伊敏矿区地下水水化学特征及其形成作用分析

分类：论文范文 发表时间：2021-05-17 10:59

　　摘要：煤矿区地下水水化学特征及其形成作用对矿井突水水源识别及水害防治具有重要的意义.本文采集伊敏矿区水样21组，综合利用Piper三线图、同位素、Schoeller图、Gibbs图及离子比例关系分析了地下水化学特征及其控制因素.结果表明，矿区不同类型水样主要阳离子为Na+，阴离子主要为HCO3?，平均pH值为7.92，TDS平均值为420.59mg·L?1；大气降水、地表水、第四系水以及I含水层水化学类型均为HCO3-Ca型，它们之间联系密切，II含水层水化学类型为HCO3-Ca型和HCO3-Na型，III含水层水与矿井水水化学类型为HCO3-Na型，且III含水层水与矿井水δD和δ18O平均值最接近，矿井水主要来源于III含水层补给；伊敏矿区地下水及矿井水主要离子形成作用受岩石风化控制，主要离子来源于钾长石、钠长石、钙长石等硅酸盐矿物的溶解，并受到Ca2+、Mg2+、K+、Na+阳离子交换作用的影响.

　　关键词：伊敏矿区，水化学特征，水化学形成作用，离子来源

　　我国是世界上最大的煤炭生产与消费国，2019年，全国原煤产量为38.5亿吨，消费总量为22.2亿吨，占全国一次能源消费总量的57.7%[1?2].《可持续能源发展战略专题》中指出到2050年煤炭在我国能源结构消费比例中仍占50%以上，短期内，煤炭作为主体能源的地位不会发生改变[3].然而，我国多数煤矿水文地质条件复杂，矿井水害时有发生，据统计从2000年到2014年，4500人死于矿井突水事故，造成了巨大的经济损失与人员伤亡.煤矿一旦发生突水事故，准确快速地进行突水水源识别是水害治理的关键[4]。

　　1实验部分（Experimentalsection）

　　1.1研究区概况

　　伊敏矿区行政区域隶属内蒙古自治区呼伦贝尔市鄂温克族自治旗，位于大兴安岭西坡，伊敏河中下游的东部，包含敏东一矿及二矿两个矿区，目前主采敏东一矿，其面积约49.1422km2，主要煤种为褐煤，井田设计规模500万t·a?1.矿区可采煤层大部分属于伊敏组，其中主采煤层为16-3上煤及16-3煤.

　　1.2样品采集与检测

　　为了解研究区地下水水化学特征，准确识别伊敏矿区矿井水补给水源，分别采集区域大气降水、伊敏河地表河流水、第四系潜水、I含、II含、III含承压水及矿井水水样21组，水样类型及具体取样位置如图2所示.水样采集选用2.5L塑料瓶，采样前先润洗3—5次，采样后立即密封，标注地点与日期，送往陕西省煤矿水害防治技术重点实验室进行检测，检测项目包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl?、HCO3?、pH值、溶解性总固体（TDS）及δD和δ18O同位素.其中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl?采用离子色谱检测；HCO3?采用化学滴定法；pH及TDS使用便携式检测仪器检测；δD和δ18O采用波长扫描光强衰荡光谱技术测试，结果采用VSMOW标准.

　　2结果与讨论（Resultsanddiscussion）

　　2.1水化学特征

　　此次共采集水样21组，其中大气降水2组，地表水2组，第四系潜水3组，I含、II含、III含承压水7组及矿井水7组，各组水样水化学参数检测结果见表1.

　　2.2同位素特征

　　水中δD和δ18O一般受水岩作用影响较弱，是确定不同水源与成因的有效手段[15?16].检测21组水样δD和δ18O同位素值，并计算不同类型水样δD和δ18O的平均值（表2）.不同含水层地下水稳定同位素δD（VSMOW）在?118.50‰—?87.15‰之间，δ18O（VSMOW）在?15.50‰—?11.01‰之间，据文献报道若δD<?400‰—10‰，δ18O在?60‰—0‰之间，主要来源为大气降水.根据大气降水、地表水、地下水及矿井水δD、δ18O平均值绘制δD—δ18O关系图（图4）

　　3结论（Conclusion）HCO3SO24

　　（1）伊敏矿区不同类型水样主要阳离子为Na+，其次为Ca2+、Mg2+、K+；阴离子主要为，其次为、Cl?；pH值平均7.92，属于弱碱性水；TDS平均420.59mg·L?1，属于淡水.

　　（2）大气降水、地表水、第四系水以及I含水水化学类型均为HCO3-Ca型，II含水水化学类型为HCO3-Ca型和HCO3-Na型，上部含水层之间水力联系紧密；III含水和矿井水水化学类型为HCO3-Na型，且III含水与矿井水δD、δ18O平均值最接近，介于全球和当地大气降水线之间，矿井水主要源于III含承压水补给.

　　（3）伊敏矿区地下水及矿井水主要离子形成作用受岩石风化控制，主要离子来源于钾长石、钠长石、钙长石等硅酸盐矿物的溶解，并受到阳离子交换作用的影响.

　　参考文献

　　［1］谢和平,吴立新,郑德志.2025年能源消费及煤炭需求预测[J].煤炭学报,2019,44（7）:1949-1960.XIEHP,WULX,ZHENGDZ.PredictionontheenergyconsumptionandcoaldemandofChinain2025[J].JournalofChinaCoalSociety,2019,44（7）:1949-1960（inChinese）.

　　［2］科学院能源战略研究组,能源可持续发展战略专题研究[M].北京:科学出版社,2006.EnergyStrategyResearchGroup,ChineseAcademyofSciences,ThematicstudyonChina'senergysustainabledevelopmentstrategy[M].Beijing:SciencePress,2006(inChinese)

　　王甜甜1,2张雁1,2赵伟3靳德武1,2**刘基1,2王强民1,2

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