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西南喀斯特地区碳酸盐岩地层广泛分布,岩溶十分发育。强烈的岩溶溶蚀作用残留物少,形成的土体厚度小,分布不均匀,土壤水分和养分贫瘠,地下水埋藏深。同时,受各种岩溶溶蚀形态特征和气候的影响,生态环境非常脆弱。近年来,由于人类各类工程活动加剧,土地开垦和森林过度砍伐,造成水土流失严重,基岩裸露,部分地区发生石漠化,已严重影响这一地区的可持续发展。因此,石漠化治理和生态恢复已是我国西部大开发面临的一个重大科学课题。
喀斯特地区的水文地质条件是生态环境和水土防护的地质基础,本文在贵州选取典型喀斯特地区针对浅表岩溶进行相关水文地质研究。在广泛收集相关资料的基础上,通过野外地质调查、室内外试验,对喀斯特地区典型水文地质单元进行了较系统的研究。论文主要取得以下研究成果和创新认识:
(1)由于西南岩溶地区其浅部岩溶及其水文地质条件与生态环境关系最为密切,论文对此进行了专题研究,将枯水期水面以上的浅部岩溶定义为浅表岩溶。同时根据浅表岩溶的形态发育特征、CO2的含量和水的运移规律将浅表岩溶划分为三个带。第一,近地表岩溶带:由土层滞留层和裸露岩石组成,岩溶发育呈石柱、溶沟和石芽等形态,剖面上表现为“漏斗式”;第二,垂直入渗带:以岩溶垂向发育为主,往往沿构造裂隙、风化裂隙和层理等结构面发生溶蚀,表现为溶隙、溶孔等,规模不大,是地下水补给通道,即垂直入渗带;第三,为丰水期与枯水期地下水位波动地带,是地下水的汇集区,以水平运动为主,岩溶以水平发育为主,岩溶发育规模较大,多呈溶洞或地下河,在横截面上,岩溶发育呈“葫芦”状或“反漏斗式”形态。
(2)在研究区内依据地形地貌选取典型水文地质单元,开挖地质剖面取样,对研究区土体基本性质及其物质组成、地下水水化学特征等进行试验研究。
(3)选取典型剖面,绘制地质剖面图。归纳总结了研究区地下水的赋存类型为孔隙水、裂隙水和岩溶水,并阐述了岩溶水的补给、径流、排泄特征。通过野外试验,对土体渗透特性和地表径流等水文地质参数进行研究。
(4)分析了喀斯特地区表层土体(粘土)矿物成分和化学成分的生态环境指示意义,总结了典型喀斯特地区的岩溶系统的生态环境特征。研究表明本区表层岩溶系统具有特殊的水文地质特征。