喀斯特关键带水—土—气CO2分压垂直转化特征及影响因素

喀斯特关键带是碳循环在岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的主要综合作用区域,各层相互作用形成不同的反应体系,其中,CO₂扮演了十分重要的作用。通过对双河洞洞穴上覆土壤及洞穴水及空气CO₂浓度的监测,采用数理统计分析方法,根据碳酸平衡系统理论对CO₂的垂直向转化特征进行系统分析。结果表明:CO₂的垂直向转化过程受洞穴内外部气温变化、滴水pH及脱气沉积过程的影响,其供给来源、离子饱和状况在雨季和旱季存在明显差异;雨季时,大气降水在土壤中下渗速度较快,构成一个相对稳定的封闭环境,土壤、表层喀斯特带对渗透水CO₂补充作用较弱,渗透水中CO₂分压（即PCO₂）变化范围在0.035～0.126 vol%,洞内水—气CO₂分压（△lg PCO₂> 0）,洞穴水具有溶蚀性,此时表层喀斯特带下部中的CO₂应为洞穴水CO₂的主要来源;旱季时,由于降水量较小,渗透水有充分时间接受土壤与表层喀斯特带CO₂补充,构成开放系统,渗透水变化范围为0.038 vol%～0.095 vol%,更有利于发生先期沉积过程（PCP）,此时洞内空气PCO₂小于洞穴水（△lg PCO₂<0）,促使滴水在洞内再次发生沉积、形成沉积物,此时土壤和表层喀斯特带均为洞穴水CO₂的主要来源。     

洞穴形态量计解析

洞穴形态量计的最基本参数是长度、深度、高度和坡度,借助洞穴专业软件可进行洞穴的投影面积、洞道空间体积、洞道极点投影面积、洞道极点岩体体积等其它基本参数的量计,以及洞穴扩展参数包括洞道的比容积、网密度、面密度和体密度的量计.利用这些形态参数,可以对洞穴进行更科学的统计、形态特征分析、开发利用价值评估.通过选取深峰丛洼地区、中等深度峰丛洼地区和浅峰丛洼地区以及峰林平原区的地下河洞穴进行量计,并对量计结果进行相关分析,发现洞穴的比容积与洞穴的流域面积、石峰的相对高度具有良好的正相关性,而洞穴的网密度、面密度,尤其体密度与洞穴深度有着明显的负相关性.     

公元8世纪以来贵州荔波石笋高分辨率的气候变化记录

通过中国贵州荔波龙泉洞L1及L2两根石笋19件ICPMS230Th测年和459件氧稳定同位素分析,L1时限范围为918-1910aA.D.,L2为724-1888aA.D.;稳定同位素样品的平均分辨率分别为6.6a和3.6a.两根石笋δ18O记录取得了平行一致的结果,石笋记录可分为3个气候期,即:中世纪冷期(公元8世纪-995aA.D.),石笋δ18O总的偏重,交化幅度较小,最轻为-8.84‰,最重为-6.72‰,平均值为-7.76‰;中世纪暖期(995-1340aA.D.),石笋记录为两峰夹一谷,200年级的一个半旋回,δ18O最轻为-9.47‰,最重为-6.58‰,平均值为-7.94‰;小冰期(1340-1880aA.D.),石笋记录为四谷三峰相闻交替,印季风表现出由弱到强的200年级3个半旋回,δ18O最轻为-9.50‰,最重为-6.07‰,平均值与中世纪暖期基本一致,为-7.92‰,但变化幅度要大一些,特别是弱季风期要偏重一些.L1及L2两石笋δ18O记录可以很好地和中国中东部物候记录对比.在总体变化榕局上也可以和格陵兰冰芯记录进行对比.石笋记录也可以与宇宙核素产率及太阳耀斑记录进行)cf比,小冰期中石笋δ18O记录的4个低谷期(弱季风期),正好与宇宙核素产率及太阳耀斑曲线的低谷区相对应,并分别可以和太阳黑子1810年达尔顿极小值、1645-1715年蒙德极小位、1420-1530年的斯波瑞尔极小值、1280-1440年的沃尔夫极小值一一对应.太阳黑子的变化,直接改变地球接受太阳辐射能量的交化,说明低纬度地区短尺度季风气候直接响应于太阳辐射能量的变化.     

全充型复活溶洞-宜兴慕蠡洞洞穴发育特征

慕蠡洞洞穴是继宜兴善卷洞、张公洞、灵谷洞之后开发的又一个旅游洞穴,从该洞的洞穴发育分区、形成原因、岩溶现象以及溶洞堆积物质及其环境变化等特征分析,该洞为堆积物充填后重新活动的一个全充型复活溶洞(指全部被堆积物充填以后重新活动的溶洞),对它的研究不仅丰富和充实了洞穴学的内容,而且为这类溶洞地区寻找岩溶地下水具有重要的实际意义.     

南昆铁路岩溶洞穴预报技术

南昆铁路隧道地质条件复杂,岩溶等地质灾害严重,岩溶洞穴的预报是铁路建设中主要技术难题之一.为此,结合南昆铁路建设,开展了溶洞地貌预测方法和地下洞穴综合物探技术的试验研究,取得突出成果,为铁路的设计和施工提供了科学依据.     

洞穴石笋纹(壳)层层组类型研究

石笋是洞穴碳酸钙沉积的典型滴石类型,也是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息载体,随着高分辨率测年技术和测试方法的提高,它在重建古气候环境方面具有重要的意义.石笋沉积纹层的组合、厚度、粒度和层面构造等,是恢复成笋滴水动态及相关古水文条件的物质基础,其中不少古气候环境信息,具强烈直观感,聚集物证、形象地记录于石笋剖面中,易观测研究.通过大量石笋纵剖面观测和系统的同位素组成、微(痕)量元素、特征性纹层的分析研究,证实石笋沉积纹(壳)层具韵律性组合和沉积旋回性及其古气候环境显示.首次提出石笋具叠锥型、叠柱型、叠锥叠柱复(组)合型纹(壳)层组和连续性、旋回性、间断(歇)性叠复纹(壳)层层组类型的沉积构造,并阐述各自的特征、滴流水动态和气候环境演变特征。     

河南鸡冠洞降水、滴水和现生碳酸钙的δ18O变化特征及其环流意义

通过对河南西部栾川县鸡冠洞2009年10月~2012年10月3个完整水文年的大气降水、洞穴滴水氢氧稳定同位素及洞穴现生碳酸钙 δ18O的连续监测,探讨研究区岩溶记录的夏季风水汽源 δ18O变化特征的气候意义。结果表明：1）栾川地区大气降水 δ18O在研究时段内变化范围为1.2‰~-16.1‰,夏季（7~9月）大气降水 δ18O加权平均值-10.8‰;鸡冠洞中滴水 δ18O变化范围为-7.3‰~-11.9‰,平均值-9.4‰;鸡冠洞中现生碳酸钙 δ18O变化范围为-6.6‰~-10.1‰,平均值-8.7‰;研究区大气降水、洞穴滴水和洞穴现生碳酸钙的 δ18O变化趋势基本一致,表现为夏秋偏轻冬春偏重。2）栾川地区大气降水线为：δD=8.10δ18O+10.51,接近全球大气降水线。3）研究区大气降水中 δ18O的雨量效应不显著,但对环流效应记录敏感,响应2009年10月~2010年10月 El Niño 和 La Niña 的转换过程,El Niño 期间研究区大气降水、滴水和现生碳酸钙的 δ18O显著偏重,且大气降水过量氘（d）明显偏高,而 La Niña 期间的 δ18O和过量氘（d）变化特征则相反。     

甘肃武都万象洞方解石现代沉积控制因素分析

对洞穴次生碳酸盐沉积机理的认识是解释洞穴石笋气候环境指示意义的关键。近两个水文年的洞穴现代过程监测结果显示,万象洞内温湿度全年基本保持恒定; 洞穴滴水的pH值夏季偏低、冬季偏高,呈现出一定的季节变化特征,电导率和HCO3-浓度及主要阴阳离子含量年内变化不显著; 洞内CO2分压夏季偏高,冬季降低接近于当地大气的CO2分压水平。 对不同滴水点的对比研究表明,滴水中Ca2+达到一定浓度是方解石沉积的必要条件。此外,万象洞夏季CO2分压的升高对方解石形成产生明显的抑制作用。万象洞石笋沉积的主要受控于滴水饱和度以及洞穴CO2分压。     

“8.2ka”事件的湖北神农架高分辨率年纹层石笋记录

基于湖北神农架青天洞1支长179mm石笋的8个 230Th年龄、890条纹层和445个氧同位素数据,建立了早全新世8.8~7.9kaB.P.时段平均分辨率为2a的亚洲季风气候记录。结果显示,8.34~8.10kaB.P.期间石笋 δ18O明显正偏,指示了一次持续约240a的弱夏季风事件。该弱夏季风事件与同期格陵兰冰芯记录的中心事件(在8.21kaB.P.,持续70a)及淡水注入模拟结果基本一致,表明\"8.2ka\"事件与淡水注入导致的大西洋经向翻转流减弱或关闭有关。然而,\"8.2ka\"事件发生前约120a,亚洲季风已开始逐渐减弱,与太阳活动明显减弱时间相对应,据此推测太阳活动可能对\"8.2ka\"事件具有一定的触发作用。     

隧道底部隐伏空腔充水对二次衬砌内力影响研究

以某岩溶隧道为工程背景,按弹性阶段相似原则进行模型试验,研究隧道底部隐伏空腔充水情况下的二次衬砌内力特征,以及水压、溶腔和隧道间距的变化对二衬内力的影响规律。试验结果表明:当隧道仰拱底部隐伏空腔充水时,拱肩、边墙和墙脚处轴力为负,拱顶和仰拱底处轴力为正,其中墙脚处负值轴力最大,仰拱底处正值轴力最大;拱肩和仰拱底处弯矩为正,边墙和墙脚处弯矩为负,其中仰拱底处正弯矩最大,墙脚处负弯矩最大。随着溶腔内水压逐渐增大以及充水溶腔与隧道间距离的逐渐减小,特征位置处的轴力和弯矩均有不同程度的增大,对于轴力,拱顶、拱肩和仰拱底处的增量较小,边墙和墙脚处的增量较大;对于弯矩,拱顶、拱肩和边墙处弯矩增量均较小,墙脚和仰拱底处的弯矩增量明显。沿着隧道的轴向,断面越靠近充水溶腔其轴力和弯矩受影响程度就越大。