花崗巖風(fēng)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(fēng)化過程是一個凈碳匯過程。20世紀(jì)80年代中期，隨著新生代氣候變冷和現(xiàn)代全球CO2,未知匯問題的提出，含花崗巖在內(nèi)的硅酸鹽巖風(fēng)化在全球碳循環(huán)中的作用得到學(xué)術(shù)界重視。Velbel(1993)估算硅酸鹽巖風(fēng)化消耗的CO2占全球風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(xué)(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(xiàn)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(diào)查基礎(chǔ)上，將云南維西花崗巖按風(fēng)化強度分為全風(fēng)化、強風(fēng)化、中等風(fēng)化(分上、下段)、弱風(fēng)化、新鮮五級，并探討了各級的物理化學(xué)風(fēng)化特征。運用聚類分析法，結(jié)合野外調(diào)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(gòu)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(fēng)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(xiàn)一定程度的深部構(gòu)造裂隙水特征，其鈉長石、鉀長石風(fēng)化在所有風(fēng)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(gòu)造裂隙水循環(huán)深度大，水巖作用充分，鈣長石風(fēng)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(fēng)化淋濾時間影響，其風(fēng)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(xiàn)為灰?guī)r水特征。
　　 分析研究期內(nèi)云南維西礦物和水化學(xué)資料，可知：①云南維西花崗巖碳匯模數(shù)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(shù)的影響更甚于氣溫；②鈣長石貢獻(xiàn)率＞黑云母、鈉長石＞鉀長石，其中鈣長石貢獻(xiàn)率約50％，黑云母、鈉長石各自近25％，表明風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)化帶剝蝕情況決定了花崗巖碳匯強度。④即使同一風(fēng)化帶，花崗巖風(fēng)化能力相差較大，如含礦帶的淺裂隙帶風(fēng)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(jié)果表明風(fēng)化主要發(fā)生浸泡的前5天，因此可以推測花崗巖風(fēng)化淋濾主要發(fā)生在暴露初期，而且在一定程度上風(fēng)化時間的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氣候等因素。
　　 根據(jù)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(fēng)