21世纪以来，人类正在逐步进入科学技术与社会发展的高速通道，各个科技领域均在发生深刻的变革。现代矿床学经历了百余年的发展和积累，建立了多种不同类型的成矿模式。然而，这些成矿模式的建立主要是通过典型矿床实例研究的“单维度”方法完成的，无论是成矿机制研究本身还是找矿勘查的需求都正在对传统成矿模式研究方式提出挑战。随着以大数据和人工智能为标志的第四次工业革命开始逐步影响基础科学领域，计算模拟和大数据挖掘等技术手段也促使矿床模式的研究进入到一个新的发展阶段。成矿实验和计算模拟、矿床剥蚀保存机制以及成矿规律大数据挖掘等研究方向，与传统矿床实例解剖研究一起，将构成未来我们对成矿模式研究的综合方法。矿床学研究也将由当前的“单维度”走向未来“多维度”的综合研究体系。

简述了莺-琼盆地横向沉积分布、纵向沉积序列、动态沉积过程，以及浅海重力流的沉积特征与形成机制。南海北部莺歌海盆地黄流组发育了浅海背景下的大型重力流沉积，琼东南盆地发育了半深海沉积环境下的陵水组、三亚组、梅山组海底扇。其中浅海重力流沉积的主要特征体现在：①沉积规模大小不等，且展布形态存在较大差异; ②海平面变化造成沉积特征的复杂性和多变性; ③浅海重力流沉积通常不具备扇体亚相分异; ④浅海重力流的水道沉积砂体迁移快、堆积厚，表现为水道富集且多期次叠加。莺-琼盆地物源演化与对比揭示了源-汇过程及不同物源输入的动态时空变化，主控因素包括物源供给、相对海平面变化、差异沉降、古地貌(古坡折及坡度)等。

渤海湾盆地是目前我国主要的陆相页岩油资源开采区，歧口凹陷位于盆地腹地，是渤海湾盆地内典型的富油气凹陷之一，但长期以来缺少对不同层位页岩形成环境及页岩油潜力的综合评价。选取歧口凹陷沙一下亚段富有机质页岩为研究对象，综合运用地化录井技术和生排烃模拟技术，进行歧口凹陷沙一下亚段页岩沉积特征的描述和页岩油潜力的综合评价。研究结果显示，①歧口凹陷沙一下亚段沉积于水体盐度较高的还原-强还原环境，营养物质丰富，气候炎热湿润，适宜生物大量繁殖，生产力水平高；②结合生排烃模拟实验结果，研究区沙一下亚段页岩生烃能力强、生烃效率高、排油率较低，生成的原油仍大部分残留在页岩中，具有良好的勘探潜力；③研究区沙一下亚段页岩中含有适量碳酸盐矿物，在成岩过程中改善了储集条件，为页岩油提供了良好的储集场所。歧口凹陷西南缘海侵的发生从沉积环境、古生产力及对成岩作用影响等方面促进了沙一下亚段有机质的富集，而有机质富集、生烃强度高以及良好的储集条件共同控制了沙一下亚段页岩油的大面积分布。研究区沙一下亚段页岩油储层可分为碳酸盐岩和混合沉积岩2种类型，综合2种储层的含油性特征后发现，碳酸盐岩矿物含量和脆性指数对页岩含油性有着极大影响。有利勘探区域为构造裂缝发育的宽缓斜坡区和白云岩化程度较高的地区; 有利勘探层段为孔隙和微裂缝发育的白云岩、白云质页岩和灰质页岩层段。该研究成果可为歧口凹陷页岩油的勘探开发提供指导。

自释光现象被用于沉积物测年的半个多世纪以来，释光测年技术已被广泛应用于各类海洋沉积物的年代测定，为古环境古气候和构造活动及地形地貌演变等研究提供了高精度年代学约束的同时，释光测年技术的精度和准确性也取得了长足发展。在系统回顾和总结海洋沉积物释光测年的发展历史基础上，详细讨论了释光测年技术在海洋沉积物测年中的研究现状，总结了全球海洋沉积物释光测年研究的特点。海洋沉积物的沉积埋藏过程相对复杂，部分晒退现象普遍存在，饱和含水的沉积环境导致环境剂量精确测定存在一定困难。因此在海洋沉积物年代测定和计算过程中需要根据实际情况对样品的释光性质进行分析，选择合适的等效剂量测试方法，并使用合适的环境剂量校正方法进行年代计算。释光测年方法在晚更新世以来海洋沉积物测年中表现出了独特的优势，释光测年目标矿物在海洋沉积物中普遍存在，并且随着近年来研究的不断深入，测年精度也得到了明显的提高，可以为晚更新世以来的海洋沉积物研究提供高精度的绝对年代地层格架。

四川盆地公山庙油田大安寨段同时发育湖相灰岩和页岩储层，裂缝是否发育成为大安寨段储层形成的关键。首先基于岩心观察、CT扫描、扫描电镜等分析了灰岩和页岩的裂缝特征，然后在分析沉积相、矿物含量、w(TOC)、断层对裂缝发育影响的基础上，建立了湖相灰岩和页岩裂缝的识别图版。结果表明：①大安寨段湖相灰岩主要发育构造缝与层间缝，湖相页岩主要发育成岩页理缝，两者裂缝产状均以水平和低角度为主；②湖相灰岩中，大三亚段和大一亚段的厚层灰岩、厚层灰岩夹单一薄页岩条带、厚层灰岩夹多个薄页岩条带, 这3种岩性组合最容易发育裂缝；湖相页岩中，大二a段的薄页岩与薄灰岩互层裂缝发育程度最高；③湖相灰岩裂缝识别优先采用ΔGR~ΔlogRT交会图，湖相页岩裂缝依据声波值增大和深浅双侧向电阻率“负差异”现象来识别。研究结果可为湖相灰岩-页岩裂缝评价提供思路与参考。

为深入分析早寒武世(541~509 Ma)海洋化学状态、有机质富集机制，积极评价四川盆地西南部下寒武统筇竹寺组页岩气资源潜力，基于四川盆地威远地区威207井筇竹寺组岩石学、地球化学、主微量元素、孔隙结构与吸附特征，对寒武纪早期上斜坡区古海洋环境、有机质富集控制因素及页岩含气潜力进行了探讨。沉积旋回显示筇竹寺组细粒沉积期发育多个海平面升降控制下深水-浅水陆棚交互转换旋回，但以浅水陆棚相为主，发育典型斜坡浊积体(扇)、重力流沉积。以威远地区为代表的上斜坡区未长期处于深水区，富有机质黑色泥页岩沉积厚度受限。有机地球化学测试结果显示，威207井筇竹寺组有机质以Ⅰ型干酪根为主，热演化程度高，残余烃较少，生烃能力偏低。氧化还原参数指示地处上斜坡的威远地区寒武纪初期海洋环境处于中等限制程度，仅存在一定程度的上升流，海水经历了“缺氧-氧化-缺氧-次氧化-氧化”的转变过程，致使上斜坡区古海洋生产力水平整体较低，由下至上呈明显下降趋势。微观孔隙结构与氮气吸附曲线指示筇竹寺组储层以复杂的、无规则狭缝型孔为主，甲烷吸附量和w(TOC)呈正相关性，但与温度呈负相关性，表明筇竹寺组现今普遍面临的高压高温条件不适于甲烷吸附。上述证据指示上斜坡区筇竹寺组页岩气地质条件较复杂，勘探风险较高，建议资源评价方向应往以深水陆棚相沉积为主的拉张槽区转变。

火山物质和长石碱性溶蚀形成的绿泥石、浊沸石、钠长石、伊利石等碱性自生矿物，是砂岩储层研究的重点，而碱性溶蚀本身却常被忽略。通过对碱性溶蚀机理、控制因素及成岩特征的分析，发现砂岩中发育石英颗粒碱性溶蚀、火山物质水解溶蚀、蒙脱石伊利石化导致的钾长石溶蚀、高岭石伊利石化导致的钾长石溶蚀和斜长石钠长石化5种碱性溶蚀作用，它们常与酸性溶蚀先后叠加发生，不易直接确定碱性溶蚀的类型和规模，常被忽略或误判为酸性溶蚀。依据碱性溶蚀与其伴生胶结物的成因关系，分析了部分含油气储层的碱性溶蚀类型及溶蚀规模，我国含油气盆地碱性溶蚀十分普遍，前4种碱性溶蚀形成的次生孔隙分别可达2%~7%, 5%~10%, 1.32%, 1.63%。

随着勘探开发的不断深入，地质目标逐渐由常规储层转向非常规储层。鄂尔多斯盆地东北缘砂岩储层纵向叠置、厚度薄、横向变化快，传统的反演技术无法满足薄储层精细预测的要求。波形指示模拟基于波形相控的思路，利用地震波形代替变差函数分析储层的分布特征，可以实现非阻抗参数模拟，是一种高精度反演技术。综合地质、地震和测井资料，基于自然伽马曲线，对鄂尔多斯盆地东缘MG区块进行了波形指示模拟，刻画出目的层砂岩储层的分布规律。结果表明，波形指示模拟具有较高的横、纵向分辨率，反演结果与钻井吻合度较好，与地震波形相关性强，能够反映储层的空间变化情况，且比较符合研究区的地质沉积规律。因此，波形指示模拟作为一种更高效的反演方法，为薄层、薄互储层的精细研究提供了有力支撑，有助于最大程度地实现对气藏资源的开发和利用。

碳是自然界中常见的一种元素，其以单矿物(如石墨、金刚石)、化合物形式(如碳酸盐、二氧化碳)及生物体中的有机碳等多种形式存在。随着越来越多的深入研究，碳质物或石墨化的作用和地位也引起了广泛的关注。石墨碳质物出现在不同地壳深度的断裂带或俯冲带岩石中，特别是在一些大地震断裂带中富集。在地质变质作用过程中，随着温度的增加，非晶形碳质物转变为晶形有序化的石墨，且其石墨化过程不可逆，因此其拉曼光谱峰可定量记录峰期变质作用温度；同时，在变形过程中，石墨的特殊结构性能和力学属性能有效降低岩石强度，促进塑性变形，在快速滑动面或地震滑动面中，起到固体润滑剂作用，因此，地壳中的石墨物质对于岩石强度弱化和地震断裂滑动及演化过程具有重要意义。石墨碳质物具有低溶解性和低移动性，常作为碳汇稳定存在于深部地壳中，在地质时间尺度上，一旦碳及石墨化共同参与到岩石中，一些主要的地质过程(如俯冲作用、断裂作用、风化侵蚀、生物作用)致使石墨碳质物通过形成和破坏过程富集或释放碳到地球表面(大气圈)，将显著地影响碳循环。

近年来，随着观测数据的增加、观测精度的提升、物理化学理论的不断完善以及计算机技术的显著提升，使得人们对岩石圈物理化学性质的认识发生了重大改变。介绍了目前关于岩石圈结构成像的相关方法以及它们的优缺点，并以华南地区4个具有代表性的区域(四川盆地、江南造山带、下扬子克拉通以及华夏块体)为例，利用地形、大地水准面、地表热流、地震面波频散曲线等观测资料，通过热动力学模拟和概率密度反演方法，给出了该地区岩石圈温度、化学组分结构。结果显示，华南块体东部岩石圈较薄，岩石圈地幔以饱满型橄榄岩为主，太平洋板块由东往西的平俯冲作用可能是华南东部岩石圈减薄的主要动力学机制。结合现今岩石圈结构的研究现状，提出了岩石圈结构成像存在的问题，并对未来岩石圈结构成像研究进行了展望。

断层泥作为脆性断层活动的产物，是厘定断层的变形特征、形成时代与弱化机制的重要研究对象，在构造地质和地震地质等研究中具有重要意义。因此，全面了解断层泥的研究与进展，有助于基岩区古地震的研究。在系统收集和分析国内外相关资料的基础上，全面介绍了断层泥的矿物组成、石英形貌特征、定年方法与地震断层弱化机制等方面的研究进展，以及断层泥在基岩区地震断层研究中的应用。断层泥主要由黏土矿物(蒙脱石、伊利石、高岭石以及绿泥石等)与围岩矿物的碎粉和碎砾(石英、长石、云母、方解石、白云石等)组成。断层泥中的石英、伊利石与方解石是限定断层活动期次和形成时代的主要测试对象。目前断层泥定年方法主要包括石英微形貌特征分析法、石英ESR和OSL定年法、伊利石K-Ar或⁴⁰Ar/³⁹Ar定年法和方解石U-Pb定年法。地震断层的弱化机制研究主要涉及断层泥中矿物细粒化与新矿物形成、岩石组构的发育、断层摩擦生热、熔体形成与热增压等方面。

碳同位素地层学是寒武系地层划分与对比的重要手段。通过对豫北驴驮沟剖面碳酸盐岩地层进行碳同位素分析发现，驴驮沟剖面寒武系鼓山阶(Drumian)底界附近的碳酸盐岩的δ¹³C值分布于3.1‰~-1.7‰之间，δ¹⁸O值分布于-3.9‰~-9.4‰之间。δ¹³C、δ¹⁸O之前的非协变关系指示碳同位素组成比较稳定。鼓山阶底界附近δ¹³C表现为负漂移演化趋势，漂移幅度为3.0‰，最低值为-1.7‰，出现在三叶虫Proasaphiscus首现位置15 m之下。出现负漂移的位置和负漂移的幅度与华南湘西王村剖面、美国犹他州Drum Mountains等剖面的鼓山阶底部的负漂Drum carbon isotope excursion(DICE)一致，表明DICE负漂移具有洲际对比意义，可作为寒武系鼓山阶划分和对比的工具。负漂移峰值处岩性为位于青灰色页岩之间的薄层灰岩夹层，超覆于鲕粒灰岩之上，因此，寒武系鼓山阶底部附近的DICE负漂移对应于苗岭世早期的海侵时期。

岩石蠕变特性对岩体工程的长期稳定有着重要影响, 尤其是在酸雨等水化学作用下, 岩石的细观结构遭到破坏, 蠕变特性及变形更为显著。以重庆二佛寺红层砂岩为研究对象, 通过开展室内三轴压缩分级蠕变试验, 研究了酸腐蚀状态下砂岩的蠕变特性。结果表明: 酸的腐蚀和浸泡会使砂岩内部孔隙增加, 导致砂岩在第一级荷载下会产生较大的瞬时应变和蠕变量, 之后瞬时应变量和蠕变量随着应力增加而增大; 岩样受到腐蚀软化, 蠕变破坏强度为抗压强度的76%, 长期强度仅为抗压强度的54%。为了描述蠕变全过程, 建立了一个损伤蠕变模型来拟合试验数据, 验证了其适用性, 可以为岩土工程建设的稳定性提供参考。

采用二氧化碳爆破致裂为激发干热岩储层提供了一种新的技术思路和途径。为了探究二氧化碳爆破致裂激发干热岩储层的作用效果, 开展了二氧化碳爆破致裂干热岩储层作用范围的数值模拟研究。考虑实际开采过程中钻井液对井壁附近干热岩储层的降温影响, 采用以温差为变量的拟合函数设置损伤区储层材料参数, 用洗井后井壁附近储层温度分布函数设置损伤区储层温度场, 并借助炸药爆破的相关理论、公式设置爆破荷载, 结合COMSOL软件模拟了二氧化碳爆破致裂激发干热岩储层的过程。结果表明, 二氧化碳爆破致裂干热岩过程中存在多次应力集中作用, 且在炮孔附近压应力集中造成压碎区, 压碎区外拉应力作用形成裂隙区; 储层的初始温度以及定压片厚度都会影响二氧化碳爆破致裂激发干热岩储层的作用效果, 其中初始温度对爆破压碎区范围影响较大, 对裂隙区范围影响较小, 定压片厚度改变对压碎区范围影响较小, 主要影响爆破裂隙区的分布。本研究成果可为干热岩地热能后续的开采利用提供理论支持和参考。

识别地下水溶解性硫酸盐来源及其生物地球化学循环过程是保障饮用水安全和水生态安全的重要前提, 对于地下水资源的管理和保护具有重要的意义。在广泛查阅文献的基础上, 总结了不同地下水硫酸盐来源δ³⁴S_SO4和δ¹⁸O_SO4值域范围; 综述了地下水硫酸盐溯源及硫生物地球化学循环过程解析的研究进展, 指出了存在问题和发展趋势。地下水硫酸盐来源识别方法经历了水化学方法→单同位素→双同位素→多同位素和多示踪剂定性识别→定量评估的发展历程; 因特定地域来源的硫、氧同位素差异和生物地球化学转化过程等因素的影响, 地下水硫酸盐溯源尚存在较大的不确定性。建议在地下水流系统框架上结合土地利用分布, 布置采样点采集污染源和地下水样品, 测定水化学和硫酸盐的硫氧同位素值及其他辅助性示踪剂同位素值或浓度, 利用多学科、多方法充分融合研究区水文地球化学、渗流场、土地利用等信息, 解析地下水硫酸盐的来源及其贡献, 以支撑地下水资源保护和污染防治的科学实施。

西藏搭格架水热区位于拉萨-冈底斯地块南缘, 毗邻印度河-雅鲁藏布江缝合带中段, 区内出露酸性泉、中性泉和弱碱性泉, 为不同类型地热水中REE分布特征及其地球化学成因研究提供了理想场所。通过在搭格架采集不同类型热泉样品, 开展了样品REE浓度测试、配分模式分析和赋存形态计算, 旨在揭示高温地热环境中REE地球化学行为的指示意义。研究结果表明, 搭格架热泉中REE的地球化学行为呈非保守性, 其ΣREE浓度受热泉环境中富Fe, Al矿物(或无定形态固体)而非硫酸盐矿物的吸附过程的影响; 热泉REE配分模式和形态分布则主要受热储内氧化-还原条件及流体-岩石相互作用的控制, 是其地质成因和总体水化学特征的反映。虽然搭格架热泉中宏量组分水化学特征指示热储围岩应主要为长英质岩石, 但中、碱性热泉呈现的Ce负异常意味着热储中也可能存在碳酸盐岩。本研究为高温热泉稀土元素地球化学研究提供了典型范例。

近年来, 受人类活动和全球变暖的双重影响, 我国南海区域珊瑚礁生态系统退化, 发生白化现象。利用遥感技术监测和掌握珊瑚礁的白化情况, 对南海生态环境的保护和治理具有重大价值。首先通过多期海表温度数据获取珊瑚礁白化预警的区域, 选定西沙群岛永乐环礁中的羚羊礁作为研究对象; 然后, 提出了一种新型的珊瑚礁白化监测模型, 分别采取水深校正、珊瑚礁分类、反射率调整以及阈值选择等方式对2013-2018年的Landsat-8遥感影像开展了多时间序列的珊瑚礁白化监测研究。最终的结果显示, 该模型能够较为准确地获取珊瑚礁白化区域, 为南海珊瑚礁白化现象的长时间序列监测提供依据。

碳酸盐岩风化是全球碳循环的重要组成部分, 具有大气与土壤CO₂汇效应, 受生态系统因子驱动与全球变化影响, 岩溶地区碳汇具有地表和地下双碳汇特征。简要介绍岩溶碳循环与全球变化关系, 论述岩溶碳汇的相关科学问题和主要进展, 分析岩溶增汇潜力与土地利用变化, 进一步提出基于岩溶关键带理念的碳酸盐岩风化过程概念模型。碳酸盐岩风化产生的碳汇可能是全球碳循环"遗漏碳汇"的贡献者, 同时具有缓解土壤CO₂向大气释放的作用, 进而成为全球碳循环模型中"土地利用变化项"(E_LUC)的重要调节者(减源效应)。碳酸盐岩风化过程能快速响应短时间尺度变化环境因子, 是岩溶关键带中连接生物、水文与地球化学过程的核心驱动机制。岩溶碳循环可理解为是土壤-生态系统碳循环的延伸或横向组成部分, 共同组成岩溶地区完整的陆地浅表层碳循环系统。碳酸盐岩风化对大气CO₂浓度上升的负反馈效应, 石漠化治理与生态修复工程的持续推进, 蕴藏着巨大的岩溶固碳增汇潜力。应加强土壤CO₂季节及其区域变化监测与研究, 构建基于土壤CO₂与流域水化学指标相关性的反向模型, 为估算区域碳汇本底、评估年际碳汇增量与潜力提供更加清晰且有效的岩溶增汇方案与途径。

中国北方中上元古界和下古生界碳酸盐岩含水层连续沉积厚度大、分布面积广, 其中储存着丰富的岩溶地下水资源, 在国民经济建设中发挥着举足轻重的作用, 是国家战略性水资源。结合对北方岩溶水的调查研究经历, 就岩溶水系统及水文地质条件、环境问题发展演化趋势与成因、岩溶水开发利用与保护、生态修复以及调查研究的技术方法等方面的进展与不足, 做初步的总结, 致以中国地质大学建校70周年、《地质科技通报》创刊40周年的贺礼, 并为广大北方岩溶水水文地质同行提供参考。

由于岩溶发育的极不均匀性和岩溶含水介质的多重介质性等特征, 使得岩溶水系统的地下水运动规律呈现出复杂多变的特点, 在孔隙或微小裂隙含水介质中岩溶水满足达西流, 而在岩溶管道中可能出现非达西运动, 这给岩溶区地下水模拟带来了极大挑战。系统地梳理了岩溶水流和溶质运移模拟的主要方法, 总结了复杂岩溶多重介质系统地下水模拟技术的现状, 并结合我国南方岩溶和北方岩溶各自的特点, 提出岩溶水模型在实际应用中需要关注的要点。主要包括: 需加强野外调查和观测, 提高模型中对岩溶含水介质结构非均质性表征的精度; 进一步深化对岩溶水运动机理的研究, 刻画岩溶多重介质的水流特征以及水交换机理; 针对北方岩溶水系统模拟, 可选择等效连续多孔介质模型, 重在耦合区域分布的岩溶溶孔－裂隙介质中慢速渗流与脉状分布的强径流带快速流; 对于南方岩溶区, 建议考虑建立分布式流域水文模型与能刻画集中管道流多流态变化的多重介质模型的岩溶地下水耦合模型。

地球关键带已成为表层地球系统科学的重要研究领域, 代表了未来地球系统科学研究的新理念和发展趋势。岩溶分布面积约占全球陆地面积的15.2%。岩溶关键带是一个独特的关键带类型。目前对岩溶关键带的科学内涵还缺乏统一的认识, 对岩溶关键带的结构、特征和底界等问题还缺少相关的讨论。在回顾地球关键带科学发展的历程和归纳其主要特征的基础上, 梳理了岩溶关键带概念提出的背景、发展的过程, 总结了岩溶关键带的特征, 并对仍存在较大争议的岩溶关键带底界问题进行了分析讨论, 同时对岩溶关键带的进一步发展方向进行了分析。总结表明, 岩溶关键带是在可溶岩地区岩石圈、水圈、大气圈、生物圈、土壤圈界面上物质循环、能量流动所塑造的地球关键带类型。岩溶关键带的范围是可溶岩地区的植被冠层到岩溶含水层底板, 包括了植被层、土壤层、表层岩溶带、包气带、饱水带。岩溶关键带具有典型地表、地下双层地质结构及特殊的以碳水钙耦合循环为主的地球化学过程, 对环境变化敏感。通过对比发现, 岩溶关键带具有以下8个主要特征: ①碳酸盐岩积极参与关键带物质循环过程; ②对环境变化敏感; ③多层次水文地质结构; ④横向空间异质性强; ⑤地下空间网络庞大; ⑥具有大跨度的生物群; ⑦具有基岩-植被-水直接相互作用的独特的生态水文过程; ⑧横向边界受分水岭变迁的控制。岩溶关键带的底界为地表以下一定范围降雨补给来源的水体对碳酸盐矿物(方解石、白云石等)的溶解已没有影响且已没有可能产生进一步溶解碳酸盐矿物能力的深度。根据学科发展趋势和国家需求, 今后应进一步关注以下4个方面的研究: ①我国不同类型岩溶关键带的结构、形成及演化机制; ②退化岩溶生态区关键带服务功能与区域可持续发展; ③工程活动对我国岩溶关键带结构、属性和演化过程的影响; ④气候变化与我国岩溶关键带结构、功能、属性变化的耦合过程。

工程建设改变地下水流场危及建筑物的安全。以济南经十路沿线大型地下综合体为例, 通过数值模拟计算工程建设对地下水渗流场的影响, 并建立了地下水流场修复模型。结果表明: 地下空间结构会阻挡地下水运移, 地下水水位壅高造成地基承载力降低; 将地下工程设置导流措施后, 其迎水面水位随时间呈现衰减趋势, 且越接近天然状态水位衰减速率越慢; 因地层结构差异, 壅高水位基本回落的时间存在较大差异; 不同地质条件下流场修复所需导流井数量与导流几何体结构参数呈负相关关系, 所需导流井数量的预测方程反映了地质条件的复杂性和多变性。除导流几何体自身结构外, 围岩水力梯度与渗透系数对导水能力产生影响, 其中渗透系数大小制约导水速率的快慢, 水力梯度则控制导水行为的发生。导流措施的实施可减小工程建设对地下水环境的影响, 确保地下工程建设对水环境影响可控。

我国岩溶区分布面积广，生态环境脆弱。岩溶区大量矿山开采活动产生的酸性矿山废水(AMD)严重威胁着区域生态环境安全。以岩溶区广泛分布的碳酸盐岩和玉米棒(生物质炭)等为原料，通过改性、造粒、覆膜的方式制备了一种可用于原位注入修复的碱基缓释材料(ASRM)，并在室内模拟开展了丰水和枯水交替作用下的原位注入修复实验，以验证和查明ASRM原位修复酸性矿井废水中重金属的能力及去除机制。研究结果表明，碱基缓释材料(ASRM)可有效提高水体pH值，酸性矿山废水(AMD)修复后pH值从2.8提高到5~7，并对Fe²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺和Cr³⁺等多种有害重金属有良好去除效果。XRD和SEM分析证明，反应沉淀物主要以FeOOH的形式存在。重金属的去除机制主要包括：①部分金属离子被以反应产生的氢氧化物等沉淀的形式去除；②反应体系产生的大量FeOOH可以吸附去除重金属。本模拟实验研究为利用缓释材料原位高效处理岩溶山区矿山AMD提供了可靠的理论和技术依据。

为查明大汶河流域中上游地区岩溶地下水水化学特征和离子来源, 基于2018年枯、丰两期采集的岩溶地下水样品水化学数据, 综合运用数理统计、相关性分析、Piper图、Gibbs图以及离子比值等方法, 对大汶河流域中上游地区岩溶地下水水化学特征及其控制因素进行了分析。结果表明，大汶河流域中上游地区枯、丰水期岩溶地下水的pH均值分别为7.6和7.5, 整体表现为弱碱性。岩溶地下水中Ca²⁺为占优势的阳离子, HCO₃^-和SO₄^2-为主要阴离子。枯、丰期岩溶地下水中ρ(TDS)均值分别为645.4, 648.4 mg/L。按照TDS划分, 大汶河流域中上游地区岩溶地下水均属于淡水或微咸水；枯、丰水期岩溶地下水水化学类型均以HCO₃·SO₄-Ca为主。岩石风化作用是控制区内岩溶地下水水化学特征的主要控制因素, 碳酸盐岩和硅酸盐岩矿物的溶解是地下水主要离子的重要来源。同时, 大汶河流域中上游地区岩溶地下水还受到了比较明显的人为输入影响, 地下水中NO₃^-主要来自于农业生产活动。该研究成果为水资源利用提供了指导作用。

为探究宜昌长江南岸岩溶区地下水中水生动物群落分布特征及环境响应规律，在2018年7月至8月对宜昌长江南岸15处表层岩溶泉及9处岩溶大泉中水生动物进行采集，同时对地下水理化指标进行测试。共采集到809个动物个体，共有13个亚纲，同时包括多个物种的暗层和非暗层种。结果发现：①不同动物在地下水空间分布上各异，在表层岩溶泉，Copepoda的暗层种和Ostracoda的暗层种大量存在(31.3%, 23.7%)，Trichoptera和Diptera少量存在(0.4%, 2.9%)；在岩溶大泉，Copepoda(非暗层种)和Amphipoda大量存在(25.0%, 8.3%)，Ostracoda的暗层种少量存在(2.2%)。②不同地下水的环境也表现出差异，区内岩溶大泉pH, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺等指标的极差(分别为0.64, 1.25, 34.0, 22.1 mg/L)小于表层岩溶泉(分别为2.45, 5.68, 59.6, 33.4 mg/L)，表现出更稳定的环境特征。③通过对各环境因子以及不同物种的逐步回归分析得出，表层岩溶泉的主控环境因子为pH, Na⁺, Mg²⁺，岩溶大泉的主控环境因子为pH, SO₄^2-, Mg²⁺；表层岩溶泉的主要代表性生物群落为Ostracoda, Diptera, Turbellaria的暗层物种，岩溶大泉的主要代表性生物群落为Mollusca, Diptera, Decapoda。④通过路径分析发现，生物通过种间相互作用，对环境因子具有直接与间接响应。在表层岩溶泉，Diptera主要通过与Ostracoda的种间关系对Na⁺和Mg²⁺起间接响应，另外Ostracoda, Diptera, Turbellaria的暗层种对pH有直接响应；在岩溶大泉，Mollusca主要通过Diptera对pH起间接响应，Diptera通过Decapoda对SO₄^2-起间接响应，另Mollusca, Diptera, Decapoda对Mg²⁺直接响应。研究发现生物分布规律是对于环境因子的直接作用和生物之间的间接作用共同响应结果。

研究石漠化峰丛洼地土壤重金属空间分异特征及其影响因素, 对推动区域土壤重金属污染防治、石漠化综合治理具有重要的指导意义和实践价值。以广西平果市典型石漠化峰丛洼地土壤为研究对象, 通过调查采样分析以及综合运用地统计学、地质累积指数、潜在生态危害指数和地理探测器等方法, 分析探讨土壤重金属的空间分异特征及其影响因素。结果表明, 研究区8种重金属元素的空间分布总体呈东北向西南降低的变化格局, 研究区东北部和东南部为重金属高值叠加区的集中分布区, Cr，Cd元素呈现中等的空间相关性, 其他6个重金属元素表现为强空间相关性；研究区受Cd，As，Cr，Cu，Zn等元素不同污染程度的影响, 且以Cd的影响尤为突出, 其地质累积指数和潜在生态危害指数分别高达1.34和107.73；pH、地层、Fe₂O₃、土地利用、P、CaO、Mn、到断层距离、石漠化程度是影响研究区土壤重金属空间分异的主要因子, 而且不同因子组对土壤重金属空间分异的交互作用以双因子增强型和非线性增强为主。因此认为不同因子对石漠化峰丛洼地土壤不同重金属元素空间分异特征的影响程度存在差异, Cd是石漠化峰丛洼地土壤污染程度和潜在生态危害程度最严重的重金属元素, 地层、Mn、CaO、岩性、到断层距离、P是影响Cd空间分异的关键因子。

岩溶水系统补给面积的确定是岩溶水文地质调查与研究中的一个难点。基于水均衡原理与水文脉冲函数, 介绍了求取补给面积的计算方法, 并探讨了模型参数的物理意义。选取了广西桂林丫吉试验场岩溶泉、湖北兴山雾龙洞地下河、沪蓉高速峡口隧道集中涌水点3个典型的南方岩溶水系统, 对其水文过程进行模拟, 利用最优模型参数分别求得补给面积, 与其他方法综合确定的补给面积得到了较好的验证。基于岩溶水文过程模拟的补给面积计算方法是对岩溶水系统补给面积求取方法的一种新的补充, 在中小尺度规模的南方岩溶水系统中具有较好的应用前景。

经典的Vensim模型采用2个平行线性水箱来模拟岩溶水文系统中的慢速流和快速流, 很难模拟岩溶水文系统内的非线性水文过程。提出一种改进的R-Vensim模型, 将Vensim中的一个水箱改为非线性水箱, 同时进一步考虑不同水文条件下降雨分配系数的变化, 用于模拟岩溶含水层中存在的非线性水文过程。2个模型被用于模拟丫吉试验场的S31岩溶泉, 模拟结果表明R-Vensim能更好地模拟不同降雨条件下岩溶泉水文动态过程, 而Vensim总是低估暴雨下的流量峰值和高估低强度降雨下的流量峰值。研究区岩溶水文系统中慢速流呈现强烈的非线性, 而快速流更接近于线性过程, 2个模拟时段内78.5%和68.4%的泉流量来源于非线性水箱。研究结果表明模型中考虑非线性水文过程对于岩溶泉流量尤其低流量过程的精准模拟十分重要。

近些年，对于东亚季风区石笋δ¹⁸O的气候环境指示意义的争论较多，主要在东亚季风区石笋δ¹⁸O代表夏季和风强度、夏季风降水还是水汽源变化。基于中国东部华北地区降水与长江中下游地区降水反相变化和长江中下游地区降水与菲律宾海降水反相变化(遥相关)，从年际-年代际到千年-轨道尺度对石笋δ¹⁸O与夏季风降水、厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的相互关系进行了探讨分析。通过对比石笋δ¹⁸O记录与华北和梅雨区降水，发现石笋δ¹⁸O偏负对应华北降水增加，梅雨区降水减少；石笋δ¹⁸O偏正对应华北降水减少，梅雨区降水增加。这种对应关系不仅存在年际-年代际尺度，而且在千年-轨道尺度同样存在，石笋δ¹⁸O不仅反映夏季风强弱变化，同时与中国东部区域降水关系是明确对应的。通过降水的空间相互关系，发现ENSO活动主要通过影响中国东部降水的空间分布格局而作用于石笋δ¹⁸O。La Niña态导致南海及菲律宾海对流加强，西太副高位置偏北，长江中下游地区梅雨期缩短，华北夏季降水增加，东亚季风区石笋δ¹⁸O偏负。El Niño态，南海和菲律宾海对流受到抑制，西太副高位置南移，长江中下游地区梅雨期延长，华北夏季降水减少，东亚季风区石笋δ¹⁸O偏正。另外，水汽源分析发现，菲律宾海水汽输送对东亚季风区降水及降水δ¹⁸O贡献相对较小。因此，综合分析认为，东亚季风区石笋δ¹⁸O主要反映了亚洲夏季风的强弱变化。

陵背斜东北翼地层以碳酸盐岩和碎屑岩相间的组合形式出现，碳酸盐岩分布区岩溶发育强烈，岩溶突涌水是该区地下工程建设的重要影响因素。以某重大引调水工程黄陵背斜段为研究对象，综合采用岩溶水文地质调查、示踪试验、水文地球化学等多种方法对研究区岩溶水系统特征及隧洞突涌水条件进行了识别和分析。结果表明：区内存在4个子含水系统，垂向上构成了透水性强-弱相间的结构，发育了浅部快速循环、中间快速循环和深部慢速循环的多级水流系统，断裂构成各子含水系统间发生水力交换的垂向通道。工程输水隧洞主体在深部灯影组(Z₂dn)和天河板组-石龙洞组(∈₁t+sl)子含水系统中穿越，岩溶发育总体较弱，但在穿越店垭断裂时存在导通上部娄山关组-南津关组(∈₃l-O₁n)强岩溶子含水系统而发生较大规模高压突涌水的可能。施工支洞穿越∈₃l-O₁n子含水系统中白龙洞水流系统的排泄区，遭遇管道式突涌水事故的风险高。多种水文地质方法的联合解译可提高识别岩溶水系统特征和突涌水条件的精度。

人工示踪试验是岩溶水文地质领域的重要研究手段, 分别在基流期和降水条件下对苍蒲凹地下河实施了多源示踪试验, 以探究其岩溶管道的展布特征。试验结果显示, 基流期和降水条件下均检测到来自水箐、黄连村及廖家坡3个落水洞的示踪剂, 降水条件下的示踪剂回收率分别为88.12%, 90.01%, 84.01%, 表明苍蒲凹地下河为多源单汇型地下河。基流期及降水条件下示踪剂运移特征均表明, 水箐至苍蒲凹的流动路径曲率最大, 黄连村至苍蒲凹的流动路径为主岩溶管道, 廖家坡至苍蒲凹的流动路径上存在双通道, 且在靠近地下河出口处存在溶潭, 据此建立了苍蒲凹地下河管道结构的概念模型。研究成果可为复杂岩溶地下河的水资源调查及开发利用提供依据。

硫酸盐超标是辛安泉域岩溶水水质恶化的主要现象之一。识别岩溶水中硫酸盐的来源对于全面理解岩溶水水文地球化学过程，合理开发利用和保护岩溶水资源具有重要意义。通过野外水文地质调查、水样采集和水化学同位素测试，采用硫氧双同位素示踪技术，分析识别了辛安泉域岩溶水中硫酸盐的物质来源。研究结果表明，泉域内岩溶水中的硫酸盐主要来源于石膏溶解、地表水渗漏和矿坑水入渗，且以石膏溶解和地表水渗漏混合居多。研究成果为辛安泉域岩溶水资源的保护与合理开发利用提供了重要的环境和水文地质学依据。

为了阐明喀斯特水库对河流水体碳循环造成的影响, 总结了近年来喀斯特流域筑坝作用对不同形态碳迁移转化和环境影响的研究进展。通过光谱学、稳定及放射性同位素等手段等对喀斯特地区河流-水库系统中的溶解无机碳(DIC)、溶解有机碳(DOC)、颗粒无机碳(PIC)和颗粒有机碳(POC)迁移转化及其控制机制的研究, 发现喀斯特水库碳循环展现出明显的季节性分布特征以及梯级水库群可能会进一步放大单个水库的生态效应, 这一结果不仅极大地促进了人们对水库碳循环的认识, 还有利于探索河流碳循环中"遗失"的碳汇以及更加准确的评估岩溶水库在全球河流碳循环中扮演的角色。喀斯特水库相比非喀斯特水库对人为活动加剧的影响可能具有更强的响应强度, 这也意味着喀斯特水库在全球变暖的趋势中发挥的作用需要得到更准确的评估, 而在未来的研究中, 通过不同分析手段从微观到宏观系统性的总结不同形态碳迁移转化特点将更准确的回答该问题。

岩溶关键带水文地球化学过程的研究对于科学认识其内部的演化环境与结构特征具有重要意义。岩溶水是水-岩作用后主要的信息载体, 定量分析其水化学特征及成因是揭示岩溶关键带含水系统介质环境与水动力条件的有效手段。以滇中高原岩溶关键带3个典型岩溶含水系统为研究对象, 通过对不同含水系统出露的岩溶泉进行野外采样与室内测试, 综合采用数理统计分析、水化学图解、离子比例系数与水文地球化学模拟等方法, 深入剖析了各含水系统岩溶水水化学组分特征、成因作用和含水层介质特性, 并对关键带中水循环与水化学的内在联系及规律进行了探讨。结果表明: ①HCO₃^-、Ca²⁺是各含水系统岩溶水中含量最高且来源稳定的离子组分, Mg²⁺是控制各含水系统水化学类型异化的关键因素; ②碳酸盐岩类的岩石风化、矿物溶解是各含水系统内岩溶水化学组分特征的主要成因作用, 岩溶水对华宁水系统含水层的溶蚀作用仍在发生, 阳离子吸附交替与硅酸盐岩类的风化溶解是区域岩溶水中Na⁺、K⁺的重要来源; ③区域岩溶的发育强度、岩溶含水层的出露条件及含水介质岩性与连通性共同塑造了滇中高原岩溶关键带不同含水系统地下水化学特性。研究成果丰富了对滇中高原岩溶关键带水文地球化学过程的认识, 为区域岩溶水资源的开发、利用与保护提供基于水化学的证据支撑。

岩溶含水层中的地下水是重要的可饮用水来源, 由于其复杂的水文地质特征, 采用数值模型分析和评价含水层中地下水环境极具挑战性。采用变饱和度流动方程描述含水层基质中的饱和-非饱和流动, 采用管道流方程描述岩溶管道中的层流及紊流流动, 基于流动解采用对流弥散方程分别描述基质与管道中的溶质迁移过程。根据相关实验数据以及MODFLOW-CFP程序的模拟结果对流动模拟的准确性进行验证, 并基于此开展了岩溶管道以及非饱和参数对地下水流动及污染物迁移影响的模拟。结果显示, 数值模型能很好地重现含水层中饱和区与非饱和区以及岩溶管道的地下水动态, 岩溶管道对含水层的渗流场产生了较大的影响。管道中快速流动的特性使得周围的水向其中汇集, 影响了局部流动场, 进而使得泄露的污染物质随水流进入管道, 快速向管道出口处(泉点)迁移, 突破曲线显示管道出口处的污染物浓度响应速度远快于基质中对应的位置, 非饱和参数对管道中污染物浓度的响应速率有着不同程度的影响。建立的模型完善了岩溶含水层中非饱和区地下水流动、污染物运移以及基质-管道流动与溶质运移耦合模拟等方面的工作, 加深了对岩溶含水层地下水动力学以及污染物迁移过程的认识, 对岩溶水文地质及地下水环境等方面具有重要意义。

岩溶地下水系统空间结构复杂, 含水层渗透性强、防污性能差, 一旦发生污染, 污染物扩散迅速且修复难度较大。以南方某岩溶大泉为例, 在水文地质调查的基础上, 结合水化学图解及多元示踪技术, 分析岩溶地下水系统边界及暗河管道分布, 识别岩溶泉的主要污染物、来源及污染途径, 探索岩溶地下水污染成因模式。研究结果表明, Q₁岩溶地下水系统为典型的"多源单汇"地下水循环模式, 存在南北2条主要径流通道; 其主要污染物质为锰、菌落总数、氨氮、总磷, 分别为地下水质量标准阈值的17, 14, 7.2, 3.8倍; 建筑垃圾堵塞原有的暗河通道, 工程勘察和强夯活动破坏了垃圾堆场下部天然黏土防渗层, 生活垃圾及渗滤液进入岩溶管道, 两者共同导致了岩溶地下水的污染。该研究对于岩溶地下水系统污染防治工作具有重要的借鉴意义。

聚龙山向斜三叠系含水层经历了多期次岩溶综合作用, 其岩溶发育演化规律对于深入认识该地区水文地质条件及分析地下水流场具有重要意义。运用历史比较法, 结合研究区三叠系含水层水化学、同位素、钻孔等资料, 对聚龙山向斜构造演化与岩溶发育史进行了探讨, 进而恢复了地下水流场的演化过程。结果表明, 震旦纪-中三叠世, 研究区构造运动总体表现为垂向上的升降, 沉积的海相地层为岩溶发育提供了物质基础, 但不具备岩溶发育条件, 主要在二叠系茅口组和三叠系嘉陵江组顶面形成古岩溶作用。晚三叠世-早侏罗世, 聚龙山向斜以缓慢隆升为主, 在荆当凹陷的湖盆中相继沉积陆源碎屑, 由于广泛覆盖在碳酸盐岩之上的三叠系巴东组碎屑岩刚接受剥蚀, 导致该时期主要表现为位于水下的埋藏型岩溶。中侏罗世-早白垩世, 燕山运动产生的挤压应力促使研究区形成EW-NW向褶皱、断裂及裂隙, 控制了碳酸盐岩的平面分布格局。部分碳酸盐岩裸露, 岩溶开始发育, 这时期地表水和地下水向荆当凹陷汇集。晚白垩世-古近纪, 随着江汉断陷盆地形成, 盖层巴东组碎屑岩剥蚀线逐渐向南退却, 岩溶发育进一步加强, 产生的老岩溶水系和部分地下水向最低基准面江陵断陷排泄。新近纪以来, 构造运动的间歇性快速抬升使岩溶不断向深部发育, 形成五级岩溶台面和多级地下水流系统, 地表水和地下水最终排泄至长江。地下水流场具有山区到凹陷-断陷盆地-长江的多级次演化机制。

川东北地区飞仙关组发育碳酸盐岩储层, 是普光气田天然气的主要产出层位。在飞仙关组四段的划分中, 前人研究对飞一段与飞二段间是否存在不整合面这一问题有较大争议。对普光地区现有的4口钻井开展了岩心观察, 在飞一-飞二段中部发现了岩溶角砾段, 且在该段上下发现了一定的岩性分界面。飞一段底部为细晶白云岩, 而飞一段顶部至飞二段开始发育鲕粒及模铸孔。采取PG104-1井岩心样品并进行了碳氧同位素测试, 其碳同位素值普遍正偏, 而氧同位素值均大于-5‰, 指示相关流体为大气淡水流体, 说明岩溶角砾段底部经历了一定时间的暴露, 沉积间断发育。综合界面上下出现的碳氧同位素差异, 模铸孔的出现及消失以及测井曲线的变化等因素, 认为飞一段与飞二段的界限可以由因准同生岩溶而发育的岩溶角砾段划分并表征。

武汉市两湖隧道是国内最长、世界规模最大的城市湖底隧道, 其东湖段穿越岩溶区, 识别其岩溶水系统结构对隧道建设和运营安全具有重要意义。为查明区内岩溶水系统结构及水循环特征, 综合利用地质及水文地质勘探、水文地球化学分析等方法刻画了岩溶含水系统边界, 总结了岩溶发育规律, 识别了洞穴沉积物来源, 分析了岩溶水与孔隙水和地表水之间的水力联系, 探讨了岩溶水循环模式。结果表明: 研究区可划分为南北2个岩溶含水系统, 北段岩溶含水系统的岩溶发育程度强于南段岩溶含水系统, 北段和南段岩溶含水系统由断层带连通而具有统一的水力联系。洞穴沉积物主要来源于第四系残积层和洞穴围岩风化。第四系冲洪积层孔隙水与下伏岩溶水的水力联系较弱, 而第四系残积层孔隙水与下伏岩溶水的联系紧密。本研究利用多种技术方法精细刻画湖底隧道的岩溶水系统结构, 可服务于隧道工程的涌突水风险评价和安全施工。

川东隔档式构造区岩溶地下水流系统表现出多级次嵌套结构的特征, 之前主要是定性的水文地质条件分析, 缺乏来自水化学方面的量化依据。利用41个浅层和19个深层岩溶水样的水化学资料开展分析, 发现浅层岩溶水为HCO₃-Ca·Mg型,ρ(Mg²⁺)较低, 深层岩溶水为SO₄-Ca·Mg型且ρ(Mg²⁺)明显偏高, 说明地下水在岩溶含水层中的滞留时间与ρ(Mg²⁺)具有正变关系。对典型剖面地下水流系统的分析表明, 优先采用ρ(Mg²⁺)来评价地下水滞留时间, 将地下水排泄点ρ(Mg²⁺)小于20, 50 mg/L分别作为划分局部-中间、中间-区域水流系统的依据。浅层岩溶水受地貌作用控制明显, 其中浅切沟谷泉点为局部地下水流系统的排泄点, 深切沟谷泉点一般属于中间或区域流动系统的排泄点。ρ(Mg²⁺)反映了泉水循环的滞留时间, 也能够反映钻孔所揭露的深循环特征。这种水化学识别方法可为相似岩溶区识别地下水流系统的多级次嵌套结构提供参考。