洞穴水文环境的地球化学特征研究——以重庆丰都雪玉洞为例

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1、http://www.paper.edu.cn洞穴水文环境的地球化学特征研究∗——以重庆丰都雪玉洞为例1,21,21,21,21,21,2蒲俊兵，沈立成，贺秋芳，袁文昊，王翱宇，扈志勇，33陈炳清，何洋1、西南大学地理科学学院，重庆（400715）2、西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所，重庆（400715）3、重庆市丰都县龙河旅游开发有限公司，重庆（408200）E-mail：pujunbl@163.com摘要：对重庆丰都雪玉洞内地下河水和滴水进行了为期近1年的观测，揭示了洞穴水文环境系统的时空变化特征。地下河水和滴水的

2、主要水化学指标均表示出明显的季节变化趋势。2+2+在雨季Ca，Mg浓度升高，而在旱季降低。在地下河径流路径上由于溶蚀效应和沉积效应的相互制约以及受水动力条件和空气对流程度的影响，其地下河水化学指标也显示出其空间变化特征。滴水由于位于洞穴不同的部位和顶板覆盖层厚度的影响，其水化学指标也表示2+2+出其空间变化性质。各个水样点的[Mg]/[Ca]值也表示出其季节变化特征，雨季低旱季高，并且可以用来指示外界环境的变化。关键词：洞穴；地下河水；滴水；地球化学特征；时空变化1.前言洞穴水文环境系统是地下水系统的一个重要部分，其主要

3、形式有地下河水、滴水、空气凝结水、池水等，其中地下河水和滴水是洞穴水文环境系统的最重要组成部分，其地球化学成分是形成洞穴次生沉积物的重要影响因素，并且其对环境变化相当敏感。开展对洞穴水文环境的监测研究是了解洞穴形成过程，次生沉积物发育的重要途径。近年来国内外已经对洞[1-10]穴滴水的来源、水文地球化学特征,水动力过程和稳定同位素组成等开展了系统的研究，指出了洞穴滴水受到外界降雨，洞穴上部植被土壤，基岩和洞穴内部空气组分的影响具有不同的水文地球化学特征，从而影响洞穴次生沉积物的形成。但是单就没有常年流水的洞穴而言，其内部

4、次生沉积物主要受滴水影响，然而对于有地下河等常年流水的洞穴其次生沉积物[1]的形成就不单单受滴水影响，其地下河也是一个重要的影响因素。岩溶洞穴次生沉积物是[11-13]岩溶区过去环境变化的重要载体，本文拟从丰都雪玉洞地下河水和滴水所构成的水文环境系统着手，探讨其时空变化特征，为过去环境变化指标的选取与解译提供参考。2.研究点概况雪玉洞（29°47′00″N；107°47′13″E；海拔233m）位于重庆丰都县长江南岸支流龙河下游段，距丰都新县城12Km。洞穴所处区域属亚热带湿润季风气候，多年平均降雨量1072mm（195

5、9-1980），年平均气温16.5℃。洞穴主要发育于三叠系嘉陵江组（T1j）薄至中厚层状灰岩中，为一沿地层走向延伸的峡谷式地下河道洞穴，目前已测长度1643.97m，洞口高出[14]龙河河面55.5m。洞穴顶板岩层一般厚为150～250米。洞穴上覆土层厚度在0～50cm之间，植被以常绿阔叶林和灌丛为主。洞穴水系补给主要来自于大气降水，以龙河为排泄基准[14]而且常年不断。洞穴为适应龙河排泄基准面的下降而具有多层结构。*本课题得到重庆市科技项目：重庆典型地区地质作用与碳循环研究（CSTC2005AB7006）；重庆市科技攻

6、关项目：重庆市岩溶地下水的形成、分布和水循环规律（CSTC2007B7001）；国家自然科学基金项目“我国西南岩溶含水层演化机理研究”（40672165）；教育部博士点基金项目：重庆金佛山地区岩溶动力系统及其环境效应(20050635001)的资助。-1-http://www.paper.edu.cn雪玉洞内次生沉积物类型异常丰富且洁白如玉，包括有石旗、地盾、塔珊瑚等珍贵沉积物类型，同时兼有硫酸盐沉积和方解石沉积并存的情况。于2004年开发为旅游洞穴后即被评为国家AAAA级旅游区。3.样品采集及分析方法对雪玉洞的监测研究

7、最早开始于2004年。自2006年11月开始在雪玉洞内共选取了7个水点（表1）进行系统监测。每月中旬定期进洞取水样。自2006年11月到2007年12月已开展了一个水文年的系统监测研究分析工作。在监测工作中使用德国WTW公司生产的Multi350i多参数水质分析仪现场测定洞穴水系中地下河水和部分滴水及排泄基准面龙河河水的pH、水温、电导率，其测量精度分别为0.01pH单位、0.1℃和1µs/cm。用德国MerckKGaA-2+公司产的碱度计和硬度计分别测量水中的HCO3和Ca,其精度分别为0.1mmol/l和2mg/l。

8、用事先清洗过的高密度聚乙烯塑料瓶采取水样，水样类型为地下河水（5个）和滴水（2表1取样点基本情况表Tab.1Briefintroductionofsamplingpoint雨季平均（5月—10月）旱季平均（11月到次年4月）编号水点名称水点类型电导2+-2+-pH水温电导率CaHCO3pH水温CaHCO3率xy1洞口