贵州七星洞系统中水文地球化学特征对滴水δ~(13)C_(DIC)的影响及其意义

2003年4月至2004年5月,笔者对贵州七星洞(QXD)进行了较为详细的监测,逐月采集了土壤水和洞穴滴水等样品,分别测定了样品的稳定碳同位素组成和水文地球化学参数。结果显示,9个滴水点同期的溶解无机碳同位素值(δ13CDIC)之间存在着大的差异,最大达6.9‰;δ13CDIC值偏重的Ⅰ组滴水,其Ca、Sr、HCO3、电导率(EC)和方解石饱和指数(SIC)等水文地球化学指标偏小,而Mg/Ca比值偏大,Ⅱ组则相反;不同滴水点的δ13CDIC值分别与相应滴水的Ca、Sr、HCO3、EC、Mg/Ca和SIC等水文地球化学指标之间存在较好的相关关系。进一步分析表明,与土壤水δ13CDIC平均值-9.9‰相比,Ⅰ组1#、2#、6#、7#和8#滴水点δ13CDIC值偏重4.5‰～5.7‰,主要是由大量的基岩溶解以及前期方解石沉积(prior calcite precipitation,PCP)共同作用的结果;Ⅱ组3#、4#、5#和9#滴水点δ13CDIC值偏重0.6‰～1.6‰,受基岩溶解和PCP过程影响较小,尤其是9#滴水点受影响最小。因此,若不考虑基岩溶解和PCP过程影响作用,将会极大地影响洞穴化学沉积物碳同位素记录的准确解释。     

石笋生长直径的测定及其在古气候重建中的应用

石笋是第四纪陆地气候重建的良好信息载体,对了解过去气候和环境的演变十分重要。中国石笋具有生长相对连续,年代准确,信息丰富等特点,为全球季风及其长期演化提供了不可多得的视窗。基于石笋而开发了一系列气候替代指标,如δ18O、δ13C、微量元素及其同位素组成、有机化合物及其同位素组成、生长速率等,在石笋古气候重建中得到广泛的应用。但是,作为石笋形貌学的基本特征,对石笋的生长直径及其对气候变化的指示意义却鲜有报道。本研究中,作者首先提出一种测定石笋生长直径的方法,然后利用该方法测定了湖北清江和尚洞HS4石笋顶部35 cm的石笋生长直径,并与研究区的气温和洪涝频率记录进行比较,探讨石笋生长直径对气候变化的响应。研究表明,通过纹层的识别和不同深度上纹层宽度的测定而建立的指数回归法较好地表征了石笋的生长直径,适合于一些具有明显纹层的石笋直径测定。HS4石笋的实际生长直径比理论计算值偏小,可能与洞穴结构有关;高的落差增加了岩溶滴水的冲力,水滴飞溅而导致有效水量的损失,即滴水的有效体积减少,石笋直径偏小。与温度相比,降水对石笋直径的影响更加显著,因而石笋直径是一个有效降水的替代指标,有望在石笋古气候的研究中得到应用。      

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。      

大型花岗岩基形成和演化的深部动力学过程：滴水构造、钾质火山作用与地表地质过程

以美国内华达山脉复合岩基为例,系统评述了与大型花岗岩基的形成、演化相关的深部地球动力学过程及构造地貌学响应。在大陆岛弧环境下,基性岩浆的底侵作用促使下地壳发生角闪岩脱水部分熔融,在岩基根部形成高密度的石榴辉石岩,岩基根部最终发生重力失稳,形成滴水构造;在地貌上反映为滴水构造对应区域的沉降和相应的张性构造,在岩浆作用上则表现为软流圈地幔上涌和残余富集岩石圈地幔的低程度部分熔融,形成钾质火山岩。这种高度动态的深部动力学过程是维持大型花岗岩基地区较高高程或促使这些区域高程骤然增加的重要因素。     

重力水沉积

重力水沉积（gravitational water deposits）是洞穴中最常见和数量众多的次生化学沉积物。滴水一流水、飞溅水和池塘水是重力水主要运动和转换形式。重力水沉积的主要类型有：①滴石类,由不连续水流——滴水形成。     

新疆东准噶尔滴水泉一带早石炭世火山岩年龄 及地球化学特征

滴水泉一带早石炭世火山岩分布于卡拉麦里蛇绿岩带南侧、准噶尔盆地东缘。岩石类型有玄武岩、玄武安山岩、安山岩、安山质角砾熔岩。岩石系列为碱性系列和拉斑玄武岩系列,LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（336.6±3.7）Ma~（338.3±5.2）Ma,时代为早石炭世。火山岩富集LILE和轻稀土元素（（La/Yb）N=3.3~8.5）,Nb、Ta略显亏损, Isr值在0.70354~0.70411之间,εNd(t)值为+4.9~+6.6,源区可能是受到俯冲板片脱水流体交代的大陆地幔楔。地球化学特征表明,火山岩形成于板内环境,为后碰撞岩浆活动的产物,暗示准噶尔盆地东缘地区后碰撞岩浆活动至少从早石炭世就已经开始。火山岩中捕获的老锆石指示,准噶尔盆地东部可能存在古老基底。     

山东开元洞滴水微量元素季节变化特征及影响因素

选取山东淄博开元洞进行了为期15个月的洞穴滴水采集,开元洞位于中国北部山东半岛沿海的暖温带半湿润季风气候区。洞穴滴水地球化学分析结果表明:(1)洞内滴水点的滴水滴速变化对外界大气降水的变化响应迅速。(2)滴水中的Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+浓度都具有季节变化特征,但其具体表现和影响机制有所不同。(3)开元洞滴水的Sr/Ca、Ba/Ca比值的波动变化与洞外大气降水变化可能存在响应关系,滴水中的Mg/Ca、Sr/Ca和Mg/Sr比值,可能与强降水存在响应关系;但是开元洞滴水中的Mg/Sr比值的变化与洞外气温并没有体现出响应关系。     

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。      

塔里木陆块西北缘滴水铜矿成矿流体特征与成矿作用

塔里木陆块滴水铜矿是库车盆地新生代砂岩型铜矿的典型代表,多位学者曾对其成因进行研究,但均缺乏详细的地球化学证据。本次研究认为该矿床成矿期分为成岩成矿期和改造成矿期,以成岩成矿期为主。本文通过对该矿床两个成矿期流体包裹体显微测温、成分分析及氢、氧、碳、硫同位素的研究,探讨该矿床成矿流体形成演化与成矿作用的关系。结果表明,该矿床成岩期成矿流体成分主要为CH_4、H_2S、H_2O,代表还原性流体,具有中低温(82.4~181.6℃)、中高压(235.42~454.44MPa)的特点;改造期成矿流体成分主要为H_2O、CO_2、CH_4,代表弱氧化性流体,亦具有中低温(146.2~268.1℃)、中高压(267.83~457.64MPa)的特征;成岩成矿期石英的δD=-107.6‰~-78.3‰、δ~(18)O_(H_2O)=-4.50‰~4.06‰,改造成矿期石英的δD=-109.5‰~-84.9‰、δ~(18)O_(H_2O)=-4.26‰~5.14‰,指示该矿床两个成矿期成矿流体主要为大气降水与盆地卤水的混合。该铜矿矿石中辉铜矿δ~(34)S=-31.6‰~-21.3‰,表明硫主要源自硫酸盐细菌与有机质还原。成矿流体在新近系康村组矿源层中经水岩作用,演化形成含矿热卤水。该矿床碳同位素特征(δ~(13)C值-25.3‰~-22.4‰)、包裹体成分分析表明含矿热卤水中CH_4等有机质应为油田卤水成分。油田卤水中有机质成分在成岩期、改造期均参与了该矿床成矿作用,在滴水铜矿成矿过程中起重要的还原作用。本次研究表明,有机质与滴水铜矿成矿作用关系密切,该矿床是油田卤水参与成矿作用的沉积-改造型矿床。     

短时间高强度旅游活动下洞穴CO2的变化特征及对滴水水文地球化学的响应

洞穴高强度旅游活动产生的CO₂对洞穴滴水水文地球化学及洞穴沉积物沉积具有重要影响。本文于2017年9月30日-10月9日对贵州绥阳大风洞洞穴CO₂、温度、相对湿度、游客数量及洞穴滴水水化学指标等进行连续监测,运用系统分析方法对各要素进行综合分析。结果发现：① 受游客数量和洞穴通风效应等因素影响,洞穴空气CO₂分压（PCO_2（A））在时间序列上呈现明显的昼夜变化和日际变化,表现为白昼高、夜间低,游客多的天数高,游客少的天数低。在空间变化上,由于通风程度和洞腔体积不同,不同监测点PCO_2（A）存在明显差异,由洞内深处至洞口分别为3#（神泉玉露）>1#（时光隧道）>2#（夜明珠）;② 通过比较PCO_2（A）和滴水水温,前者对CO₂溶解度影响比后者更为显著,表明PCO_2（A）是洞穴沉积过程中最重要的驱动因素之一;③ 洞穴滴水水温、滴水PCO₂分压（PCO_2（W））与PCO_2（A）变化趋势大体一致,也呈现出明显的昼夜变化和日际变化。pH、SIc和HCO₃^-变化趋势大体上与PCO_2（A）相反,EC和Ca²⁺则无明显的昼夜变化,但存在一定的日际变化。随着旅游活动强度的增加,滴水水化学变化幅度逐渐增大。此外,不同滴水点所在洞腔结构、大小、封闭程度等不同,使PCO_2（A）的扩散和通风程度存在差异,进而影响洞穴滴水水化学组分和洞穴沉积物沉积状况。因此,本研究对于洞穴环境保护和管理及其岩溶洞穴碳循环的研究具有重要意义。