临涣矿区突水水源标型微量元素及其判别模型

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1、万方数据第37卷第3期2010年5月水文地质工程地质HYDROGEOLOGY＆ENGINEERINGGEOLOGYV01．37No．3May2010临涣矿区突水水源标型微量元素及其判别模型陈陆望1，桂和荣2”，殷晓曦1，钱家忠1，潘乐苟4(1．合肥工业大学资源与环境工程学院，合肥230009；2．宿州学院地理科学与环境科学系，宿州234000；3．安徽理工大学地球与环境学院，淮南232001；4．安徽惠洲地下灾害研究设计院，合肥230088)摘要：利用示踪不同含水层水文地球化学特征的标型微量元素捕捉突水预兆期内的水文地球化学信

2、息，建立判别模型分析煤矿重大突水水源，具有重要的理论与实践意义。本课题利用任楼井田及所在临涣矿区其他生产矿井的长观孔、矿井出水点从上而下分别取第四系第四含水层、二叠系煤系砂岩含水层、石炭系太原组岩溶含水层及奥陶系岩溶含水层24个水样，测试了24种微量元素含量。通过分析4类主要突水含水层微量元素含量与聚类规律，得到了Be、Zn、Ga、Sr、u、zr、cs、Ba8种主要突水含水层的标型微量元素，建立了以标型微量元素作为解释变量的突水水源Bayes线性判别模型。以24个水样为训练样本，得到模型判别正确率达到了80％，并分析了区域水循

3、环与水文地球化学演化对判别模型效果具有一定程度的控制作用。关键词：地下水；标型微量元素；突水水源；判别模型中图分类号：TD742+．2文献标识码：A文章编号：1000-3665(2010)03-0017-06凡是煤矿重大突水，在发生之前，总有一些预兆。如果能够在突水预兆期内，通过捕捉水文与水流信息分析突水水源类型及发生突水的可能性，并及时采取有效措施，减少人员伤亡和财产损失，是完全可以做到的。含水层标型微量元素可以提供区域或局部地下水循环及水文地球化学演化的重要信息¨。1。利用能够示踪含水层水文地球化学特征的标型微量元素捕捉突

4、水预兆期内的水文地球化学信息，建立判别模型分析突水水源类型及发生突水的可能性将是有益尝试，具有明显的科学意义p。-。目前，国内外研究成果¨“’，大都集中在水文地球化学基础研究或环境水文地质方面。深部地下水微量元素研究不多，多层深部地下水系统开展微量元素水文地球化学特征的对比研究则更少。其中一个重要的制约因素是难以同时采集不同类型深部地下水(300m以下)水样。煤矿区具有采取各类深部地下水水样的独到优势，为研究深部地下水标型微量元素及其突水水源判别模型提供了可能。安徽淮北临涣矿区主要包括任楼、临涣、海孜、童收稿日期：2009-0

5、7-22；修订日期：2009—12·12基金项目：国家自然科学基金资助项目(40873015)；安徽省科技攻关计划重大科技专项项目(08010302062)作者简介：陈陆望(1973-)，男，副教授，主要从事煤矿水文地质与工程地质方面的研究工作。E．mail：luwangchen8888@163．corn亭、许瞳、五沟等生产矿井。矿区含水层第四系第四含水层(简称“四含”，埋深约300m)，二叠系煤系砂岩裂隙含水层(简称“煤系”，与煤层埋深有关)，石炭系太原组岩溶含水层(简称“太灰”，埋深约600m)及奥陶系岩溶含水层(简称“奥

6、灰”，埋深约900m)。奥灰埋藏较深，水文地质条件与区域构造复杂，为本矿区生产矿井主要突水含水层。本文利用任楼井田及所在临涣矿区其他生产矿井地面水位观测孔与井下出水点等采取从四含到奥灰地下水水样，测试Be、B、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Ga、Rb、Sr、U、Zr、Nb、Mo、Cd、Sn、C8、Ba、Hf、Ta、W、，I．1、Pb24种微量元素含量，筛选出示踪含水层水文地球化学特征的标型微量元素，并从标型微量元素人手，建立突水水源判别模型，为煤矿重大突水事故的预测预报提供理论依据与关键技术。l水样微量元素聚类规律分析利用

7、任楼及其附近的临涣、海孜、童亭、许疃、五沟等矿井地面常观孔与井下出水点等处从上而下分别取四含、煤系、太灰与奥灰24个水样。水样点平面布置图参见文献∽1中的图1。水样在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室采用电感耦合等离子体质谱仪ICP—MS测试Be、B、sc、V、Cr、Co、Ni、Cu，Ga，Rb、Sr，U、Zr、Nb、Mo，Cd，Sn、Cs、Ba，Hf，Ta，形，．11、Pb24种微量元素，分析测试结果参见文献¨则中的表4—2。分别对四含(4个水样)、煤系(10个水样)、太灰(7个水样)与奥灰(3个水样)地下

8、水微量元素含万方数据·18i陈陆望，等：临涣矿区突水水源标型微量元素及其判别模型2010年量进行R型聚类分析。矿区主要突水含水层微量元素聚类分析结果见图1。从图1可以看出，虽然不同含水层水样点数不一致以及水样点在空间的分布差异必然会影响聚类分析的结果，但是四个主要突水含水层中