山东半岛开元洞洞穴滴水微量元素季节变化及其气候环境意义研究
【摘要】洞穴次生碳酸盐沉积物当前已成为研究古气候变化的重要载体，尤其体现在高分辨率、短时间尺度研究上。利用洞穴次生沉积物中的微量元素、稳定碳氧同位素等气候代用指标重建古气候，并结合高精度的U/Th测年技术与一系列的气候突变事件进行对比建立高分辨率、高精度的古气候记录。然而，在使用洞穴次生沉积物进行古气候重建的过程中，也有一些研究观察到洞穴次生碳酸盐沉积物沉积记录对外界气候变化不吻合的现象。因此，洞穴滴水的研究会对利用洞穴次生碳酸盐沉积物解译气候环境带来极大的帮助。本文对山东半岛淄博市开元洞进行研究，对开元洞洞穴滴水的水文学和元素地球化学特征进行了详细分析。本研究自2012年1月起对开元洞洞穴滴水和洞内滴水点周围环境指标进行了连续监测，监测的指标主要包括洞穴滴水的电导率、pH值、水温、滴水滴率、微量元素（Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+）离子浓度及比值（Mg/Ca、Sr/Ca、Ba/Ca），同时对滴水点周围洞穴环境指标如温度、湿度、CO2浓度等也进行了动态监测。本文通过研究这些指标的时空变化特征，来探讨洞穴滴水微量元素的季节变化及其与气候环境的关系。结果显示，洞穴环境指标和洞穴滴水微量元素都存在显著的季节变化，而这种季节变化主要是受到当地气候环境变化的影响，特别是气温和降水的变化。虽然开元洞内各滴水点对外界的气候环境变化都存在一定的响应关系，但不同滴水点的微量元素含量以及对大气降雨响应的滞后时间并不完全相同，原因可能是受滴水点上方土壤性质和岩溶水的运移管道不同等原因造成的；而洞顶岩石的厚度和滴水运移时间的长短则会影响滴水对外界环境响应的滞后时间。主要研究成果如下：（1）在一个水文年的研究期间内，洞穴环境指标中温湿度的季节变化不大，而洞内CO2浓度的季节变化十分明显并且与外界的气候变化都存在一定的响应关系。此外，洞穴环境指标还存在着一定的空间差异，主要表现为随洞穴深度的增加而逐渐升高。洞口外的温湿度和CO2浓度的变化主要受当地气温和降水变化的影响。（2）洞穴滴水pH值和电导率都存在一定的季节变化特征。其中，pH值表现为夏季低、冬季高，而电导率与之相反。滴水的pH值与电导率的变化都与外界气候环境变化存在明显的响应关系。（3）本文选取的两个滴水点均为常年性滴水，在降雨初期存在“活塞效应”。两个滴水点的滴率对当地大气降雨均存在一定的滞后现象，这种滞后现象主要受外界降雨的强度和频率、洞顶岩层的厚度、顶板基质特性以及渗流水通过的流水管道的大小、水流路径的长短等因素的影响。（4）通过对开元洞内两个滴水点滴水微量元素浓度及其比值变化的分析表明，洞内各滴水点的微量元素浓度及其比值的变化范围和均值都存在一定的差异。微量元素浓度的变化主要受上覆土壤和下伏基岩的组成和性质、顶板基岩裂隙中的运移路径以及水-土-岩相互作用时间等因素的影响。（5）通过对开元洞内两个滴水点的连续观测和采样，并结合当地的气温、降水等气候环境资料，认为滴水中的微量元素离子浓度和比值的季节性变化是受到水文地质条件和气候环境变化的共同影响。（6）滴水中Mg/Ca、Sr/Ca与Ba/Ca比值的变化趋势不一致。研究表明，滴水中Mg/Ca、Sr/Ca比值主要受岩溶系统干湿条件的影响，而Ba/Ca比值除了受降水的影响外，还受到其他地质水文因素的干扰。因此，可以看出滴水中Mg/Ca、Sr/Ca比值对外界降水有较好的指示作用，而Ba/Ca比值对降水指示作用不明显，可能主要指示土壤中微生物活动的强烈程度。
【作者】王常山；
【导师】王庆；
【作者基本信息】鲁东大学，自然地理学，2014，硕士
【关键词】开元洞；洞穴滴水；微量元素；时空变化；影响因素；
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