四川黄龙沟钙华沉积溪流的水化学和同位素的时空变化研究

论文摘要

钙华是分布于地表的次生碳酸钙沉积物,具有比石笋记录气候环境更高的分辨率和灵敏度,成为近年来古气候环境研究的重要载体。同时,钙华又可能是重要的景观资源。然而,若要很好的利用钙华进行古气候环境重建和保护好钙华景观,必须全面了解钙华沉积过程中地球化学指标的时空变化,并从地球系统科学的思想出发,深化钙华的形成机理,以弄清钙华沉积的主控因素。只有这样,才能为制定行之有效的钙华景观保护措施和古环境重建提供科学基础。本文通过水化学仪器自动记录、现场滴定、取样实验室测试相结合的方法,通过水化学和碳氧稳定同位素组成时空动态的综合分析,对四川黄龙沟钙华沉积过程中的水化学及同位素的时空变化特征及其控制机理进行了初步的研究,得出以下主要结论:（1）对黄龙沟钙华景区源头1号点泉水的长期监测数据分析,可以看出,黄龙沟1号泉水化学组成常年较稳定,CO2分压达到14000Pa以上,[HCO3]和[Ca2+]分别大于750mg/L和240mg/L,这些为钙华的沉积提供了重要的物质基础。（2）对比在黄龙沟钙华景区池水和滩流水的水化学观测数据发现:池水和滩流水的水化学都有非常明显的昼夜变化,但池水的水化学昼夜变化以生物光合作用控制为主,滩流水水化学昼夜变化受温度的影响更为明显。（3）由于水中二氧化碳的逸出使黄龙沟沿途水中CO2分压沿水流方向大体呈降低趋势,pH升高,水中的方解石达到过饱和,导致钙华沿途沉积,[Ca2+]和[HCO3-]降低（电导率降低）。但水流到中下游后,水化学组成变幅降低,这是钙华沉积达到一种新的平衡的结果。（4）进入雨季后,对于泉水而言,泉水受降雨的影响很小,有着稳定的水化学组成,而沿途水体的离子浓度降低,这是由于具有较低电导的雨水和融雪水大量混入造成的。（5）夏季降雨的稀释作用不但对水化学有影响,同时也影响了水及其沉积的钙华的稳定同位素组成。分析发现,雨水的稀释作用使得水和钙华的碳同位素在雨季时降低,而氧同位素则有着不同的变化规律,随着春夏季气温的升高,水中氧同位素值也升高,并且水中沉积的钙华氧同位素也有着相似的变化规律,反映了蒸发作用对氧同位素组成的控制。这些反映了碳氧稳定同位素组成控制机理的差异。（6）由于黄龙沟溪流沿途有多处泉水、雨水和融雪水的混入,导致水和钙华中的碳氧同位素并非呈现简单的逐渐增加或降低的趋势。在水源单一且漫长的钙华滩流处,由于水层较薄,且流速较快,因而沉积相对较快,计算得知此条件下沉积的钙华易于达到同位素平衡分馏,因而更适宜于用作古气候环境重建。（7）黄龙沟水中磷酸根离子的浓度在旅游旺季的显著升高,反映了旅游等人类活动已对沟内水化学产生影响,可作为黄龙沟水污染的替代指标。其对钙华沉积的影响,有待进一步的观察研究。（8）2008年5月12日汶川地震后,黄龙沟1号泉水出现水位、水温、二氧化碳分压和δ13C突然升高,pH下降的现象,可能是地震改变了源头水和二氧化碳的通量,其对钙华沉积的影响,也有待进一步的观察研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究的方法和实验的设计
• 1.4 论文的创新点
• 第二章 研究区概况
• 2.1 研究区的自然地理概况
• 2.2 研究区的区域地质概况
• 2.3 研究区实验点情况
• 第三章 黄龙沟泉水和溪流水化学的自动监测
• 3.1 黄龙泉泉水的自动监测
• 3.2 黄龙沟溪流水的自动监测
• 3.3 小结
• 第四章 黄龙泉水和溪水地球化学指标的人工观测
• 4.1 黄龙泉水的常量和微量元素特征
• 4.2 黄龙沟溪流水常量和微量元素特征
• 4.3 人类活动对黄龙沟水化学可能产生的影响
• 4.4 小结
• 第五章 黄龙沟泉水和溪水的碳、氧同位素组成
• 5.1 黄龙沟泉水的稳定同位素特征
• 5.2 黄龙沟溪流水的稳定同位素特征
• 5.3 小结
• 第六章 黄龙沟钙华沉积的同位素组成
• 6.1 黄龙沟钙华沉积的氧同位素组成
• 6.2 黄龙沟钙华沉积的碳同位素组成
• 6.3 黄龙沟钙华同位素的平衡分馏检验
• 6.4 小结
• 第七章 5-12汶川地震对黄龙沟水化学和同位素的影响
• 7.1 地震区域地质构造
• 7.2 地震成因、类型及特点
• 7.3 地震前后黄龙沟水化学的变化
• 7.4 地震前后黄龙沟碳同位素的变化
• 7.5 结论
• 第八章 结论及其存在的问题
• 8.1 初步结论
• 8.2 存在的问题
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文及参加课题一览表