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。     

土壤和围岩地球化学组成及气候对洞穴滴水水化学的影响——以湖北清江和尚洞为例

大气降水渗入土壤,穿过围岩,将气候与地表环境信息导入洞穴滴水,最终被洞穴沉积物所记录,因而研究土壤、围岩与洞穴滴水的地球化学组成及3者之间的联系对了解气候和环境信号的传递以及石笋古环境信息的正确解译十分重要。通过对比清江地区和尚洞上覆土壤、围岩与滴水的元素及锶同位素N(87Sr)/N(86Sr)地球化学组成特征,进而调查土壤和围岩对洞穴滴水水化学的影响。结果表明:滴水的n(Mg)/n(Ca)、n(Ba)/n(Ca)、n(Sr)/n(Ca)及N87Sr)/N(86Sr)介于土壤和围岩之间,说明滴水物质组成来自土壤和围岩的混合;滴水的n(S)/n(Ca)大于土壤和围岩,说明有第三端元的混入,可能是大气硫沉降的结果。通过模型计算可知,土壤和围岩对和尚洞滴水各元素组成的贡献并不相同,贡献的相对大小不仅与元素本身的地球化学性质有关,而且随气候和环境而发生变化。     

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SO24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。     

岩溶洞穴滴水CO2季节变化特征及来源分析——以大风洞为例

为探究白云岩洞穴滴水中CO2来源及变化特征,以贵州省绥阳双河洞洞穴系统中的大风洞为研究对象,对洞穴空气CO2浓度（pCO2（c））、洞穴上覆土壤CO2浓度（pCO2（soil））、洞穴滴水CO2分压（pCO2（w））、以及洞穴滴水水化学环境进行了为期15个月（2016年1月-2017年3月）的监测、采样和室内实验分析,运用统计分析方法对各监测指标进行主成分分析。结果表明:（1）pCO2（w）、pCO2（c）具有明显的季节性变化特征,表现为雨季>旱季。pCO2（soil）受降雨、洞穴通风效应的影响,季节性波动较大,是洞穴pCO2（w）的重要来源;（2）深层岩溶作用中渗透水在流经洞穴上覆表层岩溶带发生的水-岩相互作用及其产生的水化学环境,特别是变化,是影响pCO2（w）的主要因素之一,对pCO2（w）具有重要贡献;（3）运用主成分分析法（PCA）得出各因素对洞穴滴水的相对方差贡献率依次为:HCO3- >pCO2（s）>Soil 1#>pCO2（w）>Soil 2#。各因子对pCO2（w）的贡献率依次为:地表深层岩溶作用>洞穴上覆土壤空气环境>洞穴空气环境;（4）pCO2（w）来源概念模型表明,雨季时,降雨量大,土壤水下渗快,地下水得到充分补充,但停滞时间较短,在渗流带中与围岩反应不充分,PCP过程较弱,对pCO2（w）影响较大;旱季则相反。研究结果对洞穴石笋、石钟乳沉积物的保护具有一定意义,对洞穴旅游开发、管理及岩溶碳循环研究具有重要意义。      

洞穴现代沉积物δ13C值的生物量效应及机理探讨:以贵州4个洞穴为例

在贵州选择一组植被退化系列的4个洞穴系统(荔波凉风洞、都匀七星洞、镇宁犀牛洞和安顺将军洞)为具体研究对象,对其地表植被生物量、植被和洞穴现代沉积物的δ13C值进行了对比分析.结果显示洞穴现代沉积物的δ13C值与生物量有着很强的负相关关系,说明洞穴沉积物的δ13C值在空间上可能存在生物量效应,与洞穴石笋所揭示的时间序列上的生物量效应相对应.根据已有的数据和认识,推断这种生物量效应主要由地表植被δ13C值及土壤CO2δ13C值的微生物作用共同控制:在地表植被生物量较大变化情况下,沉积物δ13C值的生物量效应主要受植被δ13C值变化主导;而在地表植被生物量较小变化的情况下,沉积物δ13C值的生物量效应主要受微生物作用主导,而植被δ13C值变化的影响相对较弱.     

MC-ICP-MS高阻放大器校正偏移对同位素测试的影响——以汞同位素为例

增益（Gain）校正有助于消除MC-ICP-MS不同高阻放大器之间的阻值差异,进而提高同位素分析的精度和准确度,但有关Gain的偏移和校正频率对同位素测试的影响和作用原理还缺乏系统认识。本研究结合本实验室Neptune Plus MC-ICP-MS的Gain校正数据,以实际测试的汞同位素数据为例,评估了放大器Gain校正系数偏移对同位素测试的影响。结果显示,当测试标样和样品的校正系数偏移幅度一致时,汞同位素测试结果基本无变化;当偏移幅度存在明显差异且单一放大器校正系数的相对偏移幅度超过–0.070‰～0.058‰时,汞同位素的测试结果大于分析误差。Gain校正系数单日的相对变化幅度（–0.028‰～0.028‰）可保证汞同位素测试结果小于分析误差,但长期的偏移却会导致汞同位素变化远超分析误差。此外,仪器的硬件、温度和真空度等也是Gain校正系数变化的重要影响因素,因此建议定期维护仪器,并每日进行Gain校正,以保证测试结果的稳定和准确。     

同位素的示踪意义 ——以罗布莎蛇绿岩同位素为例

<正>1972年美国地质学会Penrose会议(Miyashiro,1975)正式将蛇绿岩与板块构造联系起来,认为蛇绿岩是一种可与洋壳对比的独特的镁铁质—超镁铁质岩石组合,它们产于洋中脊扩张构造环境,后来由于板块的俯冲与碰撞作用,大洋地幔岩高度熔融再造进入大陆地壳,形成构造变形强烈、岩石组合复杂的蛇绿岩带,出露于板块会聚带。在我国雅     

岩溶洞穴大气中二氧化碳含量的预测——以贵州某些洞穴为例

洞穴大气中二氧化碳收支取决于下列几个因素:(1)游客呼出量;(2)洞外流入量;(3)洞内流出量;(4)洞内自然生成量;(5)洞穴次生本底量。据此,本文建立了洞穴大气二氧比碳含量的增长模式,并对贵州几个未开放洞穴二氧化碳含量及日变化规律进行预测。     

海进体系域碳氧同位素地球化学响应——以黔西南地区三叠系为例

层序地层研究表明，位于扬子地块西南缘的黔西南地区在中三叠世末期（相当于Ladinian-Carnian期）出现了一次与全球同步的大规模海侵，形成了一个向上变深的碳酸盐岩台地淹没沉积层序。垄头组顶部和竹竿坡组分别是海进体系域（TST）的下、上部分。碳、氧同位素研究表明，垄头组顶部自下而上δ（^18O）持续增大，而δ（^13 C）先逐渐增大，后在顶部界面附近快速下降，反映了垄头组顶部在暴露环境下氧化作用的结果。竹竿坡组δ（^13 C）自下而上逐渐增大，δ（^13 C）总体呈现逐渐减小趋势，反映了海平面变化特征。研究认为，海进体系域的δ（^13 C）和δ（^18 O）演化不但反映了海平面和沉积环境变化，同时对密集段（CS）、层序界面和古暴露面等也有很好的识别作用，在层序地层研究中具有重要的意义。     

下垫面蒸发和云中凝结分馏对降水稳定同位素影响的数值试验——时间变化的比较(以长沙降水同位素为例)

利用稳定同位素大气水平衡模式（iAWBM）的模拟数据,分析了在不同的下垫面蒸发和不同的凝结分馏条件下降水中δ¹⁸O的时间变化、降水量效应、负温度效应和大气水线。并通过与长沙站5年实测数据的比较以及模拟试验结果之间的相互比较,揭示下垫面蒸发水汽中稳定同位素的季节性变化和云中稳定同位素分馏对降水中稳定同位素变化的可能影响,增进对季风区水稳定同位素效应的理解和认识。iAWBM给出的4个模拟试验均很好地再现了监测站降水中δ¹⁸O的时间变化,模拟出季风区降水中稳定同位素在暖半年被贫化、在冷半年被富集的基本特点。与平衡分馏相比,动力分馏下降水中稳定同位素被贫化的程度加强、季节差和离散程度减小;由下垫面蒸发水汽中稳定同位素δ_e季节性变化所引起的降水中稳定同位素的变化在不同季节完全相反：在长沙,暖半年降水中δ¹⁸O更低,冷半年降水中δ¹⁸O更高,使得降水中稳定同位素季节差和离散程度增大。4个模拟试验均很好地再现了季风区的降水量效应和负温度效应。与平衡分馏相比,动力分馏下模拟的降水量效应和负温度效应的斜率相对较小;δ_e季节性变化导致模拟的降水量效应和负温度效应的斜率增大。利用iAWBM,模拟出季风区湿热气候条件下的MWL。动力分馏以及δ_e季节变化均使模拟得到的MWL的斜率和截距减小。     

广西桂林凉风洞秋冬季滴水和沉积物氧同位素对极端降水的记录研究

近年来,全球环境变化导致的极端气候事件的发生频率剧增,引起了国内外学者的广泛关注。由于器测记录时间较短,因此需要通过精确连续记录古气候变化的石笋来解译极端气候事件的规律。本文针对桂林凉风洞2015年9月至2016年1月的大气降水、洞穴滴水和现代沉积物的氧同位素组成进行了高分辨率的监测。监测结果揭示了由于秋冬水汽源的改变,导致桂林地区大气降水δD、δ~(18)O同位素值显示逐渐偏正的季节性变化,并且建立了该区域大气降水线为:δD=8.8δ~(18)O+16.38。由于大气降水作为凉风洞水源补给唯一来源,使得洞穴滴水的δ~(18)O继承大气降水的δ~(18)O所蕴含的环境信息,进而记录在洞穴现代沉积物中。但是受到洞穴顶部岩溶表层带的平滑或者均一化的作用,使得洞穴滴水的δ~(18)O同位素值要偏正于大气降水的δ~(18)O同位素值。在极端降水信号输入岩溶表层带后由于存在不同的水文地球化学过程,从而导致洞穴沉积物对其极端降水事件的响应时间存在不同,并且在δ~(18)O同位素值也存在明显差异。因此,系统监测洞穴滴水、沉积物δ~(18)O同位素对外界环境信息的响应过程,能为量化或精确解译石笋δ~(18)O同位素记录所指代的古气候环境信息提供基础。     

桂林硝盐洞洞穴滴水示踪及气候环境意义研究

洞穴滴水对大气降水的滞留时间的研究是准确解译洞穴沉积物气候环境代用指标的重要内容。由于研究尺度和技术手段的差异,目前对滞留时间的研究重视程度仍不够。基于此引入水文地质领域成熟的示踪方法,对桂林丫吉硝盐洞滴水对大气降水响应时间进行了连续高分辨率的研究。利用野外自动化荧光仪和荧光示踪剂,实现了滴水的自动化示踪研究,节省了人力物力且提高了分辨率。通过两次示踪试验,确定了桂林丫吉硝盐洞滴水雨季对大气降水的响应时间小于48h,一些强降雨事件,滞留时间甚至小于4h。发现滴水的温度变化可以作为高分辨率监测时大气降水形成径流的示踪剂。对于桂林丫吉硝盐洞XY5常年性滴水点,雨季日降雨强度大于16.3mm就可以形成径流,并被监测到。XY5滴水点主要存在两个水源补给,常年的基流补给和大气降水的快速补给。这些认识对洞穴滴水监测和洞穴沉积物古气候环境重建有着很好的借鉴意义。     

青藏高原中部水蒸发过程中的氧稳定同位素变化

作为青藏高原稳定同位素水文循环的一个重部分,１９９８年夏首次在青藏高原中部的那曲和安多两地同时进行了水蒸发过程中氧稳定同位素变化观测研究,模拟和实验结果都显示出大气相对湿度对水蒸发过程中氧稳定同位素变化的显著影响,模拟结果不显示剩余水中δ＾１８Ｏ与剩余水比率呈指数关系,但实验分析结果表明,蒸发过程中剩余水中δ＾１８Ｏ与剩余水比率更接近于线性关系,这种关系可以定量地表示出来,从理论上与实验中都可以计     

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.     

水中氢氧同位素不同分析方法的对比

采用在线的连续流Gasbench Ⅱ-IRMS和离线的Dual-inlet IRMS分析方法分析水样中氢氧同位素组成.对比两种分析系统结果表明,运用离线的Dual-inlet IRMS测定氢同位素,精密度均小于1‰,比在线的连续流Gasbench Ⅱ-IRMS重现性和精度好;运用离线的Dual-inlet IRMS和在...     

广东凡口铅锌矿碳、氧同位素地球化学特征及其地质意义

广东凡口超大型铅锌矿床产于泥盆系台地碳酸盐岩中,矿床成因仍存在较大争议。通过含矿地层岩石以及矿石系统的碳、氧同位素分析研究,发现紫色砂岩的褪色蚀变和碳酸盐岩的白云石化与盆地卤水作用密切相关,褪色蚀变砂岩中的碳酸盐胶结物具有显著低的δ^13C和δ^18O值,与矿石中碳酸盐矿物相似,白云石化的碳酸盐岩之δ^13c和δ^18...     

长江中游和尚洞石笋的高分辨率同位素、微量元素记录及古气候研究

通过对长江中游和尚洞HS-2号石笋的沉积特征及C、O同位素Mg、Sr微量元素相结合分析,利用U系法定年,获取了长江中游19.0ka～6.9ka的古气候、古环境信息(平均分辨率为17a,局部分辨率达到7a).得出如下结论(1)19.0～16.6ka, C、O同位素偏轻,气候冷湿;(2)16.6～11.1ka, C、O同位素偏重, 气温上升,降水偏少;(3)11.1～10.3ka 干热时期中的突然回冷事件对应于新仙女木事件(Younger Dryas Event);(4)10.3～6.9 ka B.P δ18O及δ13C值逐渐变轻,而Mg/Sr比继续增大,表现为气温上升,降雨量较大.反映了历史时期湿冷、干热、湿暖交替变化的气候趋势,得出了长江中游千年级和百年级的一些气候变化趋势,特别是发现了新仙女木事件在长江中游洞穴石笋中完整的记录,说明新仙女木事件是全球性气候突变与环境灾变事件     

激光同位素光谱法测量水中氢氧同位素组成的实验室间比对研究

激光同位素光谱分析方法是近些年使用较广泛的一种便捷、快速的测试稳定同位素组成的技术,能同时分析出水中δD、δ~(18)O同位素组成,因其操作简单,检测效率高,体积小,野外现场测试携带方便,迅速在环境、地质、生态和能源等领域得到广泛应用,但是该测试分析方法尚没有相应的国家标准,测试结果得不到有效的溯源,在使用过程中缺乏规范和统一。为此,本文通过在全国范围内12家实验室选取8个比对水样(δD值在-189.1‰~-0.4‰内,δ~(18)O值在-24.52‰~0.32‰内),利用激光同位素光谱法测试比对D/H和18O/16O值,探讨激光同位素光谱仪分析水中δD、δ~(18)O值的准确度和精密度。测试结果表明:各个协作实验室数据准确、稳定,方法的重复性和再现性良好;激光光谱法测定的δD精密度为0.4‰(1σ),δ~(18)O精密度为0.05‰(1σ),与传统稳定同位素质谱的精度几乎一致,因此适用于常规水样中δD、δ~(18)O测定,可以开展野外在线实时检测水中氢氧同位素组成。本研究为开展制定激光同位素光谱法测定环境液态水中δD、δ~(18)O同位素组成标准方法的工作推广和应用提供了参考。     

贵州荔波董歌洞D3石笋碳氧稳定同位素及微量元素记录的环境变化

通过对贵州荔波董歌洞D3石笋一系列的TIMS U系法测年以及碳氧稳定同位素分析,取得了连续90.0~160,0 ka气候变化高分辨率的同位素记录.表明石笋氧同位素记录和海洋同位素记录一样,也可以明显地按峰、谷划分为MIS5c,MIS5d,MIS5e及MIS6多个气候阶段,界线年龄分别为:5c/5d为110.0 ka B P,5d/5e为120.0 ka B P,5e/6为129.2 ka B P.在由冰盛期的6阶段到间冰期的5e,δ18O值由偏重的谷底至偏轻的峰顶的跃变,代表冰期旋回之间由冷到暖的快速转变.此外,δ13C值也同样自谷底至峰顶的快速变化,说明生态环境也随气候环境的迅速变化而变化.系统的微量元素分析表明,S,Al,Sr,P,F等均表现出由冰盛期6阶段至间冰期5e阶段最大幅度的迅速变化,在间冰期,微量元素记录变化幅度较小,变化波形与δ13C记录更为相似,研究表明,这些微量元素与δ13C记录一样也可以作为岩溶区生态环境重建的代用指标.