红层岩溶发育特征与地面塌陷形成机理-以咸宁地区为例

通过收集整理前人研究资料、实地踏勘以及现场灰质砾岩取样、磨片及显微镜观测等方法手段,分析了红层岩溶发育特征与灰质砾岩溶蚀机理,同时,结合咸宁地区实际地质条件,建立了岩溶地面塌陷室内物理模型,通过监测抽(排)水与降雨两种情况下土压力、孔隙水压力以及土体位移变化情况,分析了抽(排)水和降雨对岩溶地面塌陷的影响机制。模型试验结果表明研究区岩溶地面塌陷形成机制主要为潜蚀作用,真空吸蚀作用次之。降雨对地表土体产生冲刷,地下水渗流作用造成土体潜蚀、运移;抽(排)水时水位发生骤变,水力梯度变大,加速了泥沙带出,导致含砂砾黏土层逐渐被潜蚀、掏空,加之真空负压的吸蚀叠加作用,促进土体破坏导致失稳,最终发生地面塌陷。由此可知,咸宁地区红层岩溶地面塌陷的形成机制主要是潜蚀作用与真空吸蚀作用交互反应,抽水是其诱发岩溶地面塌陷的主要外因。     

碳酸盐岩缝洞型油藏缝洞单元形成机制及模式研究进展报告

该研究以塔河油田4、6和7区缝洞储层为研究对象,对塔河油田缝洞型储层的成因结构和充填模式进行地质分析,建立塔河油田缝洞储层的结构模式和充填模式;研究其缝洞单元内储集空间的分布规律;通过多种地质因素综合研究,分析研究区奥陶系缝洞单元内储集空间的成因和主控因素。研究者建立了塔河油田缝洞储层的三维立体结构模式,明确了表层带、渗流带和径流带缝洞结构和充填模式。表层岩溶带主要由地表河、落水洞、断层及裂缝、坡积物和奥陶系裸露岩石所组成。根据现代岩溶和古岩溶的考察,以及塔河油田的井下资料解释,地表河和落水洞为河流沉积物和垮塌角砾岩充填。渗流岩溶带的缝洞主要由渗流井和驻水洞以及缝洞复合体组成。渗流井是连通表层岩溶带与径流岩溶带的水流通道,一般沿断层或裂缝发育渗流井废弃后常常被表层碎屑物或垮塌角砾充填,而驻水洞如果不受垮塌影响,则充填程度一般比较低,是非常好的油气成藏和产出空间。径流带内水流以横向流动为主,潜水面是径流带的底界。地下河溶洞是径流带缝洞的主要类型,在塔河油田根据地下河溶洞相互连通关系和规模,可以划分出干流洞、支流洞和末梢洞。在断层附近、地表落水洞下方可以形成规模巨大的厅堂洞。径流带溶洞大都具有比较强烈充填作用:地下河沉积碎屑充填,垮塌角砾充填和碳酸钙化学充填。针对表层带地表河和径流带溶洞系统沉积物岩性和沉积水动力条件进行研究,初步阐明了表层带和径流带不同成因结构水动力条件与沉积物物源。以南方和塔北古岩溶缝洞系统发育与充填特征研究,建立了洞穴垮塌机制与控制因素。裸露期岩溶洞穴垮塌和埋藏期岩溶垮塌成因机理差异明显。研究者基于不同充填物分别进行物性评价的思路,形成了缝洞充填物类型约束下多参数配合的物性评价方法。针对不同类型的缝洞充填物采用多参数组合法分别计算物性,建立不同缝洞充填物的物性评价方程,并与取心井实测孔隙度和渗透率进行对比分析。实践证明,与岩心实测物性对比符合率高,有效评价了研究区缝洞储集性能。     

桂林毛村地下河流域岩溶关键带碳循环研究

本文系统总结了桂林毛村地下河观测站在岩溶关键带垂向上碳循环的监测工作,为基地进入岩溶关键带监测网络奠定基础。对岩溶植被层-土壤层-岩石层-地下水无缝连续体的碳循环监测,包括不同地质背景下典型植被的光合速率、自然植被下凋落物的分解(植被层)、不同土地利用方式下土壤碳库的组成及转化、土壤微生物及有机酸对碳酸盐岩的溶蚀(土壤层)、洞穴CO2浓度及同位素的变化(气体-岩石作用层)、流域水体无机碳特征、外源水对岩溶碳汇过程的促进(地下水层)等方面。经过长期的科研积累,形成一套包括岩溶生物地球化学、岩溶水文过程、同位素示踪技术等在内的野外及室内研究方法,为流域尺度岩溶关键带碳循环的研究提供了技术支持和理论基础。但岩溶关键带碳循环过程中的生物作用及现代CO2在岩溶关键带中的周转时间研究较少,亟待加强。桂林毛村地下河流域岩溶关键带碳循环的研究具有地域优势和学术优势,适合成为我国岩溶关键带监测站。     

万华岩地下河系统

结合地质背景资料，经野外调查观测、水化学室内分析，以及长期的雨量观测、地下水的建堰观测，对万华岩地下河系统有了一个较全面的认识．万华岩地下河系统规模较大，分为主洞、侧洞和支洞三部分，总体发育方向与地质构造方向基本一致，为南西-北东向；其地下河流量较大，从水化学特征看属HCO3—Ca型岩溶水．地下河水补给面积约28km^2，分为岩溶补给区和非岩溶补给区．岩溶区补给面积较大，落水洞、天窗等分布广泛；非岩溶区水的大量补给是其重要特征，其水溶蚀力强，因此也是万华岩发育规模大的重要基础．万华岩地下河系统的动态主要受降雨的影响，同时也受发电、灌溉等人为因素的影响，其整个衰减过程可分为3个亚动态．     

广西里湖地下河水化学特征及其影响因素

【目的】岩溶地下水由于储量相对丰富,水质优良,是良好的供水水源。因此,揭示岩溶地下水水化学特征及其影响因素,能够为保护和利用岩溶地下水提供科学依据。【方法】以广西里湖地下河为研究对象,于不同季节对里湖地下河上游到下游的河水进行水化学分析。【结果】里湖地下河水主要阴离子为HCO-3,主要阳离子为Ca2+,水化学类型为HCO3-Ca型,影响水质变化的主要离子为Cl-,NO-3,SO2-4;各离子浓度从上游到下游变化不一致,总体呈现先升高再降低的趋势,季节变化体现在雨季离子浓度偏低,旱季偏高。【结论】地下水地球化学组成受控于碳酸盐岩的自然风化溶解;污染物质主要来源于人类活动的输入,降雨的稀释作用是影响水质季节性变化的主要原因,地下河自身存在的自净能力使得污染物浓度降低,尤其是甘田坝到小龙洞洞穴伏流段水体中部分污染物的浓度显著降低。     

广西岩溶景观特征及其形成演化分析

广西岩溶景观主要分布于桂东北、桂中、桂西北和桂西南地区,有峰丛、峰林、孤峰、丘陵、天生桥、石林、象形山、崖壁、洞穴及各类洞穴次生化学沉积物、地下河、穿洞、洼(谷)地、漏斗、坡立谷、盆地、地表河、峡谷、天坑、天窗、竖井、瀑布、泉、湖泊、湿地等类型齐全、形态典型的岩溶景观,囊括所有岩溶景观的类型。它们主要以中上寒武统至中三叠统的碳酸盐岩为物质基础,首先以地表河流域(如红水河、柳江、漓江等)为主线,其次以岩溶地貌区划特征为区域划分标准,然后以所处行政区和所处流域位置(如上、中、下游)为辅线,呈线状有序、集中分布于各典型岩溶景观区及岩溶景区/公园/景点内。它们或以峰丛-峰林,或以岩溶风景河段,或以天坑群,或以地下河天窗群,或以峰丛平原,或以洞穴,或以天生桥,或以跨国瀑布等为核心,组合成多个特色突出,形态优美、珍稀、雄伟、典型,且类型齐全的流域岩溶景观带,并形成独具广西特色的"岛链式"岩溶景观分布格局。它们是全球亚热带岩溶地貌及景观典型集中发育区和杰出范例,是目前世界上展现塔状峰丛-峰林、锥状峰丛、高峰丛深洼地、峰林/孤峰平原、洞穴、天坑、天窗、地下河、天生桥、岩溶风景河段、瀑布、崖壁等岩溶景观美景最杰出的代表地,堪称全球"洞穴天坑之窗,地下河天窗之王,天生桥瀑布之奇,风景河段之美,峰丛峰林之魂"。同时,自晚三叠世以来,广西各区域(即各岩溶孤岛)的碳酸盐岩地层相继出露地表,分别进入各自的岩溶地貌/景观形成演化时代,历经自上而下或自下而上等不同方向、不同时期、不同区域的岩溶过程,分别形成峰丛-峰林、地下河洞穴、天坑-天窗-天生桥等各类典型的岩溶景观;并按时间序列和区域分异特征,以广西各岩溶区以及它们内部各岩溶地带相互之间水力联系的演变及区域地壳的间歇性隆升为时间界限和主线,将广西岩溶的形成演化过程划分为初始阶段(晚三叠世以来,碳酸盐岩地层出露,不同岩溶区始于不同地质时期)→雏形阶段(分轴型离散岛屿式成景过程,不同岩溶区始于不同地质时期)→重要发育阶段(主轴型离散岛屿式,不同岩溶区始于不同地质时期;集合型岛屿式成景过程,中更新世中晚期至全新世)→现代岩溶阶段(全新世以来至今)等4大成景阶段,分别表现出不同的成景过程、特征和机制,总体可概括为分轴型、主轴型、离散型、集合型等4种岛屿式成景机制,并将其成景模式归纳为"岛链式成景模式"。     

北方岩溶地下水系统模式及特征

目前,有关北方岩溶地下水系统模式划分主要着眼于水资源或岩溶水系统本身,不能满足煤矿防治水和水资源利用的多重需求,且其系统性和实用性不足.文章在分析大量资料的基础上,对北方岩溶地下水系统的特征进行综合分析研究,提出了以结构特征、补给特征、强径流带与主构造(或地层)走向关系和排泄特征等为依据的北方岩溶地下水系统模式分类方案...     

快速城市化条件下地下水开发的环境效应研究

赋存于寒武系和奥陶系灰岩中的岩溶水是徐州市的主要供水水源.1978年以来,随着经济的发展和快速城市化,市区岩溶地下水开采量逐年增加;而且城市西北郊煤矿的开采疏排水活动也导致大量的地下水流失.上述两种作用导致徐州市岩溶地下水位的持续下降,降落漏斗面积逐年增加,增强了地下水系统的脆弱性,诱发了诸如局部水资源枯竭、水质恶化、地下水污染和岩溶塌陷等一系列环境问题.这些环境问题具有系统性和连锁性的特征,已严重影响了城市的发展质量,增加了城市供水的风险.根据各个环境要素演化关系,本文建立了城市化条件下地下水开发的环境效应概念模型,并提出了岩溶地下水保护的措施建议.     

黄土洞穴危害及其形成演化机制

指出黄土地质灾害的发生主要与地表水的集中入渗有关,而黄土洞穴则往往是地表水在黄土地层中通过各种黄土节理、裂隙集中入渗最为直观的体现.通过野外调查,查明了黄土洞穴对公路工程的危害,并将其对公路工程的破坏归纳为以径流冲蚀作用为主的破坏类型、以渗流潜蚀作用为主的破坏类型、以湿陷潜蚀作用为主的破坏类型、复合作用破坏类型;对每种类型的破坏机理及其各自特点分别进行了概括,认为公路工程对原始地形地貌、汇水条件、土质条件和地层条件的改变是其发生洞穴破坏的根本原因;以黄土洞穴对公路工程的破坏机理为启迪,对黄土洞穴的发展演化机制进行了深入讨论.其成果不仅可深入揭示黄土洞穴的成因,而且对集中渗流作用下黄土地质体稳定性的研究亦具有重要的借鉴意义.     

干旱灌区地表水和地下水联合利用耦合模型研究

通过动态耦合运算分布式地下水模拟模型与水资源优化配置模型的技术路线,建立了干旱灌区地表水和地下水联合利用耦合模型,该模型既可以对灌区地表水和地下水进行优化调度,又可以合理控制区域地下水位.最后将耦合模型应用到黄河流域某灌区,并对灌区2020和2030年的水资源进行了优化配置.同时对不同区域的地下水埋深进行了控制.研究成果可为干旱灌区水资源高效利用、盐碱化防治等方面提供借鉴和参考.     

岩溶洞穴土壤颗粒分析及其对水土流失的研究意义

岩溶洞穴中的土壤作为一类洞穴沉积,具有很好的学术研究价值,但目前利用洞穴土壤来研究水土流失的成果还很少.2010年8月、9月在贵州毕节、清镇、花江的三个洞穴和一条地下河中采取了洞穴土样,然后在室内用比重计速测法对洞穴土壤进行了颗粒分析并将其与地表土壤进行对比研究.研究发现,洞穴土壤颗粒中粘粒含量远高于地表土壤,土壤通过...     

喀斯特地下水库的基本原理及成库条件

喀斯特化岩体中存在着大小不等、形状各异的溶孔、溶隙、溶洞和管道构成的地下空间。在垂直水动力分带中,下部饱水带中的地下空间充满喀斯特地下水,而包气带中的地下空间中绝大部分是空气。兴建喀斯特地下水库就是选择合适的地段,修建地下坝或地表坝,拦截地下水,抬高地下水位,利用包气带中的地下空间或与之相通的地表洼地蓄水,形成地下水库。喀斯特地下水库是喀斯特区开发喀斯特水资源的有效方法之一。在一些特定的喀斯特自然环境下,它可能是唯一有效的方法。     

Sources and migration path of chemical compositions in a karst groundwater system during rainfall events

Physical and chemical dynamics at Jiangjia Spring (JJS), the outlet of the Qingmuguan karst groundwater system in Chongqing, were monitored in situ during rainfall events to acquire a series of high-resolution data. Principal component analysis (PCA) was employed to identify the sources of chemical compositions in the karst groundwater. The coefficients of variations (CVs) of the physical and chemical data of JJS were utilized to interpret the migration path of the chemical compositions. The results showed that water-rock interactions, agricultural activities, and soil erosion were the main sources of the groundwater chemical compositions. Ions of potassium, sodium, nitrate, chloride and phosphate from agricultural activities together with ions of calcium, magnesium, strontium and bicarbonate derived from carbonate dissolution appear to be stored and regulated by the karst unsaturated zone in features such as fissures, pores and solution cracks. The concentrations of the ions remained relatively stable and they showed low CVs owing to their migration by diffuse flow to recharge the underground river. In contrast, concentrations of ions such as total iron, total manganese and aluminum from soil erosion were unstable and showed high CVs owing to their migration by overland flow to recharge the underground river directly via sinkholes. During heavy rainfall events, the nutrients from agricultural activities and sediment from soil erosion could quickly impair the aquatic ecosystem and pose serious threats to water quality. Therefore, it is necessary to reinforce management of the ecological system for better control of the influx of mass nutrients into the karst aquifer system.     

岩溶斜坡地带基于蓄水构造的地下水富集模式

贵州斜坡地带岩溶地区碳酸盐岩裸露,地表水快速下渗漏失,干旱缺水问题突出。同时受深切河谷控制,大部分地区地下水深埋且集中径流,储存空间分布和相互之间连通性高度不均匀,打井找水极其困难,有利蓄水构造导致地下水局部均匀富集,成为打井找水的关键。应急抗旱找水行动中发现向斜核部、背斜翼部、正断层和可溶盐与非可溶岩接触带为最常见地下水富水靶区,比较4种蓄水构造水文地质剖面与电阻率反演剖面差异,总体一致,在分析的地下水径流富集区实施钻井成井率较高。     

高密度电法在地下暗河探测中的应用—以石林诗玛溶洞为例

诗玛溶洞位于石林景区南东约3 km,具有较好的旅游区位优势。诗玛溶洞洞穴发育特征报道见于2003年,但受溶洞空间分布和地下暗河水流的影响,探明的范围较小,溶洞的走向不清,溶洞是否具有利用的价值不清。因此,为进一步了解诗玛溶洞的平面位置,利用溶洞随地下暗河分布的特点,布置20 m道间距的高密度电法工作。分析物探成果,了解溶洞顶端埋深和溶洞空间大小,经后期工作查证,在工作区范围内,物探推测地下暗河走向和溶洞空间特征正确,西面走向延伸1 200 m,东面延伸700 m,物探成果进一步明确了溶洞及地下暗河范围,高密度电法在地下暗河勘察中取得了较好的应用效果,诗玛溶洞具有开发利用价值。     

广西岩溶区的水土流失特点及其防治

广西岩溶地区水土流失遥感数据和典型地区监测资料显示,广西岩溶地区水土流失有3个显著的特点:土壤侵蚀模数低,以水土漏失为主要过程,坡耕地是重要水土流失区。水土流失的突出危害是导致严重的岩溶内涝灾害和大面积耕地丧失。21世纪以来,国家和广西区政府对于广西岩溶地区水土流失防治工作高度重视,组织实施了一大批水土保持工程,治理水土流失面积14 000km~2,遏制了石漠化,降低了土壤侵蚀模数,形成了高效生态产业,创建了弄拉、龙何等生态与经济协调发展的水土保持模式。但广西岩溶地区水土漏失和内涝灾害防治力度不够,建议进一步加大力度实施广西岩溶地区水土漏失、内涝防治以及耕地资源丧失的水土保持工程。     

贵州某机场场地岩溶发育特征及成因分析

通过对贵州某机场初步勘察资料的统计分析,探讨了整个场区的岩溶发育特征、分布规律以及成因机理。场区构造相对稳定,多发育揉皱、压性小断层,场区地表溶蚀现象明显,发育的溶沟溶槽、漏斗、落水洞的展布走向基本与构造方向和优势节理方向相近。而钻孔揭露地下0.5~20 m范围有透水性差的薄层泥岩,该地层下部岩体相对完整,由此可以推断,隔水层以上岩体在水流作用下,沿岩体节理、裂隙溶蚀现象明显,地表岩溶发育,在该隔水层之下,岩溶弱发育。场区虽处Ⅲ级剥夷面上,地表水流除沿岩体裂隙下渗外,绝大部分水流沿地表向地势低洼处径流,而后通过溶斗、落水洞等统一向侵蚀基准面排泄,无大面积积水区域。总体来说,场区以垂向岩溶为主,隔水层表面多发育横向小型溶洞,隔水层上下溶蚀差异较大,钻探过程中未发现厅堂式溶洞,因此场区出现大规模塌陷灾害的可能性很小。研究结果不仅为详勘提供了基础资料,对后期机场的设计和建设均具有重要的指导意义。     

贵州喀斯特地区植被修复对土壤氮素的影响

喀斯特地区正开展一系列的生态恢复工程措施,研究生态修复过程与土壤氮循环过程的交互作用对喀斯特地区生态系统植被修复具有重要的科学意义。本研究以贵州草海保护区不同地貌(非喀斯特、喀斯特及植被修复)为研究对象,采用时空互代法研究地貌环境对土壤氮组分(全氮、碱解氮、硝态氮、铵态氮)分布特征的影响,并分析它们与土壤理化因子之间的关系。结果表明：(1)非喀斯特样带氮含量与喀斯特样带对比,前者土壤氮素累积呈现向上富集的规律,在土壤表层呈表聚现象,土壤硝态氮和铵态氮含量均高于喀斯特样带,铵态氮占无机氮主要部分;(2)喀斯特样带由于地质条件、植被覆盖度低、凋落物归还量少和土壤侵蚀导致活性有机碳较低,进而影响土壤氮素累积;植被恢复初始阶段,土壤中氮素供应强度会得到改善,土壤硝化和氨化速率均有显著提升,土壤侵蚀作用减弱,土壤对养分的固持能力加强,进而土壤硝态氮和铵态氮含量显著高于喀斯特样带。