表层岩溶带的岩溶动力学
桂林岩溶表层带土壤C02体积分数时空变化规律及其意义

2 1 -. 0 0 04 3 08 .2
2 1 —. 5 0 0 5 1
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生态环境学报 2 1 , 15: 3 —3 0 2 2 () 848 9
Ec l g n n io m e t l c e c s o o y a d E v r n n a in e S
ht:ww jecc m t / w. sio p/ e . Emale i r esi o — i dt @jec. m : o c
关键词 :时空变化 ;土壤 C ;表层岩溶带 ;盘龙洞 O2 中图分类号 :S . 26 l 5 文献标志码 :A 文章编号 :17 .96( 0 2)0 —840 6 45 0 2 1 50 3 .6
随着 全 球 环 境 的改 变 导致 极 端气 候 的 出 现 频 率 日益 增加 。全 球环 境变 化 已经成 为 国 内外 学者 研
12 .8 10 .8 O.8 8 0.6 5 04 .8 04 .2 O6 .2
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岩溶动力系统水化学动态变化规律分析

第18卷 第2期中 国 岩 溶V o l.18 N o.2 1999年6月CA R SOLO G I CA S I N I CA Jun.1999岩溶动力系统水化学动态变化规律分析Ξ刘再华 袁道先 何师意(国土资源部岩溶地质研究所,桂林541004)摘 要 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A k iyo sh i2dai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。
关键词 岩溶动力系统 水化学动态 稀释效应 扩散边界层效应 CO2效应0 引 言岩溶动力系统,由于其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[1,2]和碳酸盐岩特殊的溶解 沉积机理[3,4],因而其水化学动态变化规律非常复杂。
本文试图以日本A k iyo sh i2dai高原[5]和桂林岩溶试验场岩溶动力系统[1,2]为例,对这一复杂规律进行剖析,以期引起岩溶研究工作者对这一问题的关注和进一步探索。
1 研究区地球化学背景1.1 日本Ak iyosh i-da i高原岩溶系统[5]A k iyo sh i2dai高原位于日本西南部,为日本最大的岩溶高原,其上由草被覆盖,用作牧场。
发育在该高原的A k iyo sh i2do洞穴总长约5km,流域面积占高原面积一半,约1815km2,其中灰岩面积1615km2。
该区年均降水量1969mm,年均径流量955mm。
1.2 桂林岩溶试验场岩溶动力系统该试验场位于桂林市东南郊约8km的丫吉村附近,处在峰丛洼地与峰林平原的交界地带,总面积约2km2。
ΞIGCP379、国家自然科学基金(编号49632100和49703047)和国土资源部(编号9501104和9806)联合资助项目第一作者简介:刘再华,男,1963年生,德国不来梅大学岩溶动力学专业博士后,1996、1997年毕业于德国不来梅大学和中国地质大学,并分别获得自然科学博士学位和工学博士学位。
岩溶动力学的理论探索与实践

过全球对 比, 出“ 提 岩溶形态组合” 概念 , 将岩溶形 态组合与岩溶形 成环境条件建立对应 关系 , 解决 异质 同相 、 同质
异相这一令岩溶 学者迷惘的问题 。将岩溶学引入全球变化研究 , 一方面把岩溶作用与全球碳循环 紧密的联系在一 起, 通过对 C H O C C , O 一 -a O 系统( 岩溶动力系统 ) 的定位观测 , 现全球最大的碳库一碳酸盐岩体 在全 球碳循环 中 发 仍甚活跃 ; 另一方面 , 岩溶动力系统 ( D ) K S 对环境变化 十分敏感 , 响应及时 , 其相关沉 积物可记 录全球变化。将岩 溶地质过程与生态学联系在一起 , 现代岩溶学理论 的研究推 向应用 , 将 与生产实践结合 。在 岩溶动力 系统运行机 制和运行规律 、 国岩溶动力 系统 的类型划 分和分布规律 、 我 在表生岩溶系统碳循环与大气 c 源汇关系 、 0 利用石笋 记 录重建古气候 、 古环境 变化过程及 中国西南岩溶生态 系统 研究等方 面均获得 了突出成果 , 如首次估算 了我国和 全球因碳酸盐岩溶蚀 回收大气 C 的量 , O 中国为 17 4×1 / , .7 0 ta 而全球 为 60 .8×1 ta证 实了西南岩溶 区典型 0 /; 表层岩溶泉水化学 的季节 、 日变化与暴雨动态 , 表层岩溶 泉水化学取样的频 率需 要重新审定 , 而且 水文水化学 的连
关键词 现代岩溶学 ;地球 系统科学 ; 岩溶动力学理论;全球对比
中 图分 类 号 : 62 2 P 4 、5 文 献 标 识 码 : A 文章 编号 :10 - 2 (0 8 0 .5 .1 063 1 20 )33 51 0
岩溶塌陷的形成条件与动力因素(精)

岩溶塌陷的形成条件与动力因素一、岩溶塌陷的形成条件岩溶塌陷发育的基本条件是:岩溶洞隙的存在,一定厚度的松散盖层和水动力条件易于改变的岩溶地下水。
一()岩溶洞隙是岩溶塌陷产生的基础。
岩溶国际通用术语,译名喀斯特是指水对可溶性岩石在我国以碳酸盐岩为主,局部尚有硫酸盐岩、卤化物岩等,这里主要对前者进行论述)进行以化学溶蚀作用与特征(并包括水的机械侵蚀和崩塌使用以及物质的携出、转移和再沉积)的综合地质作用,以及由此而产生的现象统称。
岩溶作用的结果在可溶岩表面及其内部形成各种岩溶现象,在地表的如洼地、槽谷、漏斗、落水洞、溶沟溶槽、石芽、石柱、溶峰等;在地下的则为各种形态的溶洞、溶隙、管道等。
由于岩溶作用受着地下水水流系统的控制,因而各种岩溶现象也往往组成一定的系统,称为岩溶系统,受各种因素的影响,岩溶的发育有强弱之分,一般可溶岩岩性较纯,连续厚度较大,出露分布较广,断层较发育、岩层较破碎的,岩溶较易发育;可溶岩岩性不纯,含泥质及其它不溶杂质成分较多,连续厚度不大或多类有非可溶性夹层,出露分布较局限,断层不发育、岩层较完整的、岩溶发育较弱。
其分级标志参见下表。
岩溶发育愈强烈,岩溶洞隙数量愈多,其规模也愈大,愈有利于岩溶塌陷的形成。
岩溶洞隙的发育一般受岩溶地下水排浊基准面的控制,多发育于浅部,向深部逐渐减弱。
浅部岩溶洞隙由于地下水活动频繁,交替强烈,一般连通性较好,成为塌陷物质的储集空间和运移通道。
岩溶洞隙的开口程度是影响岩溶塌陷形成的重要因素,岩溶地下水的活动,塌陷物质的运移都是通过洞隙开口处进行的,因此,塌陷坑与开口洞隙存在着密切的垂向对应关系。
实践表明,洞隙规模愈大,塌陷也愈大;洞隙开口愈大,塌陷速度愈快。
洞隙的平面展布形态对塌陷平面形态有着决定性影响,裂隙状洞隙往往形成长条状塌陷坑,沿地下河管道往往产生链状或串珠状分布的塌陷坑群。
(二)一定厚度的松散盖层目前已知塌陷中土层塌陷占9.67%,可见土层是塌陷的主要组成部分。
典型表层岩溶泉水短时间尺度动态变化规律

典型表层岩溶泉水短时间尺度动态变化规律李林立1,2,况明生1,张远瞩1,王建力1,谢世友1,蒋勇军1,刘 玉1(11西南师范大学资源环境科学学院,重庆 400715;21中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶动力学重点实验室,广西桂林 541004)摘要:通过多功能自动化监测记录仪CT DP300,对金佛山表层岩溶泉碧潭泉物理化学性质的昼夜变化过程进行了研究。
短时间尺度监测表明,岩溶动力系统对环境变化比较敏感,响应及时,水的物理化学性质昼夜动态变化在不同气候条件下有不同表现。
在无雨条件下,水温的变化与气温基本一致,电导率峰值区滞后温度数小时,这可能与植被从光合作用向呼吸作用转变导致大气C O 2浓度产生较大的梯度变化有关,而这种梯度十分有利于岩溶作用的进行,但由于植被覆盖和地质构造等因素的差异,滞后时间有较大不同;在暴雨期间,虽有植被和土壤的阻挡和调蓄作用,降雨对碧潭泉岩溶水还是有较强的稀释作用,但开始降雨后数小时左右,表层岩溶带高裂隙率和渗透性开始发挥作用,水动力作用和C O 2效应逐渐占主导地位。
关 键 词:表层岩溶带;岩溶泉;短时间尺度;昼夜动态变化中图分类号:T V138;P6411134 文献标识码:A 文章编号:100126791(2006)022*******收稿日期:2004209228;修订日期:2004212230基金项目:西南师范大学科技基金资助项目(SW NUQ2004005);西南师范大学自然地理博士点开放基金资助项目(250-411111);国家自然科学基金资助项目(90202016,40231008);中国地调局项目“实时监测站建设”(200310400044);重庆市科委资助项目(20027534,20048258),国土资源部岩溶动力学重点实验室资助项目作者简介:李林立(1977-),男,重庆人,西南师范大学讲师,主要从事岩溶资源环境与GIS 应用研究。
E 2mail :lilinli @swnu 1edu 1cn不同时间尺度下地球表层系统碳循环的动力学特征是全球变化研究的中心问题。
岩溶地貌的分析与介绍

2、水解——指矿物与水发生反应而分解
纯水是中性的,但仍具有离解性,即部
分水能够离解成 H 离子和OH 离子,它们能 使一些弱酸强碱或强酸弱酸的盐类矿物在水
隙)——初始洞穴阶段。 水流开始集中并逐渐汇集增大形成管流——初
随着水流流量和流速在溶隙中的差异增大,
始管道阶段。
管道流除溶蚀作用外,还有机械侵蚀和崩
塌作用,使渗透空间进一步发展扩大——系统
洞穴阶段。
(2)普通承压含水层成洞模式 (3)深部热矿水成洞模式
(4)海岸混合水成洞模式
2、溶洞形态:
① 通道:人能通过的管状洞的总称。
(一)落水洞 在岩溶发育地区连接地表水
流和地下河的通道,多呈缝状及井
状,有垂直的、倾斜的、曲折的。
(二)溶洞(karst cave)
溶洞—— 岩溶区地下 水沿着岩层 的层面和裂 隙进行溶蚀 和机械侵蚀 而形成的地 下空洞。
1、溶洞的形成机制
(1)普通非承压含水层(潜水层)成 洞模式。 溶洞的发育需具备二个必要条件: 一是要有溶蚀能力的地下水流;二是岩石
具有水渗透溶蚀的空间(裂隙、节理、层 面和孔隙等)。
节理——岩层的 连续性遭到破坏而形 成裂隙的一种构造。
裂隙两边的岩石,没 有发生显著的相对移 动,这是与断层相区 别的主要标志。
当从空气、土壤和岩石中获得了碳酸与其 他无机酸和有机酸的大气降水通过岩层空间时, 即产生溶蚀作用,并扩大这些空隙(称为溶
石芽有裸露 和埋藏两种类型, 广西西江两岸有 大片石芽地形。
地貌学04 岩溶地貌

经常处于饱水状态,地下水流向近于水平方向,向河谷排泄。此带是 喀斯特强烈发育地带,多为水平型喀斯特,如地下河、水平溶洞等。 在靠近河谷地段,水平带的下部在河底减压区,地下水由下而上
运动,这是一种虹吸管状流动,向着谷底减压区排泄。
4. 深部滞留带(循环带)
位于水平流动带以下,水的流动方向不受河谷限制,而受地质构
岩石的构造、纯度和厚度等有关。
3. 水的溶蚀力
水的溶蚀力随深度增加而降低。
一是深度增加,升华作用减少直至完全消失;二是水和岩石相互 作用而逐渐失去具有溶蚀性的碳酸。 温度越高, CaCO3 在水中的溶解度越小;当温度相同时, CO2 浓度越高, CaCO3在水中的溶解度越大。
4. 水的流动性
地 貌 学
高原地区。
三、地表岩溶形态
地 貌 学
— 岩 溶 地 貌
1—峰林
2—溶蚀洼地
3—喀斯特盆地
4—喀斯特平原
5—孤峰
6—喀斯特漏斗 8—溶洞
7—喀斯特坍塌 a—钟乳石 b—石笋 c—石柱
9—地下河
(一)溶沟(karren)与石芽(clint)
地 貌 学
— 岩 溶 地 貌
地表水流沿石灰岩坡面上流动,溶蚀和侵蚀出许多凹槽,称为溶 沟。溶沟之间的突出部分,称为石芽。 石芽除有裸露的外,还有埋藏的。从山坡上部到下部,由全裸露 石芽过渡为半裸露石芽至埋藏石芽。 石芽 埋藏石芽 半裸露石芽 裸露石芽
溶沟和石芽发育较差。
地 貌 学
— 岩 溶 地 貌
柱 状 喀 斯 特
剑 状 喀 斯 特
地 貌 学
— 岩 溶 地 貌
2007年,在新西兰召开的第31届世界遗产大会上,贵州荔波与云南石
林、重庆武隆捆绑申报的“中国南方喀斯特”世界自然遗产项目,成
表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例

表层岩溶泉域短时间尺度岩溶作用碳汇效应初步研究——以重庆市金佛山水房泉域为例胡毅军;蒋勇军;李林立【摘要】本文以水房泉表层岩溶泉域为例,通过CDTP300多参数自动水质监测仪提供的年际连续的电导率、水温、水位,利用岩洛水化学-径流量方法计算出水房泉连续两年各月的CO2吸收量和年吸收总量.计算结果显示水房泉各月CO2吸收量中6、7、8三个月吸收量较大,1、2、12月吸收量均较小;年最大CO2吸收量出现在7月份,年中最小CO2吸收量出现在1月份.水房泉各月CO2吸收量同水房泉出口月径流量和月降雨量都有很好相关性,雨季吸收量远大于旱季吸收量.泉水HCO3 -含量受到气温、降水、径流量和土壤CO2含量的综合影响,HCO3 -含量的最高值与月CO2吸收量的最大值在时间上存在2个月的滞后现象.相对于较大流域碳汇的估算,以小流域为对象从短时间尺度计算碳汇更加精确,而且对于流域岩溶作用碳汇过程及其控制机理的深入揭示也是非常必要的.%The study mainly focus on the Shuifang epikarst spring basin. By using the multi-parameter instrument CDTP300, interannual continuous data of conductivity, water temperature and water level are got. Annual and monthly CO2 consumption in two years are calculated by means of karst hydrochemistry-discharge method. The result shows that CO2 consumption of Shuifang Spring is relatively high in June, July and August; while it's low in January, February and December. The maximum value of CO2 absorptive quantity appeared in July and the minimum in January. The result also shows that the monthly discharge of the Shuifang Spring and rainfall are intensively correlated with the CO2 consumption, and the CO2 consumption in rainy season is muchlarger than dry season. The bicarbonate concentration of the Shuifang Spring is influenced by air temperature, rainfall, discharge and soil CO2. There are two months time-delay between the biggest monthly CO2 consumption and the highest bicarbonate concentration. Through this study it is found that the estimate of carbon flux in small watersheds by hydrochemistry-discharge method is more accurate than large watersheds and it may give an effective method to the further research on carbon sink for karstification and its control mechanism in epikarst zone.【期刊名称】《中国岩溶》【年(卷),期】2011(030)002【总页数】6页(P169-174)【关键词】表层岩溶泉;CO2吸收量;相关性【作者】胡毅军;蒋勇军;李林立【作者单位】西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,重庆400715;三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715;西南大学地理科学学院,重庆400715;西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所,重庆400715;三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715【正文语种】中文【中图分类】P641.12;X141随着人类对全球变暖问题的不断重视,全球变化学科关于温室气体的研究不断深入,引出了全球碳循环的中心问题:全球CO2的收支不平衡,即遗漏CO2汇(M issing Sink)的存在问题[1-3]。
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袁道先《现代岩溶学和全球变化研究》
强烈的溶蚀作用,使溶孔、溶隙、溶痕、溶沟、石牙、石柱等密集发育,有溶蚀形态典型,裸露环境的表层岩溶带厚度10米左右,土下表层岩溶带厚度可达20米。
地质环境有利的地区,如云南路南、四川兴文、贵州兴义,福建永安等形成壮观奇特的石林景观。
表层岩溶带的持续发育,还为峰丛峰林等宏观热带岩溶地形的形成奠定了基础。
1962,岩溶发育的四个基本条件:可溶岩,可溶岩能透水,有侵蚀性的水,水是不断运动的。
有侵蚀性的水:具有大气圈生物圈的内涵,但并不明确,而且也可以做其他的理解。
这样完成的许多有关岩溶发育规律的研究成果,常以岩性地质构造和水文地质条件如何控制岩溶发育的论述而告终。
现在我们已经知道,与碳/水/钙共存的岩溶作用,如不是紧紧抓住它在岩石圈/大气圈/水圈和生物圈界面上的外部环境,即以地球系统科学为指导,就很难说清楚。
在众多岩溶形态中,常存在异质同相或异相同位的现象,使单纯的形态对比,特别是单项形态对比往往难以进行。
中国大陆地区的岩溶有三种类型,即北方的干旱/半干旱性岩溶,南方的亚热带超市性岩溶及西南高山和高原型岩溶。
秦岭是北方半干旱型岩溶与南方亚热带潮湿型岩溶的分界线。
干旱半干旱型岩溶位于北纬35°以北,年均降水量为200~500mm,年均气温为10~15℃。
尽管该地区的生物作用仍较活跃,但由于水循环(碳循环的重要载体)较慢,因而自然水中的碳酸盐极易饱和。
因此,该地区的岩溶形态组合以常态山、微溶痕、钙结核和灰岩角砾为特征,洞穴及洞穴次生碳酸盐沉积物则较少。
一些具有大型洞穴次生碳酸盐沉积物、贝窝和外源砾石的大型洞穴则是以前潮湿时期的产物,这对于古环境研究很有作用。
中国南方的亚热带潮湿型岩溶属于广泛分布于东南亚地区的相同类型的一部分,这些地区包括越南、马来西亚、太过、菲律宾和印度尼西亚。
该类型岩溶以强烈的碳循环为特征,其形态包括峰林地形、漏斗、深尖溶痕、红色土、大量地表钙华、具有大量洞穴沉积物的大型洞穴系统和地下河系统。
西藏高原的现代岩溶作用以机械风化作用为特征,被陈伟高山或高原型岩溶。
它以大量的灰岩岩屑堆配套的散布于山坡上的灰岩峰、墙和石拱为特征。
但近几年已发现越来越多的记录着西藏该院以前为温暖、潮湿环境的证据,如灰岩裂隙中的红色土、洞穴中的化学沉积物及三趾马化石等。
按地球系统科学观点,生物圈在这个表层系统中具有特殊作用,因为它能够通过以碳循环为主的作用过程捕获、赋予、转化太阳能,驱动表层物质、能量循环,引发各种表层地质作用,包括岩溶作用。
碳酸岩系在诸营力综合作用下,结果是岩溶发育的状况具有地带性和非地带性。
从岩溶发育和分布规律的方面来讨论诸种岩溶现象成因上的相似性和差异性。
由于气候因素(纬度地带性、垂直地带性)基本上决定什么样的外营力作用居于优势,以及溶蚀作用在各项外营力作用居于优势,以及溶蚀作用在各项外营力作用中的地位,因此,地带性的(气候的)规律骑着主导作用,按照气候因素划分为区域。
进一步区划按照大地构造单位,因为它反映地质历史中碳酸岩沉积相的发育状况及碳酸岩系遭受地壳构造变动的特征、岩溶发育历史、碳酸岩体的间隙空间方面具有相似性。
最后一级区划根据岩溶景观类型,因为它是内外营力综合作用结果的反映。
根据上述原则将中国岩溶区域划分为4个岩溶地区,8个岩溶区,14个岩溶亚区。
对碳酸岩、碳酸岩系与岩溶层组类型的研究。
随着碳酸岩岩石学的进展,已经从简单的讨论岩石化学成分、结构特征、岩层组合形式与岩溶发育的关系逐渐深入到研究碳酸岩的组成及其岩溶特征。
选择或拟定适用于岩溶发育的关系。
南方表层岩溶带动力条件主要与气候有关,因为除岩石圈外,大气圈、生物圈、水圈动力的情况都与气候密切相关。