花崗巖風化碳匯規(guī)律及影響因素研究.pdf

1、花崗巖約占全國基巖面積15％，其風化過程是一個凈碳匯過程。20世紀80年代中期，隨著新生代氣候變冷和現代全球CO2,未知匯問題的提出，含花崗巖在內的硅酸鹽巖風化在全球碳循環(huán)中的作用得到學術界重視。Velbel(1993)估算硅酸鹽巖風化消耗的CO2占全球風化消耗的CO2,1/2以上，Saint(2001)計算為41％，且約1/6發(fā)生在喜馬拉雅地區(qū)。因此花崗巖風化的碳匯規(guī)律以及影響因素的深入研究，對鑒別大氣與巖石圈界面上CO2交換特征、探

2、索CO2未知項、修正全球碳循環(huán)模型都有重要意義。
　　 為了了解花崗巖碳匯規(guī)律以及影響因素，本研究基于礦物風化，以云南維西典型花崗巖小流域為重點研究區(qū)域，于2004.5-2005.12觀測其水文化學(pH、EC、T)、主要離子(Ca2+、Mg2+、K+、Na+、C1-、HCO-3、SO2-4)、碳同位素特征，并對比廣西新寨、湖南郴州、北京懷柔典型花崗巖地區(qū)，探討碳匯量、礦物碳匯貢獻率、碳來源、碳匯的時空分布以及各影響因素的影響程

3、度。
　　 在野外調查基礎上，將云南維西花崗巖按風化強度分為全風化、強風化、中等風化(分上、下段)、弱風化、新鮮五級，并探討了各級的物理化學風化特征。運用聚類分析法，結合野外調查情況，將云南典型花崗巖地區(qū)地下水分為花崗巖孔隙水、淺部裂隙水、礦帶影響的淺部裂隙水、深部構造裂隙水、花崗巖與灰?guī)r接觸帶水、花崗巖與第四系堆積物接觸帶水6類。利用主成分分析法，可以提取影響這6類水的3項公因子，并在公因子得分圖上初步判斷：①全風化帶孔隙水長

4、石、黑云母溶濾作用弱，而且?guī)缀鯖]有黃鐵礦氧化作用；②淺部裂隙水和花崗巖與第四系堆積物的接觸帶水兩者埋深差不多，但后者因水巖接觸面積更大，長石、云母溶濾作用以及黃鐵礦氧化作用更強；③礦帶作用下，淺部裂隙帶地下水體現一定程度的深部構造裂隙水特征，其鈉長石、鉀長石風化在所有風化帶中最強。因鈣長石、黑云母礦物活性相對較弱，其增加幅度不如鉀長石、鈉長石；④深部構造裂隙水循環(huán)深度大，水巖作用充分，鈣長石風化強于其它礦物，鉀長石、鈉長石因為影響因素多

5、，特別是風化淋濾時間影響，其風化增強不明顯；⑤花崗巖與灰?guī)r接觸帶水失去花崗巖水特征，更多的表現為灰?guī)r水特征。
　　 分析研究期內云南維西礦物和水化學資料，可知：①云南維西花崗巖碳匯模數為14.33mg.s-1.km-2，夏季約是冬季的1.22倍，碳匯率夏季普遍低于冬季，說明降水作用對碳匯模數的影響更甚于氣溫；②鈣長石貢獻率＞黑云母、鈉長石＞鉀長石，其中鈣長石貢獻率約50％，黑云母、鈉長石各自近25％，表明風化淋濾對易溶礦物的淋失

6、作用超過氣候等因素；③從整個風化剖面上來說，僅約10％發(fā)生在深循環(huán)帶，90％發(fā)生在花崗巖巖體淺部。且夏季全風化帶和第四系堆積物碳匯之和約占云南維西夏季總碳匯量的70％，冬季淺風化帶和第四系堆積物碳匯分別占云南維西冬季總碳匯量的50％、30％，深循環(huán)帶夏、冬季碳匯量僅為總碳匯的6％、13％，這可說明淺部裂隙帶厚度、全風化帶剝蝕情況決定了花崗巖碳匯強度。④即使同一風化帶，花崗巖風化能力相差較大，如含礦帶的淺裂隙帶風化碳匯能力可以加強1.5-

7、2.5倍，故而研究花崗巖碳匯情況必須考慮礦帶分布。⑤利用碳同位素可以判斷維西深循環(huán)地下水中的碳近60％來源于大氣，而淺循環(huán)地下水僅35％左右為大氣成因，說明淺循環(huán)水更易受土地利用、植被覆蓋影響。⑥浸泡模擬實驗研究結果表明風化主要發(fā)生浸泡的前5天，因此可以推測花崗巖風化淋濾主要發(fā)生在暴露初期，而且在一定程度上風化時間的影響遠遠超過氣候等因素。
　　 根據云南維西、廣西新寨、湖南郴州、北京懷柔典型花崗巖地區(qū)研究，可知：①全國花崗巖風