云南维西花岗岩地区水文地球化学特征及形成机制研究

基于矿物风化分析,以典型花岗岩地区云南维西为例,对该地区2005年8月地下水和河水水化学性质(pH、Ca2 、Mg2 、K 、Na 、Cl-、HCO3-、SO42-)进行了观测,在Piper图上分析了花岗岩地区水文地球化学特征,并利用主成分分析法探讨了其形成机制。研究认为,在野外调查基础上可将云南维西地区地下水分为6类:花岗岩孔隙水、浅部裂隙水、矿带影响的浅部裂隙水、深部构造裂隙水、花岗岩与灰岩接触带水、花岗岩与第四系堆积物接触带水。利用主成分分析法可以提取影响这6类水的3项公因子:Y1(反映钙长石、黑云母、黄铁矿风化)、Y2(反映水循环深度)、Y3(反映钠长石、钾长石溶滤作用)。地下水和河水公因子得分图分析表明:(1)全风化带孔隙水长石、黑云母溶滤作用弱,而且几乎没有黄铁矿氧化作用;(2)浅部裂隙水和花岗岩与第四系堆积物接触带水两者埋深差不多,但后者因水岩接触面积更大,长石、云母溶滤作用以及黄铁矿氧化作用更强;(3)矿带作用下,浅部裂隙地下水体现一定程度的深部构造裂隙水特征,其钠长石、钾长石风化在所有风化带中最强。因钙长石、黑云母矿物活性相对较弱,其增加幅度不如钾长石、钠长石明显;(4)深部构造裂隙水循环深度大,水岩作用充分,钙长石风化强于其他矿物,钾长石、钠长石因为影响因素多,特别是风化淋滤时间的影响,其风化增强不明显;(5)花岗岩与灰岩接触带水失去花岗岩水特征,更多地表现为灰岩水性质;(6)河水主要离子主要来源于循环较浅的裂隙水、全风化带孔隙水等,循环深度大的地下水贡献小。     

桂林潮田河Ca2+、Mg2+与HCO3-关系模型及岩溶碳汇影响因素分析

尽管大气中CO2浓度不断增加,但全球碳源与碳汇相抵后还存在遗失碳汇(missing sink).一般认为遗失碳汇主要为地质碳汇.而碳酸盐岩的溶蚀作用可在短时间内产生大量的地质碳汇,与此同时,该过程也伴随着HCO3-、Ca2+、Mg2+等离子进入水中.由于水中的Ca2+、Mg2+比HCO3-稳定,故探讨Ca2+、Mg2+与HCO3-的关系,可以间接得到影响碳汇的各种主要因素.本文通过对岩溶区3种岩性5个监测点的Ca2+、Mg2+与HCO3-数据建立关系模型发现:(1)灰岩地区Ca2+可以与HCO3-建立良好的关系模型,相关性较好,而白云岩区Ca2+、Mg2+与HCO3-的相关关系比Ca2+与HCO3-的相关关系好;总之,在岩溶动力系统下,Ca2+、Mg2+全面考虑可更好指示碳汇的去向;(2)Ca2+、Mg2+与HCO3-的关系模型可以间接说明碳汇主要影响因子;由Ca2+、Mg2+与HCO3-的关系模型可得岩溶区地表明流段,水生生物的光合作用是碳汇主要影响因子,而地下河或泉水出口处,地质作用、CO2分压可能是碳汇的主要影响因子.得出碳汇主要影响因素,为潮田河流域碳汇研究区域划分以及准确计算地质碳汇提供依据与基础.     

雅砻江锦屏水电工程区岩溶水化学特征探讨

探讨了雅砻江锦屏水电工程区岩溶水中的宏量元素、微量元素和碳氧同位素的特征。得出如下结论: ( 1)左岸的砂板岩裂隙水,水类型为SO4- HCO3 - Mg型;右岸的大理岩岩溶- 裂隙水,水类型为HCO3 - Ca 型及HCO3 - Mg- Ca 型。( 2)岩溶水形成受两种形成机制控制,即碳酸作用型和硫酸作用型。      

桂江流域岩溶碳汇特征

为研究岩溶区碳汇动态变化特征,使用德国Merck公司生产的碱度计每月定期对桂江流域14个岩溶大泉和16条地下河出口水中HCO3-含量进行了现场测定。结果表明桂江流域枯水期(11月至次年2月)地下水中HCO3-含量平均为223.62mg/L,平水期(3月、9月)为222.11mg/L,丰水期(4月至8月)为210.19mg/L,枯水期和平水期的HCO3-平均含量比丰水期高13.43mg/L和11.92mg/L。尽管丰水期的HCO3-平均含量不及枯水期和平水期,但其平均流量最大,是平水期的2倍,枯水期的2.8倍,因此其岩溶碳汇量也最大,是平水期的4.7倍,是枯水期的2.7倍。在碳汇构成上,丰水期的岩溶碳汇量占年总碳汇量的63.13%,而平水期和枯水期只分别占年总碳汇量的13.35%和23.51%。      

湖南宏厦桥花岗岩的水文地球化学特征和成因过程

以湖南宏厦桥花岗岩体作为研究区,对地下水化学分析资料进行了研究,发现区内地下水系超淡、极软的、弱-中性的重碳酸型水,其化学组成以Ca2 、Mg2 、K 、Na 、HCO3-为主。与株洲地区的地下水相比,可溶性S iO2、K 、Na 和游离CO2明显偏高,而且,在水中M g2 、K 、Na 、HCO3-所占比重更大,m eq%平均比值分别是株洲地区地下水的2.23、1.27、1.16倍,表现出典型的花岗岩地区地下水相应的化学组成。研究还发现,区内地下水化学的分布具有较强的水平分带性。研究认为:区内地下水化学的形成和迁移受岩性、大气降水及影响水交替强度的地形、地貌、地表水系、断裂构造的控制,同时受其他气候要素及植被、人类活动等生物作用的影响;区内地下水化学成分的形成以硅酸盐矿物的分解和水解等化学风化作用为主,风化过程中CO2的积极参与起作关键性的促进作用。同时水中CO2的减少和阴离子以HCO3-离子占绝对优势地位,进一步说明花岗岩的化学风化过程是一个净碳汇的过程。     

典型岩溶水系统碳汇通量估算

现代岩溶学研究成果表明,碳酸盐岩在全球碳循环中响应极其迅速,水循环过程中的碳汇效应显著。本研究选取广西桂林寨底地下河系统、广西环江大安地下河系统、重庆北碚青木关地下河系统三个典型岩溶地下水系统,利用各系统地下河的流量和HCO3-浓度的监测资料,采用简单化学平衡模式法估算碳汇通量(CO2)。结果显示,寨底地下河系统的单位面积年碳汇通量为68.82 t/(km2.a),大安地下河系统的单位面积年碳汇通量为81.18 t/(km2.a),青木关地下河系统的单位面积年碳汇通量为100.07 t/(km2.a)。分析认为同一个岩溶水系统的结构特征和环境条件基本上是稳定的;地下河的流量和HCO3-浓度是影响岩溶碳汇强度的关键因素,尤其是地下河流量的变化对碳汇强度的影响显著;不同岩溶水系统的碳汇通量不但受水化学条件和地下水动力条件的控制,同时受土地利用变化的影响。该研究对于改进碳循环模型和评价岩溶地质碳汇有重要意义。     

霍山某石英质玉矿成因及开采技术条件分析

研究区石英质玉石受区域构造及岩浆岩作用,多产出于二长花岗岩与片麻岩接触带附近的构造硅化破碎带中,在岩浆作用及后期孔隙水、裂隙水的氧化淋滤作用下形成各种品质的石英质玉石。结合研究区石英质玉矿矿床成因,对该矿床的开采技术条件进行分析,并提出了相应的建议。     

中国东北与俄罗斯远东富CO_2矿泉水化学对比

中国东北与俄罗斯远东富CO2矿泉是宝贵的饮用、医用矿水资源。五大连池、长白山天池、俄罗斯远东Primorye地区各泉水水化学特征对比显示,中国东北五大连池与俄罗斯远东Primorye地区出露泉水为低温、微酸、HCO3型、富含Si、Fe、Sr和CO2气体的综合优质饮用矿泉水;长白山天池出露泉水为高温、中性-微碱、HCO3型、富含Si和CO2气体的优质热矿泉水。五大连池和俄罗斯远东富CO2冷矿泉与长白山天池富CO2热矿泉具有相似而不同的形成过程,CO2气体对水化学的形成起了决定性的作用,广泛发育的花岗岩提供了富CO2热泉的物质来源,断层破碎带增加了CO2气体-地下水-花岗岩之间的反应程度,温度仅对可溶性Si有影响。     

川东观音峡背斜地区地下水水化学分类研究

地下水化学特征合理的分类有利于更好地认识区域水文地质条件。本文通过采用spss聚类分析软件对观音峡背斜区地下水水化学特征进行分类研究。当并类距离取2时,将研究区所取水样分为5类,研究区地下水化学特征主要表现：岩溶水化学类型主要为HCO3＆#183;SO4- Ca或SO4＆#183;HCO3-Ca型水,碎屑岩裂隙水化学类型则主要为HCO3＆#183;SO4-Ca＆#183;Mg型水。     

吉莲高速公路钟家山隧道涌突水条件分析

钟家山隧道是吉莲高速重要的控制性工程之一,在施工期间多次发生突水突泥事故,并在山顶处形成塌陷坑。为查明涌突水来源及途径,综合利用了水文地质调查、水化学分析法、以荧光剂为示踪剂进行的地下水示踪实验等多种方法。水化学分析结果表明:隧道涌突水水化学类型为HCO3—Ca型水,主要来自于泥盆系砂页岩构造裂隙水,其次为与构造破碎带沟通的风化裂隙水、地表溪沟水,而与周边梓门桥段岩溶水无关。示踪实验结果表明:F5断层是阻水的,其南部的地下水不构成涌突水水源;与隧道大角度相交的F2、F3断层是主要的涌突水途径。     

Global significance of the carbon cycle in the karst dynamic system: evidence from geological and ecological processes

On the basis of proposing the existence of a karst carbon cycle and carbon sink at a watershed scale, this paper provides four pieces of evidence for the integration of geology and ecology during the carbon cycle processes in the karst dynamic system, and estimated the karst carbon sink effect using the methods of comparative monitoring of paired watersheds and the carbon stable isotope tracer technique. The results of the soil carbon cycle in Maocun, Guilin, showed that the soil carbon cycle in the karst area, the weathering and dissolution of carbonate rocks under the soil, resulted in a lower soil respiration of 25% in the karst area than in a non-karst area (sandstone and shale), and the carbon isotope results indicated that 13.46% of the heavy carbon of the limestone is involved in the soil carbon cycle. The comparative monitoring results in paired watersheds, suggesting that the HCO₃^- concentration in a karst spring is 10 times that of a rivulet in a non-karst area, while the concentration of inorganic carbon flux is 23.8 times. With both chemical stoichiometry and carbon stable isotopes, the proportion of carbon in karst springs derived from carbonate rocks was found to be 58.52% and 37.65% respectively. The comparison on carbon exchange and isotopes at the water-gas interface between the granite and carbonate rock basins in the Li River showed that the CO₂ emission of the karst water is 10.92 times that of the allogenic water from the non-karst area, while the carbon isotope of HCO₃^- in karst water is lighter by 8.62‰. However, this does not mean that the karst water body has a larger carbon source effect. On the contrary, it means the karst water body has a greater karst carbon sink effect. When the karst subterranean stream in Zhaidi, Guilin, is exposed at the surface, carbon-rich karst water stimulated the growth of aquatic plants. The values of carbon stable isotopes in the same species of submerged plants gradually becomes heavier and heavier, and the 512 m flow process has a maximum range of 15.46‰. The calculation results showed that 12.52% of inorganic carbon is converted into organic carbon. According to the data that has been published, the global karst carbon sink flux was estimated to be 0.53-0.58 PgC/a, equivalent to 31.18%-34.41% of the global forest carbon sink flux. In the meanwhile, the karst carbon sink flux in China was calculated to be 0.051 PgC/a, accounting for 68% of its forest carbon sink flux.     

中国岩溶碳汇潜力研究

为了应对全球环境变化,中国地质科学院岩溶地质研究所等单位在地质调查项目的资助下,在中国典型岩溶流域开展了岩溶碳汇调查,建立了岩溶碳汇观测网站,深化了岩溶碳汇过程、影响因素和形成机理研究,发现了岩溶区外源水、土地合理利用、植被恢复和水生光合作用等增加岩溶碳汇的途径,取得了大量的科技创新进展。在调查研究的基础上,将我国岩溶区划分为南方岩溶区、北方岩溶区、青藏高原岩溶区和埋藏岩溶区4种类型区,利用GIS技术计算各区的岩溶面积和岩溶碳汇量,获得中国岩溶碳汇总量为3699.1万tCO2/a,这是我国344万km2岩溶区碳水钙无机循环产生的大气CO2汇。该项研究进展在2011年的《Science》通讯报道中获得高度评价。     

桂林漓江水体溶解无机碳迁移与水生光合碳固定研究

河流溶解无机碳含量昼夜变化主要受碳酸盐反向沉积、水生光合利用和脱气作用控制,被水生光合利用的溶解无机碳是岩溶碳汇的组成部分,脱气作用比例的大小是影响碳汇稳定性的决定因素。本文以漓江中游省里—冠岩之间15 km长河段为研究对象,开展昼夜高分辨率水化学自动化监测与高频取样,分析水生植物光合作用利用HCO3-1及相关钙沉降过程。结果表明,监测河段水生光合利用的无机碳转化通量为859 kgC?d-1,单位流程光合作用溶解无机碳转化量和钙沉降量分别为2.06 t?（d?km）-1和0.78 t?（d?km）-1。光合作用与钙沉降消耗DIC约占总转化量的70 %,以光合有机碳和CaCO3形式储存于河床,成为岩溶碳汇组成部分。无机碳转化量约占输入DIC总量的6.0 %（其中1.7%以CO2形式返回大气）,说明夏季低水位期间强烈的水生植物光合利用溶解无机碳,可有效遏制白天水气界面CO2脱气过程发生,低脱气比例证实漓江水体的溶解无机碳还是比较稳定的。      

论岩溶作用对全球碳循环的意义与碳汇效应——兼对《对<中国岩溶作用产生的大气CO2碳汇分区估算>一文的商榷》的答复

岩溶作用促进大气二氧化碳汇过程不仅局限于碳酸盐岩地区,而是涉及全球陆地地质岩石地区,因此以前仅考虑岩溶面积计算的岩溶碳汇量偏低,需要以河流流域为单元全面计算全球岩溶碳汇效应。除了产生河流溶解无机碳被带入海洋外,岩溶作用还可通过水体生物吸收形成颗粒有机碳以及在岩溶土壤中固定有机碳等方式形成碳汇,因此,岩溶地质过程固碳形式多样。其中,仅全球水生生物固定岩溶水重碳酸根产生的有机碳近0.5Gt,生态恢复可促进岩溶土壤有机碳固定及岩溶流域碳汇,我国西南石漠化治理工程至少可增加岩溶碳汇2~3亿t,如果重视岩溶增汇技术的应用,全球岩溶碳汇效应将非常显著。所以,岩溶碳汇研究意义重大,岩溶碳汇效应更不可忽略。      

半干旱区岩溶碳汇原位监测方法适宜性研究

选择正确的方法准确计算北方干旱半干旱岩溶区的岩溶碳汇量, 有助于提高我国岩溶碳汇效应估算精度和改进全球碳循环模型。利用水化学径流法和标准溶蚀试片法对山西马跑神泉域的岩溶碳汇量进行了计算, 结果表明, 标准溶蚀试片法计算出的流域碳汇量和碳汇强度为386.15 t/a和1.821 t/(km²·a), 水化学径流法的结果为2 084.08 t/a和9.83 t/(km²·a), 试片法计算结果仅为水化学径流法的1/5。试片溶蚀速率和土壤无机碳质量分数呈负相关关系, 进一步表明土壤无机碳质量分数高(是有机碳质量分数的2.85~5.06倍)是造成试片法计算结果偏小的主要原因:高含量的无机碳在半干旱气候条件下容易沉积, 从而使试片溶蚀速率偏小;流域边界清楚, 水化学和流量易于监测, 利用水化学径流法计算岩溶碳汇强度结果更为准确。因此, 在半干旱地区, 计算岩溶碳汇效应宜采用水化学径流法。     

Ecosystem-driven karst carbon cycle and carbon sink effects

It is recognized that karst processes are actively involved in the current global carbon cycle based on twenty years research, and the carbon sink occurred in karst processes is possibly an important part of “missing sink” in global carbon cycle. In this paper, an overview is given on karst carbon cycle research, and influence factors, formed carbon pools (background carbon sink) and sink increase potentials of current karst carbon cycle are analyzed. Carbonate weathering could contribute to the imbalance item (B_IM) and land use change item (E_LUC) in the global carbon cycle model, owing to its uptake of both atmospheric CO₂ (carbon sink effect) and CO₂ produced by soil respiration (carbon source reduction effect). Karst carbon sink includes inorganic carbon sink resulted from hydrogeochemical process and organic carbon sink generated by aquatic photosynthetic DIC conversion, forming relatively stable river (reservoir) water body or sediment carbon sink. The sizes of both sinks are controlled by terrestrial ecosystems and aquatic ecosystems, respectively. Desertification rehabilitation and carbon sequestration by aquatic plants are two effective ways to increase the carbon sink in karst area. It is estimated that the rate of carbon sink is at least 381 000 t CO₂/a with vegetation restoration and afforestation in southwest China karst area, while the annual organic carbon sink generated by aquatic photosynthesis is about 84 200 t C in the Pearl River Basin. The development of a soil CO₂ based model for assessment of regional dissolution intensity will help to improve the estimation accuracy of carbon sink increase and potential, thus provide a more clear and efficient karst sink increase scheme and pathway to achieve the goals of “double carbon”. With the deep investigation on karst carbon cycle, mechanism and carbon sink effect, and the improvement of watershed carbon sink measurement methods and regional sink increase evaluation approaches. Karst carbon sink is expected to be included in the list of atmospheric CO₂ sources/sinks of the global carbon budget in the near future.     

外源水对岩溶碳汇的影响——以桂林毛村地下河为例

以桂林毛村地下河为对象,研究了外源水对岩溶碳汇的影响。观测计算结果表明:外源水进入岩溶区后,由于内外源水相互混合,提高了岩溶水的溶蚀能力,以致DIC含量不断升高,其碳酸盐饱和指数也逐渐增加,SIc由不饱和达到饱和,增加了岩溶碳汇的通量。2010年9月至2011年3月仅以位于地下河上游的小龙背的外源水补给量和地下河出口的HCO3-浓度进行计算,岩溶碳汇通量由2.28×105g增加至2.04×106g,增加了近10倍。碳汇通量的增加固然与沿途大气降水、植被及土地利用等可能产生的CO2输入有关,但更与外源水加入形成的混合溶蚀作用有关。因此,在岩溶碳汇通量计算中外源水的影响作用不容忽视。      

亚热带典型岩溶水系统的碳汇效应对比研究

选择中国南方亚热带地区具有不同地质背景和生态状况的广西柳州市官村地下河(灌木林生态环境、人类活动影响显著)、云南省广南县木美地下河(石漠化严重)和贵州茂兰板寨地下河(原始森林生态)3个岩溶水系统为例,对比研究岩溶水中溶解无机碳浓度和碳汇效应的差异。结果表现,(1)流域管道水的溶解无机碳平均浓度排列顺序为:官村>木美>板寨,表层岩溶带泉水的排列顺序为:木美>官村>板寨。(2)水的PCO2分压计算结果显示:3个流域岩溶水的方解石溶解度基本达到饱和,PCO2的大小顺序为:官村地下河>木美地下河>板寨地下河。(3)根据一个水文年的流量监测计算官村地下河流域的岩溶碳汇强度为12.34tC/(km2?a),板寨地下河流域的为11.8tC/(km2?a),木美地下河流域为34.11tC/(km2?a)。木美地下河流域的石漠化现状相当严重,石漠化面积高达90%,而板寨地下河为原始森林区,但木美地下河流域的岩溶碳汇强度却最大,这与其流域面积大、调蓄功能强,且有外源水补给有关。这也同时表明,单从生态环境的角度去研究岩溶作用碳汇潜力是不够的。      

Radioelement-bearing secondary zoned apatite around Govardhanagiri-Chinnakolumulapalli-L. Banda areas of Kurnool District,Andhra Pradesh

Zoned Apatite crystals with intrinsic radioactivity are widespread in the S-type basement granite around Govardhanagiri-Chinnakolumulapalli-L.Banda areas of Kurnool District, A.P. The granite is overlain by Gulcheru quartzite and in turn by Vempalle dolostone of Papaghni Group belonging to the Cuddapah Supergroup. The area (4 km x 6 km) is characterized by conjugate fracture system comprising ENE-WSW and WNW-ESE of varying extents, of which, ENE-WSW is sympathetic to the major deep seated Gani Kalva fault. The apatite crystals are frequently zoned and vary in size from few microns to 1000 microns, occur mostly as veins or associated with pulverized matrix of granite cataclasite. Veins (upto 2 cm. thick) generally follow the major fracture-trend (ENE-WSW) in the area. The apatites are also found intimately associated with fluorite, tourmaline and sulphides, which suggest their derivation from pneumatolytic fluids. The intrinsic accessory uranium as scarce grains of uraninite and other labile phases of granite were remobilized consequent upon the deformation and locked up as ferroan-oxy/hydroxyl inclusions in slowly growing apatite crystals under very low temperature conditions.