基于氢氧同位素和水化学的废弃煤矿充水水源识别-论文.pdf

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1、第34卷第5期第四纪研究Vo1．34，No．52014年9月QUATERNARYSCIENCESSeptember，2014doi：10．3969／j．issn．1001-7410．2014．05．14文章编号1001-7410(2014)05-1054—08基于氢氧同位素和水化学的废弃煤矿充水水源识别木焦艳军①②王广方范有余②孙婷婷①赵晓丽①史浙明①马栾①卢忠阳③崔霖峰①吕琳①(①中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京100083；②西南油气田公司安全环保与技术监督研究院，成都610041；③建设综合

2、勘查研究设计院有限公司，北京100007)摘要峰峰矿区地处太行山东麓边缘，属华北地层区，矿区含水层可分为四大含水岩系，其中第四系孑L隙含水层地下水和二叠系砂岩含水层地下水主要接受降水补给，石炭系薄层灰岩含水层地下水除接受沟谷河段渗漏补给外，在局部接受下伏奥陶系灰岩地下水的补给，奥陶系灰岩含水层地下水主要接受鼓山、九山及西北部灰岩裸露区降水补给。峰峰矿区有生产矿井13对，废弃矿井4对，本次研究对象为废弃的一矿和二矿。本文运用水化学成分和氢氧稳定同位素作为水循环过程的示踪剂，研究了峰峰矿区不同含水层地下水的水文

3、地球化学特征，并在此基础上识别r废弃矿井主要充水来源。通过现场调查，系统采集了该区废弃矿井水、奥灰水、薄层灰岩水、砂岩水和松散岩类孔隙水水样，并采用离子色谱法、滴定法和高分辨率激光光谱法在实验室完成了水化学成分(K、Na、Ca“、Mg、C1一、s0、HCO；和sr)和氢氧稳定同位素组分(D和B0)测定。水化学分析结果显示，废弃矿井水、奥灰水的水化学类型主要为HCO一SO-Ca—Mg，属于低矿化度水；不同水体sr”含量存在一定的差异，废弃矿井水和奥灰水sr平均值分别为0．67mg／L和0．69mg／L，且二者

4、Sr。／Ca“和Sr／Mg”比值比较接近，可能说明二者存在密切的水力联系；不同水体水化学成分主要受到溶滤作用的影响。氢氧稳定同位素研究表明，砂岩水和孔隙水占D和相对富集，废弃矿井水和奥灰水占D和80值比较接近。结合矿区奥灰含水层富水性强并与煤系地层存在密切水力联系的水文地质条件，说明奥灰水为废弃矿井水的主要充水水源。主题词氢氧同位素水化学水源识别峰峰矿区中图分类号P641．136文献标识码A淡水作为重要的水资源已成为关系到人类生存和矿化度较高等特点[3,41，容易造成区域地下水体和农业、经济、社会可持续发展

5、的首要因素¨。特污染。因此，尽早地对废弃矿区地下水充水水源进别是北方地区，地下淡水资源显得尤为宝贵。据统行识别，研究矿井废弃后地下水的循环运动规律，计，在我国北方地下水径流系统中，有约2．7Gm／a对于防治废弃矿井地下水所诱致的矿井突水灾害、的地下水处于人类各种采矿活动范围内。20世环境地质灾害等具有重要的理论和实际意义。纪90年代以来，我国有大量矿井由于资源枯竭或氢氧同位素和水化学方法是研究区域水循环及开采地质条件恶化而被关闭。据不完全统计，2010地下水补排关系的有效手段，其在区域地下水补给年全国共关闭

6、小煤矿1693个，淘汰落后产能1．55x来源及方式、水循环及转化过程研究中发挥着重要10t；而且很多废弃矿井位于主要供水水源的地作用“。该方法在国内外广泛应用于地下水补给下水系统之中。这些地下水系统又位于或邻近主要来源确定和不同含水层水力联系分析的研究，工业城市，如开滦、邯郸、焦作等，随着大量矿井在某些矿区，在酸性矿井水的分布、形成过程和机的关闭，生产排水停止，地下水位上升，侧向水压理的研究方面，水化学和氢氧同位素技术也发挥了加大，一方面可能以老空水的形式溃人相邻矿井；重要作用¨’”。在峰峰矿区，氢氧同位素

7、和水化学另一方面可能会进入作为供水水源的地下水系统在矿井突水水源判别、涌水通道确定以及不同含水中，由于有些废弃矿井水具有pH值低、Fe、Mn“层水力联系的判别中也得到了广泛的应用¨，第一作者简介：焦艳军男27岁硕士研究生地下水科学与工程专业E-mail：jiaoyanjun8@163．corn国家自然科学基金项目(批准号：41272269)和全国矿山地质环境调查与评估项目(批准号：1212011220228)共同资助2014—05～07收稿，2014—06-25收修改稿通讯作者：王广才教授水文地质专业E-m

8、ail：wanggc@cugb．edu．cn1060第四纪研究2014正影响；薄层灰岩水、砂岩水和孔隙水受到溶滤和蒸isotopes(strontium-87，carbon一13，deuteriumandoxygen-18)．IsotopesinEnvironmentalandHealthStudies，2007，43(4)：323—338发浓缩双重作用影响。12RazowskaL．Changesofground