桂林洞穴滴水与现代碳酸钙δ18O记录的环境意义--以桂林七星岩NO.15支洞为例     

张美良  朱晓燕  吴夏  张碧云  潘谋成 《沉积学报》2015,33(4):697-705

现代洞穴动态监测的一个先决条件就是为洞穴碳酸盐(CaCO₃)沉积物-石笋的各种替代指标的解译提供可靠的依据,充分利用现代碳酸盐(CaCO₃)沉积物的各种替代指标,并与现代器测气象资料进行相互对比、并用以校正,是精确或定量解释石笋气候替代指标的关键.
经对桂林七星岩15号支洞的5个滴水点进行了长达四个水文年(2008~2011年)的大气降水、洞穴滴水、现代碳酸盐沉积物的动态监测和研究,并探讨了洞穴滴水和现代碳酸盐(CaCO₃)的δ18O与降水δ18O的相关关系.研究表明,洞穴滴水和现代碳酸盐(CaCO₃)的年平均δ18O值非常接近降水的δ18O平均值,并具有与地表降水δ18O相同的变化趋势,反映了洞穴滴水和现代碳酸盐(CaCO₃)的δ18O主要来自大气降水的δ18O,即明显受控于降水的δ18O.在4个水文年中,现代洞穴次生化学碳酸盐(CaCO₃)沉积物的δ18O值与滴水的δ18O值记录的年内(或年际)变化或多年的变化趋势基本相同,表现出明显的四高峰(δ18O低值区)四低谷(δ18O高值区)的波动变化特征,具有明显的年际、季节性变化规律,显示具有雨热同季的特点.研究结果表明洞穴滴水和洞穴现代碳酸盐(CaCO₃)沉积物的δ18O可以记录当地或洞穴上方的气候变化信号,即现代碳酸盐(CaCO₃)沉积物的δ18O主要作为夏季风强度或降雨量的替代指标.  相似文献   

岩溶洞穴系统SO₄2-、NO₃-来源及其对水岩作用的影响          下载免费PDF全文

石亮星  周忠发  张恒  安丹  丁圣君  黄静  董慧 《地球科学》2022,47(2):607-621

为揭示洞穴系统中SO₄2-和NO₃-离子来源及其对洞穴碳酸盐溶解的影响,通过对麻黄洞6个水点自2018年8月至2019年7月进行为期一个完整水文年的系统监测,对于监测结果进行综合分析.结果表明:（1）麻黄洞洞穴水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg以及HCO₃·SO₄-Ca·Mg型;（2）通过实地调查与元素比值法综合分析可知,麻黄洞NO₃-与SO₄2-各水点来源存在一定差异,其中麻黄洞NO₃-主要源于农业活动和大气N沉降,而SO₄2-主要以农业活动、石膏溶解为主要来源,SO₄2-和NO₃-均参与了岩溶作用,加速了基岩的溶蚀,这一过程主要受离子浓度、径流大小以及补给模式影响;（3）基于水化学计量法和稳定同位素技术估算可知,SO₄2-和NO₃-洞穴水DIC的贡献为0.05~0.61,释放DIC的同时改变了水中离子浓度,对于岩溶作用形成扰动,总体呈现出旱季>雨季、滴水>裂隙水的特征.同样,由于岩溶区的复杂和不可知,在对其进行系统研究时应当注重多种方法的结合与比较,提高研究精度与可信度.   相似文献   

地下河水人工补给洞穴滴水、碳酸盐(钙)沉积特征及景观恢复探讨   总被引：3，自引：3，他引：0  

张美良  朱晓燕  吴夏  张碧云  潘谋成 《中国岩溶》2015,34(1):17-26

岩溶旅游洞穴碳酸盐岩沉积物景观容易受到污染、风化,为了探讨受污损洞穴碳酸盐沉积物的修复方法以确保岩溶旅游洞穴的可持续发展,对广西桂林七星岩No.15支洞距洞口约150 m长洞段的滴水物化指标、现代碳酸盐岩沉积物进行了为期4年的监测分析。结果表明:（1）该洞段的滴水主要源于抽取地下河水的水柜渗漏及降水补给,地下河水和滴水的电导率、[Ca2＋] 、[HCO3-]在4个水文年中的变化趋势基本相同,雨季洞穴滴水电导率、[Ca2＋] 、[HCO3-]等显著降低,降雨稀释效应明显;（2）现代洞穴碳酸盐岩沉积具有明显的季节性变化,雨季洞穴滴水量/速率、碳酸钙沉积速率加快,最大沉积量达0.8 g／半月,洞穴入口约150 m长洞段快速滴水碳酸盐最大沉积量达2～4 g／半月,旱季碳酸盐沉积速率减少,最大沉积量仅为0.4 g／半月;（3）抽取岩溶地下水经由地表补给洞穴滴水可提高滴水的电导率、[Ca2＋] 、[HCO3-]及CaCO3饱和度,促使大量碳酸盐(CaCO3)快速沉积,实现对洞穴受风化、污染景观的修复,新沉积的碳酸钙(CaCO3)还可以将基岩裂隙和洞穴内破损、破裂的钟乳石重新“粘结”起来,利于洞穴的稳定性。   相似文献   

石笋矿物类型、成因及其对气候和环境的指示   总被引：5，自引：2，他引：3  

张海伟  蔡演军  谭亮成 《中国岩溶》2010,29(3):222-228

洞穴石笋的矿物组成分为方解石、文石和文石-方解石三种类型。本文总结了国内外已有的研究成果,并结合野外观测现象和数据,讨论了影响石笋矿物形成和转变的因素,分析了利用石笋矿物类型特征研究古气候和古环境变化的可行性。洞内滴水饱和度和滴水中Mg/Ca比值是影响石笋矿物类型的主要因素:当滴水Mg/Ca 比值较低（Mg/Ca＜1或<<1）时,滴水饱和度较低易形成方解石,而文石沉积则需要更高的滴水饱和度;当滴水Mg/Ca 比值较高（Mg/Ca≥1）时,方解石相对文石沉积需要更高的滴水饱和度。洞穴围岩镁含量高且滴水多而稳定的洞内环境是我国南方大量文石笋发育的主要原因。长期处于滴水淋滤环境的文石笋容易向方解石转变,但若滴水中Mg2+浓度较大,此转变过程会受到抑制。在围岩镁含量较低的洞穴中,干旱时期渗流水滞留时间长、滴水速率变慢,会造成滴水中Mg/Ca比值升高并引起文石沉积。因此,石笋矿物类型及矿物相转变可指示气候和环境的变化。   相似文献   

重庆丰都雪玉洞群洞穴现代监测与古环境研究回顾和展望     

曹敏  蒋勇军  贺秋芳  殷建军  杨琰  李廷勇 《中国岩溶》2022,41(3):414-428

重庆丰都雪玉洞群包括羊子洞、雪玉洞和水鸣洞,西南大学的研究团队从2008年开始对雪玉洞群开展了系统的现代过程监测,以了解洞穴系统气候和环境信息的传输、转化和记录过程。通过对雪玉洞洞穴内外的大气、植被、土壤、基岩、滴水和洞穴沉积物等的动态监测,研究了碳酸盐沉积过程的水化学指标变化,揭示了现代洞穴滴水的影响因素和变化过程,以及碳酸盐沉积物对现代气候环境变化的响应,也为古气候的定量化研究提供了基础支撑。现代过程监测记录表明:雪玉洞CO₂主要来源于上覆土壤,其季节变化受降水的影响较大;在短时间尺度上受到游客旅游活动的影响明显,但幅度远远小于自然过程引起的变化。雪玉洞内次生沉积物的沉积速率具有明显的旱季、雨季特征,不同滴水点下方沉积物的沉积速率变化较大。雪玉洞群三个洞穴的石笋古环境记录研究表明,本区石笋的230Th/232Th比值较适合高精度铀系测年;部分石笋沉积速率较快,平均沉积速率达到0.25 mm·a?1,可以开展高分辨率的气候和环境变化研究。羊子洞YZ1石笋的年龄范围在116~3 ka B.P.之间（平均测年精度2σ,269年）,覆盖了整个末次冰期,δ18O和δ13C的变化曲线和东亚季风区的其他记录具有明显的一致性。同位素测试的时间分辨率平均为88年,成功记录了一些百年－千年尺度的气候突变事件,如Heinrich事件、7.2 ka事件、小冰期等。在精确年代学的基础上,雪玉洞群石笋具有重建高分辨率气候环境变化的潜力。   相似文献   

甘肃武都万象洞方解石现代沉积控制因素分析   总被引：1，自引：0，他引：1  

桑文翠  张德忠  王晓锋  白益军  张平中  吴秀平 《第四纪研究》2013,33(5)

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.  相似文献   

洞穴滴(流)水的双重(滴－侵蚀、沉积)作用——以桂林盘龙洞为例   总被引：8，自引：4，他引：4  

张美良  朱晓燕  林玉石  田明中  王华 《中国岩溶》2007,26(4):326-332

洞穴滴水主要来源于大气降水的入渗,是岩溶洞穴内的低能量的渗流水,它受控于水- 土- 岩的相互作用。本文通过对桂林盘龙洞滴水一个水文年的动态监测表明,洞穴滴水对大气降水的响应较快,其所记录的滴水特性直接反映大气降水的物理、化学特征,并系统地记录了滴水溶- 侵蚀和沉积过程,以及与生态环境和石漠化的演化历史。常年性滴水的动态监测,揭示在夏半年( 5- 10月)是新碳酸盐的主要沉积时段,表现出新碳酸盐的沉积具有与雨热同季的特点。暴雨或季节性滴水基本保持了雨水的物理化学特性,滴水量大,滴速快,因而具有较强的溶- 侵蚀作用,导致盘龙洞石笋Pa、Pb、Pc 形成后被溶- 侵蚀的体积分别达339872 cm3、13 680 cm3 和33 792 cm3; 在冬半年,常年性滴水由于滴速和滴量较小,其溶- 侵蚀性较弱;而在夏半年,由于滴水的饱和度高,沉积量大,往往将在冬半年形成细微的滴溶蚀凹坑或孔穴填平补齐。   相似文献   

安徽蓬莱仙洞不同滴水点差异PCP作用及其古气候记录研究意义     

李吉龙  段武辉  吴江滢 《第四纪研究》2014,(4)

正石笋由于分布广泛、定年准确,并且具有丰富的气候和环境代用指标(如氧碳稳定同位素~([1,2])、微层厚度~([3])、微量元素~([4~6])等),因而受到古气候学家广泛关注。其中,微量元素和稳定碳同位素常被用来间接地反映局地干湿变化。当降水减少时,洞穴滴水在洞顶储存时间较长,使岩溶水在补给石笋之前已经发生了方解石沉积作用。由于Mg,Sr和Ba在方解石和溶液中的分配系数远小于1~([7,8]),从而使Ca优先于Mg,Sr和Ba沉积出来,使得溶液(渗流水及其所形成的滴水)和现代次生碳酸盐沉积物中的Mg,Sr和Ba富集,进而导致Mg/Ca,Sr/Ca和Ba/Ca比值增大~([4,5,9]),这种现象被称为方解石前期沉积作用(Prior Calcite Precipitation,简称PCP)。此外,当降水减少,洞穴滴水滴率变慢(即PCP作用增强)时,CO_2脱气时间增长也会导致石笋碳同位素偏  相似文献   

应用210pb技术计算年轻石笋沉积速率及判断石笋沉积环境     

殷建军  覃嘉铭  林玉石  王华  唐伟 《第四纪研究》2011,31(5):883-890

通过对桂林周边3个洞穴的3个石笋进行210Pb测试,分别计算出3个石笋的沉积速率:盘龙洞石笋PL-4的平均沉积速率为0.042mm/a,茅茅头大岩石笋DY-2的平均沉积速率为0.731 mm/a,住岩石笋ZY-5的平均沉积速率为0.029mm/a;另外,通过滴水实验验证了石笋正在沉积,且茅茅头大岩沉积速率较大,盘龙洞和...  相似文献   

豫西鸡冠洞洞穴水及现代沉积物Mg, Sr和Ba记录及其意义   总被引：4，自引：1，他引：3  

任小凤  杨琰  彭涛  赵景耀  张银环  聂旭东  刘肖  李建仓  凌新有  张志钦 《中国岩溶》2014,33(1):57-63

采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）和电感耦合等离子体光谱仪（ICP-OES）对2009年12月-2013年8月采自河南省栾川县鸡冠洞洞穴水（滴水、池水及地下河水）和现代碳酸盐沉积物的 Ca、Mg、Sr和 Ba 微量元素地球化学指标进行了分析。结果显示：（1）鸡冠洞洞穴水的 Mg/Ca对地表环境的干湿条件变化响应迅速,具体表现为池水和地下河水 Mg/Ca旱季高而雨季低,而 Sr/Ca 和Ba/Ca的变化与降水和气温的关系并不明显;（2）鸡冠洞现代沉积物的 Mg/Ca 变化与滴水有着良好的对应关系,但现代沉积物的 Sr/Ca和 Ba/Ca可能受大气粉尘活动和地表土壤的影响,变化趋势与 Mg/Ca 相反;（3）鸡冠洞碳酸盐岩与岩溶水间 Sr/Ca和 Mg/Ca的分配系数KSr值在0.02-0.18之间,KMg值在0.01-0.03之间,KMg值与洞穴温度的正相关关系不明显。  相似文献   

岩溶溪流的脱气作用及碳酸钙沉积--以重庆市南川区柏树湾泉溪流为例   总被引：1，自引：0，他引：1  

周小萍蓝家程  张笑微徐尚全 《沉积学报》2013,31(6):1014-1021

以一定间距监测水体中pH、电导率、溶解氧等水化学参数及HCO₃-、Ca2+等阴阳离子浓度,揭示了重庆市南川区柏树湾泉及其下游溪水的水化学的空间特征。泉水出露地表后,CO₂溢出导致溪流水的水化学特征沿流程发生有规律的变化,并促使溪水达到过饱和状态而产生明显的碳酸钙沉积。研究结果表明,脱气作用导致溪水的HCO₃-浓度、Ca2+浓度、电导率（EC）和CO₂分压沿流程逐渐递减,pH值及常见碳酸盐矿物的饱和指数逐渐升高。泉水出露时水中CO₂浓度与自由大气之间的浓度梯度是影响脱气速率的主要因素,但溪渠的水力坡度也对脱气速率也有一定影响。地下水出露至泉口处的脱气程度,是影响溪流碳酸钙沉积的决定性因素。旱季泉水流量较小,泉口处脱气程度较大,并且溪水的Ca2+浓度含量较高,再加上溪流沿途的水体扰动加速CO₂溢出,以及溪渠内的枯枝落叶和其他物质的吸附等,皆有利于碳酸钙沉积。  相似文献   

Intra‐annual variation of the calcite deposition rate of drip water in Shihua Cave,Beijing, China and its implications for palaeoclimatic reconstructions     

BINGGUI CAI  JIAN ZHU  FENGMEI BAN  MING TAN 《Boreas: An International Journal of Quaternary Research》2011,40(3):525-535

Cai, B., Zhu, J., Ban, F. & Tan, M. 2011: Intra‐annual variation of the calcite deposition rate of drip water in Shihua Cave, Beijing, China and its implications for palaeoclimatic reconstructions. Boreas, Vol. 40, pp. 525–535. 10.1111/j.1502‐3885.2010.00201.x. ISSN 0300‐9483. Monthly in situ monitoring of the calcite deposition rate, drip‐water chemistry and surrounding cave environment was carried out at Shihua Cave, Beijing, China, through two hydrological years (from January 2006 to February 2008) to determine the seasonal variability and mechanisms of stalagmite growth in Shihua Cave. Calcite deposition rates exhibit significant intra‐annual variation, with the lowest values during the summer monsoonal rainy season (July–August) and peak values from autumn to spring. The temporal change in the calcite deposition rate is negatively correlated with the drip rate, cave‐air PCO₂ (CO₂ partial pressure) and Ca concentration, and positively correlated with the pH of the feeding drip water. The seasonal recharge regime of drip water is likely to be the primary control on the drip‐water quality and quantity, which, in turn, control the calcite deposition rate in Shihua Cave. During the summer rainy season, periodic and intense rainstorms increase the drip rate and cave‐air PCO₂, leading to drip water with a lower pH and saturation index of calcite, thereby reducing the calcite precipitation. It seems that the high cave‐air PCO₂ is the dominant control on the calcite deposition rate during the rainy season. Our previous study on the dissolved organic carbon of drip water concluded that the thin luminescent bands in stalagmite laminae from Shihua Cave form during the rainy season. The lower calcite deposition rate during the rainy season further supports this suggestion. The significant intra‐seasonal variability of the calcite deposition rate implies that the seasonal bias of δ¹⁸O of stalagmites should be considered when stalagmite δ¹⁸O is used as a high‐resolution palaeoclimatic archive.  相似文献   

2012—2013年重庆雪玉洞洞穴系统碳循环特征          下载免费PDF全文

任坤  沈立成  袁道先  王晓晓  徐尚全 《地球科学》2016,41(8):1424-1434

重庆雪玉洞洞内CO₂浓度之高,在国内外皆罕见,但此洞穴系统碳循环特征及控制因素仍不清楚.利用土壤二氧化碳分压(P_CO2-soil)、洞内大气二氧化碳分压(P_CO2-cave)、地下河水二氧化碳分压(P_CO2-eq)、方解石饱和指数(SIc)、地下河水溶解无机碳同位素(δ13C_DIC)等指标来研究雪玉洞洞内CO₂浓度变化、控制因素以及地下河对洞内碳循环的影响.结果表明:雪玉洞上覆P_CO2-soil雨季高,旱季低;降雨量是控制上覆P_CO2-soil的重要因子.雪玉洞P_CO2-cave变化规律明显,暖季高,冷季低;温度变化导致洞内外气流频繁交换是P_CO2-cave突变的重要原因,地下河水CO₂脱气能够在短时间内让P_CO2-cave上升到较高值.雨季由于土壤CO₂效应,地下河水具有低SIc、高P_CO2-eq特性,矿化度较高,并且部分月份地下河水具有溶蚀性;旱季由于土壤CO₂效应及降雨较少,地下河水呈现高SIc、低P_CO2-eq特性,矿化度较低,以沉积为主.   相似文献   

基于土柱淋滤实验的煤矸石饱和状态下溶质释放过程研究     

张俊  张生  李畅游  韩璞璞  王爽  计亚丽 《煤田地质与勘探》2012,40(5):56-59

针对煤矸石山在降水淋滤作用下对矿区周边地下水造成污染的严重问题,用实验模拟法对包头石拐区一废弃煤矿进行饱和状态下煤矸石的淋滤实验研究。结果表明:煤矸石中Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、NO₃-、SO₄2-、Cl-的淋滤过程都遵循浓度先升高再降低到稳定值的基本规律,只是NO₃-、SO₄2-、Cl-的淋出速率明显大于重金属的淋出速率,Ca和Mg、SO₄2-和Cl-、Pb和Cr、Cd有相似的淋出机制;重金属最强淋出率从大到小的顺序是Mg>Cd>Ca>Cu>Zn>Cr>Fe>Pb;Hg和As等含量甚微,均未检出。   相似文献   

漓江流域碳氮同位素组成特征及其来源初探          下载免费PDF全文

任梦梦  黄芬  胡晓农  曹建华  张鹏 《地球科学》2020,45(5):1830-1843

以漓江流域境内地表河和地下河为研究对象，通过测定、分析水体中的水化学组成以及δ13C_DIC、δ15N-NO₃-、δ18O-NO₃-等，利用同位素质量平衡混合模型，初步探讨了漓江流域境内DIC、硝酸盐的分布特征及其来源.结果表明:漓江流域DIC（即HCO₃-）浓度和无机碳稳定同位素（δ13C_DIC）分别在12.20~402.60 mg·L-1和-17.29‰~-10.01‰，平均值分别为140.3 mg·L-1和-13.06‰.NO₃-浓度在2.37~35.38 mg·L-1，δ15N-NO₃-在0.99‰~11.09‰，均展现出明显的空间变异特征.有机肥和污水对漓江流域硝酸盐的贡献最为显著，贡献比达57.00%.其次是化肥、降雨中的NH₄+和土壤N，贡献比分别是36.45%，6.55%.流域内DIC主要来源于碳酸盐岩的风化和土壤CO₂的溶解，同时也受硝酸溶蚀碳酸盐岩和大气CO₂的影响.结果可为定制有效的控制硝酸盐的输入途径，净化水质测略提供依据.   相似文献   

芙蓉洞次生碳酸盐沉积特征及与降水的关系研究   总被引：5，自引：0，他引：5  

叶明阳  李廷勇  王建力  刘仙  王勇  李俊云  王建明  庞巧 《沉积学报》2009,27(4):684-690

通过对重庆市芙蓉洞内两处滴水和两处池水长期定点观测,现场测试pH、温度和HCO-3浓度等指标,并采集适量水样带回实验室利用ICP—OES和离子色谱仪测试主要离子的浓度,计算CO2分压(PCO2)和方解石饱和指数(SIc),探讨了芙蓉洞内次生碳酸盐的沉积情况及与当地降水的关系。结果显示:四个观测点洞穴水在大部分时间相对于方解石为过饱和水,且正在沉积碳酸盐,可见芙蓉洞地区大部分时间具有洞穴碳酸盐沉积的温度和降水条件;不饱和出现在较大降水量之后的1~2个月内,是降水对岩溶水的稀释作用导致的。因此,降水量的变化是洞穴水呈现过饱和与不饱和交替的出现主要原因,最终导致碳酸盐沉积的季节变化,降水量过大时不利于碳酸盐的沉积。  相似文献