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洞穴岩溶动力系统运行规律与环境信息保存的研究

作　者: 王翱宇
导　师: 袁道先
学　校: 西南大学
专　业: 第四纪地质学
关键词: 岩溶动力系统 CO2 水文地球化学沉积速率环境同位素重庆雪玉洞
分类号: P642.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

国际社会对全球气候变化的研究日益关注,大气温室气体浓度增加导致的气温升高、海平面上升等问题因存在危及人类基本生存的趋势,也同经济发展目标一道被提上了各国的议事日程。在气候变化的争论中,气候变化事实和人类实际作用两方面问题成为焦点。器测的气象记录和器测的大气CO2记录由于人类历史的限制,起步较晚,其时间跨度尚不足以展现长时间尺度的气候变化特征及人类工业化对气候的影响水平,所以全球变化研究中的地质记录对揭示气候变化规律有重要意义。洞穴岩溶动力系统内的次生沉积物是一个重要的过去全球变化地质记录载体,研究洞穴岩溶动力系统的运行规律对准确解译沉积物携带的环境信息有很大帮助。本研究旨在丰富岩溶动力学实践,以岩溶动力系统理论方法为指导,对研究区(重庆雪玉洞)的碳、水、钙地球化学特征和循环变化进行了一个水文年以上的完整监测,涉及三相体系的多项环境指标,对系统CO2的时空变化,系统水动力特征、系统水化学的变化、温湿度动态、碳酸盐沉积速率以及碳、氧环境同位素信息都做了相应的探讨。研究发现：(1)雪玉洞岩溶动力系统运行受外部环境的影响较大,具有显著的季节性特征。系统运行的主要动力CO2能敏锐地响应温度和降水的变化,快速的地表地下水体交换是其变化原因。人为因素能对洞穴CO2环境起到暂时的改变,但地下河主导下的系统自我调节使得自然因素在季节或更长的时间尺度上起主要作用。(2)碳酸钙沉积作为系统的主要输出,也伴随系统的运行而存在季节变化。CO2环境的大幅季节差异和水动力条件的改变是雪玉洞滴水沉积速率变化的主要原因,不过由于沉积物成分较单一、矿物颗粒较均匀,这种季节变化没有反映出纹层特征。地下河元素比值的空间变化说明其沉积作用主要受水动力条件(流速、水层厚度)的影响,但在洞穴CO2环境的更替阶段(4月和11月),其沉积作用明显受到脱气或溶解作用的影响。(3)雪玉洞岩溶动力系统受生物作用的影响较大,系统内的稳定碳同位素季节变化明显,空间差异显著。虽然研究区附近的大气降水稳定氧同位素存在季节性变动,但可能由于洞穴上部含水层的混合及基岩的干扰,使得洞穴水体的稳定氧同位素季节效应模糊,在年内的变化幅度较小。在研究过程中,开创性地探讨了现实条件下生物成因氨基酸分子对沉积的催化作用。不过在进行固液对比后发现,由于雪玉洞Mg背景值偏低,生物催化作用不及石膏溶解带来的同离子效应对沉积作用的影响显著。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
第1章绪论  9-15
  1.1 选题背景及意义  9-10
  1.2 研究现状  10-15
    1.2.1 岩溶动力系统基础理论  10-11
    1.2.2 岩溶动力系统的实践  11-12
    1.2.3 洞穴监测与洞穴沉积物研究  12-14
    1.2.4 前人对雪玉洞的研究  14-15
第2章研究区概况及研究方法  15-21
  2.1 研究区概况  15-17
  2.2 理论方法  17
  2.3 样品采集及实验方法  17-21
    2.3.1 取样点选择  17-18
    2.3.2 野外分析方法  18-19
    2.3.3 实验室分析方法  19-21
第3章雪玉洞岩溶动力系统的碳特征  21-27
  3.1 洞穴空气CO_2浓度变化  21-23
    3.1.1 季节变化特征  21-22
    3.1.2 日变化特征  22
    3.1.3 空间变化特征  22-23
    3.1.4 游客因素  23
  3.2 洞穴地下河Pco_2变化  23-24
    3.2.1 季节变化特征  23
    3.2.2 空间变化特征  23-24
  3.3 洞穴滴水Pco_2变化  24-25
  3.4 本章小结  25-27
第4章雪玉洞岩溶动力系统的水特征  27-35
  4.1 雪玉洞地下河"质"与"量"的变化  27-31
    4.1.1 地下河主要水文地球化学指标的变化  27-29
    4.1.2 地下河流量的变化  29-31
  4.2 雪玉洞滴水"质"与"量"的变化  31-34
    4.2.1 滴水主要水文地球化学指标的变化  31-33
    4.2.2 滴水滴率与滴量的变化  33-34
  4.3 本章小结  34-35
第5章雪玉洞岩溶动力系统沉积特征  35-43
  5.1 地下河沉积特征  35-38
    5.1.1 SI_C变化  35
    5.1.2 元素比值变化  35-38
  5.2 滴水沉积特征  38-41
    5.2.1 沉积速率变化  38-39
    5.2.2 沉积量的影响因素  39-41
  5.3 本章小结  41-43
第6章稳定同位素环境信息在雪玉洞沉积物中的表达  43-53
  6.1 系统输入端的环境同位素特征  44-46
    6.1.1 雪玉洞附近大气降水δ~(18)O特征  44-45
    6.1.2 雪玉洞基岩及较老沉积物的δ~(18)O和δ~(13)C特征  45-46
  6.2 系统输出端的环境同位素信号  46-50
    6.2.1 滴水沉积物δ~(13)C变化  46-47
    6.2.2 地下河水沉积物δ~(13)C变化  47-48
    6.2.3 滴水沉积物δ~(18)O变化  48
    6.2.4 地下河水δ~(18)O变化  48-49
    6.2.5 滴水δ~(18)O变化  49-50
  6.3 现代滴水沉积物的平衡分馏  50-51
  6.4 本章小结  51-53
第7章结论与不足  53-55
  7.1 主要研究结论  53-54
  7.2 不足之处  54
  7.3 展望  54-55
参考文献  55-61
附录  61-73
致谢  73-75
作者简介  75

洞穴岩溶动力系统运行规律与环境信息保存的研究

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