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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