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2011年6月8-10日“岩溶水文地质与生态系统”国际会议暨IGCP598项目国际工作组会议在美国西肯塔基大学召开。 来自美国、中国、加拿大、牙买加、斯洛文尼亚、巴西、印度尼西亚、荷兰、匈牙利、乌克兰、德国、英国等12个国家的60余位代表参加,33人做分组学术报告,11个展板。期间还召开了国际洞穴联合会(UIS)、IAH岩溶专业委员会及UNESCO/IUGS IGCP 598项目年会或工作组会议。
会议进展与成果主要体现在以下几个方面:
水文地质与水化学方面:Ute Bellmann等报道了一种阿尔卑斯高山型岩溶含水层及其地质结构特征。受特殊地质条件控制(如褶皱、推覆构造等),既有快速流(~100 m/h),也有慢速流(~10 m/h),前者往往形成收敛性集中排泄岩溶大泉,后者则形成散发型岩溶泉群。水化学和硫同位素研究表明,巴西东北部半干旱岩溶区地下水高盐度主要与蒸发作用有关,洞穴与沉积物的形成主要与硫氧化过程密切相关。
来自中国西南岩溶区的成果表明,外源水和土地利用的变化可对岩溶作用碳汇产生显著影响,植被的演替十分有利于岩溶作用进行,从而增加碳汇。说明岩溶过程是一种短时间尺度的特殊地质作用,对现今气候变化与碳减排有积极意义。地壳脱气是全球碳循环的重要组成部分,来自中国西藏2个地热点的监测数据表明CO2释放通量为3.3-3.6×106 kg / km2·a。
密西西比高原猛玛洞地区Crump等洞穴的典型研究表明,洞穴滴水的监测在表层岩溶带的研究中越来越重要。通过高精度自动化仪器连续监测或高密度取样及示踪试验获取洞穴滴水的地球化学指标,如pH、电导率、水量、碳氧同位素。一方面有助于了解表层带的发育特征、储存和渗流及其季节差异,同时也有助于了解土地利用、降雨条件等变化产生的污染物的运移过程。另外,单位面积基流值的监测表明,表层岩溶带的储存作用甚至可以超过局地含水层。
由于岩溶介质的高度不均一性,尤其是小孔洞裂隙含水介质,掌握含水层局部水流特征十分困难。只能依靠露头或钻孔。自然水头条件下的单孔稀释示踪试验(SBDTs)技术为示踪岩溶裂隙孔洞含水层垂向和平面水流特征创造了条件。
岩溶农业区地下水对有机质(来自土壤改良)和杀虫剂等污染物极其敏感,很容易受到污染。通过示踪试验和洞穴滴水的高密度取样(每4小时)分析,pH、电导率、细菌计数等地球化学指标可指示降雨事件不仅影响表层岩溶带的储存特性,也导致污染物快速运移通过表层带进入含水层系统。
洞穴与地貌研究方面:来自佛罗里达岩溶区的研究成果表明,地质多样性可对生物多样性产生积极影响,也就是说,岩溶区丰富的地貌类型、岩性和水文地质特征有利于生物的适生性扩张。Leslie A. North等通过对典型旅游洞穴游客及导游词的调查统计表明,90%以上的游客没有获得岩溶景点的科普教育。因此,增加导游词内岩溶知识的内容对于大众更多地了解岩溶显得十分重要,而且可以收到事半功倍的效果。此外,Martin Knez报道了一种发育于复理石沉积上覆角砾岩内的岩溶现象:洞穴和落水洞的早期发育形态。洞穴多发育于洪水面附近,形态较小且往往有细粒充填物。
含水层管理与保护方面:岩溶系统包含独特但脆弱的环境资源,因而极易受到人类活动的影响。如何从众多的的岩溶环境属性中提取能反映人类活动的信息变得十分重要。岩溶扰动指数法(KDI)为实现这一目标创造了条件。佛罗里达州、波多黎各及意大利岩溶区的典型研究表明该方法能较好地指示人类活动对岩溶环境的影响程度。
基于对含水层全面调查和科学认识的管理策略的制定对岩溶地下水资源的保护和可持续利用十分重要。岩溶含水层的有效管理取决于通过长时间尺度监测获得的可利用水量的精确把握。如美国德克萨斯州埃德华含水层,含水层中部一些岩溶大泉的监测历史最长的已超过150年,同时,降雨量、地表径流、泉流量的同步监测,也为进一步分析泉流量与气候变化、人类活动的关系奠定了基础。水资源保护与水环境知识科普也极其关键,通过培训中小学教师,进而延伸到学生不失为普及地下水与环境科学知识的有效途径。美国德克萨斯州的经验表明,每年培训50位教师可辐射到5000名学生。
岩溶工程与灾害研究方面报告主要集中于:岩溶与水库大坝安全、风险评估,如岩溶对坝基的潜在影响、水库蓄水对岩溶进一步发育的影响及如何监测和调查等。Lewis Land报道了新墨西哥州东南部由浅层含盐层处理不当引发的地表塌陷, 淡水被注入含盐层然后抽取盐水用于油田钻井。电阻测探表明,塌陷坑的下方数十m处存在盐水充填的洞穴。
本次会议中有多个报告涉及深部岩溶,如位于匈牙利布达佩斯的欧洲最大天然岩溶温泉系统。Klimchouk等报道了乌克兰南部黑海北部Prichernomorsky自流盆地深成洞穴特征。Benjamin等研究了埃德华含水层化学无机自养型暗层生物多样性。含水层内从淡水到咸水区,温度、硫酸盐、硫化物及氨离子浓度逐渐增加,溶解氧减小。这一氧化还原电位差有利于化学无机自养型初级生产,动物同位素特征(δ13C = -27~-37 ‰; δ15N = 2~16 ‰)也指示化学无机自养型碳源特征。
在同位素研究方面。美国亚利桑那州干旱地区洞穴石笋氧同位素组成是指示降雨量及其季节变化的重要指标。研究人员在月监测的基础上建立了洞穴滴水与石笋氧同位素之间的关系:一个简单的洞穴滴水模型。该模型包含上部“土壤层”模型和下部“岩石层”。研究表明石笋氧同位素信息不完全反映气候信息,部分信息可能来自表层带储存水及其与雨水的混合。因而,多点监测及局地过程的监测对区分气候与非气候信号就显得十分重要。在高山岩溶区,或有长时间尺度储存能力的低孔隙度含水层(如大理岩)补给源存在时,泉水稳定同位素(δD和δ18O)可用于确定补给水源高程:高海拔的外源水和低海拔的内源水。
Arthur Palmer等强调了基于岩类学填图的岩溶作用解析建模的重要性。微观技术常常因耗时被忽视,利用X射线衍射技术,了解了矿物序列及其相互关系,就很容易重建该地区的地球化学历史:化学平衡与动力学过程。把握溶质浓度、矿物密度与量、时间及流量之间的关系,进而了解矿物组合和同位素信息。如发现石膏置换碳酸盐岩、硬石膏条纹、黄铁矿氧化产物、铁氧化细菌化石暗纹等,即表明有硫酸作用过程发生。然而,由于这一方法耗时,一些必需的技术正在消失。(供稿:章程)
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