基于氫氧同位素和水化學(xué)的廢棄煤礦充水水源識(shí)別-論文.pdf

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1、第34卷第5期第四紀(jì)研究Vo1．34，No．52014年9月QUATERNARYSCIENCESSeptember，2014doi：10．3969／j．issn．1001-7410．2014．05．14文章編號(hào)1001-7410(2014)05-1054—08基于氫氧同位素和水化學(xué)的廢棄煤礦充水水源識(shí)別木焦艷軍①②王廣方范有余②孫婷婷①趙曉麗①史浙明①馬欒①盧忠陽(yáng)③崔霖峰①呂琳①(①中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京100083；②西南油氣田公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院，成都610041；③建設(shè)綜合

2、勘查研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京100007)摘要峰峰礦區(qū)地處太行山東麓邊緣，屬華北地層區(qū)，礦區(qū)含水層可分為四大含水巖系，其中第四系孑L隙含水層地下水和二疊系砂巖含水層地下水主要接受降水補(bǔ)給，石炭系薄層灰?guī)r含水層地下水除接受溝谷河段滲漏補(bǔ)給外，在局部接受下伏奧陶系灰?guī)r地下水的補(bǔ)給，奧陶系灰?guī)r含水層地下水主要接受鼓山、九山及西北部灰?guī)r裸露區(qū)降水補(bǔ)給。峰峰礦區(qū)有生產(chǎn)礦井13對(duì)，廢棄礦井4對(duì)，本次研究對(duì)象為廢棄的一礦和二礦。本文運(yùn)用水化學(xué)成分和氫氧穩(wěn)定同位素作為水循環(huán)過(guò)程的示蹤劑，研究了峰峰礦區(qū)不同含水層地下水的水文

3、地球化學(xué)特征，并在此基礎(chǔ)上識(shí)別r廢棄礦井主要充水來(lái)源。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，系統(tǒng)采集了該區(qū)廢棄礦井水、奧灰水、薄層灰?guī)r水、砂巖水和松散巖類(lèi)孔隙水水樣，并采用離子色譜法、滴定法和高分辨率激光光譜法在實(shí)驗(yàn)室完成了水化學(xué)成分(K、Na、Ca“、Mg、C1一、s0、HCO；和sr)和氫氧穩(wěn)定同位素組分(D和B0)測(cè)定。水化學(xué)分析結(jié)果顯示，廢棄礦井水、奧灰水的水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO一SO-Ca—Mg，屬于低礦化度水；不同水體sr”含量存在一定的差異，廢棄礦井水和奧灰水sr平均值分別為0．67mg／L和0．69mg／L，且二者

4、Sr。／Ca“和Sr／Mg”比值比較接近，可能說(shuō)明二者存在密切的水力聯(lián)系；不同水體水化學(xué)成分主要受到溶濾作用的影響。氫氧穩(wěn)定同位素研究表明，砂巖水和孔隙水占D和相對(duì)富集，廢棄礦井水和奧灰水占D和80值比較接近。結(jié)合礦區(qū)奧灰含水層富水性強(qiáng)并與煤系地層存在密切水力聯(lián)系的水文地質(zhì)條件，說(shuō)明奧灰水為廢棄礦井水的主要充水水源。主題詞氫氧同位素水化學(xué)水源識(shí)別峰峰礦區(qū)中圖分類(lèi)號(hào)P641．136文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A淡水作為重要的水資源已成為關(guān)系到人類(lèi)生存和礦化度較高等特點(diǎn)[3,41，容易造成區(qū)域地下水體和農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展

5、的首要因素¨。特污染。因此，盡早地對(duì)廢棄礦區(qū)地下水充水水源進(jìn)別是北方地區(qū)，地下淡水資源顯得尤為寶貴。據(jù)統(tǒng)行識(shí)別，研究礦井廢棄后地下水的循環(huán)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，計(jì)，在我國(guó)北方地下水徑流系統(tǒng)中，有約2．7Gm／a對(duì)于防治廢棄礦井地下水所誘致的礦井突水災(zāi)害、的地下水處于人類(lèi)各種采礦活動(dòng)范圍內(nèi)。20世環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害等具有重要的理論和實(shí)際意義。紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)有大量礦井由于資源枯竭或氫氧同位素和水化學(xué)方法是研究區(qū)域水循環(huán)及開(kāi)采地質(zhì)條件惡化而被關(guān)閉。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010地下水補(bǔ)排關(guān)系的有效手段，其在區(qū)域地下水補(bǔ)給年全國(guó)共關(guān)閉

6、小煤礦1693個(gè)，淘汰落后產(chǎn)能1．55x來(lái)源及方式、水循環(huán)及轉(zhuǎn)化過(guò)程研究中發(fā)揮著重要10t；而且很多廢棄礦井位于主要供水水源的地作用“。該方法在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于地下水補(bǔ)給下水系統(tǒng)之中。這些地下水系統(tǒng)又位于或鄰近主要來(lái)源確定和不同含水層水力聯(lián)系分析的研究，工業(yè)城市，如開(kāi)灤、邯鄲、焦作等，隨著大量礦井在某些礦區(qū)，在酸性礦井水的分布、形成過(guò)程和機(jī)的關(guān)閉，生產(chǎn)排水停止，地下水位上升，側(cè)向水壓理的研究方面，水化學(xué)和氫氧同位素技術(shù)也發(fā)揮了加大，一方面可能以老空水的形式潰人相鄰礦井；重要作用¨’”。在峰峰礦區(qū)，氫氧同位素

7、和水化學(xué)另一方面可能會(huì)進(jìn)入作為供水水源的地下水系統(tǒng)在礦井突水水源判別、涌水通道確定以及不同含水中，由于有些廢棄礦井水具有pH值低、Fe、Mn“層水力聯(lián)系的判別中也得到了廣泛的應(yīng)用¨，第一作者簡(jiǎn)介：焦艷軍男27歲碩士研究生地下水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)E-mail：jiaoyanjun8@163．corn國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：41272269)和全國(guó)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評(píng)估項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：1212011220228)共同資助2014—05～07收稿，2014—06-25收修改稿通訊作者：王廣才教授水文地質(zhì)專(zhuān)業(yè)E-m

8、ail：wanggc@cugb．edu．cn1060第四紀(jì)研究2014正影響；薄層灰?guī)r水、砂巖水和孔隙水受到溶濾和蒸isotopes(strontium-87，carbon一13，deuteriumandoxygen-18)．IsotopesinEnvironmentalandHealthStudies，2007，43(4)：323—338發(fā)濃縮雙重作用影響。12RazowskaL．Changesofground