。     

石笋高精度高分辨率年代学和古气候研究

古气候变化突变事件的发现和对未来环境变化的预测，提出了取得高分辨率古环境记录的要求。本文介绍了中国洞穴石笋年代学和古气候最新研究的进展以及目前我们用MAT－262质谱仪对洞穴石笋的TIMS铀系定年法对贵州荔波董歌洞、龙泉洞、衙门洞、贵州都匀七星洞洞穴次生碳酸盐石笋进行年代学研究的一些成果。     

甘肃武都万象洞方解石现代沉积控制因素分析

对洞穴次生碳酸盐沉积机理的认识是解释洞穴石笋气候环境指示意义的关键.近两个水文年的洞穴现代过程监测结果显示,万象洞内温湿度全年基本保持恒定;洞穴滴水的pH值夏季偏低、冬季偏高,呈现出一定的季节变化特征,电导率和HCO3-浓度及主要阴阳离子含量年内变化不显著;洞内CO2分压夏季偏高,冬季降低接近于当地大气的CO2分压水平.对不同滴水点的对比研究表明,滴水中Ca2+达到一定浓度是方解石沉积的必要条件.此外,万象洞夏季CO2分压的升高对方解石形成产生明显的抑制作用.万象洞石笋沉积的主要受控于滴水饱和度以及洞穴CO2分压.     

腾龙洞洞穴系统及其开发价值

腾龙洞洞穴系统分上下两层:上层称旱洞,为昔日清江伏流段;下层称水洞,为今日清江伏流段。洞穴总长度32km、底板总面积120万m2。它发育于巨厚连续层型纯碳酸盐岩层中（T1j）;地处利川盆地咽喉,清江流水全靠本洞排泄,强大的冲蚀作用,使洞壁不断垮塌而扩大。由于新构造运动大面积间歇性强烈隆起,造成了本洞穴的多层结构。 洞穴内,发育着各种形态化学沉积物,研究开发该洞,对于发展旅游、避暑、疗养、菌类培植,乃至促进国内外文化交流都具深远的实际意义。