不同岩溶动力系统的碳稳定同位素和地球化学特征及其意义：以我国…

结合水化学的野外观测及室内计算，作者对桂林岩溶试验场，四川黄龙风景区和贵州乌江渡坝区３个岩溶动力系统的碳稳定同位素特征进行了分析，进而对系统的性质，系统中ＣＯ２的来源，碳酸盐沉积过程中的碳同位素动力分馏，水化学和钙华的成因及热水钙华的＾１４Ｃ测年等地球化学问题作了探讨。酹明，桂林岩溶试验场属于表层岩作用动力系统，其中的侵蚀动力主要来源于大气降水溶解土壤中的ＣＯ２；四川黄龙风景区属于深部岩溶动力系统     

贵州乌江渡水电站帷幕灌浆廊道中的钙华及其成因

基于水化学和钙华、水碳稳定同位素特征的分析,作者发现贵州乌江渡水电站帷幕灌浆廊道中的钙华可分为两大类:一类与人类活动有关,即是帷幕或混凝土中的Ｃａ（ＯＨ）＿２溶解、迁移并吸收空气中的ＣＯ＿２产生碳酸钙沉积的结果;另一类属于天然条件下岩溶作用的产物,即由于地下水中的ＣＯ＿２,逸出发生碳酸钙沉积的结果。      

岩溶动力系统水化学动态变化规律分析

岩溶动力系统,由于其水化学形成过程的三相不平衡控制,特别是气相CO2 的积极参与和碳酸盐岩特殊的溶解/沉积机理,因而其水化学动态变化规律非常复杂。本文通过对日本Akiy oshi-dai高原和桂林岩溶试验场的分析,发现岩溶动力系统水化学动态变化规律主要受稀释效应、水动力效应(扩散边界层效应)和CO2 效应控制。      

表层岩溶生态系统碳循环特征研究

本文以广西桂林丫吉试验场的实际观测资料为基础,应用同位素示踪方法,探索了整个系统中碳的输入、输出和转移问题,并分析了表层岩溶生态系统中泉水水化学、土壤 CO²浓度及近地表植被层空气中CO²浓度的变化特征。结果显示,泉水水化学主要组分的日变化不明显,而土壤中CO²浓度则明显受日气候变化的影响,两者存在明显的滞后关系。用碳同位素示踪方法,重点对桂林观测站表层生态系统各碳库间碳的转移过程进行了定量研究,认为在有土壤层和植被覆盖的表层岩溶生态系统中,参与岩溶作用的碳有一半以上来源于与生物作用有关的碳。     

岩溶泉补给地表溪流二氧化碳脱气作用研究

碳酸盐岩风化作用(即岩溶作用)能够吸收大气二氧化碳(CO_2),形成溶解无机碳(DIC,dissolved inorganic carbon),被认为是一种重要的陆地碳汇,其在全球碳收支平衡和未来陆地增汇中可能会有重要贡献。然而,目前对岩溶碳汇的稳定性还存在争议,一些学者认为岩溶地下水出露地表后会发生CO_2脱气,对岩溶碳汇通量估算带来不确定性。本文以广西桂林长流水表层岩溶泉补给的溪流(约2.7km长)为例,利用水化学和同位素质谱仪测试技术,研究了溪水水化学指标和溶解无机碳同位素(δ~(13)C_(DIC))沿流程变化,探讨了溪流CO_2脱气过程、通量及其影响因素,以更好地了解岩溶碳汇的稳定性。结果表明:从泉口向下游,在陡坡地段(C1～C14段,长约270m,坡度约10°),溪水pH值、方解石饱和指数和δ~(13)C_(DIC)沿流程分别升高了0.9、0.9和1.8‰,而CO_2分压、电导率、Ca~(2+)浓度和DIC浓度分别下降了85%、34μS/cm、0.2mmol/L和0.7mmol/L,说明溪水发生了显著的CO_2脱气,并伴随碳酸钙沉淀。而在平缓地段(C18～C26段,长约2.1km,坡度1°),溪水各水化学指标和δ~(13)C_(DIC)变化较小,指示CO_2脱气作用较弱。这些发现表明溪流CO_2脱气受到了地形决定的水动力条件控制。另外,在下游渠段,受支流汇入影响,溪水pH值和方解石饱和指数有所降低,在一定程度上抑制了CO_2脱气。溪流CO_2脱气能够抵消部分岩溶作用固定的大气CO_2量,但是在长流水这一高地势、低流量且有碳酸钙沉积的环境下,其抵消的量也仅占29%。对于在低缓地区受流量很大的岩溶泉/地下河补给的河流,其CO_2脱气作用对岩溶碳汇的影响有限,加之受可能增强的水生光合生物固碳效应影响,岩溶碳汇应具有很高的稳定性。     

四川九寨沟景区钙华起源初探

九寨沟风景区以绝美的景色闻名于世。钙华作为其独特景观的重要构成要素,有着重要的观赏价值和研究价值。为了弄清九寨沟钙华的起源,特别是CO2的来源,对九寨沟主要水体的水化学和碳氢氧同位素以及现代钙华的碳同位素进行了取样分析。结果发现:(1)九寨沟水体来源于大气降水的补给;(2)水体中碳酸氢根离子和钙离子浓度较低,主要来源于土壤CO2对碳酸盐岩的溶解;(3)根据碳的来源分类,九寨沟钙华应为大气成因类钙华(或表生钙华);(4)九寨沟珍珠滩钙华与碳酸氢根间较大的碳同位素分馏表明,此处生长的藻类对钙华的形成可能有重要作用。      

桂林峰丛洼地岩溶动力系统CO2特征及变化规律

桂林岩溶水文地质试验场属于典型的峰丛洼地地区.峰丛洼地表层岩溶动力系统与土壤CO2密切相关,土壤CO2体积分数以及表层岩溶带土壤CO2溶蚀量的变化受气温和降雨影响.对不同部位不同深度的土壤CO2体积分数进行了野外监测,并利用多参数自动记录仪监测了泉水的水化学,揭示了CO2体积分数的变化规律.其变化特征表现为:①土壤CO2体积分数的季节变化在泉水水化学上和土壤CO2溶蚀量上均能反映出来;②土壤CO2体积分数的变化具有季节性;③50 cm处的CO2体积分数较20 cm处大;④土壤层对泉水水化学起到重要调蓄作用.     

四川黄龙钙华藻类及其生物岩溶作用

从探索黄龙钙华的生物成因角度出发,对黄龙钙华藻类进行了采集、鉴定和分析,并对钙华藻类的生物岩溶作用做了初步探讨。研究得出黄龙钙华藻类分属于4门19属86种,优势种属为Tolypothrix属、Gloeocapsa属和Cymbella属。黄龙景区不同环境区域的优势藻类有所不同,藻类参与的碳酸盐沉积在不同岩溶景观中所起作用也有所差异。其中蓝藻参与的碳酸盐沉积主要表现于黄龙钙华坝景观的形成过程中,由硅藻参与碳酸盐沉积主要表现于斜坡滩华景观的形成过程中。藻类既能在钙华形成过程中发挥作用,藻类的生长也能侵蚀破坏钙华景观,在长期缺乏岩溶水补给的条件下,藻类对钙华景观的破坏性尤为突出。      

四川黄龙沟景区钙华的起源和形成机理研究

对四川黄龙沟钙华景区的水化学测试发现，形成黄龙沟钙华的泉水具有很高的Ca^2 和HC03^-离子浓度，相应地，泉水的C02分压显著高于大气和土壤生物成因所能产生的C02分压。结合泉水出露的地质条件和泉口C02气体碳稳定同位素组成(δ^13C＝—6．8‰)的分析，进一步发现，高C02分压与深部成因的C02有关。可见，黄龙沟钙华属于热成因类钙华，而非原来普遍认为的“是气候岩溶作用的产物”。此外，黄龙沟钙华的大量出现与水中方解石的迅速沉积、Ca^2 和HC03^-浓度的大量降低有关。随着地下水自泉口出露，由于水的C02分压远高于大气，水中C02大量释放于大气，结果水的pH值迅速升高，方解石饱和指数由泉口的负值很快转变为高的正值，为方解石的沉积奠定了必要的物理化学基础。放置于水中的大理岩石片观测表明，流速较快的边石坝处的方解石沉积速率是其附近水池内的2—5倍，这清楚地显示了水动力条件对沉积速率的控制。进一步根据DBL理论模型分析发现，水动力条件对方解石沉积速率的控制在于其对固液界面间扩散边界层(DBL)厚度的影响，流速愈快，DBL厚度愈薄。且DBL厚度最终制约着沉积表面的化学组成浓度，即厚度愈小，表面H^ 浓度愈低(或pH愈高)、方解石饱和指数愈高，进而方解石沉积愈快。     

基于水化学和同位素特征的四川黄龙沟泉群分类研究

本文采用水化学和同位素方法对四川黄龙沟沿途出露的7个泉点进行了分析.结果表明,泉水水化学和同位素的时空变化反映了CO2逸出、钙华沉积和蒸发效应等诸多因素的共同影响,是由这些泉水处在四个水循环转化段决定的.根据水化学和同位素特征可将这些泉水划分为三种不同的类型:深部泉、表生泉和转化泉.这些认识将为四川黄龙沟景观水资源的管...     

湖南洛塔表层岩溶带水文地质地球化学特征分析

湖南洛塔为西南具有一定代表性的溶丘洼地型岩溶区,本文利用近两年来洛塔水环境监测资料,进行洛塔表层岩溶带的水化学和水温场特征的研究,认为该表层岩溶带的水化学和水温场的特征与气候、生态环境和岩溶含水介质等多种因素明显相关。不同影响因素对表层岩溶水水化学组分的作用有所不同,表层岩溶带岩溶水受气候影响较大,大气降水的降雨强度,直接影响到地下水化学组分含量的大小,总硬度和HCO-3 含量与降雨量呈明显的负相关关系,植被、土壤的覆盖程度与水化学组分含量高低呈正相关性。      

四川汉源永定桥水库坝区岩溶渗漏的水文地球化学特征研究

在坝区水文地质调查及岩溶发育研究的基础上,对区域中地表水、地下水的宏量组份、稀土元素含量、碳酸盐的碳、氧同位素组成的调查结果表明:雨季前后地下水水化学的变化表明存在断裂带或岩溶通道深部埋藏水向地表排泄的特征;稀土元素含量的变化证实了坝址上游和下游均具有河水补给泉水现象的存在;碳、氧同位素组成的测定为进一步划分出相关的地下水系统提供了依据。本研究结果为坝区岩溶渗漏的工程处理方案提供理论依据。     

松潘黄龙水循环及钙华景观成因研究

通过对松潘黄龙风景名胜区主景区黄龙寺沟运用水均衡原理和水化学系统分析，并结合天然同位表示综技术，初步查明了黄龙水循环规律，确立黄龙钙华的源泉为转花泉，其源泉来源于大气降水，并经深循环补给。进而阐明了钙华的形成与演化，建立了黄龙水循环模式，用于保护和合理开发松潘黄龙自然景观资料，使之可持续利用。     

重庆地区岩溶地下河水溶解无机碳及其稳定同位素特征

稳定碳同位素是指示岩溶动力系统碳来源及转化的重要指标。为揭示重庆地区岩溶地下水中溶解无机碳基本特征和碳来源,本文对该地区63条岩溶地下河水样进行了水化学和碳同位素分析。研究结果表明,重庆地区地下河水溶解无机碳主要表现形式为HCO3-,雨季由于稀释作用其浓度低于旱季。重庆岩溶地下河水δ13C-DIC（V-PDB）旱季变化范围为-15.34 ‰～-5.89 ‰,雨季变化范围为-17.40 ‰～-4.23 ‰。根据δ13C同位素质量平衡方法,计算得到重庆地下河旱季碳酸盐岩溶蚀对DIC贡献为45.1 % ～79.7 %,雨季平均为34.6 %～82.1 % 。计算结果表明,在人类活动不断增强的情况下,岩溶水体DIC通量中碳酸盐岩溶解来源的DIC和其参与岩溶地下水δ13C值的形成并不一定是岩溶作用理论方程中所计算的50 %,而是有一定的变化范围。因此在计算岩溶作用碳汇时,建议通过δ13C值扣除碳酸盐岩溶蚀形成DIC的通量后再来推算岩溶作用形成的碳汇量。      

表层岩溶带的岩溶动力学特征及其环境和资源意义

表层岩溶带处于四大圈层的交汇带,碳－ 水－ 钙循环活跃,溶蚀和沉积化学反应都比较迅速,岩溶动力作用强烈而且对环境变化具有敏感性。表层岩溶带快速的岩溶过程以及对环境变化的敏感性,赋存大量短时间尺度的环境变化信息,可提高地质过程在全球环境变化研究的地位; 表层岩溶带碳－ 水－ 钙循环的活跃和与环境岩溶动力条件的相关性,使得表层岩溶带对环境 Ｃ Ｏ２ 的变化具有调节作用,从而对碳循环的研究具有重要意义;表层岩溶带的发育使南方岩溶区具有浅层岩溶水循环与地下管道水循环耦合的二次岩溶水循环的结构特征,加强了岩溶水的调     

迎接地球科学的春天

通过水化学、碳稳定同位素和碳酸盐沉积物沉积速率的对比分析 ,发现在贵州乌江渡坝址灌浆廊道中存在两种不同类型的碳酸盐沉积物 ,即 :放CO2 型和吸CO2 型。前者如通常岩溶洞穴中所见 ,是天然条件下岩溶作用的产物 ;而后者则很特殊 ,它是灌浆帷幕和混凝土发生碳酸盐化的结果。由于碳酸盐化时自大气迅速吸入CO2 ,使得廊道中CO2 浓度降低 ,并每年可产生高达 10cm的碳酸盐沉积物。考虑到世界范围内水泥的大量使用 ,水泥或混凝土碳酸盐化的环境意义 ,即在全球碳循环的研究中对大气CO2 沉降的贡献是不容忽视的。据初步估算 ,该碳贡献量每年约 1亿t左右。     

表层带岩溶作用:以土壤为媒介的地球表层生态系统过程— — 以桂林峰丛洼地岩溶系统为例

作者基于在桂林丫吉村岩溶试验场的长期、系统观测及有关实验研究进展,从影响岩溶作用的土壤化学因素、土壤CO2 及土壤有机碳行为等方面论证了土壤对于表层带岩溶作用的媒介及驱动意义,提出岩溶地球化学过程涉及到土壤中Ca2+ 的移出及交换释放,土壤CO2对系统空气CO2 浓度及HCO3- 排释的控制,并指出土壤有机碳是岩溶作用碳转移的重要媒介。作者认为表层带岩溶系统的发育演进为石质岩溶→生物岩溶→土壤岩溶→生态系统岩溶,因而表层带岩溶作用是以土壤为媒介的表层生态系统过程。      

黄龙CO_2成因质疑

在“不同岩溶动力系统的碳稳定同位素和地球化学特征及其意义”一文中,笔者提出黄龙系统的CO_2可能是深部岩浆起源及灰岩遇高温分解产生的CO_2的混合物,初步计算结果,来自岩浆的CO_2占77％。据现有文献资料,这是首次提出的黄龙CO_2来自地球内部属深源CO_2的看法,它不仅对黄龙钙华的成因开创了一种全新的认识,而且也为岩溶作用与碳循环的关系提供了新的信息。但是,在分析了该文所列资料后又产生了一些疑问。 (1)黄龙沟从上游到下游8个水点的δ~(13)C值有两个特点,一是分布区间窄,集中在2.0‰～3.7‰之间,另一是数值大,全部大于0。表明碳同位素非常重。这一测试结果,显然与目前公认的幔源CO_2的δ~(13)C值不在一个级别上。幔源碳的δ~(13)C值主要是通过金刚石、岩浆碳酸岩及幔源岩石的气液包裹体的研究获得的,目前公认的幔源碳的δ~(13)C值变化在-4.7‰～-8.0‰之间,平均值约为-5‰,云南腾冲热水中的碳同位素,在总计48个δ~(13)C数据中,-2.4‰～-8.0‰之间的有32个,占数据总数的66％,平均值为     

西北干旱区深层岩溶地下水系统的水化学-同位素研究--以宁南“南北古脊梁”岩溶水系统为例

运用构造控水分析、水化学同位素等方法，对宁南“南北古脊梁”岩溶裂隙水系统进行了深入的分析与讨论。本区储水空间以岩溶裂隙为主，岩溶水的空间分布明显受南北向大型断裂构造控制。岩溶地下水以大气降水起源为主，并表现为多元水混合。水质分布呈南优北劣的分带特征，北部水-岩相互作用形式为溶滤-蒸发浓缩型，呈高矿化咸水；南部为溶滤-混合型，呈低矿化淡水。根据水动力场和水化学场特征，划分了3个相对独立的岩溶水子系统。     

桂西大型岩溶地下河系统离子来源及碳稳定同位素信息——以坡心地下河流域为例

为探讨坡心地下河系统内地表和地下水体的水化学离子特征、来源及其控制因素,无机碳来源及其稳定性。运用水化学计量法和同位素法对采自坡心地下河流域的38个采样点的水化学和碳稳定同位素样品数据进行分析。结果表明,地下河干流沿程受到局部岩性和支流稀释作用的影响明显,各水化学离子均有所变化。化学离子比例分析发现:大气降水对部分泉水的Cl~-和Na~+影响较大;碳酸盐岩溶解类型主要以灰岩溶解为主,地表水和地下河天窗的Mg~(2+)/Ca~(2+)摩尔比值与HCO_3~-呈负相关,说明在宏观上灰岩溶解程度越强烈,HCO_3~-值就越高,并且H_2SO_4和HNO_3积极参与流域内碳酸盐岩风化。硅酸盐岩的风化对地表和地下水体的Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、K~+有一定的贡献。此外,人为采矿活动和农业活动对SO_4~(2-)和NO_3~-的产生有较大的影响。质量平衡正推模型结果显示:受到区域岩性和水文条件的影响,地表和地下河天窗水体主要受碳酸盐岩溶解影响,硅酸盐岩溶解和大气输入也有一定的贡献,三大来源的相对比例在空间上变化较大。水体内的可溶性无机碳(DIC)主要来源于碳酸盐岩的溶解和土壤内CO_2的贡献。地表水和地下水的DIC浓度和δ~(13)C_(DIC)值差别较大,DIC值与δ~(13)C_(DIC)呈反相关关系,这说明来自土壤CO_2贡献的DIC越多,其对碳酸盐岩矿物的溶解能力越强。根据本研究区的数据与前人在西江干流的上、中、下游进行对比,结果表明碳酸盐岩风化产生的DIC可以被西江干流的水生植物利用,从而形成稳定的碳汇。