国土资源部岩溶动力学重点实验室

国土资源部岩溶动力学重点实验室依托：中国地质科学院岩溶地质研究所、中国地质大学（武汉）、桂林理工大学。

学科（领域）：岩溶动力学、土地资源、地质环境和地质灾害。

研究方向：岩溶动力系统的运行机制和运行规律；岩溶动力系统的类型和区域分布规律；岩溶动力学与全球变化；岩溶动力学与岩溶土地资源的规划、管理、保护和可持续利用；岩溶动力学与全球水循环；岩溶动力学与生态环境；岩溶塌陷成因机制、预测预报及防治；岩溶动力学与矿床、油气形成；岩溶动力学与旅游资源的规划、管理、保护和可持续利用。

预期目标：据实验室的研究方向，未来5～10年实验室的主要工作规划、预期目标和水平如下：

1、岩溶动力系统的运行机制和规律研究方面：进一步阐明我国不同类型岩溶动力系统的运行规律、动力机制，完善和发展岩溶动力学理论。

室内实验发现碳酸酐酶(简称CA)对方解石溶解具有明显的催化作用，特别是在高CO2分压条件下。据生物学有关研究， CA存在于某些植物、动物和微生物体内，因此，通过这些生物的腐烂或分泌，CA可能存在于某些水体中，从而可对方解石的溶解或沉积产生影响。通过观测水体中的CA活性及含量、了解水化学的时空演变，并进行方解石溶解、沉积的野外观测，很有可能揭开某些生物岩溶之谜。可以预言，该项工作的突破，将对全球碳循环的研究、岩溶地区生态环境的改良、古环境重建及岩溶景观的保护等方面具有重要的理论和实际价值。

此外，根据DBL模型虽然能给诸如黄果树瀑布钙华、洞穴边槽等的成因以定性解释, 即瀑布、边槽处流速较快，使得扩散边界层变薄，结果方解石沉积、溶解速率增加，形成差异沉积和溶解, 但若进一步定量应用和验证DBL模型，需要在野外增加流速和方解石溶解或沉积速率的观测。

2、我国岩溶动力系统的区域分布规律方面：对于前期总结划分出的我国5类表层岩溶动力系统和10类亚系统，某些资料不足的，将通过调查和监测，将资料补充完整。在此基础上，对在国民经济发展和生态建设方面具有重要影响的西南岩溶区和西北岩溶区，进一步划分岩溶动力子系统，总结其岩溶动力条件、岩溶水、生态环境等方面的特征和主要环境问题，为其生态环境问题的深入研究和有关部门的决策提供科学依据。

表层岩溶带的研究对于岩溶动力学的发展及岩溶水的研究起了重要的推动作用，但表层岩溶带的区域分异规律的研究程度较低。下一步将开展表层岩溶带类型、区域分布规律与环境因素的相关性研究，揭示表层岩溶带的发生和分布规律。

虽然对气候、水文、地质等岩溶动力条件的宏观区域分异规律进行了研究，但对生物有机酸、生物酶这些相对比较微观的岩溶动力条件研究程度不够，其区域分布规律以及在不同环境下对岩溶动力系统的影响程度不清，这不利于深入揭示岩溶动力系统的区域分布规律。岩溶动力学实验室也将在此领域逐步探索。

3、岩溶动力学与全球变化学交叉

过去这方面的成果集中在岩溶作用与大气CO2源汇，及利用岩溶沉积物进行古气候和古环境重建。然而，在岩溶作用与大气CO2源汇定量评价，特别是岩溶作用与大气CO2汇的定量评价方面，无论在精度还是评价方法创新上都有待进一步加强。此外，利用岩溶沉积物重建我国古环境变迁历史及其全球变化响应过程，还需在高精度和高分辨率上下功夫；4、岩溶动力学与其它学科交叉

(1) 岩溶动力学与全球水循环：以全球水循环为基础，阐明岩溶水循环机制，揭示岩溶水资源形成、演化规律及控制机理；建立岩溶水资源评价、开发利用和保护系统理论，探索水资源可持续开采利用模式；(2) 岩溶动力学与生态科学交叉及岩溶石漠化综合治理：建立岩溶生态学理论体系；开发、引进和推广石山生态恢复的高新技术、成功的经验，提出可持续发展的岩溶生态系统与社会经济系统相互作用的资源、生态、经济合理配置模式和提高生物生产力的实用技术。

(3) 岩溶动力学与相关地质灾害防治：进一步揭示岩溶塌陷发生的物理化学和生物作用机制，建立岩溶塌陷灾害预警系统和以塌陷、渗漏、内涝为代表的岩溶地质灾害风险评价体系及勘测、防治技术方法，提高岩溶地质灾害防治的技术能力；(4) 岩溶动力学与岩溶旅游资源：调查全国岩溶景观资源和岩溶地质遗迹现状及分布；研究其开发利用的可行性和制定保护规程;探索洞穴旅游资源开发和保护一体化技术。

(5) 岩溶动力学与矿床及岩溶油气和地热资源：研究深部岩溶空隙的形成、分布规律及其对油气藏、地热资源富集的控制作用；进行岩溶油气藏、地热勘探靶区的预测。

(6) 岩溶动力学与岩溶土地资源：基于岩溶动力学的理论，并利用岩溶区遥感图象解释（RS）、地理信息系统（GIS）等技术方法，开展岩溶土地资源和土地利用变化规律研究，科学预测岩溶土地利用变化，指导我国岩溶土地资源可持续利用实践，为保护耕地和合理利用岩溶土地资源，制定岩溶土地利用规划和战略提供理论、方法和技术，形成支撑我国岩溶土地资源管理的科学技术体系。

2000年以来取得的成果

(一) 岩溶动力系统运行机制和运行规律方面

1、不同CO2分压条件下的白云岩溶解动力学机理

流动CO2-H2O系统中白云岩的溶解研究使用了旋转盘和催化剂技术。实验在与CO2分压分别为30至100000Pa达到平衡的H2O-CO2溶液中进行，结果表明远离平衡时的白云岩溶解速率R与旋速 有关。实验结果可用经过改进的扩散边界层(DBL)理论模型获得解释。此外，在溶液中加入能加速CO2转换反应的碳酸酐酶催化剂，促进了白云岩的溶解。但发现不同CO2分压条件下存在着较大的差异。从这些实验观测可以得出结论：改进的DBL理论模型能以满意的精度至少预测远离平衡时不同CO2分压条件下的白云岩溶解速率及其变化机理。

2、岩溶系统水化学动态的变化是CaCO3-H2O-CO2三者相互作用引起的利用多参数自动记录仪对桂林岩溶试验场的降水量、水位、水温、pH 值和电导率进行了监测，数据采集间隔根据参数变化的程度由2分钟到1小时不等。结果发现，岩溶裂隙水在洪水期间pH 值呈降低趋势，而电导率呈升高的不寻常变化。与此相反，对于岩溶管道水，同样是在洪水期间，它的pH 值是升高的，而电导率呈正常的降低。此外，发现洪水时裂隙水的Pco2高于正常情况的Pco2，而它的SIc值比正常情况低。与此相对，对于管道水，尽管同一洪水期间其SIc降低，但Pco2也降低。从这些结果，可以推断，至少有两个关键的过程控制着洪水期间的水化学变化。一个是雨水的稀释作用，另一个是水-岩-气的相互作用。然而，对于裂隙水来说，后者的作用可能更重要，即在洪水期间，高浓度的土壤CO2 溶解于水中，则更具侵蚀性的水能溶解更多的石灰岩，从而增强水的电导率。而对于管道水，雨水的稀释作用更重要，因为研究区较高的pH和低电导率的雨水能更快地通过管道流出，所以，要了解岩溶系统水化学的变化，仅考虑水-岩相互作用是不够的，我们还必须重视CO2气体对岩溶系统中水化学变化的影响。总之，水-岩-气相互作用的概念必须引入岩溶水化学的研究中。

3、碳酸酐酶对碳酸盐岩溶解的催化作用及其在大气CO2沉降中的意义CO2 向H+和HCO3-的转换是一相对慢速过程。因此，其动力学可能决定碳酸盐岩的溶解速率。在灰岩和白云岩的溶解实验中，使用了自然界普遍存在的碳酸酐酶(CA)来催化这一CO2 转换反应，结果发现，对灰岩而言，加入 CA后, 其溶解速率在高CO2分压时增加可达10倍，而对白云岩，其溶解速率增加主要在低CO2分压时，可达3倍左右。这一发现表明，化学风化(包括碳酸盐岩溶解和硅酸盐风化)作用在大气CO2沉降和全球碳循环里的所谓丢失的汇中的重要性需要重新评价。毫无疑问，已往的研究由于未认识到CA在风化中的催化作用，因此低估了风化作用的速率，同样也低估了风化作用对大气CO2沉降的贡献。另一方面，这次发现也表明了研究自然界不同水体中CA分布及其活度和CA在自然界风化作用中的作用的必要性。

4、内生成因类钙华的发现

采用水化学仪器自动记录、现场滴定和样品碳氧稳定同位素测试相结合等方法，对云南中甸白水台和黄龙钙华景区的水化学和碳氧稳定同位素特征进行了综合分析。主要结论是：形成这些钙华的泉水具有很高的钙和重碳酸根离子浓度，相应地，泉水的CO2分压显著高于土壤生物成因所能产生的CO2分压。结合泉水出露的地质条件及其碳稳定同位素特征的分析，进一步发现，高CO2分压主要与内生成因的CO2有关，而非原来普遍认为的"是温暖湿润气候的产物"。可见，白水台和黄龙钙华属于内生成因类钙华。

(二) 我国岩溶动力系统的类型划分和分布规律

1、表层岩溶动力系统

表层岩溶系统与人类的生存环境和资源利用等关系最为密切，同时，表层岩溶动力系统受到各种各样的环境因素，如气候、水文、生态等的影响也最为深刻。也就是说，表层岩溶动力系统的结构、功能和运行机制除受本身的内部因素制约外，还受到了外部环境因素的影响，因此对它的研究不仅是为了认识和把握其发生和发展的规律，而且与环境和资源等各种问题密切相关。

根据动力来源和动力机制(光热、水能、CO2等)将我国表层岩溶动力系统分成5类，10亚类:

(1) 湿热带表层岩溶动力系统：含湿热带丛林和石山型两个亚类。这一类系统由于地处湿热带区（如中国广西、云南南部、海南），降水较丰，年均气温也较高，故系统的动力作用是积极和活跃的。在丛林生态下土壤中的CO2可高达83000ppmv，因此生物圈积极的碳循环，再加强烈的水循环，必然导致岩溶动力系统较强的碳循环的发生， 其岩溶作用的产物也是很丰富多彩的，可见峰林地形、多边形洼地和大型洞穴系统，并可见大量的次生化学沉积物。

(2) 湿亚热带表层岩溶动力系统：我国南方的表层岩溶动力系统多属此类，现存的湿亚热带丛林型表层岩溶动力系统已不多（如贵州茂兰、广西环江等地）， 而大多数都由于森林退化或遭破坏而变成了石山型的表层岩溶动力系统。在丛林环境和石山环境下系统的功能和运行机制有很大的差异，尤其在碳、水循环方面， 以及由此而引起的环境特征都有很大的不同。在丛林地区，由于生物圈碳循环的活跃性也导致了较强烈的岩溶动力系统中碳循环的发生。此外，在水循环方面，其差异性更大。在森林区，如茂兰，由于良好的生态环境，形成了独特的上层与下层二元结构，即上部枯枝落叶垫积层充填的岩溶裂隙水和下部岩溶含水层同时并存。这种结构大大地促进了水的良性循环。而在石山地区，由于生态环境的破坏，水循环极不均匀，在很多系统中都可见到旱、涝叠加的现象。 由以上两种循环的差异也导致了动力系统作用强度的差异，在丛林环境下，动力系统的作用是积极和活跃的，而在石山环境下则有所减弱。但在中国南方的一些湿热带表层岩溶动力系统中尽管原始森林已不复存在， 但由于较为茂密的灌木、草丛的发育，也会使表层岩溶动力系统的作用强度明显加强。

(3) 干旱、 半干旱表层岩溶动力系统：这类表层岩溶动力系统多分布于我国北方的干旱、半干旱区，如山西、河北、陕西、河南、山东一带。 由于年降水量较少，植被也以稀疏的耐旱类植物为主，因此，该类系统的碳、水循环均较弱。因此，该类表层岩溶动力系统的动力作用相对较弱，所形成的岩溶形态也与湿热带岩溶动力系统的不一样，主要为常态山、常态丘陵、小型洞穴等，次生化学沉积物也较少（小）。所存在的环境问题在不同的亚类区也不同。在覆盖型动力系统中，覆盖层上废水的排放、 工业和生活垃圾的堆放已导致了岩溶地下水的污染，而矿山开采则导致了区域地下水位下降和地面塌陷。在裸露型动力系统中，保土、保水问题较突出，同时岩溶动力系统的直接出露也使污染更为直接和迅速。

(4) 湿温带表层岩溶动力系统：这类表层岩溶动力系统主要分布于我国的东北地区。 其生态环境多为草原牧场生境，也有森林生境。辽宁本溪水洞就属于这一类表层岩溶动力系统。因此，该类表层岩溶动力系统尽管处于光热能较少的地区，但降水相对干旱和半干旱区较丰沛，可达800mm以上，因此其动力作用相对活跃，尤其水循环较强，各类地表、地下岩溶形态较发育，常可形成较大的洞穴系统。

(5) 高寒区表层岩溶动力系统：这类表层岩溶动力系统主要分布于我国青藏高原和四川、云南的高山岩溶区。 高寒山区的表层岩溶动力系统受垂向生态分带的影响，雪线以上可能被冰雪常年覆盖，下部可能被分带性的植被所覆盖，因此表层岩溶动力系统的动力作用也具有一定的分带性。 由于高差较大，再加季节性的冰雪溶融作用，在较强的水动力作用下， 也可形成一些较大的地下洞穴系统。这类系统同样存在草原和森林退化的问题， 但也存在另一类特殊的环境问题，如沼泽化所导致的对农业的不良影响和地下水污染问题。

2、深部岩溶动力系统

通过对与活动断裂有关的岩溶作用的研究，发现一些物质（特别是CO2）的来源具有与上述表层岩溶系统不同的特点，主要差别在于：释放的气体组成及其同位素特征差别大；分布的形式主要表现为点（带）状集中释放；气体和化学组分浓度大， 通常为表层岩溶作用的数倍到数十倍。这些差别一方面反映了物质来源途径不同， 另一方面说明驱动岩溶作用的动力系统也不相同。据此，并结合在一些代表性点上的研究成果， 进一步将深部岩溶动力系统分为两亚类。

(1) 沉积圈亚类

该类动力系统主要以高温条件下碳酸盐岩的热分解为特征，与岩溶作用有关的CO2来自灰岩的分解。即深部的热液流沿断裂上升，遇到碳酸盐岩即使其发生熔融分解， 产生大量CO2气体。由于碳酸盐岩在400℃温度下才能分解，所以可推断上述过程是在地壳深部进行的。产生的CO2气体和含有高浓度的碳酸盐组分的溶液被带到浅部，并参与岩溶作用过程。可见，该动力系统得以与岩溶作用系统藕联，必须具备高温热源和物质运移通道。 这决定了该动力系统发生的地域通常是在活动断裂带上或地热活动区， 常伴随有沉积圈的变质作用和围岩蚀变特征。所形成的CO2气体的碳、氦同位素有如下特点：δ13C 值应与当地灰岩相似，一般为正值；3He/4He值低于大气的3He/4He值,即两者之比值(R/Ra值)一般小于1。

(2) 深源亚类

这一类型以热动力作用和地球内部应力作用为特征。与沉积圈亚类一样，均与深切的断裂活动及岩浆作用有关，都有大量的CO2气体释放。但两者的CO2的来源却有本质区别：沉积圈亚类的CO2来自灰岩分解，深源亚类的CO2则来自上地幔的地球内部原始碳的氧化作用和岩浆的脱气作用，与沉积圈的岩石成因无关。如我国云南腾冲地热区无碳酸盐岩分布，却有大量CO2气体从温（热）泉释放出来。深源型CO2的δ13C值一般在-3‰~8‰之间，与CO2伴生关系密切的氦的R/Ra值高，一般大于2，该值愈大，说明地幔氦的加入量愈多。

上述两个亚类只是深层岩溶动力系统的两个端元，事实上，在碳酸盐岩区， 纯某一端元的情形是不存在的。我们对四川黄龙九寨沟和云南中甸等典型地区的CO2来源进行了研究，结果都表明了既有来自灰岩分解的，又有深源的。 说明是上述两类动力系统共同作用的结果。

(三) 岩溶动力学与全球变化研究及第四纪地质学

1、岩溶作用与全球碳循环

(1) 在表层岩溶系统碳循环与大气C02源汇关系方面，通过长期定位观测从多方面揭示了岩溶动力系统中碳循环的运行机制，用多种方法估算了溶蚀作用回收大气C02的量，中国全国为1.774x107tC/年，而全球为6．08×108tC/年。后者占当前全球碳循环模型中的遗漏汇(Missing Sink)的1/3，成为全球变化研究中需要认真注意的问题；(2) 深部C02释放问题，发现沿我国28条主要活动断裂带，有大量C02释放点，在碳酸盐岩地区，常伴随大量钙华沉淀，通过同位素示踪，揭示其来源为慢源C02和壳源变质C02不同比例的混合，并用1370个地热点的历史资料，估算西藏及其邻近地区年C02释碳量为2．68x105t。过去的观测方法，可能已是释气之后的数据，如果改善观测方法，可能达到4000万t/年；2、以岩溶记录重建全球变化

(1) 利用石笋记录重建古气候、古环境变化过程

我国南方古气候岩溶记录研究始于80年代，而系统的高分辨率记录研究则在90代初期以后，本实验室开展古气候重建研究，从1993年桂林盘龙洞Pl1石笋研究起，至今已有10个年头。在这期间，由于得到了国家自然科学基金及原地矿部重要基础理论项目的支持及IGCP-379、IGCP-448国际对比项目的资助，并与国内外的一些实验室及许多学者建立了良好的协作关系，研究工作因而取得重要进展，从2000年以来已在黔、滇、湘(或桂)等省的广阔岩溶区进行了千余个洞穴的详细调查，取石笋样近百件，并以大型石笋为主，在详细沉积学研究的基础上，采用AMS14C、TIMS- U系或ICP-MS230Th、α计数U系等方法测年，并以碳、氧同位素为主，配合微层发光及微量元素等手段提取气候记录，取得多个石笋高分辨率气候变化的平行记录。在地域上包括了东亚季风或印度季风为主的两个气候区，在时间跨度上则包括了最后两次冰期-间冰期旋回。主要成果如下：

a、采用多种测年方法相互补充和检验，建立了贵州南部16万年以来的时标序列，取得了一系列可靠的TIMS -U系年龄数据，为气候事件的揭示提供了有效的时标。

b、倒数第二次冰期终止点Ⅱ的年龄确定 (MIS5/MIS6)通过对黔南地区3个(D3、D4和Q2)大型石笋进行TIMS － U系测年和碳、氧稳定同位素分析，获得了163－113.8ka B.P高分辨率的古气候记录。利用三个石笋的精确测年，确定了倒数第二次冰期的终止点Ⅱ的年龄为129.30±1.1 ka B.P.，这一界线的年龄代表了末次间冰期开始的年代，即是中更新世与晚更新世的分界年龄，与冰芯和深海SPECMAP氧同位素曲线上末次间冰期的起始年龄相一致。终止点Ⅱ年代的确定，不仅具有地层学、地质年代学意义，而且也为探讨东亚季风区的短尺度气候变化及其古气候突变事件的确定奠定了基础(中国科学D辑，2002，32卷11期)。

c、末次冰期石笋气候记录与Heinrich事件

在洞穴石笋的古气候环境研究中，发现末次冰期以来存在有多次冷事件－Heinrich冷事件H1~H5，在石笋记录中均有明显的反映，并于1988年首次提出(见中国岩溶，1998，17 (4)，311-318) 桂林响水洞石笋在末次冰期记录的五次冷事件，与北大西洋Heinrich冷事件H1~H5具有较好的对应关系，显示与北极地区存在着古气候的遥相关。在近三年，通过对贵州七星洞4号和6号石笋的深入研究，进一步证实了Heinrich冷事件在石笋记录中的反映(地球学报，2003，待刊)，可以与格陵兰冰芯Dansgaard－Oeschger旋回中突出的干冷事件或北大西洋的冰伐事件进行对比。研究表明末次冰期以来石笋记录冷暖事件所反映出的古季风环流变化，明显受北大西洋气候振荡的影响。

d、新仙女木事件和末次冰期终止点Ⅰ的年代确定

利用荔波、都匀和桂林等地的四个石笋的精确测年，揭示在12.5～11ka B.P.期间存在有一冷事件，并证实了末次冰期在荔波、都匀地区和桂林地区均存在有与新仙女木事件对应的冷事件。石笋记录末次冰期终止点Ⅰ的年龄，得到了明确的定位，其时限为11.3ka B.P. ～12.5ka.B.P.。

石笋记录的跃变事件表明，新仙女木事件在我国南方的洞穴沉积物中具有显著的反映。

e、全新世的石笋气候记录

通过对桂林响水洞的石笋进行高精度的TIMS－U系测年和碳、氧同位素分析，建立了中全新世6.0kaB.P. 以来桂林地区高分辨率的古气候变化时间序列。石笋剖面的碳、氧同位素记录揭示，桂林地区中全新世(6000aB.P.)以来的季风气候变化，大致可分为2个气候期：6000～3568aB.P.为气候适宜期，显示东亚夏季风由强盛逐渐变为减弱的趋势，气候温暖湿润期；3568～373aB.P.为降温期，显示东亚夏季风减弱，东亚冬季风增强以及气候的大幅度波动。

碳同位素记录表明，从6000aB.P到784aB.P.期间，δ13C均趋向于偏负或偏轻，表明森林植被茂盛。从3800～784 aB.P.间δ13C记录化曲线揭示出为5个干旱和潮湿亚阶段，并以500～650年为一周期，其中，每一干旱亚期持续时间为200～250年，每一潮湿亚期持续时间为300～400年。

从784aB.P.开始(即相当于金朝，公元1166年)到373 aB.P. (即相当于元朝末至明朝末，公元1343～1577年)，δ13C从-9.02‰突然增大到-6.75‰～-3.81‰，δ13C值突然偏重，是由于人类活动的影响造成的，反映当时人口的增多，森林被大量砍伐，大量垦荒耕植，反映此阶段以C4植物为主。

f、石笋记录所揭示的气候旋回的周期及其变化，以及终止点的特征等，可以与海洋同位素记录以及冰芯记录进行对比。而石笋剖面则是环境地层学与洞穴沉积学很重要的研究对象，研究纹层、纹层组、沉积结构构造及韵律特性，区分沉积间断及灾害性突变，为重建古环境提供了依据。

目前该项研究正在为建立西南地区大剖面，进一步扩大时空范围及提高分辨率等方面进行有关项目研究。

(2) 钙华的古环境重建研究方面

a、根据四川黄龙和云南白水台不同时代内生成因钙华氧稳定同位素组成的差异，对钙华形成时的水温进行了计算。结果发现自钙华形成以来，水温变化可高达10oC以上。 如对云南白水台，从2500年以前的21oC降至现在的10oC。这很可能反映了地热对水温的影响在降低。此外，用内生成因类钙华进行古环境重建研究时值得注意的问题是：放射性碳测年中"死碳"(来自深部碳酸盐碳和深部CO2)的干扰及由深源CO2和CO2自水中逸出导致的钙华13C富集，后者在利用类似热成因碳酸盐沉积的 13C进行古植被重建时也是必须考虑的问题。

b、在贵州茂兰外生成因钙华古环境研究中发现：茂兰小七孔景区内的响水河及源头卧龙坝地下河的的钙和重碳酸盐浓度异常地低，分别仅为38.51~51.51mg/l和105.17~164.70mg/l, 相应的水的CO2分压小于3000ppm，方解石饱和指数小于0.5, 可见现在的水化学特征与响水河所见到的大量钙华沉积明显不匹配，结合钙华年龄的测定和碳稳定同位素组成特征分析，发现约4000年以来，响水河源头补给区可能由于人类的活动发生了严重的植被退化和水土流失现象，结果导致进入岩溶系统的土壤CO2分压降低(相应地大气CO2所占比重加大)，岩溶作用(碳酸盐岩溶解作用及钙华沉积作用)强度降低，水和钙华的 13C值明显偏高，如3600～4000年前的钙华的 13C为－11.5~－11.05(平均－11.2‰),而后形成的钙华的 13C增加到－9.09~－7.98‰(平均－8.5‰)，增加达2.7‰。

(四) 岩溶动力学与其它学科交叉及有关的资源环境和生态问题研究在这方面，为全国不同类型岩溶地区合理的环境规划和已出现的资源、环境和生态地质问题，尤其是旱涝、石漠化、水资源(水质和水量)问题的治理和改造提供了科学依据，但也提出了许多需要进一步研究的问题，包括岩溶地区石漠化的形成机理、演化趋势及生态治理；碳酸盐岩地区碳循环对元素迁移和生态的影响；对碳酸盐岩的结构、构造和储集性能的研究；油、水和气在微空隙及裂隙储层中的运移；岩溶水资源的评价、开发利用及科学管理；岩溶充水矿床的突水预报；岩溶区塌陷、渗漏和污染的调查、防治和预报的研究等。主要进展如下：

1、通过研究发现，在裸露的岩石上有大量的低等植物殖居，藻类、地衣、苔藓在岩石表面殖居，不仅改善了岩石的水分条件，同时元素生物地球化学循环增强，富集了营养成分，可使高等植物直接在碳酸盐岩上殖居，表明岩溶石漠化地区植被恢复的可能性。在有少量土壤的条件下，更有利于植被的恢复。在空气污染严重的石漠化地区，植被自然恢复更加艰难。

2、地方名、特、优作物与岩溶地球化学背景关系密切。广西弄拉是一个典型的峰丛石山区，碳酸盐岩地层中含有泥硅质成分，岩石和土壤的地球化学背景也比较特殊，许多微量元素的含量相对比较丰富，为发展植物物种的多样性提供了条件。在不同的地貌部位发展立体生态农业结构，根据不同的岩溶地球化学条件种植名特优药材和果树，使当地居民脱贫致富，且改善了生态环境，是探索园地可持续发展的途径。

3、岩溶动力系统结构和功能对旱涝灾害的形成起着控制作用，系统的结构发生变化从而产生功能衰退的原因却是复杂的。土地利用方式的变化对岩溶旱涝的发生起着至关重要的作用，森林植被的破坏，水土流失和石漠化、地下河系统的淤塞、岩溶塌陷引起的渗漏等人类活动造成的影响因素构成一个复杂的具有因果关系的旱涝致灾链。通过水域调配，地表水和地下水联合调度，进行土地整理，可达到防治旱涝的目的，并可促进生态环境的改善。

4、在对广西地下河调查和分析的基础上，发现地下河水的一些离子浓度普遍增高，水质有恶化的趋势。SO42-、NO3-、总溶解固体升高最明显，HCO3-、Ca2+、K+、总硬度和永久硬度也有所增高，Cl-、pH有下降趋势，说明地下河普遍受到污染或有污染趋势。主要原因是SO2、CO2等排放量的剧增、过量施用化肥、石漠化等造成环境酸化的结果，也反映了土地利用的空间布局对岩溶地下水污染的影响。

5、表层岩溶带是西南岩溶石山区非常普遍的一种岩溶现象，对地下水具有调蓄作用，并可形成表层岩溶泉，为干旱缺水的石山区解决饮用水问题提供了条件。降雨、土壤和岩溶植被条件是控制表层岩溶泉动态的主要因素，表层岩溶泉的流量大小、出流时间长短与土地利用结构的关系极为密切。据初步评价，西南岩溶石山地区表层岩溶水年资源量可达247×108 m3，占降水补给量的约 8%，这部分水对于解决岩溶山区分散居民的饮用水问题具有重要意义。

6、岩溶塌陷已成为城市发展面临的主要地质灾害。以六盘水为例，水城盆地已产生塌陷坑1800余个，其中68.46%发生在耕地，31.54%发生在建设用地和公路交通用地。岩溶塌陷区土地整理的目的有两个方面，一是使对岩溶塌陷比较敏感的用地，如建筑用地和交通用地，要避开岩溶塌陷高危险区，以减小潜在塌陷可能给社会带来的影响；二是通过土地整理，减少高危险区可能产生的大型工程活动，进而减轻诱发塌陷产生的因素。建议岩溶塌陷高危险区作为公共绿地或耕地。

7、广西岩溶区耕地整理的生态适宜性与宏观岩溶地貌形态密切相关。总体上，耕地整理的生态适宜性从峰林平原或峰林谷地，到岩溶谷地，峰丛谷地，再到峰丛洼地区有逐渐降低的趋势，表明峰丛石山区开展耕地整理工作的局限性较大，峰丛山区进行耕地整理时应注意水土流失等生态环境问题。　实验室科研队伍包括研究队伍和技术队伍，其中研究队伍13人，包括院士1名、研究员4名、副研究员6名和助理研究员2名；技术队伍6人，包括分析化学人员3名(含副研、高级工程师和实验师各1名)和同位素测试人员3名(含高级工程师、工程师和实验师各1名)。实验室有博士学位者3人，在读博士生3名。博士生导师1名，硕士生导师3名。

科研用房总面积786平方米，其中包括工作人员办公室用房285平方米、实验仪器用房501平方米。

岩溶动力学开放研究实验室的仪器设备包括室内元素和同位素分析设备和野外水文、气象、环境地球化学监测设备。而野外自动化监测设备在全国岩溶地区典型监测站的启用和正常运转是实验室在国内外的首创和特色。它们极大地促进了岩溶动力学研究水平的提高，为岩溶地区资源和环境问题发生、发展至最后解决提供了全新的视野。

管理和开放运行情况实验室总的运行机制是：开放、流动、竞争、联合。

1、主任负责制：

实验室主任根据学科发展、国家需求和国土资源部的职能需要，组织科研工作，开展学术交流与合作；保证科研队伍的建设；积极组织申报项目和筹集经费；建立规章制度、完善运行机制，真正落实"开放、流动、联合、竞争"八字方针。副主任协助主任完成有关工作。

2、学术委员会指导制度：

成立了由国内外21位专家学者组成的开放实验室学术委员会，定期召开了一年一度的学术委员会，讨论和通过了实验室研究方向、项目申请指南及审批了每年的开放课题。

3、增强开放度，实行流动制

一是强化实验室基金的力度，自主设立学科急需发展方向的前期研究和吸引国内外科学家的讲学、客座研究和合作研究等；二是对一些重点或重大项目的开放，吸引所内外不同学科的科学家和研究生联合攻关。目前已在《中国岩溶》、实验室网站上发布了岩溶动力学开放研究实验室年度课题指南4期，资助了开放课题共23项(涉额50余万元)，涉及包括吉林大学等22个国内外研究机构，主要客座研究人员33人，其中2000年－2002年客座研究人员18人中国外客座人员占40%多。

(1) IGCP国际合作实效　广泛国际对比对全球岩溶取得新认识，即岩溶不一定是坏事， 如在北方(Boreal) 或温带湿润气候生态区，地下岩溶系统被用于排除沼泽地区过多积水，偏碱性的碳酸盐岩有利于中和酸性环境。如俄罗斯乌拉尔的孔古尔(Kungur)地区、彼姆(Perm)地区,凡是岩溶发育的地方，都成了主要农业基地。另一方面，岩溶地区的植被，常常是涵养水分，增加含水层的贮水能力，改善水文生态环境的重要因素，但在澳大利亚南部岩溶区广泛分布的桉树，则以其强烈的蒸发作用，而被用于降低地下水位，防治土壤盐碱化。因此，通过对比可加强不同类型岩溶生态系统运行机理的认识，针对生态问题采取更加科学合理的对策，以利可持续发展。

(2) IGCP多边国际合作引出下面多个双边合作

a,中德合作：主要是与德国不来梅大学的Dreybrodt教授研究组在碳酸盐岩溶解、沉积速率控制机理方面进行了深入的合作研究，培养了这方面的博士一名，并在国内外核心期刊Geochimica et Cosmochimica Acta和<<中国科学>>等上合作发表了文章，这些文章被国内外学者广泛引用达60余次；b,中日合作：受中德合作研究成果的影响，近几年我们与日本九州大学Yoshimura教授研究组对四川黄龙钙华生物作用的可能影响进行了初步研究和探索，并共同撰写了研究报告和论文。

c, 中澳合作：近2年来，在国家自然科学基金国际合作项目的资助下，我方与澳大利亚纽卡斯尔大学的Drysdale博士等继续在四川黄龙对钙华沉积速率及其水化学控制进行了研究，并已完成研究进展报告，双方合著了论文。

d,中挪合作：与挪威贝尔根大学的Laurinz博士合作，利用桂林岩溶洞穴石笋进行了古气候、古环境重建，首次在我国发现了新仙女木事件记录在岩溶沉积物中。

e, 中美合作：一方面与美国西肯塔基大学的Groves博士等在桂林岩溶试验场建立了我国第一个岩溶动力系统自动监测站，目前监测正常，并取得了数以万计宝贵的降雨量、水位、水温、pH值和电导率数据，经整理分析取得了重要成果，它大大加深了我们对岩溶动力系统运行机制和规律的认识。另一方面，与密尼苏达大学合作，利用他们的精密仪器，为我们进行了大量石笋样品(多达约300个TIMS样品)年龄的免费测定(相对于节省人民币60万元以上)。

实验室每月召开讨论会，研究当前存在的问题和下一步解决的办法。此外，实验室每年还举办学术年会，总结一年来的学术进展，对全所和周围大学(广西师大和桂林工学院)开放。

在对外开放的同时，开放实验室也采取积极地走出去的战略，先后有7人(其中年轻人有6位)前往德国、韩国、法国、波兰、美国、西班牙和澳大利亚等国学习、培训和参加国际会议。

4、强化目标和绩效管理制度：以项目为龙头，真正使各类经费的支持集中于实现实验室的创新目标。同时，增强实验室的宏观调控能力，实现实验室的良性循环。

5、高效、有序的技术支撑系统的管理制度：完善的实验仪器设备是实验室的基本条件。但高效、有序的管理体系则是保证实验仪器设备正常运转和高效利用的保证。因此，高效、有序的技术支撑系统的管理制度就是为了保证实验室仪器设备的正常、高效运行，同时对科研人员上岗进行培训和指导，克服了研究与实验两张皮的现象。

1、岩溶动力系统中土壤钙迁移及生态环境效应（负责人：曹建华）2、广西岩溶区土壤钙的地球化学行为及生态环境意义（负责人：曹建华）3、岩溶峰丛洼地地区的坡面流研究(负责人：姜光辉)4、典型地下河系统水质演化趋势及其控制因素研究（负责人：裴建国）5、典型岩溶地下河硝酸盐氮氧同位素动态变化研究（负责人：汪进良）6、中国西南50-15万年来石笋记录的气候事件及全球意义（负责人：张美良）7、中国西南高分辨率洞穴石笋记录的MIS5a/4气候突变的内部结构特征（负责人：朱晓燕）8、利用洞穴沉积物重建石漠化演化历程及驱动机制的研究（负责人：朱晓燕）