云南省彝良礦區(qū)地下水水化學(xué)特征分析

趙大壯

摘要：研究區(qū)的水文地質(zhì)問題已經(jīng)嚴(yán)重制約礦床的開發(fā)，并且有進(jìn)一步惡化的可能。而地下水水化學(xué)特征是查明研究區(qū)水文地質(zhì)條件的主要目的之一。故本文在野外調(diào)查、采集地下水樣本的水質(zhì)分析結(jié)果基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)的地下水化學(xué)特征進(jìn)行深入分析，為水文地質(zhì)條件的研究奠定理論基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明該區(qū)地下水化學(xué)類型相對(duì)復(fù)雜，主要化學(xué)類型有HCO3-Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg以及SO4·HCO3-Ca·Mg為主。根據(jù)同位素分析可知礦坑水、泉水、河水的主要補(bǔ)給水源標(biāo)高均高于雨水水樣采集標(biāo)高900m。

Abstract： Hydrogeological problems have seriously restricted the development of the deposit， and are even worse. Water and groundwater chemical characteristics are the main aspects of hydrogeological condition in the study area. Therefore， based on the field investigation and gathering of groundwater samples of water quality analysis results， the chemical characteristics of groundwater in the study area was analyzed， and then lied a theoretical foundation for the research of hydrogeological conditions. Research results show that the groundwater chemical types is relatively complex， and the main types of the chemical HCO3-Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg and SO4·HCO3-Ca·Mg. According to the isotope analysis of mine water， spring water and river waterk，the supply water level were higher than the rain water samples elevation 900m.

關(guān)鍵詞：地下水；水化學(xué)特征；環(huán)境同位素；礦區(qū)；水文地質(zhì)

Key words： groundwater；hydro-geochemical law；environmental isotope；mining area；hydrogeology

中圖分類號(hào)：P641.4+6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）05-0187-02

0 引言

研究區(qū)位于四川盆地與云貴高原的連接地帶，山脈走向大致與區(qū)域構(gòu)造線一致，多為北東向的順向山，屬于高原巖溶侵蝕山地，受喜馬拉雅山造山運(yùn)動(dòng)的影響，高原地形呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，河溪強(qiáng)烈切割，形成現(xiàn)今的高原峽谷。礦區(qū)地勢(shì)陡峻，“V”形河谷發(fā)育，地形南高北低，西高東低。礦區(qū)面積約8.27km2，隨著礦山開采中段延深，礦體圍巖水頭壓力、礦坑涌水量明顯增大，不僅惡化井下作業(yè)環(huán)境，易造成安全隱患，更有每年巨額的排水費(fèi)用需要負(fù)擔(dān)。2012年9月7日，礦區(qū)所在轄區(qū)發(fā)生5.7級(jí)地震，礦山斷電淹井，地震可能進(jìn)一步惡化礦山水文地質(zhì)條件，礦山水文地質(zhì)問題已成為制約礦床開發(fā)的主要因素，而探明地下水水化學(xué)特征是研究水文地質(zhì)問題的重要方面[1-4]，也已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外各地、各礦區(qū)的研究熱點(diǎn)[5、6]。因此本文擬對(duì)研究區(qū)的地下水化學(xué)特征以及去環(huán)境穩(wěn)定同位素進(jìn)行深入分析，為保障礦床安全開發(fā)、保障生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展奠定一定的基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

本區(qū)屬亞熱高原季風(fēng)氣候，垂直分帶明顯，標(biāo)高1500m以上屬寒冷氣候帶，夏溫秋涼、冬嚴(yán)寒，12月至下年2月底有降雪，山頂積雪時(shí)間較長(zhǎng)。研究區(qū)內(nèi)有河流洛澤河發(fā)育，也是本次研究的標(biāo)高基準(zhǔn)面。河流地帶屬溫暖濕潤(rùn)氣候帶，標(biāo)高879-1200m左右，冬春溫暖，夏秋酷熱，年平均氣溫16.9-17.2℃，最低氣溫-3℃，出現(xiàn)在1-2月，高溫在每年5-9月，一般35～39℃，據(jù)記載22年中有9年積雪，最大積雪深度14cm。

該礦區(qū)為已采礦山，礦體呈隱伏—半隱伏狀賦存于石門坎背斜傾伏端西翼石炭系、泥盆系層間裂隙帶中，走向北東，南東傾，傾角一般60°-85°，主要礦體位于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面洛澤河之下；礦區(qū)地下含水系統(tǒng)在平面及垂向上強(qiáng)弱相間，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要充水含水層為石炭系和泥盆系碳酸鹽巖溶裂隙含水層，富水性、透水性中等-弱，補(bǔ)給條件較好，并具較高水壓；礦區(qū)構(gòu)造及其衍生的破碎帶發(fā)育，具一定導(dǎo)水性且溝通了外圍二迭系棲霞茅口組巖溶裂隙強(qiáng)含水層，與洛澤河有一定的水力聯(lián)系，水文地質(zhì)邊界條件復(fù)雜。礦區(qū)為巖溶裂隙水含水層直接充水的水文地質(zhì)條件復(fù)雜型礦床。

2 地下水樣本采集與測(cè)試

本次研究工作在礦坑、泉水、河水等重要水體采集環(huán)境同位素水樣20件、水質(zhì)簡(jiǎn)分析樣20件。

3 結(jié)果與討論

3.1 地下水化學(xué)類型

本區(qū)地下水水化學(xué)類型比較復(fù)雜，不同地段因含水層透水性、富水性及補(bǔ)給、逕流、排泄條件不同，體現(xiàn)出不同類型的地下水化學(xué)特征。

二迭系棲霞茅口組巖溶裂隙水以HCO3-Ca型為主，礦化度268.45-352.38mg/L，pH值7.59-8.15，獻(xiàn)雞向斜一帶巖溶地下水補(bǔ)給區(qū)與洛澤河一帶巖溶地下水排泄區(qū)水化學(xué)類型及礦化度基本一致，水中鹽份低，地下水逕流條件好。

石炭系威寧、豐寧統(tǒng)巖溶裂隙水含水層地下水在北東部礦化度282.04-376.69mg/L（水7-17、760智寅井、龍翔610m），水化學(xué)類型為HCO3—Ca型、HCO3·SO4—Ca·Mg型，水化學(xué)特征與二迭系棲霞茅口組巖溶裂隙水含水層相近。至洛澤河即F1斷層附近，地下水中SO42-離子含量增高，水化學(xué)類型過渡至SO4·HCO3—Ca·Mg型，礦化度升高近一倍，如3號(hào)斜井450m標(biāo)高地下水礦化度達(dá)到572.95mg/L。

泥盆系宰格組巖溶裂隙水含水層在北東部地下水礦化度降至331.10-448.16mg/L，92線靠近洛澤河一帶地下水礦化度升高至565.74-682.33mg/L，SO42-離子濃度明顯升高，地下水化學(xué)類型在北東部為HCO3—Ca型和HCO3 —Ca·Mg型，92線一帶過渡為HCO3·SO4—Ca·Mg型。

礦床地下水水化學(xué)成份及礦化度值自北部、北東部二迭系棲霞茅口組巖溶裂隙水含水層、石炭系威寧豐寧統(tǒng)巖溶裂隙水含水層、泥盆系宰格組巖溶裂隙水含水層逐漸升高（圖1），表明礦床地下水接受二迭系棲霞茅口組巖溶裂隙水含水層地下水補(bǔ)給，經(jīng)礦床運(yùn)移至洛澤河即F1弱透水?dāng)鄬右粠?，地下水逕流滯緩，溶濾作用增強(qiáng)，水中鹽分及礦化度值明顯增高，特別是SO42-離子增加明顯，同時(shí)說(shuō)明礦床地下水受洛澤河水談化不明顯，河水對(duì)礦床充水不強(qiáng)的特征。

3.2 水體環(huán)境同位素特征

本區(qū)離昆明直線距離300km，海拔約1900m，但同處中國(guó)西南地區(qū)，通常一個(gè)地區(qū)降水曲線差別不大，因此可以利用昆明市雨水線作為研究標(biāo)準(zhǔn)。礦區(qū)雨水、泉水、河水和坑下水δD與δ18O關(guān)系見圖2。

本地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)劇烈，巖溶裂隙發(fā)育，雨季礦床深部承壓水涌水孔水頭上漲明顯，氚進(jìn)入水中僅按衰變規(guī)律變化，衰變公式如下：

A=A0×e-λt

經(jīng)換算得到地下水年齡公式：

t=（lnA0-lnA）/λ

式中A0為大氣降水初始氚活度值，A為采樣時(shí)間水中氚活度值。λ為氚的衰變系數(shù)，其值為0.055764。

大氣中氚值一直有衰減趨勢(shì)，較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是一個(gè)非穩(wěn)定值。利用現(xiàn)在的雨水年齡作為零輸入值，分析得到的某些水樣年齡是不準(zhǔn)確的，因此在缺乏數(shù)據(jù)的情況下，計(jì)算出的地下水年齡值尤其是年齡較長(zhǎng)的水樣，其年齡值僅作參考之用，但總體反應(yīng)出來(lái)的規(guī)律應(yīng)基本符合實(shí)際情況。

初始值的確定：以900m標(biāo)高雨水樣氚值為初始輸入值，假設(shè)本區(qū)大氣中氚值穩(wěn)定且無(wú)季節(jié)變化，據(jù)此計(jì)算得到各取樣點(diǎn)水樣品的年齡值，如表1。

通過表1可知，所有水樣均位于雨水水樣之下，說(shuō)明礦坑水、泉水、河水的主要補(bǔ)給水源標(biāo)高均高于雨水水樣采集標(biāo)高900m。

4 結(jié)論與建議

①研究區(qū)水化學(xué)特征相對(duì)復(fù)雜，主要由HCO3-Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg向SO4·HCO3-Ca·Mg過渡；

②通過對(duì)環(huán)境同位素的計(jì)算，各水樣的年齡值在0-13年之間不等；

③所采集的地下水、泉水等水樣的主要補(bǔ)給水源標(biāo)高均高于雨水水樣采集的標(biāo)高900m。

以上所得結(jié)論，可對(duì)探明研究區(qū)的水文地質(zhì)條件奠定一定的理論基礎(chǔ)，為礦床的開發(fā)、環(huán)境的保護(hù)提供依據(jù)和保障。該礦區(qū)對(duì)于水文地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，水文地質(zhì)研究工作應(yīng)貫穿整個(gè)礦山生產(chǎn)過程中，因此，在礦山生產(chǎn)過程中，必須加強(qiáng)礦坑排水量、水位、水質(zhì)觀測(cè)，獲取足夠的水文觀測(cè)資料，為將來(lái)研究工作提供不可再現(xiàn)的基礎(chǔ)資料。

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