研究历史

地质矿产部与法国国家科研中心于19846月在成都签署了《关于开展地学科技合作会谈纪要》,计划在桂林建立岩溶水文地质试验场,用定量的方法研究岩溶介质的水流过程。岩溶地质研究所选址在桂林丫吉村峰丛洼地处建立试验场。修建泉水水文观测站,建立钻孔观测含水层水位,为了克服包气带水位剧烈波动带来的仪器障碍,合作方专门提供了当时先进的水位观测技术。通过示踪试验、水化学和同位素技术的应用,认识了岩溶水特殊的垂直分带、径流方式和边界条件,建立了反映系统物理结构和岩溶水转化机制的水箱模型,利用模型研究了表层岩溶带的调蓄功能及其对整个系统的贡献。

岩溶水的地球化学作用印证了地球系统科学思想的正确性,岩溶作用作为有CO2参与的水岩相互作用,生物圈、土壤圈的变化被联系到水圈和岩石圈发生的变化,植被、微生物生理活动释放的CO2直接参与进去,改变了地质作用的强度。在多学科交叉的背景下,通过对丫吉试验场土壤CO2浓度变化与表层岩溶泉HCO3-浓度、PCO2、饱和指数、C同位素的一系列观测和解释,发现了生物作用影响岩溶过程的事实,表明地质作用可以不是以前所认为的长时间尺度的、缓慢的物质循环过程,生物作用积极参与其中,并可以显著改变物质循环的速率。岩溶水的化学曲线表明,岩溶水电导率、PCO2、饱和指数的一系列变化反映了降雨补给过程中,包气带富含CO2的空气在降雨活塞式入渗的推动下产生相应的垂直下降运动,并改变了岩溶水水化学。而降雨的捷径式补给加快了岩溶水循环的速度,使大量方解石溶解度不饱和的水进入含水层,促使水化学的改变。

认识岩溶地区的产流机制是构建水文模型的基础,过去有多位学者定性描述了降雨补给的去向,但是适用于岩溶地区的产流模型还远未建立。通过修建在丫吉试验场峰丛洼地山坡上的坡面流观测站的监测表明,即使在桂林这样降雨丰富、暴雨频繁的地区,其坡面流的产生频率十分有限,坡面流的比例极少,不会对岩溶泉的水文过程形成显著影响,但不能排除其对岩溶水水质的贡献,反映了岩溶地区地表径流分散、存在时间极短的特征,这是岩溶作用强烈改变岩石渗透性的结果。