贵州喀斯特地区河流的研究——碳酸盐岩溶解控制的水文地球化学特征

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1、贵州喀斯特地区河流的研究——碳酸盐岩溶解控制的水文地球化学特征第20卷第4期2005年4月地球科学进展ADVANCESINEARTHSCIENCEV01.20No.4Apr.,2005文章编号:1001—8166(2005)04-0394—13贵州喀斯特地区;n--I流的研究——碳酸盐岩溶解控制的水文地球化学特征韩贵琳,刘丛强(中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳550002)摘要:测量了喀斯特地区乌江,沅江两大水系的河流枯水期的主元素,SrH离子浓度和Sr同位素比值这些河流的化学组成代表了流经碳

2、酸盐岩地层的河水的化学组成.这些河流及其支流有高的溶解盐,TZ变化范围为:2.1～6.3meq/L,高于全球河流的平均值(TZ=0.725meq/L).河水含有较高的溶质浓度,河水水化学组成以ca和HCO;为主,其次为Mg"和SOj,Nd+K和Cl一+Si分别只占阳离子和阴离子组成的5%～l0%.这些河流的化学和同位素组成主要受其自流盆地的地质特征控帝1.流经碳酸盐岩地层的乌江水系河流具有较高的sr浓度(1.1～9.70mol/L)和较低的Sr/Sr比值(0.7077～0.7ll0),与流经碎屑岩地层的沅江水系的清水江河

3、流中较高的Sr/Sr比值(0.7090～0.7145)及较低的sr浓度(0.28～1.32mol/L)形成鲜明的对比.流域盆地的地理岩性控讳tl了河水的化学组成和同位素组成.对河水的化学计量分析表明河水化学组成受碳酸盐岩溶解控制,而碳酸盐岩主要受碳酸和硫酸作用而溶解.乌江流域受硫酸作用特别明显,表明硫酸主要来源于燃煤或流域盆地硫化物矿物氧化而形成的大气输入化学元素和同位素比值之间的相互关系表明3个主要来源为:石灰岩,白云岩和硅酸盐岩的风化,同时估计了碳酸盐岩和硅酸盐岩的化学风化速率.结果表明流域盆地的碳酸盐岩风化速率远远

4、高于许多世界大河.岩石风化过程中硫酸的出现或土地的过度使用或土壤植被的退化等都可能是导致流域的碳酸盐岩风化速率如此高的原因.关键词:碳酸盐岩;化学风化;水化学;河水;喀斯特;贵州中图分类号:P59文献标识码:A0引言河水的地球化学研究可以获得有关流域盆地化学风化,气候,上地壳的平均化学和同位素组成以及化学元素在大陆一河流一海洋系统中外生循环过程的重要信息8j.对河水sr同位素和化学组成的综合研究证明,河水的地球化学组成变化可以用2个端员组分的混合来加以解释:这2个端员组分分别来自硅酸盐岩和碳酸盐岩的化学风化.近来的研究进

5、一步说明,无论在稳定的还是构造活动区域的河流,其地球化学组成主要受碳酸盐岩和蒸发岩的快速风化以及沉积铝硅酸盐岩,页岩和砂岩的相对较慢的风化作用的控制,而受结晶基底岩石的风化作用的控制却很小.由于碳酸盐岩风化作用的产物在很大程度上控制了流经碳酸盐岩地层的地表水系的地球化学组成,因此碳酸盐岩地区河流的地球化学组成变化的系统研究对我们鉴别水中溶质的来源及估计大陆壳的风化速率及全球的CO通量是收稿日期:2004432-25;修回日期:2004438-23.基金项目:国家自然科学基金项日"西南乌江河水巾s0j来源与流域化学侵蚀"(

6、编号:40372108);中国科,:院知{创新I'重要力向项目"江典型喀斯小流域土壤一植被生态系统生源要素生物地球化学循环研究"(编号:KZCX3.s一140)资助.作者简介:韩贵琳(1971一),女,江西广卞人,研究员,主要从事环境地球化学研究.E—mail:hanguilin@yaho~一lll_t第4期韩贵琳等:贵州喀斯特地区河流的研究——碳酸盐岩溶解控制的水文地球化学特征395至关紧要的].本次工作的第一目的就是了解西南贵州喀斯特地区河流的水文地球化学特征及其控制因素.贵州省超过70%的土地是典型的喀斯特地貌,现

7、今面临水土流失,土地石漠化等一系列的环境问题,喀斯特生态环境极其脆弱,一旦破坏想恢复是极其困难的.既然水化学提供了大量有关流域盆地生态环境的信息,因此本次工作的第二个目的就是通过研究流经喀斯特地区的河流的水文地球化学来监测石漠化进程并定量计算流域的侵蚀速率.1流域盆地的地理,气候及岩性特征贵州省地处世界岩溶发育最复杂,类型最齐全,分布面积最大的东亚岩溶区域中心.乌江发源于云贵高原的乌蒙山脉,流经滇,黔,川,鄂四省.乌江是长江上游最大的支流,也是贵州省境内第一大河,贵州省境内全长874km,流域面积66849km,多年平均

8、流量为1690rnJ/s,实测的最大流量为21000m3/s.沅江水系是贵州省境内第二大河流,主要支流包括清水江和舞阳河.清水江和舞阳河长度分别为459km和258km,流域面积分别为17086和6480km:,多年平均流量为350m/s和113m/s'.乌江流域岩性分布特征以前侏罗系地层为主,碳酸盐岩分布广泛.乌江