贵州省绥阳县麻黄洞土壤渗透水-洞穴水元素变化特征及气候响应

摘要

[目的]探究白云岩洞穴上覆土壤渗透水-洞穴水水化学元素变化特征及相互关系,揭示岩溶水Ca,Mg,Sr元素比值变化与洞外气候的响应关系。[方法]以贵州省绥阳县双河洞洞穴系统中的麻黄洞为研究对象,通过麻黄洞4个洞穴水点和上覆3个土壤点土壤渗透水的定期监测、采样和室内实验,并运用统计分析方法和元素比值法对各监测指标进行比较分析。[结果]①麻黄洞上覆土壤渗透水主要水化学指标表现为旱季>雨季、洞穴水主要水化学指标表现为雨季>旱季的季节性变化特征。②洞穴水EC,Ca^2+,Mg^2+,HCO-3,Sr^2+离子浓度约为土壤渗透水的2~6倍,表明表层岩溶带岩溶过程对洞穴水水化学元素具有重要影响。③土壤渗透水对地表降雨和温度变化具有积极响应,旱季滞留于土壤中的大量矿质元素是导致4月份土壤渗透水中Ca,Mg,Sr浓度出现高值的主要原因。④洞穴水Mg/Ca、Sr/Ca比值变化及其相关性,反映了洞穴水受到来源、水-岩相互作用、洞穴水脱气沉积和先期方解石沉淀过程(PCP)等机制影响的协同性及洞穴上覆主要岩溶过程差异,因此其比值变化能够间接表现洞外温度和降雨变化。[结论]土壤渗透水、洞穴水水化学元素具有明显的月间波动和季节性变化特征,且监测点间具有显著差异。两种类型水Ca,Mg,Sr比值变化及相关性对地表降雨和温度变化具有积极响应。