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1 引言1

1.1 中国岩溶的重要性1

1.2 岩溶作用2

1.3 岩溶作用过程2

1.4 岩溶发育的解译4

第一篇 岩溶作用的物理化学原理及其动力学9

2 CaCO3-CO2-H2O系统的化学基础9

2.1 反应和平衡9

2.2.1 一般情形16

2.2 实现平衡的边界条件16

2.2.2 边界条件的改变20

2.2.3 CaCO3饱和溶液20

2.2.4 封闭系统中饱和水溶液的混合作用22

2.2.5 外源离子对方解石溶解的影响23

3 溶质传输28

3.1 作为扩散质量传输原理的随机运移问题28

3.2 扩散定律30

3.2.1 一些基本解31

3.3 扩散和对流溶质传输35

3.3.1 紊流中的扩散35

3.3.2 水动力弥散36

3.4 扩散系数及其量级37

3.4.1 分子扩散37

3.4.2 涡流扩散38

4 化学动力学39

4.1 基元反应和总反应速率定律39

4.1.1 基元反应39

4.1.2 总反应40

4.1.3 温度对速率常数的影响42

4.2 平衡的逼近43

4.2.1 不可逆反应43

4.2.2 可逆反应45

4.3 CO2转换反应动力学46

4.3.1 实例47

4.4 混合动力学50

5 水流动力学53

5.1 层流和紊流54

5.1.1 Bernoulli定律55

5.1.2 层流56

5.1.3 紊流57

5.2 通过孔隙介质的水流61

6 方解石溶解和沉积的非均质表面化学65

6.1.1 旋转盘系统66

6.1 方解石溶解的实验方法66

6.1.2 批实验68

6.1.3 溶解速率的测定70

6.2 方解石溶解动力学71

6.2.1 方解石溶解的3个区域72

6.2.2 PWP机理模型74

6.2.3 PWP模型与其他实验的比较80

6.3 方解石沉积化学动力学82

7 岩溶地区天然环境中方解石溶解和沉积动力学模拟83

7.1 问题综述83

7.2 物质传输方程84

7.3 开放系统中的溶解和沉积动力学86

7.3.1 溶解和沉积速率的计算86

7.3.2 开放系统计算结果90

7.4 封闭系统中的溶解和沉积化学动力学97

7.4.1 速率的计算97

7.4.2 封闭系统的计算结果97

7.5 紊流条件下扩散边界层对溶解和沉积速率的影响103

7.5.1 溶解和沉积速率的计算104

7.6 天然系统中的溶解106

7.6.1 远离平衡时外源离子对溶解速率的影响106

7.6.2 岩性对溶解速率的影响107

7.6.3 孔隙介质中的溶解108

8 CO2-H2O系统中方解石溶解、沉积动力学实验研究110

8.1 方解石沉积的野外观测110

8.1.1 研究区概况111

8.1.2 研究方法111

8.1.3 研究结果、讨论112

8.1.4 野外观测小结117

8.2 方解石溶解的室内实验研究118

8.2.1 实验方法119

8.2.2 实验结果120

8.2.3 实验结果的解释122

8.2.4 小结125

8.3 讨论125

8.4 小结及下一步工作128

8.4.1 小结128

8.4.2 下一步工作129

9 白云岩溶解动力学实验研究130

9.1 实验方法130

9.1.1 材料130

9.1.2 实验装置131

9.2 实验结果131

9.3 实验结果的解译135

9.5 小结140

9.4 与灰岩溶解的对比140

第二篇 岩溶作用与环境145

10 我国典型表层岩溶系统的地球化学动态及其环境意义145

10.1 系统概述145

10.2 系统的地球化学动态特征146

10.2.1 土壤CO2动态146

10.2.2 地下水HCO？动态146

10.3 系统地球化学动态反映的环境意义分析149

10.4 小结150

11.1 试验场气候和水文地质背景151

11 桂林岩溶试验场水文地球化学的暴雨动态：水-岩-气相互作用151

11.2 研究方法153

11.3 结果和讨论153

11.3.1 试验场地下水水化学特征153

11.3.2 试验场洪水期间地下水水化学的变化153

11.4 小结159

12 地热CO2-水-碳酸盐岩系统的地球化学特征及其CO2来源160

12.1 研究区概况160

12.1.1 四川黄龙沟161

12.1.2 四川康定地热系统161

12.1.3 云南中甸下给地热系统161

12.3 主要分析结果162

12.2 研究方法162

12.4 结果分析、讨论163

12.4.1 地热CO2-水-碳酸盐岩系统的水文地球化学特征163

12.4.2 地热CO2-水-碳酸盐岩系统的碳稳定同位素特征164

12.4.3 地热CO2-水-碳酸盐岩系统的CO2来源分析164

12.5 小结165

13 碳酸盐岩岩溶作用对大气CO2沉降的贡献166

13.1 研究方法167

13.2 碳酸盐岩岩溶作用对环境变化的敏感性167

13.2.1 对土壤CO2变化的敏感性167

13.3.1 水化学-径流方法169

13.3 碳酸盐岩岩溶作用对大气CO2沉降的贡献估算169

13.2.2 对径流变化的敏感性169

13.3.2 碳酸盐岩石片试验方法170

13.3.3 DBL模型计算171

13.4 小结172

14 一种特殊的碳酸盐沉积及其环境意义173

14.1 研究方法174

14.2 分析结果174

14.3 讨论和结论175

14.3.1 碳酸盐沉积物的分类及其形成的地球化学条件175

14.3.2 水泥（混凝土）碳酸盐化对大气CO2沉降的贡献估算177

15.1 研究区概况178

15 贵州茂兰小七孔风景区响水河水化学和钙华碳氧稳定同位素特征与生态环境演变178

15.2 研究方法180

15.3 结果及分析180

15.3.1 响水河的水化学特征180

15.3.2 响水河钙华碳氧稳定同位素记录与古气候、古环境演变182

15.4 小结185

16 云南白水台钙华景区的水化学和碳氧同位素特征与古环境重建186

16.1 白水台气候、植被和地质背景简介186

16.2 研究方法187

16.3 结果分析和讨论187

16.3.1 白水台钙华的起源187

16.3.2 白水台钙华的形成过程189

16.3.3 白水台不同时代钙华氧同位素差异反映的水温变化信息190

16.3.4 用热成因类钙华进行古环境重建时应注意的其他问题192

16.4 小结192

17 现代钙华亚年层的厚度、同位素和元素特征及其古环境重建意义：以云南白水台为例193

17.1 研究点概要193

17.2 气温和降雨记录195

17.3 分析方法195

17.4 结果与讨论196

17.4.1 钙华微层厚度196

17.4.2 钙华微层中δ13C和δ18O的季节性变化198

17.5 小结200

18.1 引言202

18 云南白水台钙华水池中水化学日变化及其生物控制的发现202

18.2 研究区概况203

18.3 研究方法204

18.4 结果与讨论204

18.4.1 白水台泉的水化学组成204

18.4.2 无雨时泉水的日动态变化205

18.5 小结211

19.1 引言212

19.2 研究区概况212

19 外源流水中碳酸盐岩试块的侵蚀速率及其控制因素212

19.3 研究方法214

19.3.1 水化学的监测和取样214

19.3.2 碳酸盐岩侵蚀试块的安放和测定214

19.4 结果与分析216

19.4.1 碳酸盐岩侵蚀速率的测定数据及处理216

19.4.2 1号和2号泉的地球化学特征及其SIc、SID和pCO2的计算216

19.4.3 碳酸盐岩侵蚀速率控制机理的分析219

19.5 小结221

20 总论及展望222

参考文献224

后记237