外源水中碳酸盐岩侵蚀速率的精确测定及控制机理的研究

摘要

为了给岩溶生态系统的环境问题的解决提供基础科学资料，同时也为了给外源水在岩溶峰林地貌中的作用提供定量科学依据，本研究于2003年10月至2005年3月，对湖南郴州礼家洞、陕西西安翠华山和广西桂林幸福源林场三处外源水中的碳酸盐试块进行了4次侵蚀速率的精确测量和有关水化学的观测研究。 在进行本研究的过程中，我们首先分别在广西阳朔白沙、柳州柳城选取了融县组的灰岩和大埔组的白云岩，然后制成统一规格(25cm×15cm×5cm)的碳酸盐岩试块，再把碳酸盐岩试块分别放置在湖南郴州礼家洞、陕西西安翠华山和广西桂林幸福源林场的三处外源水中。在2004年5月、9月、12月和2005年3月，利用从澳大利亚进口的微侵蚀计(MEM-Micro-erosionmeter)对上述三处外源水中的碳酸盐岩试块进行了侵蚀速率的测量，共取得了77组3850个数据。用SPSS计算机软件对其测量的数据处理后，我们发现礼家洞外源水中的碳酸盐岩的侵蚀速率很大，最大的达到了13.6mm/a。而其它二处外源水中碳酸盐岩的侵蚀速率却较低。 在对外源水中碳酸盐岩的侵蚀速率进行测量的同时，我们使用德国WTW公司生产的Mult儿ineP3多参数自动仪，对每个碳酸盐岩试块放置点的水温、pH值、电导率进行了现场监测，并取回水样以分析其中的主要阴阳离子浓度。通过对这些水化资料的分析，我们发现礼家洞外源水的侵蚀能力最强，即该处外源水中的CO2分压最高，同时方解石和白云石的饱和指数最低。在礼家洞同一观测站，离1号及2号泉源头近的外源水，其侵蚀能力较强；反之，则较弱。 外源水中碳酸盐岩的侵蚀速率特别是灰岩的侵蚀速率与其方解石和白云石的饱和指数成负相关的关系。即水中方解石和白云石的饱和指数愈低，碳酸盐岩的侵蚀速率就越高。 气温(水温)的升高影响水中CO2的溶解度，进而影响固相中碳酸盐岩的溶解度；但另一方面加大了碳酸盐岩特别是灰岩的侵蚀速率。而且温度的升高，有利于激发微生物的活性和增强植物根系的呼吸作用，从而增加水中有机酸、腐殖酸和CO2的浓度。在上述各个观测站中，夏秋两季特别是夏季外源水中碳酸盐岩的侵蚀速率最高即有此有关。 外源水的流量对碳酸盐岩的侵蚀速率有较大的影响。在岩性、温度、降水量和水化学条件相同的条件下，流量愈大，碳酸盐岩的侵蚀速率就越大。如礼家洞1号及2号泉点。 总之，最有利于增加外源水中碳酸盐岩侵蚀速率的因素是良好的水动力条件或水中低的方解石和白云石的饱和指数或者是这二个因素的叠加。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章引言

1.1研究进展及现状

1.2研究目的和意义

第2章碳酸盐岩侵蚀的热力学及动力学

2.1 外源水对碳酸盐岩的侵蚀性

2.1.1大气降水的侵蚀性

2.1.2土壤水的侵蚀性

2.1.3地表水(河水)的侵蚀性

2.2碳酸盐岩溶蚀的热力学

2.3碳酸盐岩侵蚀的动力学

第3章外源水中碳酸盐岩侵蚀速率的精确测定

3.1 碳酸盐岩侵蚀速率精确测定的意义和目的

3.2 碳酸盐岩侵蚀速率精确测定的方法

3.2.1微侵蚀计的结构及其测定步骤

3.2.2碳酸盐岩试块的选取、加工及原始数据的测量

3.2.3微侵蚀计测量点的选取及碳酸盐岩试块的安放

3.3.研究区概况

3.4.碳酸盐岩侵蚀速率的现场测定及其数据的处理

第4章外源水中碳酸盐岩侵蚀速率控制机理的研究

4.1研究方法

4.1.1 研究区中外源水的水化学监测和取样

4.1.2 各观测站SIC、SID和Pco2的计算和水化学特征对比

4.2碳酸盐岩侵蚀速率的控制因素的分析

4.2.1 水动力条件对碳酸盐岩侵蚀速率的影响

4.2.2 水化学特征对碳酸盐岩侵蚀速率的影响

4.2.3 岩石结构构造对碳酸盐岩侵蚀速率的影响

第5章结论及讨论

5.1 结论

5.2 讨论

致谢

主要参考文献

个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文