贵州凉风洞洞穴滴水水文水化学过程分析

通过对贵州荔波凉风洞5个滴水点进行为期1年的动态监测,表明除大气降雨携带的较少物质成份外,凉风洞滴水中的物质主要来源于土壤,同时,示踪结果显示出凉风洞滴水对大气降雨的响应较快,滴水的物质组成直接源自于洞穴环境。洞穴滴水的化学组成中元素含量的变化主要由水运移过程中水-土、水-岩作用导致的方解石溶解-沉淀过程所控制,稀释作用、水来源的差异或者活塞流产生了一定的效果,但其影响较弱,表明凉风洞滴水点的次生沉积物可能记录了环境变化信息。但水在洞穴顶板内运移过程中发生的水文地球化学过程(岩石的溶解、方解石沉淀作用过程)以及洞穴滴水响应大气降雨的时间尺度、水动力过程、水流形式等因素,影响到凉风洞洞穴次生沉积物过去环境记录指标。因此,岩溶次生沉积物过去环境变化指标的解译应该有洞穴滴水水动力地球化学过程的结果作为支撑。这些过程的清晰化可以更好地为研究洞穴环境次生沉积记录的高分辨率、短时间尺度的过去变化提供依据。     

洞穴滴水地球化学的空间和时间变化及其控制因素--以北京石花洞为例

通过对北京石花洞滴水地球化学一个水文年的观测,揭示了洞穴滴水水文地球化学季节变化与外界气候变化的关系,3个滴水点的滴率随降雨量的增加都有明显的变化,但不同滴水点滞后时间不同。滴水滴率、Mg²⁺和SO^{2-₄含量的季节变化数据显示,雨季洞穴滴水主要来源于当季降水,但也存在岩层滞留水的混入。滴水中Mg/Ca比值存在明显季节变化,旱季较低而雨季较高,但在雨季初期出现较大的波动。分析洞穴上覆土壤和洞内裂隙土壤数据,认为雨季初期滴水中Mg/Ca比值的波动是由土壤中Mg2+的快速淋溶造成的,上覆土壤结构性质和组分变化均影响滴水地球化学特征。}     

洞穴次生化学沉积物环境替代指标形成的地球化学动力学研究

洞穴化学沉积物气候-环境记录机理研究中,亟需了解各种环境替代指标形成的地球化学过程及其影响因子.我们以洞穴滴水为主线长期系统监测研究了气候-环境信号的传递过程和受控因素,判别了洞穴顶板土壤基本情况(自然和人为作用),分析了洞穴滴水的水动力特征,归纳了水文、水文地球化学过程及简单模型,考察了滴水的DOC、荧光强度及相关性,综合探讨了氢、氧、碳同位素信号传递过程及其受控因素,以及对不同生态系统的碳、氧同位素的对比.当前我们所获得的主要成果和认识是发现滴水的溶解有机碳和荧光强度以每年4～6月最强,并与洞穴上覆植被条件成正相关;降雨对洞穴滴水氧同位素组成有明显的控制作用和一致的季节变化特征,蒸发作用对氧同位素信号的传递有不大于2‰的影响作用;植被条件对滴水碳同位素信号起主导控制作用,δ13C值在湿热条件下低于干冷条件,明显受降雨稀释效应、水动力过程、方解石溶解/沉积作用和CO2逃逸等因素的影响.     

重庆芙蓉洞上覆基岩、土壤元素分布特征及其对洞穴滴水水化学影响

通过对重庆芙蓉洞上覆基岩和土壤中元素分布特征以及表层岩溶泉水、土壤渗透水和洞穴滴水水化学特征的系统监测,发现Ca2+、Mg2+、Sr2+和SO42-在表层岩溶系统的基岩、土壤、水(土壤渗透水和洞穴滴水)三大载体的运移过程中发生了明显分异。Ca2+、Mg2+和Sr2+在基岩中平均质量比分别为239949ppm、129607ppm和123ppm,在土壤中分别为37458ppm、28360ppm和49ppm,土壤渗透水中分别为25.55mg/L、11.04mg/L和0.026mg/L,而在洞穴滴水中分别为64.37mg/L、37.87mg/L和0.044mg/L。Ca、Mg和Sr在土壤剖面中表现出明显的淋溶和淀积作用,其元素含量高低直接影响土壤渗透水元素含量;基岩的元素含量主导了土壤各层位、土壤渗透水及滴水中元素含量。不同滴水点的水其运移的路径、时间和环境条件不同,因此在利用洞穴次生化学沉积物元素地球化学特征来反映洞外环境变化时,需综合考虑各元素在岩-土-水中的分布迁移特征及其与环境因素的相互关系。      

喀斯特洞穴滴水信息对地表环境响应研究进展

通过系统回顾国内外喀斯特洞穴滴水信息对地表环境响应的研究进展,结合全球气候变化、喀斯特环境演变与滴水理化指标的研究发展背景,把该领域的研究发展历程划分为萌芽期、缓慢发展期和高速增长期3个阶段。对滴水常规监测指标、稳定同位素及常/微量元素等指标的研究成果与认识进行了系统归纳,并对滴水响应外界大气、地表植被、洞穴上覆土壤以及洞顶基岩等4方面的研究进展进行总结。认为应当探究滴水的物质来源及其水文地球化学过程,加强对滴水信息环境指示的敏感性研究,深入认识滴水信息的环境响应机制,对洞穴系统综合环境要素开展监测等,同时指出运用滴水指标进行石漠化的相关研究比较薄弱,是未来研究的重点所在。      

“蒸发效应”对洞穴滴水氧同位素信号传递的影响——以广东宝晶宫现代观测为例

21世纪初Wang等[1]获得葫芦洞记录以来,我国石笋氧同位素序列陆续发表并得到古气候学界的广泛引用,同时我国季风区石笋氧同位素的气候意义也备受关注,这就需要加强对降水-滴水-石笋δ18O信号传递过程的观测和研究.以往对石笋δ18O信号的解译是基于洞穴滴水δ18O继承了大气降水δ18O的假设,然而在地中海地区发现表层岩溶带存在强烈蒸发过程[2],因此干旱地区的洞穴滴水δ18O并没有直接反映降水δ18O.Li等[3]指出在我国喀斯特地区的水体中也存在明显蒸发作用,表现在洞穴水δ18O-δD落在蒸发线上,但未对洞穴滴水进行单独评估和系统观测.我国过去的洞穴现代观测发现滴水δ18O-δD落在地方性大气降水线上[4]、滴水g18O算数平均值与降水δ18O加权年均值较为接近[5]以及滴水与降水δ18O具有"雨季偏轻,旱季偏重"的一致变化规律[6],这些观测结果表明洞穴滴水δ18O继承了降水δ18O信号.     

黄果树喀斯特洞穴群苔藓植物岩溶的初步研究

本文通过对黄果树区域７个喀斯特洞穴的调查和分析,报道洞穴苔藓植物２１科４３属５９种。根据环境中水、光和苔藓植物生长状况,作者划分出滴水苔藓钙华、瀑布苔藓钙华、季节性河水苔藓钙华和向光苔藓石鳞片４种洞穴沉积形态;根据溶痕表面积大小及苔藓植物特征,区分黄果树喀斯特洞穴群苔藓植物溶蚀形态为溶孔、溶斑、溶块和溶丝４种类型      

钙华洞穴的形成与保护

钙华洞穴是由钙华或钙华与碳酸盐岩共同形成的封闭或半封闭的空间。按成因,钙华洞穴可分为沉淀型(建造型)和岩溶型(改造型)两种类型。沉淀型钙华洞穴是钙化瀑布发育过程中的产物,是由于水量的分异和流态的变化造成不同位置上CaCO3 沉积量的差异而出现洞穴空间雏型并经进一步发展形成;岩溶型钙华洞穴则是钙华体在溶蚀过程中伴有不同程度的塌陷和再造所致。钙华洞穴小巧玲珑,景观精美奇特,具有较高的观赏性,但由于钙华洞穴的顶板较薄,使其具有较多的不稳定性。另外,洞内的次生碳酸钙形态极易被污染破坏。因此在开发利用时,应对钙华洞穴的稳定性进行科学评价,并加强洞穴生态环境的保护和监测工作。      

重庆芙蓉洞洞穴水DIC-δ13C的变化特征及影响因素

为了研究芙蓉洞滴水和池水中溶解无机碳碳同位素(DICδ13C)的变化特征、影响因素及其气候环境指示意义,于2013年5月-2014年5月对芙蓉洞进行了洞穴监测。结果显示芙蓉洞山体土壤CO2浓度和洞内空气CO2浓度均表现出明显的季节变化特征,夏半年浓度偏高,冬半年浓度偏低,受温度和降水量的共同影响。芙蓉洞5个滴水点的DICδ13C平均值为-8.98 ‰,两个池水点的DICδ13C平均值为-6.98 ‰,池水的DICδ13C比滴水的重2 ‰。对应2013年7月的干旱气候,洞穴水DICδ13C在10月相应出现明显偏重值,偏轻的DICδ13C值则是对湿润气候的滞后响应。洞穴水的DICδ13C变化对地表气候的响应具有明显的滞后期。洞穴水DICδ13C主要受土壤CO2的影响,基岩溶解作用、包气带的开放性等因素也会对洞穴水DICδ13C造成一定的影响。研究结果表明在短时间尺度上,洞穴水DICδ13C变化响应了当地降水量以及地表湿润状况的变化。      

岩溶洞穴滴水环境监测研究进展

通过对已有成果的疏理总结,前人的洞穴滴水环境监测研究取得了以下几个方面的主要认识:(1)滴水的氢氧同位素组成虽然基本反映了大气降水的同位素构成,但由于洞穴上覆岩层厚度及裂隙的差异等,导致滴水对降水时间响应不同,滴水氢氧同位素变化存在多样性。(2)滴水化学组成主要受到水—土—岩—气之间相互作用影响,其中的溶解无机碳同位素及有机酸等还受到上覆植被类型以及密度的影响。(3)洞穴物理环境条件是决定洞穴滴水—沉积物中氧碳稳定同位素能否达到平衡分馏的重要因素。(4)由于滴水化学组成指示气候环境变化仍存在多解性和不确定性,需要将洞穴监测研究从洞穴内部扩大到洞穴上覆土壤、植被等中间过程,建立立体监测体系。(5)目前的洞穴环境监测仍缺乏不同自然条件下的综合对比研究,有待今后开展和加强。      

桂林硝盐洞滴水水文和水化学动态变化特征

为认识裸露型岩溶包气带洞穴水文水化学动态变化特征,以桂林硝盐洞滴水为例,选取桂林硝盐洞3处滴水,对滴速、电导率、pH值、Ca2+、Mg2+、Sr2+进行监测,结果显示:(1)岩溶洞穴滴水的离子浓度与温度降水关系密切,高温多雨时节岩溶作用加快,洞穴滴水中Ca2+、Mg2+含量升高,同时强降雨会导致离子浓度产生很大波动;(2)滴水化学性质受到土壤、基岩顶板厚度、滴水量等的影响,土壤层越厚,滴水中Ca2+含量越高;(3)受“慢速补给”的滴水点,其滴水量与离子浓度呈正相关性,而受“快速补给”的滴水点,其滴水量与离子浓度呈负相关性;同时接受两种方式补给的滴水点,其滴水量和离子浓度变化剧烈,且呈良好的正相关性。      

贵州七星洞滴水的水文水化学特征及其意义

本文对贵州都匀七星洞9个滴水点进行厂为期1年的动态临测，结果显示滴水的物质组成直接源自于洞穴环境，即土壤和岩石。而大气降雨携带的物质成分较少。洞穴滴水的化学组成中元素含量变化主要由水运移过程中水-土、水-岩作用导致的岩石溶解-方解石沉淀过程所控制。QXD-1#、QXD-2#、QXD-6#、QXD-7#、QXD-8#由于水运移过程中经过的土壤较薄。水-岩作用对滴水化学特性的贡献略大。稀释作用发生在干旱条件下的QXD-2#滴水点，活塞作用在雨季对QXD-7#、QXD-9#滴水产生影响，在不同的季节，QXD-1#、QXD-3#、QXD-8#滴水点的滴率产生跳跃式变化。这些作用均受控于水的来源差异。所有这些过程对滴水点水化学产生影响但其效果较弱。滴水的Mg／Ca指示了大气降雨的变化，其值受控于洞穴顶板内水运移过程中水-土、水-岩作用下的水文地球化学过程即岩石的溶解、方解石沉淀过程及土壤物理、化学、生物学过程等。     

贵州凉风洞洞穴系统锶同位素特征

对贵州茂兰自然保护区内凉风洞(LFD)洞穴系统中各组分(土壤水、洞穴滴水、土壤与基岩等)锶同位素组成(~(87)Sr/~(86)Sr)的系统分析结果表明,各个组分的~(87)Sr/~(86)Sr比值差异显著。不同剖面土壤水~(87)Sr/~(86)Sr比值明显不同,但均介于大气降水平均值和土壤之间;不同滴水点间~(87)Sr/~(86)Sr比值差异也很明显,大多落在洞穴上覆土壤水和基岩之间,受渗透水在洞穴顶板中发生的水-土作用和水-岩作用强度控制。此外,凉风洞上覆原生喀斯特森林生物量及其凋落物返还量较大,以植物落叶为主形成的凋落物层以及被微生物分解形成的表层有机土成为除洞穴上覆土壤和基岩外的另一个直接阳离子源,其释放的Sr随水体快速下渗对滴水~(87)Sr/~(86)Sr比值产生了明显影响。因此,利用本研究区洞穴滴水及其次生化学沉积物~(87)Sr/~(86)Sr指标表征洞穴上覆气候环境信息时,有必要事先识别不同物源~(87)Sr/~(86)Sr比值及其相对贡献、运移路径水文地质过程等限制性因素影响。     

玉蟾岩遗址微体螺类对探讨古人类活动特征的指示意义

文章通过对玉蟾岩遗址出土的大量微体螺类的种类及生态类型研究,详细了解它们在不同文化层中生态类型及数量上的变化,找出它们在遗址中的分布和变化规律,并根据这种规律对生活在该洞穴的人类行为及其生活环境进行了综合研究。研究结果表明:1)玉蟾岩遗址不同时期的文化层中,同时具备淡水和陆生两种类型的微体螺类,而且陆生螺类在文化层中自下而上是连续存在的,说明该遗址包含陆生螺类的古土壤始终发育着。因此古人在此生活期间,洞穴中不具备静水沉积环境;而且文化层中发现的淡水螺类不是洞穴内固有的生物,是伴随着人类的活动从外面带入的。2)在遗址的西部,淡水螺类大量增加,该处是古人在此洞穴生活时经常聚集的场所。3)12000年的玉蟾岩遗址区,正处于末次冰期的升温期,温度不断上升,水域面积不断扩大,适宜大量的动植物繁殖,给古人类在此生息繁衍提供了良好的生活环境。     

典型岩溶石山包气带洞穴水流的水文过程浅析

为了研究岩溶包气带洞穴水流的水文过程,在2013年7月1日至2013年11月21日期间,选取桂林丫吉试验场硝盐洞XY5滴水点为研究对象,利用GreenSpanCTDP300多参数仪对其进行了每半小时一次的高频率水文指标监测,分析了包气带洞穴滴水对降雨响应过程及水化学指标的动态变化特征。研究表明：洞穴滴水量、电导率和水温有很好的对应关系;滴水量变化主要受到降雨量、降雨强度和硝盐洞单元体前期含水量的影响,监测期间滴水量变化范围为23.15-589.47 mL/s;水温对降雨响应速度最快且主要受当地气温的影响,流量和电导率基本上表现出同时上升态势,电导率具有季节变化规律,即雨季电导率值较大,波动小,旱季值较小,波动较大;从旱季和雨季的水文过程,并结合旱季滴水主要化学组分的动态变化来看,电导率和水温有3个峰值,不同的峰对应不同产流顺序的水,即裸岩面产生的坡面径流、土壤—基岩界面径流和裂隙水。因此,通过洞穴滴水的水文过程及水化学指标的动态变化特征,可以定性的反映出滴水水源、滴水点运移路径、时间和环境条件的变化。     

岩溶洞穴水理化性质特征及其环境意义——以贵州织金洞为例

为揭示洞穴水地球化学特征的动态变化特征、控制因素及其环境意义,从2015年1月至2015年6月对贵州织金洞洞穴水的水化学指标进行了为期6个月的动态监测,结果表明:①织金洞洞穴水的水化学类型主要为HCO3--Ca2+-Mg2+型水,阴离子中HCO3-占84.5%以上,阳离子中Ca2+、Mg2+为优势离子;②洞穴滴水 EC、Ca2+、 Mg2+、HCO3-、SO42-浓度均大于石灰岩石裂隙水、池水相应的浓度;③洞穴水滴率、滴量、Ca2+、HCO3-以及Ca2+/HCO3-比值对气候有一定的响应,其地球化学指标具有显著的季节效应;④洞穴滴水中的EC与Ca2+离子浓度呈显著线性关系。      

典型岩溶包气带洞穴滴水水文过程研究——以桂林硝盐洞为例

选取桂林丫吉试验场硝盐洞为研究对象,通过示踪试验和高分辨率水文水化学监测,确定滴水补给来源,研究典型岩溶包气带洞穴滴水对降雨响应的水文过程。研究结果表明,硝盐洞XY5滴水主要受到两种径流成分补给,即集中补给的管道流和弥散流。硝盐洞上部包气带中可能存在表层岩溶带含水层,长期维持滴水流量。滴水流量、电导率和示踪剂浓度的峰值均出现在强降雨时段,表现出快速响应的管道流特征,存在降雨阈值引起硝盐洞滴水降雨响应。降雨前岩溶含水层水分条件是包气带水文响应差异的主要原因,雨季滴水对降雨响应迅速,XY5滴水对降雨响应的滞后时间为10 h;而旱季对降雨的响应滞后明显,滞后时间达9.8天,体现了土壤和表层岩溶带的调蓄作用。74.4 mm降雨量是旱季转雨季滴水响应的降雨阈值。借助于洞穴滴水的水文动态变化和示踪试验技术对于研究包气带水文过程,深入了解岩溶含水层结构及特征,揭示岩溶区降雨入渗补给机制具有重要作用。     

潞安矿区奥陶系岩溶发育规律及成因探讨

本文主要就潞安矿区奥陶系中统的岩溶发育规律及其成因进行了研究,提出了岩溶的形成为滴水膏溶及其洞穴侵溶。讨论了石膏在岩溶发展过程中的作用并指出了本区水源地的寻找方向。     

喀斯特洞穴体系元素迁移及环境指示研究进展

洞穴滴水与沉积物中的元素作为环境替代指标,在反映其物质来源以及反演古环境气候的研究中有着重要的作用,已受到国内外学者的广泛关注。本文在总结前人研究成果的基础上,概述了喀斯特洞穴体系中的元素迁移机理,重点对土壤、基岩、滴水中Ca、Mg、Sr、Ba四种元素的迁移变化机制进行了系统归纳;结合环境影响因素,分析了各元素的来源与特性,进而对滴水与沉积物中元素比值所反映的环境指示意义进行了综述。同时提出,应深入探究洞穴体系的元素迁移机制;结合洞穴环境体系的自身特点,区分元素指标在不同环境中的信息指示特征,提高沉积物中元素指示古气候环境信息的精准性;结合石漠化地表环境特征,从洞穴滴水的降雨响应研究入手,建立石漠化环境地下监测指标体系。      

重庆芙蓉洞上覆泉水—滴水的氢氧稳定同位素变化研究

通过对重庆芙蓉洞上覆泉水、洞穴滴水的氢氧稳定同位素和气象要素的系统监测,发现芙蓉洞滴水主要来源于当地大气降水,洞穴滴水稳定同位素变幅远小于上覆泉水.其中滴水与泉水的δ18O变幅分别在-7.7‰～-6.8‰和-12.4‰～-4.7‰之间.洞穴滴水和岩溶泉水之间并未出现协调的季节变化规律.另外重庆地区10月份降水状况对上覆泉水稳定同位素影响明显.分析表明洞穴系统上覆基岩的厚度和包气带含水层的调蓄作用对洞穴滴水的同位素不变化影响巨大,平滑了其中的月季变化信息,在利用洞穴沉积物重建高精度古气候信息要对其格外注意.