云南岩溶石漠化状况及治理规划要点

云南岩溶区生态地质环境脆弱,石漠化明显,面积达34772. 76km2 ,严重地制约着地区经济的可持续发展。石漠化分布具有集中连片、自北向南逐渐增多,程度加重的特点。区内地貌的演化过程中存在着石漠化的潜势,广泛分布的岩溶石山是形成石漠化的物质基础,特定的自然地理环境是产生石漠化的基本条件; 人口增长过快、不合理的土地开发、工业污染是形成石漠化的主要影响因素,但自然因素和人为因素的主次因地而异。文中针对石漠化的形成条件及原因,提出了石漠化综合治理的指导思想,以及全面规划、综合治理,因地制宜,分类指导等原则,阐明了石漠化综合治理规划的目标、规划单元,规划部署的基本模式与工程措施。      

云南省岩溶水系统特征及调查要点

云南省岩溶分布面积110 875.7km2,占全省面积的28.14%。主要分布于东经102°以东、元江以北的滇东片区,以及滇西北、滇西保山至沧源片区。滇西北岩溶区,纵谷深切,岩溶水快补速排,是以江河汇水区为主的岩溶流域。滇西北东部和滇西岩溶区则山间盆地也较发育,也形成以盆地为汇流中心的岩溶流域,岩溶水在盆地中排泄到地表之后再向大江大河汇聚。滇东岩溶区则以山间盆地及河谷汇水区为主要的岩溶流域。云南岩溶区,由于强烈构造运动,断裂交错发育,各时代地层被切割成不同形态的断块或条带,错落分布于不同高程上,加之岩溶含水层与非岩溶相对隔水层在垂向上的间隔分布,从而形成诸多水文地质特征不同、相对独立、不同等级的岩溶水系统。本文岩溶水系统分类分级以岩溶水循环特征为纲,根据水文地质条件及其基本特征差异性进行分类;按照从上到下、由一般到具体的次序进行分级。分类力求反映各类型的基本特征和共性,便于剖析和归纳总结岩溶水的运动和赋存规律。一级:研究对象———岩溶水。二级:根据岩溶水循环深度和周期长短,划分为浅循环和深循环两类岩溶水系统。浅循环岩溶水系统是指岩溶水循环深度较浅,循环周期在一个水文年内,受降水的季节变化影响明显的岩溶水系统。深循环岩溶水系统是指岩溶水循环深度大,循环周期长达数年或数十年以上,受降水的季节变化影响微弱或不受其影响的岩溶水系统。三级:具体的补给、迳流、排泄系统(称水文地质单元),多以地下分水岭、透水性弱的岩土体、断裂以及河流等构成其边界。对于浅循环岩溶水系统,岩溶导水、赋水空间的发育和空间分布受碳酸盐岩的成层性特征控制明显,在勘查和开发实践中,往往将其视为层状含水层组。对于岩溶水的形成、运动、赋存特征,含水层组的埋藏条件起着突出的作用。因而,根据岩溶含水层组埋藏条件的差异,进一步划分为:裸露型、裸露-覆盖型、裸露-埋藏型三类岩溶水系统;对于深循环岩溶水系统,岩溶水的运动和赋存受地质构造控制,主要存在两种类型:一是深埋藏层控型,另一类为断裂带型。裸露型岩溶水系统是指岩溶含水层组由岩溶山地补给区延伸至盆、洼、谷地排泄点或带,基本上呈裸露展布。此类系统岩溶发育极不均匀,导水、赋水空间以溶洞管道为主,岩溶水主要为暗河流,沿暗河有许多落水洞、天窗、溶井、脚洞与其沟通,岩溶水通过这些通道获得补给,岩溶水系统储存调节能力弱,水位流量季节变化剧烈。岩溶水流以快速流为主,多以大泉、暗河形式排泄。裸露-覆盖型岩溶水系统,是指岩溶含水层组由裸露岩溶山区延伸至松散土层覆盖区,由裸露过渡为覆盖型的岩溶水系统。多分布于断陷盆地和底部存在近期沉积的谷地、洼地区。此类系统由于补给条件好,水循环交替快,允许开采量大,且覆盖型岩溶含水层组具有一定量的储存资源可以发挥调节作用,是一般供水勘查和开发的主要对象。目前,已经勘查和开发的也主要是这类岩溶水系统。这类岩溶水系统的主要特征,一是均可划分为差异很大的裸露和覆盖型岩溶区。前者是岩溶水的补给、迳流区,岩溶赋水空间为不均匀的洞管隙系统,岩溶迳流主要为快速的管道流。后者往往处于断裂的下降盘,岩溶发育相对均匀、连通性好,其水文地质特征等效于多孔介质,地下迳流主要为慢速的扩散流;二是系统水资源大部分从山边暗河出口或大泉排泄到地表,地下水资源的开采,应以截流提引和建库调蓄开采暗河或大泉为主。但覆盖区往往处于断陷区,岩溶发育深度大,有较大的储水空间和储存量,可同时布井开采,起到调节暗河或大泉枯季流量减少的作用;三是系统内部存在统一的水力联系,当覆盖区过量开采时,首先表现为袭夺暗河和大泉流量,甚至导致其干涸,进而造成大范围水位持续下降,在一定的条件下还可能引起岩溶塌陷等地质灾害。因此,必须按系统完整地进行勘查评价工作,系统规划开采方案。裸露-埋藏型岩溶系统指岩溶含水层组由裸露岩溶山区延伸至其它非可溶岩埋藏区,由裸露型过渡为埋藏型的岩溶水系统。这类系统的特征与裸露-覆盖型岩溶水系统基本相同。但埋藏型岩溶含水层组赋水空间以发育较均匀的网状岩溶裂隙为主,富水性及透水性更为均匀,一般都赋存承压水,水质优良,动态稳定。这类系统的卫生防护条件和环境条件更好,埋藏区在岩溶含水层组上覆岩层完好的条件下,与上层潜水及地表水基本无水力联系,不易产生含水层污染和岩溶塌陷等地质灾害。此外,埋藏型岩溶含水层组的分布可能达到盆地、谷地边缘山坡之上,更有利于利用。深埋藏层控型岩溶水系统,是指岩溶裂隙含水层组埋深在数百至数千米以上的岩溶水系统,这类系统富水性均匀,富含承压水,其富水性、水温、水质主要受埋深和构造控制,基本不受气象水文、地形地貌条件的影响,地下水循环周期在数十年以上。在断裂作用强烈的断陷盆地区,多赋存有水质优良的热矿泉水。断裂带型岩溶水系统,是指沿断裂破碎带形成的带状或脉管状岩溶水系统,靠裂隙及破碎带导水,在地形高差产生的水压差以及地下水温差作用下,形成地下水对流系统。具有系统分布范围狭小,对流通道分布随机,循环深度大,循环周期长,水位、流量受气象水文、地形地貌条件的影响小,较为稳定,水温较高的特点。当对流通道通过浅部孔隙、裂隙或岩溶含水层组时,一部分深循环水流会扩散到这些含水层组中,在深循环水流通道附近形成一定范围的囊状或带状水温异常区。对于浅循环岩溶水系统岩溶水的调查评价。裸露型岩溶水系统,应重点通过遥感、水文地质测量、洞穴探测、取样分析、地下水动态观测和示踪试验等手段,查明岩溶水补给和赋存条件、暗河系统的埋藏分布、各类岩溶水天然出露点和富水块段,以及岩溶水动态和水质、岩溶水系统的储存调蓄能力和人工调蓄的条件、地质环境条件。水资源评价以水文分析法为主;裸露-覆盖型岩溶水系统及裸露-埋藏型岩溶系统,勘查工作应根据裸露区、覆盖(埋藏)区的不同特点布置,裸露区的勘查要点基本上同裸露型岩溶水系统。对于覆盖(埋藏)区,主要应用物探、钻探、抽水试验、连通试验和取样分析测试等手段,查明:含水层组的埋藏分布及边界,与裸露型岩溶补给、迳流区的关系,岩溶水平和垂直分带,含水层组的富水性,富水块段的分布位置,迳流场特征,盖层的稳定性及其它环境地质条件,取得有关水文地质参数等。这类系统岩溶水资源主要是降水渗入(灌入)补给量,一些地区还有部分地表水渗入、系统外含水层的越流补给量,在气象因素影响下,具有年和多年的周期性变化规律。但这类系统一般具有较大的储存量,在枯水期可对开采量起到调节补偿的作用。因此,水源地均为调节型。岩溶水开发利用,通常采取截引裸露区的大泉或暗河与在覆盖(埋藏)区打井调节的方式联合开采。由于裸露区与覆盖(埋藏)区水力联系密切,因此,对于岩溶水允许开采量的评价,必须系统地进行,应采用裸露区的统计或灰色模型与覆盖(埋藏)区的确定性模型联合模拟评价。深循环岩溶水系统岩溶水的调查评价,应根据层控型岩溶水系统的水文地质特征进行。其勘查手段主要以区域水文地质测量、物探、钻探、抽水试验、水化学分析、地下水测年、水位观测等手段,查明系统所处的大地构造背景、岩相古地理及地质发展史、含水层组的埋深、分布及厚度、富水性、盖层类型及特性、基底类型及特性、以及系统的侧向构造边界,取得有关参数。通过地下水迳流场、温度场、水化学场的分析,结合测年结果,确定地下水有无补给及其循环速度。这类系统一般只能获得相邻含水层的越流补给,其补给量有限,循环速度慢,开采量主要是储存量,水源地多为非稳定的消耗型水源地,开采方式主要为井采。这类系统有条件应用确定性模型评价地下水允许开采量。断裂带型岩溶水系统,根据其水文地质特征,适宜采用水文地质测量、动态观测、水化学分析、地下水测年等手段,查明地质背景、导水构造特征、导水通道及泉点的分布、水量、水质及其动态。这类系统以提引泉水开采为主,在深循环水流通道附近形成一定范围的囊状或带状水温异常区的条件下,也可适量布井开采。允许开采量的评价以泉流时间系列分析为主。     

中国南方石笋氧同位素记录的重要意义

中国南部石笋氧同位素记录记载了重要的气候变化信息。应用石笋氧同位素记录时首先需要考虑检验石笋的平衡结晶生长,特别是重复性检验,以排除可能的偶然性或地方因素。中国南部重复性很好的南京葫芦洞和贵州董歌洞石笋氧同位素记录主要代表了当时的降水氧同位素信息。两洞的记录都显示,在冰期或冰段时期降水的氧同位素比间冰期或间冰段时期明显偏重。受夏季风强弱变化的控制,与目前亚洲季风降水氧同位素的季节变化相对应,在间冰期或间冰段时,ITCZ偏北,降水以夏季风的大规模大气环流下的对流降水为主,其氧同位素较轻;相反地,在冰期或冰段时,ITCZ偏南,降水以夏季风爆发前的锋面降水为主,其氧同位素较重。虽然尚有其他许多影响因素,亚洲季风的变化应是影响中国南部石笋氧同位素在冰期/间冰期或冰段/间冰段的尺度上变化的主导因素。但在更小的尺度上(例如小冰期),石笋氧同位素记录的解释则需要谨慎。虽然下最终结论为时尚早,但作为亚洲季风的两个组成部分的东亚季风和印度季风很可能是同步的,至少在冰期/间冰期或冰段/间冰段的尺度上是如此。     

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t CO2/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.     

土地利用变化对水城盆地岩溶水水质的影响

The influence of land use and land cover on ecological environment is a focus of global change research. The paper chooses an industrial city-Shuicheng in Guizhou Province-as a study area because the karst water quality around the city is deteriorating with land use and land cover change.The natural susceptibility of karst water system is an important factor leading to karst water pollution.But land use and land cover change is also a main factor according to the chemical analysis of karst water quality and land use change. So it is a good way to protect karst water through rational planning and managing of land use and land cover.     

云南宣威4.6万年以来洞穴石笋古气候变化记录

石笋是高分辨地记录古气候环境变化的主要信息载体之一。本文通过对宣威下水龙洞 1号石笋进行α能谱铀系测年及碳、氧同位素分析,获得了距今 46.1ka至 2.75ka高分辨率的古气候演变信息。其年龄与δ18O值的记录在纵向上的变化具有明显的韵律性特征,可与深海岩芯V2 8～ 2 3 8同位素记录所揭示的第 3阶段、2阶段和 1阶段进行对比。反映 46.1ka以来宣威地区的气候波动与全球的气候变化具有明显的一致性。但是,区内是气候变化的敏感区,是东亚季风与印度洋季风交互作用的特殊区域,存在有明显的地区性气候变化特征,在整个末次冰期时段 (4 6.1～8.1ka)气候总体偏温暖,10.2 5ka为新仙女木冷事件的最冷终止点。在全新世大暖期时段的 7.1～ 3.7ka间显示气候温暖湿润,而在 3.7～ 2.75ka间伴随太阳辐射和印度洋西南季风强度的减弱,气候有明显的降温趋势。此外,石笋的碳、氧同位素显示的气候冷暖变化是,主沉积旋回以万年级、千年级和百年级为周期性变化;亚旋回以千年级和百年级为周期性变化。     

桂江典型断面夏季水-气界面CO2交换的碳源与机制

河流系统水-气界面CO₂交换是全球水体碳循环的重要组成部分,但其来源、通量及控制机制一直存在较大争议。针对这一问题,本研究在南方亚热带河流（桂江）选择干流上游非岩溶区大面圩断面（DM）和下游岩溶区普益断面（PY）开展不同地质背景影响下水-气界面CO₂交换的高分辨率监测研究,并结合相应的大气环境参数、水化学参数以及碳同位素（Δ¹⁴C和δ¹³C）数据,分析水-气界面CO₂交换强度和方向的变化、碳来源及其控制机制。结果显示,两个断面CO₂交换强度表现出相似的白天下降夜间上升的昼夜变化模式,且都受到水生光合生物新陈代谢过程的控制。通过河水DIC和POC的Δ¹⁴C和δ¹³C值分析表明,桂江干流岩溶区河段（DM-PY河段）河水中DIC来源受到碳酸盐岩风化端元的影响,但在上游DM断面也受到了大气CO₂的影响,出现了显著的吸收大气CO₂。随着河流进入岩溶区,碳酸盐岩风化作用影响显著增强,为水生植物的生长提供了丰富的碳源,也影响了河流POC的变化,并改变了CO₂交换的方向。因此,桂江干流水气界面CO₂交换的变化受到水体内部水生光合生物新陈代谢过程和外部碳来源的共同控制。总之,由于河流中显著的水生生物代谢过程,桂江干流不仅出现了直接吸收大气CO₂的现象,同时也限制了CO₂脱气,形成了可观的碳汇通量,达到249.95 t/d,约为0.089 Tg C/a。

     

四川黄龙钙华的形成

作者通过现场测试、实验及室内分析,从薄膜(扩散边界层)效应及水化学的变化对黄龙钙华进行了研究,得出黄龙钙华的沉积速率为0.43～4.7mm/a,其中速率较大者出现在流速较快(边界层较薄)的部位,如边石坝上;而速率较小者则出现在流速较慢(边界层较厚)的部位,如钙华池内。     

桂林地区4万年来石笋高分辨率古生态变化记录

在洞穴次生化学沉积物的形成过程中,碳同位素的演化较氧同位素更复杂,一是来源的复杂,二是分馏机制复杂。