水銀洞金礦區(qū)茅口組巖溶水水化學(xué)特征及指示意義

羊文，馮娟，楊磊

?

水銀洞金礦區(qū)茅口組巖溶水水化學(xué)特征及指示意義

羊文，馮娟，楊磊

（貴州省地質(zhì)勘查開發(fā)局105地質(zhì)大隊，貴陽 550018）

貴州貞豐水銀洞茅口組巖溶水水質(zhì)分析表明，同屬于茅口組巖溶含水層，由于其空間分布的不同，其水化學(xué)場也存在較大差異，這與地質(zhì)構(gòu)造、地下水的賦存及埋藏條件、地下水的補給、徑流、排泄條件等因素的不同有關(guān)，由此可作為劃分的地下水系統(tǒng)的依據(jù)。即使空間分布相同的同一巖溶水系統(tǒng)，隨著時間的差異，水化學(xué)特征也會發(fā)生變化。礦山開采過程中對埋藏型巖溶水水質(zhì)有較大影響，水化學(xué)演化受控于采礦活動及地質(zhì)構(gòu)造背景。

巖溶水；水化學(xué)特征;指示；水銀洞

地下水系統(tǒng)除補、徑、排方式外，水化學(xué)特征也是其重要依據(jù)。一般來講，“賦存于含水層中的地下水，在其交替循環(huán)的過程中，不斷與周圍的巖石、土壤發(fā)生物理、化學(xué)和生物反應(yīng)，其自身的物質(zhì)組成也不斷改變”[1]。通常，衡量和評價地下水，我們選擇地下水中分布廣、含量高的“八常量離子”，即陽離子Ca2+、Mg2+、Na+、K+，和陰離子HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-[47]。這些離子的相對含量和絕對含量的變化，在一定程度上決定了地下水物理及化學(xué)性質(zhì)的變化[2,3]。茅口組巖溶水系統(tǒng)一般較復(fù)雜，特別是埋藏型巖溶水礦區(qū)，具有溶蝕孔隙、裂隙與管道流并存，富集與貧乏并存，連通水體與靜儲水體并存等特點。通過對巖溶水化學(xué)特征的研究，可揭示區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水的成因、補給、徑流、排泄等信息，查明其相關(guān)關(guān)系，對礦井深部抽排水、地下水污染與防治及深部巖溶水資源的綜合利用具有重要意義[4]。

1 研究區(qū)與實驗

1.1 研究區(qū)概況

貞豐縣礦產(chǎn)資源豐富，查明金資源量超過400t，素有“中國金州”之稱。水銀洞金礦作為最大的金礦產(chǎn)區(qū)，累計查明金資源量260.45t，賦存于構(gòu)造蝕變體（SBT）中的Ⅰa礦體查明金資源量高達(dá)69t[5]。隨著開采深度的增加，Ⅰa礦體的開采由于茅口組底板突水成為礦山金資源有效利用及安全生產(chǎn)非常棘手而又亟待解決的問題。本次研究區(qū)主要為貞豐縣水銀洞金礦區(qū)，為系統(tǒng)分析研究埋藏型巖溶水化學(xué)特征，選取了礦區(qū)西側(cè)40km以外的碧痕營-安谷（晴隆縣）一帶茅口組出露區(qū)，礦區(qū)東側(cè)13km百層一帶茅口組巖溶水排泄區(qū)，進(jìn)行對比研究。

圖1 水系采樣分布示意圖

1.2 樣品采集與測試

2009年至2016年，在研究區(qū)內(nèi)巷道、鉆孔，研究區(qū)西側(cè)40km茅口組出露區(qū)（碧痕營），研究區(qū)東側(cè)13km茅口組巖溶水排泄點（北盤江）共采集水樣16件（圖1）。所有水樣現(xiàn)場測定水溫、pH值等，經(jīng)過0.45μm濾膜過濾后，盛于高密度聚乙烯瓶中，24小時內(nèi)送于貴州省地礦局中心實驗室完成測試分析。

2 結(jié)果與特征

該區(qū)域茅口組巖溶水水質(zhì)一般，淡-微咸、弱堿性、硬-高硬水。應(yīng)用舒卡列夫分類法，分析測試結(jié)果見表1、表2，圖2。

2.1 出露區(qū)茅口組巖溶水（碧痕營）

表1 水化學(xué)常量離子測試結(jié)果（mg/L）

表2 水化學(xué)微量元素測試結(jié)果統(tǒng)計表(mg/L)

出露區(qū)茅口組管道巖溶水中化學(xué)成分絕對含量明顯低于研究區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水。以高Ca2+，高SO42-，低Mg2+為主要特征。TDS含量較低，介于278~393mg/L之間，屬淡水；pH值介于7.5~8.1之間，屬中—弱堿性水；總硬度介于181~428mg/L之間，屬硬水。該范圍內(nèi)陽離子中Ca2+含量最高，介于54.17~124.69mg/L之間；Mg2+含量次之，為11.16~28.53mg/L之間。陰離子中SO42-含量最高，介于150~540mg/L之間，HCO3-含量次之，介于11.99~68.92mg/L之間；不含Cl-。水質(zhì)類型為SO42-·HCO3-- Ca2+·Mg2+型水。

2.2 研究區(qū)茅口組巖溶水

研究區(qū)茅口組巖溶水中化學(xué)成分絕對含量明顯增加。相對于西部出露區(qū)，研究區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水的陽離子中，Ca2+含量增加了1.9倍，達(dá)到了172.3mg/L的平均值；Mg2+含量增加了1.2倍，達(dá)到了34.93mg/L的平均值；Na+含量增加了3.12倍，達(dá)到了23.34mg/L的平均值；K+含量基本不變。陰離子中HCO3-的相對含量和絕對含量均大幅度增加，絕對含量增加了8.4倍，達(dá)到了362.19mg/L的平均值，而相對含量由16%上升到39%；SO42-的絕對含量增加了1.2倍，達(dá)到了321.62mg/L的平均值，而相對含量缺呈下降趨勢，由64%下降到35%；不含Cl-；TDS含量增加了2.72倍，達(dá)到了930.02mg/L的平均值，屬微咸水；pH值變化不大，介于7.47~7.92之間，屬弱堿性水；總硬度上升了1.1倍，平均值為504.16mg/L，達(dá)到極硬水。水質(zhì)類型為HCO3-·SO42--Ca2+（Mg2+）型水。

2.3 研究區(qū)東側(cè)茅口組巖溶水

東側(cè)北盤江茅口組巖溶水的化學(xué)成分發(fā)生了明顯變化，相對于研究區(qū)，本區(qū)域內(nèi)茅口組巖溶水陽離子中的Ca2+的絕對含量減少了8.4倍，為20.43mg/L；Mg2+含量較穩(wěn)定，為26.65mg/L；陰離子中HCO3-的絕對含量減少了2.67倍，為135.59mg/L；SO42-的絕對含量減少了6倍，為54mg/L；TDS含量下降，減少了3.56倍，為261.43mg/L，屬淡水；pH值變化不大，為9.1間，屬弱堿性水；總硬度下降了3.13倍，為160.7mg/L，屬中硬水。舒卡列夫分類為HCO3-·SO42--Mg2+·Ca2+型水。

3 特征分析與指示

同屬于茅口組巖溶含水層，由于其空間分布的不同，其水化學(xué)場也存在較大差異，這與地質(zhì)構(gòu)造、地下水的賦存及埋藏條件、地下水的補給、徑流、排泄條件等因素的不同有關(guān)，這表明其分屬不同的巖溶水系統(tǒng)。即使空間分布相同的同一巖溶水系統(tǒng)，隨著時間的差異，水化學(xué)特征也會發(fā)生變化。

3.1 研究區(qū)內(nèi)時間尺度下水化學(xué)特征分析

研究區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水共采集了11件樣，時間上從2009年至2016年。其中1097m巷道同一出水點在3個時間點采集了3次樣品。由表4.4、4.5可以看出，研究區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水的水化學(xué)類型雖未發(fā)生改變，均屬HCO3-·SO42--Ca2+（Mg2+）型水，但是水質(zhì)化學(xué)組分、微量元素等均發(fā)生了一定的變化。

圖2 水樣三線圖

2009年研究區(qū)首次揭露到茅口組巖溶水，其水化學(xué)特征可代表研究區(qū)內(nèi)茅口組巖溶的背景值。從常量元素分析，高Ca2+、低Mg2+，HCO3-、SO42-相當(dāng)?shù)奶攸c，較好的反應(yīng)出研究區(qū)深埋型巖溶水的特點。而大量SO42-的來源極有可能與富水帶結(jié)構(gòu)及成礦作用有關(guān)。由前述富水帶分析可知，研究區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水主要富集于茅口組與上覆構(gòu)造蝕變體（SBT）接觸面形成的巖溶裂隙及管道中，而這些通道也是含礦熱液入侵的主要通道。黃鐵礦化不僅是區(qū)內(nèi)重要的找礦標(biāo)志，也是研究區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水中SO42-含量較大的重要原因。而微量元素中砷的含量也達(dá)到0.105mg/L,這也與成礦作用相關(guān)。

隨著研究區(qū)對茅口組巖溶水的不斷抽排，以及沿背斜軸向東不斷開展的勘探工作，原始的巖溶水被不斷揭露，其水化學(xué)性質(zhì)也發(fā)生了一定變化。從同一地點不同時間的測試結(jié)果來看，Ca2+的絕對含量明顯上升，其結(jié)果與研究區(qū)內(nèi)同期其他測試結(jié)果相當(dāng)，為174mg/L；Mg2+含量基本不變；而Na+的含量明顯增加，達(dá)到了22.81mg/L；HCO3-、SO42-的絕對含量均有所上升；微量元素中砷的含量也明顯增加，達(dá)到0.356mg/L。

由這一系列變化分析可知，研究區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水原始狀態(tài)相對封閉、靜止，其水化學(xué)特征受賦存空間熱液蝕變程度影響。人為排水活動引發(fā)了靜止水體的徑流，導(dǎo)致水化學(xué)結(jié)構(gòu)更均勻；大量鉆孔施工及豎井揭露，人為對區(qū)內(nèi)巖溶水進(jìn)行了一定的補給，Na+的大量加入有力的證實了這一點。

3.2 空間尺度對比分析

地下水水化學(xué)類型與地質(zhì)構(gòu)造、地下水賦存條件及地下水與外界的交換作用等密切相關(guān)。對比研究區(qū)與西部晴隆一帶茅口組出露區(qū)、及東部北盤江一帶白層巖溶排泄點分析。依據(jù)舒卡列夫分類，晴隆碧痕營一帶茅口組巖溶水類型為SO42-·HCO3-—Ca2+·Mg2+型、研究區(qū)茅口組巖溶水為HCO3-·SO42-—Ca2+（Mg2+）型、百層一帶茅口組巖溶水為HCO3-·SO42-—Mg2+·Ca2+型，其水質(zhì)類型均不同。

TDS、總硬度：研究區(qū)茅口組巖溶水的TDS、總硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于晴隆碧痕營及北盤江白層。一般來講地下水中TDS和總硬度的含量與距補給區(qū)的距離成正比，距離約遠(yuǎn)TDS和總硬度的含量越高。地下水硬度直接反應(yīng)了水中Ca2+、Mg2+的絕對含量，這表明研究區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水具有超遠(yuǎn)補給的特點，并充分繼承了賦存空間圍巖的化學(xué)成分。而Mg2+含量的增加則說明了研究區(qū)茅口組巖溶水的相對獨立。晴隆碧痕營的茅口組巖溶水徑流條件雖好，但大氣降水與地表水的參與混合才是該區(qū)總硬度的主控因素。北盤江白層區(qū)域從空間結(jié)構(gòu)看，更加遠(yuǎn)離補給區(qū)，但總硬度卻相對最低，表明白層一帶茅口組巖溶水徑流時間更短，越流的補給占有重要作用，同時也表明白層茅口組巖溶水與研究區(qū)茅口組巖溶水分屬兩個地下水系統(tǒng)。

常量離子：“地下水中常量組分濃度的變化，能較好的反應(yīng)出地下水中物質(zhì)組分總體的分布特征和變化趨勢”[6]。對比三個不同區(qū)域的茅口組巖溶水可知：研究區(qū)茅口組巖溶水的各項常量均明顯高于另外兩區(qū)域，說明研究區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水補給距離大、運移及埋藏時間長。而白層區(qū)域常量離子濃度最低，分析是可能與整個北盤江補給有關(guān)，受斷層構(gòu)造控制，茅口組僅在白層一帶出露，因此其地下水的補給方式極有可能為沿斷裂帶的越流補給。晴隆區(qū)及研究區(qū)SO42-含量較高則是不同原因?qū)е?，晴隆區(qū)域?qū)匍_放型巖溶地下水系統(tǒng)，受區(qū)域內(nèi)人為活動影響較大，該區(qū)域存在大量煤礦山，整個區(qū)域地表水均受不同程度的礦坑排水影響。研究區(qū)內(nèi)SO42-含量高，則與其本身賦存空間狀態(tài)相關(guān)，構(gòu)造蝕變體（SBT）及上覆龍?zhí)督M地層巖石結(jié)構(gòu)組分上均含大量黃鐵礦。

微量元素：地下水中微量元素的含量對評價地下水水質(zhì)、研究地下水成因起著至關(guān)重要的作用[7]。對比分析三個區(qū)域內(nèi)茅口組巖溶水中微量元素的含量，可以更加系統(tǒng)的評價研究區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水化學(xué)特征（表2）。研究區(qū)內(nèi)地下水中，砷、氟化物、鍶含量較高，這與研究區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水的賦存及區(qū)內(nèi)構(gòu)造運動緊密相關(guān)，區(qū)內(nèi)茅口組巖溶水的賦存圍巖礦物組分中，含有大量的雄雌黃、螢石，這些礦物則來源于金礦成礦活動。

4 結(jié)論

研究區(qū)茅口組巖溶水具有高TDS、高硬度、高SO42-，高砷、氟化物、鍶等特征。對比區(qū)茅口組巖溶水TDS、硬度、砷、氟化物含量均較低。研究區(qū)茅口組巖溶水水質(zhì)類型為HCO3-·SO42--Ca2+（Mg2+）型，對比區(qū)晴隆碧痕營茅口組巖溶水類型水質(zhì)為SO42-·HCO3--Ca2+·Mg2+型，百層一帶茅口組巖溶水為HCO3-·SO42--Mg2+·Ca2+型。SO42-主要來源于上部二疊系龍?zhí)督M煤系地層，礦山開采過程中對埋藏型巖溶水水質(zhì)有較大影響，水化學(xué)演化受控于采礦活動及地質(zhì)構(gòu)造背景。研究區(qū)水銀洞金礦埋藏型巖溶水與對比區(qū)茅口組巖溶水分屬不同的地下水系統(tǒng)。是深循環(huán)、長時間、復(fù)雜的地質(zhì)圍巖以及多期地質(zhì)活動等背景條件下綜合作用形成的，相對封閉獨立的地下水系統(tǒng)。

[1] 李學(xué)禮. 水文地球化學(xué)[M]. 北京: 原子能出版社, 1988.

[2] 潘乃禮. 水文地質(zhì)常用數(shù)理統(tǒng)計方法[M]. 北京: 院子能出版社, 1989.

[3] 胡德勇，陶小郎，崔云祥，等. 峨眉山玄武巖地區(qū)優(yōu)質(zhì)泉水分布規(guī)律研究[J], 四川地質(zhì)學(xué)報，2017（4）.

[4] 陳萍.貴州西部茅口組古巖溶帶供水意義[J].中國巖溶.2015.34（4）:382-386.

[5] 劉莉. 濟南泉域巖溶水水化學(xué)特征及其指示作用研究[D]. 山東.濟南大學(xué)，2010.

[6] 蔣方媛, 韓繪芳, 等. 地下水微量元素與同位素特征對海水入侵和地下水起源的指示意義[J]. 東華理工大學(xué)學(xué)報.2009.03.

[7] 劉建中.貴州水銀洞金礦床礦石特征及金的賦存狀態(tài)[J].貴州地質(zhì).2003.20（1）:30-34.

Hydrohemical Characteristics and Their Indicative Significance of Karst Water in the Maokou Formation in the Shuiyindong Gold Mine, Zhenfeng, Guizhou

YANG Wen FENG Juan YANG Lei

(No. 105 Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources, Guiyang 550018)

Water quality analyses of karst water in the Maokou Formation in the Shuiyindong gold mine, Zhenfeng, Guizhou indicates indicate that water quality varies from place to place due to difference in geological structure, occurrence and recharge and discharge conditions of karst water and so on. The mining activities have a great influence on the water quality of buried karst water, and the evolution of hydrochemistry is controlled by mining activities and geological tectonic setting. Therefore, the water quality analyses may be used as the basis for the division of groundwater system.

Shuiyindong; Makou Formation; karst water; hydrochemical characteristic; indication

2017-03-06

羊文（1986-），男，四川綿陽人，水文地質(zhì)工程師，長期從事礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)工作

P541.4

A

1006-0995（2018）02-0317-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.02.029