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东亚季风区石笋δ^(18)O解译:基于夏季风与夏季风降雨的思考

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地质科技通报 2022年第5期41卷 308-314,323页

作者：殷建军中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004

近些年,对于东亚季风区石笋δ^(18)O的气候环境指示意义的争论较多,主要在东亚季风区石笋δ^(18)O代表夏季和风强度、夏季风降水还是水汽源变化。基于中国东部华北地区降水与长江中下游地区降水反相变化和长江中下游地区降水与菲律宾海... 详细信息

近些年,对于东亚季风区石笋δ^(18)O的气候环境指示意义的争论较多,主要在东亚季风区石笋δ^(18)O代表夏季和风强度、夏季风降水还是水汽源变化。基于中国东部华北地区降水与长江中下游地区降水反相变化和长江中下游地区降水与菲律宾海降水反相变化(遥相关),从年际-年代际到千年-轨道尺度对石笋δ^(18)O与夏季风降水、厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的相互关系进行了探讨分析。通过对比石笋δ^(18)O记录与华北和梅雨区降水,发现石笋δ^(18)O偏负对应华北降水增加,梅雨区降水减少;石笋δ^(18)O偏正对应华北降水减少,梅雨区降水增加。这种对应关系不仅存在年际-年代际尺度,而且在千年-轨道尺度同样存在,石笋δ^(18)O不仅反映夏季风强弱变化,同时与中国东部区域降水关系是明确对应的。通过降水的空间相互关系,发现ENSO活动主要通过影响中国东部降水的空间分布格局而作用于石笋δ^(18)O。La Ni a态导致南海及菲律宾海对流加强,西太副高位置偏北,长江中下游地区梅雨期缩短,华北夏季降水增加,东亚季风区石笋δ^(18)O偏负。El Ni o态,南海和菲律宾海对流受到抑制,西太副高位置南移,长江中下游地区梅雨期延长,华北夏季降水减少,东亚季风区石笋δ^(18)O偏正。另外,水汽源分析发现,菲律宾海水汽输送对东亚季风区降水及降水δ^(18)O贡献相对较小。因此,综合分析认为,东亚季风区石笋δ^(18)O主要反映了亚洲夏季风的强弱变化。

关键词：石笋δ^(18)O 东亚季风区夏季风厄尔尼诺-南方涛动指数(ENSO) 梅雨区菲律宾海

基于表层岩溶带调控的峰丛洼地低影响开发构建

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中国岩溶 2022年第2期41卷 165-173页

作者：姜光辉刘凡王奇岗郭芳中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部、广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004

岩溶峰丛洼地地区石漠化、饮水困难和水污染等环境问题高发,生态环境十分脆弱。低影响开发概念的引入有助于规范开发行为,促进水资源的高效利用,降低石漠化和地下河污染风险。根据水文条件和开发方式岩溶洼地空间分为坡耕地水土流失敏... 详细信息

岩溶峰丛洼地地区石漠化、饮水困难和水污染等环境问题高发,生态环境十分脆弱。低影响开发概念的引入有助于规范开发行为,促进水资源的高效利用,降低石漠化和地下河污染风险。根据水文条件和开发方式岩溶洼地空间分为坡耕地水土流失敏感区、表层岩溶泉水源地敏感区和落水洞污染输入敏感区。低影响开发模式总体是在3类敏感区实现5个管理目标。坡耕地敏感区的低影响开发目标设置为降低农田耗水量和减少水土流失,开发途径是减少蒸发和调控坡面洪水径流。表层岩溶泉敏感区的管理目标是降雨-径流资源化利用和饮用水安全保障,通过实施雨水收集回用工程和设置水源地保护区来实现。落水洞敏感区需要通过设置径流缓冲区和沉淀过滤池来预防污染物进入。我国南方石漠化地区探索和总结出以表层岩溶带降雨-径流管理为特征的低影响开发模式。该模式要求峰丛顶部留置生态保护区涵养水源。岩溶洼地底部为落水洞排洪预留缓冲区,利用岩溶裂缝设置下凹式绿地,实现自然渗透和净化。“峰”、“洼”之间过渡区划定水源地保护区边界,同时设法增加雨水资源化利用率,补充生态和生活缺水量。低影响开发模式也适用于峰丛洼地发育的东南亚和中美洲等地区。

关键词：低影响开发集雨石漠化治理降雨补给水柜

桂林岩溶区石灰土壤对酸雨缓冲作用的观测及其对岩溶碳汇的指示意义

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地球学报 2022年第4期43卷 461-471页

作者：黄奇波吴华英程瑞瑞李腾芳罗飞赵光帅李小盼中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004

近期越来越多的研究显示硫酸、硝酸等外源酸会参与碳酸盐岩溶蚀,但酸雨在碳酸盐岩溶蚀中的作用与碳循环的关系并不明确,严重制约了我国岩溶碳汇效应的准确评估。本研究选择在酸雨强度大、频率高、岩溶发育典型的桂林丫吉岩溶泉野外科研... 详细信息

近期越来越多的研究显示硫酸、硝酸等外源酸会参与碳酸盐岩溶蚀,但酸雨在碳酸盐岩溶蚀中的作用与碳循环的关系并不明确,严重制约了我国岩溶碳汇效应的准确评估。本研究选择在酸雨强度大、频率高、岩溶发育典型的桂林丫吉岩溶泉野外科研实验场开展研究,对不同地貌部位土壤和丰水期(4月)、平水期(9月)降雨后土壤水进行分层取样测试。结果显示:土壤的pH范围为5.55~7.81,平均值为6.76±0.61,变异系数为9.11%,土壤水的pH范围为6.69~7.89,平均值为7.21±0.31,变异系数为4.43%,两者均接近中性和中性以上,并呈现出随深度增加而不断增大的趋势性变化规律,土壤pH主要受土壤有机质分解产酸的控制,土壤水pH主要受石灰土富钙偏碱的地球化学背景影响,酸雨对两者的影响较小。土壤阳离子交换量范围为302~423 mmol(+)/kg,位于酸沉降不敏感区的土壤范围内,土壤对酸雨来源的H+具有较好的缓冲能力。土壤水中碱性离子(Ca^(2+)+Mg^(2+))所占比例范围为23.66%~25.0%,平均值为24.25%±0.33%,变异系数为1.36%,含量稳定;酸性离子(SO_(4)^(2–)+NO_(3)^(-))所占比例范围为2.47%~18.94%,平均值为7.69%±5.09%,变异系数为66.28%,随着深度增加,土壤水中酸性离子浓度逐渐降低;土壤pH值呈碱性,可以认为,酸雨成分并没有穿透土壤层进入岩溶含水层,没有产生减碳汇效应。前期的研究由于没有考虑石灰土壤层对酸雨的缓冲作用,高估了酸雨的减汇效应。

关键词：酸雨 pH 土壤酸缓冲作用土壤水阳离子交换量岩溶碳汇效应

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环境同位素示踪的毛村地下河流域水流特征

中国岩溶 2022年第4期41卷 577-587页

作者：郭永丽吴佩艳黄芬孙平安苗迎刘绍华中国地质科学院岩溶地质研究所/自然资源部、广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004

岩溶水文特征是岩溶区生态环境可持续发展的关键驱动力。文章利用环境同位素示踪剂反馈的水动力过程,解译毛村地下河流域的水流特征。其流域内水体δD和δ^(18)O范围均位于大气降水δD和δ^(18)O的范围内,大气降水是流域主要的补给来源... 详细信息

岩溶水文特征是岩溶区生态环境可持续发展的关键驱动力。文章利用环境同位素示踪剂反馈的水动力过程,解译毛村地下河流域的水流特征。其流域内水体δD和δ^(18)O范围均位于大气降水δD和δ^(18)O的范围内,大气降水是流域主要的补给来源;基于δ^(13)C_(DIC)利用质量守恒定律计算岩溶水体中DIC来源于碳酸盐岩溶解的平均值为52.13‰,可揭示相关的水—碳酸盐岩相互作用历程;流域内岩溶水点^(222)Rn和EC值对大气降水的响应特征表明降水的蓄积作用可驱动深层岩溶裂隙水运移,且具有较强的稀释作用;基于^(222)Rn的衰变特征,计算6月份地下河管道有效水流速度为2427.49 m·d^(−1);西南岩溶地下河水流与地表水流相似,且对降水响应敏感。综合毛村地下河流域的水文地质条件及其水文点SI、^(222)Rn、δ^(13)C_(DIC)和δ^(18)O间的相关关系,环境同位素可更好地示踪岩溶裂隙水流特征,揭示岩溶含水系统的空间结构特征及水流路径。水化学环境天然示踪剂可提供有关岩溶含水系统的重要信息,对水动力学方法具有重要的补充作用。

关键词：环境同位素毛村地下河流域水流空间结构

碳氮氧同位素解析典型岩溶流域地下水中硝酸盐来源与归趋

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环境科学 2021年第5期42卷 2268-2275页

作者：任坤潘晓东梁嘉鹏彭聪曾洁中国地质科学院岩溶地质研究所桂林541004 自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室桂林541004

利用多同位素(C、N和O)和水化学方法解析贵州八步地下河流域水体中硝酸盐(NO_(3)^(-))来源与转化过程,利用SIAR模型定量计算NO_(3)^(-)不同输入端的贡献比例.结果表明,研究区地下水NO_(3)^(-)污染严重,近38%的地下水样品NO_(3)^(-)超过... 详细信息

利用多同位素(C、N和O)和水化学方法解析贵州八步地下河流域水体中硝酸盐(NO_(3)^(-))来源与转化过程,利用SIAR模型定量计算NO_(3)^(-)不同输入端的贡献比例.结果表明,研究区地下水NO_(3)^(-)污染严重,近38%的地下水样品NO_(3)^(-)超过饮用水限值.地下水的δ^(15)N-NO_(3)值介于2.3‰~30.33‰,均值9.68‰,δ^(18)O-NO_(3)值介于2.65‰~13.73‰,均值6.64‰,δ^(18)O-H_(2)O值介于-8.83‰~-7.37‰,均值-8.18‰.同位素组成(δ^(15)N-NO_(3)、δ^(18)O-NO_(3)和δ^(18)O-H_(2)O)指示硝化作用主导着流域内氮素循环.硝化作用产生的硝酸加速了碳酸盐岩溶解,导致地下水中δ^(13)CDIC与δ^(15)N-NO_(3)存在显著负相关性(P岩溶水中NO_(3)^(-)转化的有效手段.地下水和地表水中NO_(3)^(-)主要来源于土壤氮、粪肥污水和铵态氮肥料,其对地下水中NO_(3)^(-)贡献率分别为36.19%、33.71%和30.1%,对地表水贡献率分别为39.15%、36.08%和24.77%.岩溶流域内污水处理应同时去除污水中的NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+),农业区应科学施肥,以有效降低地下水中NO_(3)^(-)的补给通量.

关键词：硝酸盐氮氧同位素碳同位素 SIAR模型来源解析岩溶水

硫氧同位素解析典型岩溶地下河流域硫酸盐季节变化特征和来源

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环境科学 2021年第9期42卷 4267-4274页

作者：任坤潘晓东兰干江彭聪梁嘉鹏曾洁中国地质科学院岩溶地质研究所桂林541004 自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室桂林541004

全球约1/4的饮用水源为岩溶水,但岩溶含水层极易遭受人类活动污染.以八步地下河为例,利用硫酸盐(SO^(2-)_(4))浓度、硫氧同位素(δ^(34)S-SO_(4)和δ^(18)O-SO_(4))和水中氧同位素(δ^(18)O-H2O)研究岩溶小流域SO^(2-)_(4)的丰、枯水期... 详细信息

全球约1/4的饮用水源为岩溶水,但岩溶含水层极易遭受人类活动污染.以八步地下河为例,利用硫酸盐(SO^(2-)_(4))浓度、硫氧同位素(δ^(34)S-SO_(4)和δ^(18)O-SO_(4))和水中氧同位素(δ^(18)O-H2O)研究岩溶小流域SO^(2-)_(4)的丰、枯水期两个季节变化特征和来源.结果表明:(1)受酸性矿坑水(acid mine drainage,AMD)直接影响的采样点SO^(2-)_(4)浓度较高(≥250 mg·L^(-1)),枯水期>丰水期,其他采样点浓度季节变化相对较弱且浓度低.(2)地表水丰水期δ^(34)S-SO_(4)与δ^(18)O-SO_(4)平均值分别为-10.5‰和4.7‰,枯水期为-11.5‰和1.3‰;地下水丰水期δ^(34)S-SO_(4)与δ^(18)O-SO_(4)平均值分别为-2.9‰和7.1‰,枯水期为-3.2‰和6.2‰.地表水和地下水中δ^(34)S-SO_(4)与δ^(18)O-SO_(4)值都存在丰水期偏重、枯水期偏轻的特征.(3)丰、枯水期流域内地表水和地下水中各采样点δ^(34)S-SO_(4)值变化不明显,表明在特定的采样点SO^(2-)_(4)的来源相对稳定.(4)地表水和地下水中SO^(2-)_(4)主要来源于雨水、硫化物和石膏,地下河出口各来源丰水期所占的比例分别为13%、40%和47%,枯水期为18%、39%和43%.

关键词：硫氧同位素硫酸盐岩溶含水层地下河酸性矿坑水来源解析

深岩溶区浅部结构CSAMT探测解译方法探索——以桂林兴安县谢必湾村—上界富坪村段为例

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地质通报 2022年第2期41卷 446-452页

作者：刘永亮吕勇甘伏平邬健强张伟何长响中国地质科学院岩溶地质研究所广西桂林541004 自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004

利用CSAMT(可控源音频大地电磁法)对桂林市兴安西部地区的岩溶地质结构进行了探测研究。为了获得更多的岩溶地质信息,通过设定不同深度的反演参数,对比分析了网格剖分大小对反演结果分辨率的影响,以此获得较高分辨率的数据反演方法。利... 详细信息

利用CSAMT(可控源音频大地电磁法)对桂林市兴安西部地区的岩溶地质结构进行了探测研究。为了获得更多的岩溶地质信息,通过设定不同深度的反演参数,对比分析了网格剖分大小对反演结果分辨率的影响,以此获得较高分辨率的数据反演方法。利用小网格剖分反演获得的浅部地质结构,比利用大网格反演获得的浅部地质结构的分辨率高,通过小网格可相对有效地探测浅部岩溶发育特征。研究结果表明:网格剖分的大小会影响对浅部岩溶地质结构反演的分辨率;随深度的增加,岩溶发育强度越来越弱;广西兴安地区可能存在受北东向断裂控制的地热。研究对CSAMT数据隐含信息的高效挖掘有一定参考价值,对如何提高电磁法反演分辨率的研究具有一定指导意义。

关键词：岩溶可控源音频大地电磁法网格剖分不同深度反演地质调查工程

岩溶裂隙含水层中石油类有机物的自然衰减机制

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地球科学 2021年第6期46卷 2258-2266页

作者：郭永丽章程吴庆全洗强自然资源部广西岩溶动力学重点实验室中国地质科学院岩溶地质研究所广西桂林541004

石油类有机物污染是地下水环境领域亟须解决的关键课题.本次研究耦合数值模拟和水文地球化学技术模拟岩溶裂隙含水层中石油类有机物的自然衰减过程并定量计算其自然衰减机制.基于BIOSCREEN模型的模拟计算可知,近30年对流、弥散、稀释等... 详细信息

石油类有机物污染是地下水环境领域亟须解决的关键课题.本次研究耦合数值模拟和水文地球化学技术模拟岩溶裂隙含水层中石油类有机物的自然衰减过程并定量计算其自然衰减机制.基于BIOSCREEN模型的模拟计算可知,近30年对流、弥散、稀释等物理过程和生物降解过程对石油类有机物衰减贡献率的平均值分别为31.53%和68.47%,生物降解作用是岩溶裂隙含水层自然修复能力的主要机制.利用质量守恒定律分析水化学(HCO_(3)^(-)、NO_(3)^(-))和同位素(δ^(15)NNO_(3)、δ^(18)ONO_(3)和δ^(13)C_(DIC))之间的相关关系可知石油类有机物生物降解贡献地下水HCO_(3)^(-)的平均值为33.93%;石油类有机物生物降解消耗主要电子受体NO_(3)^(-)贡献地下水δ^(13)C_(DIC)的百分率为30.77%且其占总生物降解的90.69%.

关键词：石油类有机物自然衰减过程模拟定量计算环境地质.

汾河流域地表水水化学同位素特征及其影响因素

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环境科学 2022年第10期43卷 4440-4448页

作者：赵春红申豪勇王志恒梁永平赵一谢浩唐春雷中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室桂林541004 中国矿业大学环境与测绘学院徐州221116

汾河是山西的母亲河.由于水资源过度开发及社会经济发展影响,生态环境恶化.经过一系列治理保护措施,水质得到改善.利用统计学、Piper三线图和Gibbs模型等方法,分析了汾河流域地表水水化学和氢氧同位素特征及其来源,揭示了汾河流域地表... 详细信息

汾河是山西的母亲河.由于水资源过度开发及社会经济发展影响,生态环境恶化.经过一系列治理保护措施,水质得到改善.利用统计学、Piper三线图和Gibbs模型等方法,分析了汾河流域地表水水化学和氢氧同位素特征及其来源,揭示了汾河流域地表水水质演化过程.结果表明,汾河干流地表水中主要水化学组分沿着径流路径含量逐渐增加;汾河上游地表水水化学类型主要以HCO_(3)·SO_(4)·Cl-Ca·Na·Mg为主,中游和下游地表水水化学类型主要以SO_(4)·HCO_(3)·Cl-Ca·Na·Mg为主.汾河流域地表水水化学组成主要受岩石风化作用和蒸发结晶作用影响,而降雨影响较小.Na^(+)和K^(+)主要来源于蒸发盐岩的溶解以及周边黄土中含Na矿物溶解,水体中Ca^(2+)、Mg^(2+)和HCO^(-)_(3)主要来源于碳酸盐岩的溶解,SO_(4)^(2-)除来源于石膏的溶解,还可能来源于汾河周边黄土层中硫化矿物的溶解.干流地表水δD和δ^(18)O平均值分别为-62.60‰和-8.42‰,氢氧同位素特征进一步表明其主要受蒸发作用的影响.流域内支流及岩溶水水化学组分差异较大.结果可为汾河流域生态修复保护及生态文明建设提供依据.

关键词：汾河流域水化学离子来源氢氧同位素地表水