岩溶关键带水循环过程研究进展

岩溶关键带处于岩石、水、土壤、大气、生物五圈交汇地带。正确认识岩溶关键带的结构、功能及其水文循环过程是当前地球关键带与岩溶水科学研究的关键问题。剖析了岩溶关键带水循环过程与演变规律、水循环过程在岩溶关键带中的作用,探寻变化环境下岩溶关键带水循环过程演变的规律与驱动机制,总结不足与问题,提出未来研究的总体趋势和方向:岩溶关键带形成与演化和水循环过程相互作用机制;岩溶关键带水循环驱动的物质转化与能量迁移过程及其耦合;水循环过程在不同时空尺度上对全球变化与人类活动干扰的响应;多种观测与模拟手段的综合应用。     

华北型煤田岩溶水水文地球化学研究进展

文章总结了水文地球化学在分析浅层煤田岩溶水化学特征、建立判别矿坑突水水化学模式、研究矿坑水形成机理以及制定矿区水资源管理和环境保护对策等多方面的应用效果。根据煤田深部开采"三高一扰动"的复杂环境的采矿条件,深部水文地球化学环境表现出岩溶水三维水流系统发育、地下水储量大、水头高、补给广、径流长、水源温度高的特点,建议应用水文地球化学理论、方法研究深循环岩溶水的运动规律、深部岩层与富水性关系、煤田深部地下水水化学特征及其形成机制。     

岩溶关键带及其碳循环研究进展

岩溶关键带的范畴包含了大气-(降水)-植被-土壤-裂隙-基岩-水组成的“碳-水-钙”循环强烈的表层岩溶带以及岩溶管道-洞穴-地下河-隔水层组成的巨大岩溶地下空间,岩溶关键带碳循环是岩溶地球系统科学研究的前沿方向。总结概括了岩溶地球系统科学发展至今的岩溶关键带范畴内碳循环及其对大气CO2源汇效应的研究成果,包括早期碳运移模型、当前主流的区域岩溶碳汇量的计算方法和结果以及“生物碳泵”的新发现等,讨论了当前岩溶碳循环研究框架过于单一或不一致以及碳周转时间尺度等问题,提出应对岩溶关键带碳输入、赋存以及碳输出的各个环节做出系统化监测,通过联网在线高分辨率监测站点的建设以及“3S”技术实现点位到区域的研究,使岩溶碳汇在全球碳循环模型中的重要性更具说服力。     

山西岩溶大泉水文地球化学研究

区域岩溶水文地球化学研究是深入开展岩溶的形成、岩溶水文地质和环境地质工作的基础。本文根据同期资料,全面阐述了山西岩溶大泉水的化学组份含量、水化学类型特征;并采用适合山西岩溶大泉系统的参数和方法,评价岩溶泉水的溶蚀能力和泉域系统的溶蚀量;深入探讨了岩溶水化学组份的成因和水文地球化学特征。      

桂林岩溶水文地质试验场岩溶水文地球化学的研究

作者从岩溶水文地球化学为一开放的三相系统出发,重点对桂林岩溶水文地质试验场大气和土壤空气中的CO2及水的pH值、暂时硬度等进行了现场测试和室内分析;同时将水化学变化规律与土壤CO2的变化联系起来,对岩溶发育机理作了新的探索。此外,作者还通过岩溶水文地球化学异常对试验场岩溶含水介质的特征及其非均质性进行了分析研究。     

水文地球化学模型研究进展

水文地球化学模型是目前水文地球化学研究的重要工具,通过模拟可以确定地下水系统中的水化学演化过程,揭示地球深部的水循环机理.同位素方法的使用、模型的完善及模拟程序的不断升级,使得模拟工作得到进一步发展.本文重点概述了水文地球化学的主要模型: 组分分布模型、质量平衡模型和反应路径模型.近几年中,在放射性废物处置、地下水中有机污染影响及垃圾填埋场渗滤液迁移方面,水文地球化学模型得到了很好的应用.考虑环境问题以及与水动力学模型耦合是水文地球化学模型今后的发展方面.     

土壤-灰岩岩溶系统中水文地球化学动力学过程模拟及其意义

在实验室模拟了土壤－灰夺岩溶系统,对降水 滤下元素地球化学动态进行了系统监测。结果表明,岩溶作用使土壤中易移动性组分淋溶,Ｃａ＾２＋、ＨＣＯ３＾－的淋出动态表现为开始的快速下降和随之的平衡两个淋出阶段,淋出量与土壤中水溶性Ｃａ、可氧化有机质的含量有关。土壤对ＨＣＯ３＾－的淋出与排释有促进作用。这种动力学特征对解释岩溶沉积古记录和岩溶作用的大气ＣＯ２汇效应具有重要意义。     

同位素水文地球化学

最近三十年来,由于同位素分析技术的发展,水的同位素分析已经成为水文地质学的现代研究方法之一。水文地质工作者不仅研究水的化学组成,即溶解于水中的盐类的化学组成(水文地球化学)而且进而研究水本身及某些溶解盐类的同位素组成,以获得传统方法不可能得到的一些重要水文地质信息。 同位素技术应用于水文地质学领域,已形成一门新的学科——同位素水文地质学(Isotope Hydrogeology),或称为同位素水文学(Isotope Hydrology)。同位素水文地质学包括用人工同位素示踪研究局部地区的水文地质条件,以及用环境同位素研究较广泛的水文地质学和地球化学问题两个完全不同的学科分支,后一个学科分支就是同位素水文地球化学。     

Advance of Karst Critical Zone and Its Carbon Cycle

The category of karst critical zone includes surface karst zones with strong carbon-water-calcium cycle composed of atmosphere-precipitation-vegetation-soil-fissure-bedrock-water and huge karst underground space composed of karst pipeline/fissure-cave-underground river-aquifer, which is the frontier direction of karst earth system science research. This paper summarized the research results of carbon cycle and its effect on atmospheric CO₂ source and sink from the scientific development of karst earth system up to now, including the early carbon migration model,the calculation methods and results of current mainstream regional carbon sink and the new discovery of bio-carbon pump, etc. It discussed the problems that the current research frameworks of karst carbon cycle are too single or inconsistent and time scales of carbon turnover are not the same. It was proposed that systematic monitoring of carbon input, storage and output in karst critical zone should be carried out. The importance of karst carbon sinks in the global carbon cycle model should be more convincing through the construction of online high-resolution monitoring sites and the "3S" technology to achieve point-to-area research.     

岩溶关键带植被对水循环过程的影响作用研究

随着农村能源结构的调整和多项林草植被保护政策的实施,我国西南石漠化趋势得到初步的遏制.岩溶作用过程是由水循环驱动的碳循环过程.岩溶区森林植被的水文效应,不仅促进植被自身的生长,还能进一步促进岩溶作用过程.在西南岩溶区选择了2个不同植被覆盖条件的地下水系统为研究对象,通过地下水系统降水量、地下水径流量、水化学组分和同位素组分等监测指标的对比分析,发现岩溶关键带中,森林植被对水循环过程具有明显的影响.植被通过蒸腾作用而在林区激发二次降水,使林区降水量明显增大;森林植被对强降水的截流消洪作用比较明显,在降水-径流曲线上表现为森林覆盖区降水洪峰产生比较滞后而排泄过程中退水曲线上较为平滑;森林植被对岩溶关键带地下水中无机碳的贡献比较大,并能有效的增强岩溶作用.     

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。     

深埋硬岩隧洞围岩板裂化破坏研究的关键问题及研究进展

规律性的板裂化破坏是深埋硬脆性岩体开挖卸荷造成的典型围岩破坏现象,给隧洞的安全施工建设带来了严峻挑战。板裂化破坏的研究主要涉及两个关键问题：板裂化破坏的形成机制及其影响因素,板裂化破坏与岩爆的关系。多年来,国内外学者通过理论分析、现场及室内试验、数值模拟等不同途径对板裂化破坏问题进行了系统的研究,取得了丰富的研究成果。在系统分析有关板裂化破坏两个关键问题研究进展的基础上认为,板裂化破坏的形成机制复杂、影响因素众多。基于板裂化破坏形成的细观机制,建立不同类型板裂化破坏的力学准则与力学模型是揭示板裂化破坏形成机制的关键所在;板裂化破坏现象与岩爆之间具有很强的相关性和本质的联系,深入揭示板裂化破坏特征所包含的岩爆前兆信息是板裂化破坏与岩爆关系研究的关键与难点问题。     

中国关键矿产现状、研究内容与资源战略分析

关键矿产是指当前和未来相当长时间内现代社会可持续发展所必须但在稳定供给方面又存在高风险的金属矿产资源,主要包括稀土、稀有、稀散金属和部分稀贵金属矿产资源。关键金属由于具有极度耐高温、耐腐蚀、光学和电磁性质优良等物理化学特性,是航空航天、电子信息、高端制造、新能源、新材料等重点领域和新兴产业发展的重要物质基础。由于高科技和新兴产业的快速发展,未来几十年全球对关键矿产的需求将迅猛增长, 供需矛盾将日益突出,可以说,未来国际矿产资源和科技的竞争在很大程度上将集中于对关键矿产资源的博弈。过去十余年来,中国一直为矿产资源第一消费大国,在未来较长时间内对关键矿产的需求量仍将持续增长。面对国内强劲需求和严峻的国际资源竞争态势, 迫切需要加大科技创新力度, 持续开展关键矿产成矿基础理论和综合利用技术研究。中国的关键矿产种类丰富,成矿过程中关键金属元素的地球化学行为和成矿机制复杂,矿化类型多样,空间分布成群成带,资源潜力大。未来要聚焦关键金属元素超常富集基础理论,重点解决好三方面的科学问题:(1)地球多圈层相互作用对关键金属元素富集的控制作用;(2)关键金属元素富集机制与成矿规律;(3)关键金属元素赋存状态与分离技术。该文立足于国际关键矿产资源形势,提出了全面提升我国对关键矿产资源的管理、勘查、开发和综合利用水平及保障关键矿产资源安全的思考和建议。     

岩溶关键带C-N耦合循环与碳酸盐岩风化——以重庆雪玉洞观测站为例

本文尝试利用重庆丰都雪玉洞岩溶关键带观测站2015年7月~2016年6月大气N湿沉降、地下水化学以及δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-和δ¹³C同位素等数据,探讨岩溶关键带C-N耦合循环过程与环境效应。结果表明：1）观测站大气N湿沉降通量为20.9×10³kg N/a,其中NH₄⁺-N和NO₃^--N分别占湿沉降量的52%和48%;2）地下水δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-分别介于2.5 ‰~5.6 ‰和3.3 ‰~15.6 ‰,大气沉降N和土壤N是地下水NO₃^-的主要来源;3）变化于-13.7 ‰~-10.4 ‰与0.59~0.62的地下水δ¹³C_DIC与（Ca²⁺+Mg²⁺）/HCO₃^-摩尔比证实岩溶关键带C-N耦合循环的存在,并控制碳酸盐岩的风化过程;4）C-N耦合循环输出的NO₃^--N和DIC-C分别为11.4×10³kg N/a和287.1×10³kg C/a,其中大气沉降与硝化过程形成的HNO₃风化碳酸盐岩形成的DIC占DIC输出总量的3.5%。因此,岩溶关键带的C-N耦合循环不但导致地下水NO₃^-的污染,而且扰动了碳酸盐岩的风化过程。

     

郯庐断裂带研究进展及存在问题探讨

郯庐断裂带是中国东部一条重要的强烈构造变形带,影响范围巨大,经历了多期的构造演化,且各时期的断裂活动性质不同,具有重要的地质意义,若干年来吸引了大量的国内外学者对其进行研究,各自对郯庐断裂带的认识也不尽相同,形成了百家争鸣的局面。为了更好地认识郯庐断裂带的研究进展,整理分析了大量前人研究资料,对其展布特征、构造样式、深部地质背景、形成演化、形成模式等方面做了总结,并对研究中存在的问题作了讨论。     

山坡表层关键带结构与水文连通性研究进展

山丘区是洪水的"策源地",山丘区坡地、沟谷及间歇性河道为洪水的形成提供了通道,同时也是水文连通时空变化最为强烈的地带。然而,对流域表层关键带结构特征及其水文连通机制等的认识尚存不足,限制了产汇流理论及模型方法的发展和应用。通过对比国内外山坡水文实验,发现山坡物理结构连通性控制并深刻影响着水流的连通过程,现有水文连通实验侧重孔隙等微观尺度的规律研究,与水文模型理论存在尺度上的巨大偏差。为此,提出水文连通性应侧重揭示水流在山坡地表、地下的宏观表象通道及分布特征,探索径流连通的动力学机制,即山坡水文连通性研究重在剖析其结构特征的水文累积效应,应保持关键带结构特征合理概化与产汇流理论适度复杂之间的平衡。