
西南岩溶小流域水体中微量元素地球化学特征及其指示意义
吴庆, 黄芬, 郭永丽, 肖琼, 孙平安, 杨慧, 白冰
西南岩溶小流域水体中微量元素地球化学特征及其指示意义
Geochemical characteristics of trace elements and their implications in the small karst basin, Southwest China
微量元素在岩溶区资源环境研究中具有重要的指示意义。本文选择我国典型峰丛洼地区岩溶地下河为例,解译水体中微量元素的地球化学特征及其在岩溶空间结构和岩溶水文等方面的指示意义。毛村地下河流域水体中Sr、Cr、Ni、Co和Mn等微量元素,主要来源于碳酸盐岩的溶解。强降水条件可驱动深层水,弱降水条件驱动能力差。微量元素ρ(Ni)/ρ(Co)、ρ(Sr)/ρ(Ca2+)和ρ(Sr)/ρ(Mg2+)的时空变化,指示LLS和BY子系统内岩溶发育差,SGY至MC岩溶发育程度较高。ρ(Sr)/ρ(Ca2+)和ρ(Sr)随ρ(SiO2)的变化斜率值可作为指示岩溶发育程度的指标,均随着岩溶作用强度的增大而增大。ρ(Sr)的时空变化特征与地层岩性特征密切相关,可将岩溶流域按照地质背景分为非岩溶区、非岩溶区-岩溶区过渡带和岩溶区。基于非岩溶区至岩溶区ρ(Sr)的变化特征,利用质量守恒定律,计算出旱季SGY、SWQ、LLS和BY泉水接收岩溶区补给的平均比例分别为51.50%、50.46%、65.48%和22.16%。微量元素可指示岩溶发育程度和定量计算岩溶水源比例,为解决岩溶区复杂的资源环境问题提供科学指导。
Trace elements play a significant role in resources and environmental research in karst areas. In this paper, we examine the geochemical characteristics of trace elements in a typical karst underground river located in a peak cluster depression and discuss their implications for karst spatial structure and hydrology. In the Maocun underground river basin, trace elements such as Sr, Cr, Ni, Co, and Mn primarily originate from the dissolution of carbonates. Intense precipitation can drive deep karst water flow, whereas weak precipitation has limited driving force. Spatial and temporal variations in the ratios of ρ(Ni)/ρ(Co), ρ(Sr)/ρ(Ca2+) and ρ(Sr)/ρ(Mg2+) indicate that the LLS and BY subsystems exhibit limited karst development, while greater karstification is observed from SGY to MC. The ratios of ρ(Sr)/ρ(Ca2+)and the slopes of ρ(Sr) relative to ρ(SiO2) increase with the degree of karst development, making them potential indicators of karstification. The spatial and temporal variations of ρ(Sr) are closely related to the lithologic characteristics of the strata, allowing the division of the basin into non-karst areas, transition zones from non-karst to karst areas, and karst areas based on geological background. Using the changes in ρ(Sr) from non-karst to karst areas and applying the principle of mass conservation, we calculated the average proportions of karst water contributions to the SGY, SWQ, LLS, and BY springs during the dry season to be 51.50%, 50.46%, 65.48%, and 22.16%, respectively. Trace elements can indicate the degree of karstification and quantitatively estimate the proportions of karst water sources, providing scientific guidance for addressing complex resource and environmental issues in karst areas.
trace elements / karst underground river / karst development / karst hydrology
P641;P592;P595
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