垂直地带性岩溶生态环境特征初探——以金佛山国家自然保护区为例

由于特殊的地理环境,金佛山自然保护区的垂直地带性岩溶生态特征明显.通过研究发现,金佛山在不同海拔地质背景基础上,土壤、物种多样性和山上山下两种不同特征的岩溶动力系统.土壤分带性主要表现为：从山下向山顶依次为黄壤、暗黄壤、黄棕壤和棕壤.物种多样性主要表现为：植被种类繁多,动物类型复杂多样,是同类地区所罕见的,大大丰富了我国野生生物基因库.岩溶动力系统主要表现为：土壤CO₂和水化学特征的差异显著,从而形成了山上山下两个不同特征的岩溶动力系统,山下岩溶作用明显强于山顶.     

亚高山不同植被类型区的雨季岩溶溶蚀速率研究

关于岩溶溶蚀速率,前人在研究中肯定了岩溶区内CO2浓度的时空变化对溶蚀速率的驱动作用,然而不同的植被条件产生的土壤理化性质差异和变化对溶蚀速率的方向和强度也具有较大的影响.通过野外溶蚀标准试片法,测试得出重庆金佛山岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域4种典型植被类型下的5个测试点的雨季绝对溶蚀量和平均面积溶蚀量.测试结果表明不同植被条件甚至同一植被类型下不同海拔下岩溶区石灰岩标准试片的溶蚀速率都存在较大差异,5个测试点溶蚀量由大到小依次为水房泉竹林地、水房泉林地、水房泉草地、碧潭泉林地、碧潭泉灌草丛.通过测试点的土壤基本理化性质分析得出以下结论:在研究区研究时间内的降雨量、温度差异的基础上,除了土壤CO2浓度,土壤有机质也是控制金佛山两泉域岩溶速率的主要因素之一.     

重庆金佛山地区土壤酸度分布特点及影响因素研究

通过15个剖面样品分析,对金佛山北坡土壤酸度分布特点及影响因素进行了研究。结果表明,金佛山地区土壤酸度分布呈现p H平均值偏低、变异较大的特点: 山腰志留系砂页岩区土壤酸度大于灰岩区的土壤酸度;在石灰岩区,山顶的土壤酸度则比坡腰和山脚的大,缓坡地带的土壤酸度比陡坡地带的大。山腰和坡脚p H值较高,体现了植被状况和人类干扰的共同影响,而页岩区土壤酸度较灰岩的大,则反映了成壤母质的影响作用。      

典型表层岩溶泉水短时间尺度动态变化规律

通过多功能自动化监测记录仪CTDP300,对金佛山表层岩溶泉碧潭泉物理化学性质的昼夜变化过程进行了研究.短时间尺度监测表明,岩溶动力系统对环境变化比较敏感,响应及时,水的物理化学性质昼夜动态变化在不同气候条件下有不同表现.在无雨条件下,水温的变化与气温基本一致,电导率峰值区滞后温度数小时,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,但由于植被覆盖和地质构造等因素的差异,滞后时间有较大不同;在暴雨期间,虽有植被和土壤的阻挡和调蓄作用,降雨对碧潭泉岩溶水还是有较强的稀释作用,但开始降雨后数小时左右,表层岩溶带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.     

亚高山不同海拔高程中的岩溶泉水化学特征对比研究--以重庆金佛山碧潭泉和水房泉为例

金佛山岩溶泉水化学呈现日变化和空间变化的动态特征.在时间上,碧潭泉水化学特征呈现周期性的日变化规律,而水房泉日变化规律不甚明显.由于海拨高程的影响,金佛山岩溶泉水化学变化动态对降雨直接响应的效应不同:在同一时间里,碧潭泉对降水的响应微弱;而水房泉水中的Ca 、Mg2 和HCO3-等离子浓度随降雨而上升,它主要受碳酸盐岩-水-CO2相互作用中的CO2的控制.金佛山岩溶泉水化学特征还受岩性的控制.     

不同土地利用土下溶蚀速率季节差异及其影响因素——以重庆金佛山为例

不同土地利用土壤往往具有不同的水分和CO2特征,进而影响到土下岩溶作用的强度和方向。以重庆金佛山为例,选择两个不同高程的岩溶泉流域,研究了流域内典型土地利用土壤水和土壤CO2的变化,土壤水分特征及土下溶蚀速率,并分析了土下岩溶作用的主要驱动因子。结果表明土下溶蚀作用主要发生在夏季:碧潭泉和水房泉流域不同土地利用土下雨季平均溶蚀量分别占年溶蚀量的65.5%和71.9%。进一步证实土壤CO2和土壤水的滞留时间是驱动岩溶作用的两个关键因子,土壤水传导能力可能是控制旱季土下溶蚀速率的决定性因素。     

薄层灰岩浅部岩溶发育特征及分布模型

碳酸盐岩往往含有较多泥质夹层,多发育浅部岩溶裂隙,影响工程基础稳定性。文章依托广西合山市溯河矿区某道路浅部岩溶调查成果,分析了薄层灰岩岩溶宏观形态和垂直分布特征,按照溶蚀程度将其分为碎屑残留带、表层岩溶带和下部包气带;通过室内溶蚀试验,分析了矿物组成、CO2及水动力条件影响下的溶蚀规律;对比分析了薄层和厚层岩溶发育特征。结果表明:（1）薄层灰岩浅部岩溶发育程度与微地貌有关,通常在山谷和地下水强径流带溶蚀作用更为强烈;（2）薄层灰岩溶蚀优先开始于方解石,在岩石表面形成溶孔、粗糙程度增加,提供了侵蚀性溶液流动通道;（3）薄层灰岩岩溶较厚层灰岩岩溶规模小,分布较为均匀,由地表土体渗入地下岩体的地下水含有较多侵蚀性CO2水溶液,会促进岩溶作用的进行;（4）薄层灰岩浅部岩溶发育分布模型为:发育均匀的微小溶蚀裂隙在溶蚀下渗过程中遇到软弱夹层时会沿水平向扩展并随进一步溶蚀作用被充填,垂向深部发展时溶蚀作用逐步消散。     

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。     

三峡库区巫山县城二郎庙小区岩溶引起的地质灾害危险性研究

三峡库区移民迁建中发现的岩溶问题是一个重大工程地质问题。巫山县新城二郎庙小区是地质灾害监测预警示范区,那里的三叠系嘉陵江组灰岩在特殊的气候、水文和地质环境下遭受了强烈的岩溶作用,岩体结构变得非常复杂,完整的灰岩变为层状碎裂岩体、岩溶角砾岩、泥质条带和残坡积角砾层。不同的地貌部位具有不同的岩溶特点和强度,总体规律性是由西向东、剖面下部至上部岩溶作用增强,其中陡坡下地形由陡变缓的转折地带和冲沟下部是岩溶作用最强烈的地带。岩溶作用形成了各种微地貌和特殊的岩体组合格局。岩溶导致岩体的力学强度和稳定性不断降低,加上其他自然因素和人为因素作用可能产生地面不均匀沉降、地裂缝、滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷地质灾害,这些问题必须在移民迁建以及将来城镇运行过程中引起高度重视。     

三峡库区巫山县翠屏小区岩溶引起的地质灾害危险性研究

三峡库区移民迁建中发现的岩溶问题是一个重大工程地质问题。巫山县城翠屏小区是较早发现有确切岩溶证据的地方,研究证实小区三叠系嘉陵江组灰岩普遍遭受了强烈的岩溶作用。不同部位具有不同的岩溶特点和强度,在纵向上,从山顶到坡脚岩溶作用有增强的趋势;从地表向深部,有局部强烈岩溶层位。岩溶作用在小区产生了顺坡或顺层延伸的溶洞和深部蜂窝状溶孔。岩溶作用在小区形成了脖颈状溶蚀槽地、槽状谷地、溶蚀台地和与地貌相关的"飞雁状"褶皱、岩溶正断层及帚状密集节理带。岩溶过程中伴随着其他外营力作用,它们的相互耦合形成各种次生岩土体。岩溶轻则引起岩体质量降低,重则可能导致地面不均匀沉降、地裂缝、滑坡、崩塌、泥石流及地面塌陷地质灾害。     

鲁西豫东地区奥陶系顶部岩溶储集层特征及有利控制因素*

基于野外露头、岩心、薄片和测录井等地质及地球物理资料分析,并结合区域地质背景,深入研究了鲁西豫东(东濮)地区奥陶系顶部峰峰组和上马家沟组岩溶储集层发育特征、演化过程,并进一步分析优质储集层形成的主控因素,预测了有利储集层分布区。结果表明,奥陶系顶部储集层主要岩性为颗粒石灰岩、云质石灰岩、泥晶石灰岩、粉细晶白云岩、含膏白云岩和藻粘结白云岩等,裂缝和溶洞是主要储集空间类型。白云岩类储集层平均孔隙度为2.5%,平均渗透率为7.43×10^-3μm²;石灰岩类储集层平均孔隙度为2.2%,平均渗透率为2.72×10^-3μm²。储集层经历了沉积—准同生期成孔(寒武纪—中奥陶世)→风化淋滤(晚奥陶世—早石炭世)→矿物充填(晚石炭世—白垩纪末期)→溶蚀改造(古近纪)4个演化阶段。沉积相、成岩作用及构造应力控制了研究区优质储集层的形成。颗粒滩及潮坪相带、断裂发育带、白云石化作用和准同生岩溶、表生岩溶、埋藏岩溶作用6项叠合区储集层质量最优;颗粒滩及潮坪相带、白云石化作用和准同生岩溶作用、表生岩溶作用4项叠合区,以及断裂发育带、表生岩溶作用、埋藏岩溶作用3项叠合区储集层质量次之;颗粒滩及潮坪相带、断裂发育带、白云石化作用和准同生岩溶作用、埋藏岩溶作用5项叠合区储集层质量一般。     

三峡地区泥灰质岩石斜坡带岩溶作用及其对工程稳定性的影响

泥灰质岩石岩溶是岩溶研究一个薄弱环节,将工程稳定性与岩溶作用相结合是岩溶地区地质灾害评价和治理所面临的新课题。三峡地区巴东组（T2b）泥灰质岩石的岩溶问题是新近发现的重大工程地质问题。由于构造破碎和河流切割引起岩石卸荷与松动,使岩石有利于水的渗入和岩溶作用。水是岩溶的溶剂,在峡谷斜坡地带,雨水是地表水和地下水的主要水源,地处亚热带的三峡地区雨水丰沛。通过对15个不同类型水样的化学成分测试和计算表明,雨水呈酸性,方解石的饱和指数（SI）低,具有强烈的溶蚀性,在地表和地下运移的过程中对泥灰质岩石产生了强烈的溶蚀作用。不同的地貌位置和构造层位具有不同的地表水和地下水状态,从而产生不同强度和不同形式的地表和地下岩溶。地质历史时期,岩溶作用使岩石发生成分和结构的一系列变化,从而导致岩石力学强度降低,岩体发生不均匀沉降、地裂缝、滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷。测试和计算还表明,不仅雨水及其转化成的地表水和地下水,而且江水和自来水均有一定的溶蚀性。将来,水的岩溶作用和水的诱发作用可能导致地基不均匀沉降、地裂缝、滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷,从而破坏工程稳定性。防治三峡地区地质灾害的关键在于防止水向地基的入渗。建议对三峡地区泥灰质岩石斜坡带岩溶进行深入研究。     

三峡库区泥灰质岩石斜坡带构造对岩溶地质灾害的控制机理

三峡库区三叠系巴东组(T26)泥灰质岩石岩溶是移民迁建中发现的重大工程地质问题。泥灰质岩石中的构造非常复杂，包括老构造、新构造和表生构造，它们共同控制了岩溶作用。老构造中，褶皱和断裂带等局部构造控制着岩溶的重要部位和重要层位，节理和层理等小构造使岩溶普遍存在。新构造时期地表隆升和河流切割使岩体卸荷松动，岩溶通道扩宽。表生岩溶构造加密了岩溶通道，使岩溶作用增强。三峡库区泥灰质岩石斜坡带地质灾害形成的机理遵循着构造控制下岩溶发育的规律性，致使岩溶地质灾害具有范围广、规模大和结构复杂的特点。岩溶地质灾害的形式包括地面不均匀沉降、地裂缝、滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷。     

河谷斜坡带泥灰质岩石区地貌对岩溶的控制机理--以三峡地区为例

研究泥灰质岩石区地貌对岩溶的控制机理是弄清岩溶过程的出发点.三峡河谷斜坡带泥灰质岩石区地貌对岩溶具有明显的控制作用.纵向上在陡坡地带和地形由陡变缓的转折部位岩溶作用强烈,纵比降小的山梁部位岩溶作用较弱;横向上冲沟部位岩溶作用最强,坡肩部位岩溶作用较弱,山梁部位岩溶作用又增强.哪里的岩溶通道发育、水流汇集量大,哪里的岩溶就强烈.在三峡移民迁建中,应注意不同的地貌部位具有不同的地基变形破坏型式.     

西南岩溶区农田生态系统岩溶作用及碳汇效应：以重庆南川市三泉镇为例

岩溶地区的碳循环是地质作用和生物作用最好的结合点,系统研究农田生态系统中石灰岩溶蚀作用强度对精确估算岩溶作用的碳汇效应具有重要意义。通过在重庆南川市三泉镇选择菜地、旱地、冬水田、两季田、草地、未利用地等样地类型进行以一个水文年为周期的标准溶蚀试片溶蚀试验、土壤剖面与植被样方观测以及土壤、标准溶蚀试片样品分析,探讨了农田...     

Karstification below dam sites: a model of increasing leakage from reservoirs

Unnaturally steep hydraulic gradients below foundations or across abutments of dams may cause solutional widening of fractures in karstifiable rocks of carbonates or gypsum. This could cause increasing leakage which may endanger the performance of the construction. To investigate this problem recent models on natural karstification have been applied. We have performed numerical simulations of leakage below a model dam with a grouting curtain reaching down to 100 m below its impermeable foundation of 100 m width. Water is impounded to a depth of 100 m. The dam is located on a terrane of fractured rock dissected by two perpendicular sets of fractures with spacing of 5 m, and with a log-normal distribution of their initial aperture widths of about 0.02 cm. In the first state of karstification these fractures widen slowly, until a pathway of widened fractures below the grouting has reached the downstream side with exit widths of about 1 mm. This causes a dramatic increase of leakage, and turbulent flow sets in. After this breakthrough at time T, in the second state of karstification, dissolution rates become even along these fractures and cause widening of about 0.1 cm year^-1 for limestone, and at least of 1 cm year^-1 for gypsum. This leads to an increase in leakage to excessive rates within 25 years for limestone, but only 5 years for gypsum. We have performed a sensitivity analysis of breakthrough time T for the various parameters which determine the problem. The result shows breakthrough times in the order of several tens of years for both limestone and gypsum. We have also modelled leakage to caves or karst channels 200 m below the bottom of the reservoir, which could induce the formation of sinkholes. The model can be extended to more realistic settings. In conclusion, our results support the prediction that increasing leakage at dam sites can be caused by recent karstification which is activated after filling the reservoir, possibly leading to serious problems within its lifetime.     

中国天然气碳酸盐岩储层形成的成岩模式

碳酸盐岩储层形成和成岩环境密切相关，本文根据我国实际情况将成岩环境划分为海洋、埋藏和表生三种环境。碳酸盐岩储气层的形成主要为白云岩化作用和岩溶作用。对次生孔隙的储集空间成因，提出了白云岩化形成白云岩溶孔的机制。岩溶作用是在地壳抬升的表生环境作用下，碳酸盐岩发生溶解、溶蚀、坍塌等作用的总和。提出了碳酸盐岩储层形成的成岩模式，明确指出在成岩过程中有三次储集层形成，每次伟层的形成，都可形成气田。并论证了储集层形成的地质条件、变化因素、形成时间以及对储层条件评价。     

发展中的板块边界:天山-贝加尔活动构造带

不同的土地利用方式可使土地理化性质产生一系列的变化和差异,从而影响到岩溶作用的方向和强度。通过野外溶蚀试片实验法,对金佛山典型岩溶区碧潭泉和水房泉两泉域岩溶生态系统的5种典型土地利用方式下的土壤溶蚀速率进行雨季短时间尺度变化的野外观测。2006年7月中旬开始,重庆地区罕遇43天高温无雨的特殊天气,测试结果表明不同土地利用方式甚至同一土地利用方式下不同海拔的岩溶区石灰岩试片溶蚀速率都存在较大差异,碧潭泉域雨季绝对溶蚀量仅为水房泉域的13.3%,6个测试点土下溶蚀量由大到小依次为水房泉竹林地、水房泉林地、水房泉草地、碧潭泉林地、碧潭泉灌草丛、碧潭泉耕地。在研究时间内降雨量、温度和土壤CaCO3含量差异的基础上,金佛山两泉域岩溶作用主要有两个控制因素:土壤CO2浓度、土壤有机质。     

黔东南凯里—麻江—丹寨地区奥陶系红花园组古岩溶储层特征

黔东南凯里—麻江—丹寨地区(构造上位于黔南坳陷东北部)下奥陶统红花园组为一套生物碎屑灰岩。该区已发现的麻江古油藏尚未取得油气勘探进展。对区内多处露头剖面中—下奥陶统进行了宏观勘查和采样以及岩样微观薄片分析,证实该套地层曾发生古岩溶作用,并可识别出埋藏岩溶和风化壳岩溶两类古岩溶作用。基于这些岩溶剖面的对比分析,发现古风化壳岩溶受早中奥陶世古隆起及剥蚀时间控制,主要发育于古隆起区麻江古油藏一带,而其它地区为埋藏岩溶。认为古风化壳岩溶形成大量溶蚀孔洞缝,为红花园组提供了优质储层条件。此外在中—下奥陶统大湾组碎屑岩覆盖下的红花园组碳酸盐岩也可以发生埋藏岩溶并形成较好的岩溶型储层。红花园组在黔南坳陷东北部的油藏大多有过暴露或破坏。认为在坳陷西南部寻找古隆起区附近的上述两类储层应是油气勘探方向。