淮南礦區(qū)地下水水質類型的成因

汪鴻雁

（安徽省淮南市中煤新集，安徽 淮南 232100）

1 引言

地下水是一種濃度較稀的溶液，它由常見離子（鈣、鎂、鈉，重碳酸根、硫酸根、氯根）、微量組分（如氟、溴、碘、硼等）和氣體組成（如氮、二氧化碳、甲烷等）。一定化學成分的地下水是一定的地質環(huán)境下的產物，地下水化學成分是指地下水中所含的有機的和無機的化學成分。

地下水主要來源于大氣降水和地表水（如河水、湖水、海水等），這些水進入地層后與巖土產生溶濾作用、濃縮作用、脫碳酸作用、脫硫酸作用、陽離子交替吸附作用、混合作用及人類活動作用等，使地下水的化學成分進一步演變[1]。

2 溶濾作用概述

2.1 溶濾水概念

地下水在滲透過程中溶解并帶走土層或巖層中某些組分的作用。它是地下水化學成分形成的主要作用之一。長期經(jīng)受風化溶濾的地區(qū)巖石中高溶解度的鹽分已大量溶濾淋失，剩下的主要是低溶解度鹽分，故地下水的礦化度通常不高。

淮南礦區(qū)地下水主要為溶濾水，是富含有CO2與O2的大氣降雨滲入成因的地下水，溶濾它所流經(jīng)的巖土而獲得其主要化學成分。實際上乃是直接源自大氣的地下水。在水與巖土相互作用下，巖土中一部分物質轉入地下水中，巖土失去一部分可溶物質，地下水則補充了新的組分。

2.2 巖性對溶濾水影響

巖性對溶濾水的影響是顯而易見的。石灰?guī)r、白云巖分布區(qū)的地下水，HCO3-、Ca2+、Mg2+為其主要成分。含石膏的沉積巖區(qū)，水中SO42-和Ca2+均較多。酸性巖漿巖地區(qū)的地下水，大都為HCO3-Na型水?；詭r漿巖地區(qū)，地下水中富含Mg2+。煤系地層分布區(qū)與金屬礦床分布區(qū)多形成硫酸鹽水。

砂巖中長石的溶濾是地下水中鉀、鈉離子和PH值增高的主要原因。

在灰?guī)r裂隙中運動的地下水，其中侵蝕性CO2會使石灰?guī)r的主要成分CaCO3、MgCO3被溶蝕，使得水中出現(xiàn)較多的Ca2+、Mg2+和HCO3-離子含量，產生一定的碳酸鹽硬度。而灰?guī)r中硬石膏的溶濾是地下水中SO42-含量增高的主要因素。

2.3 影響溶濾水的因素

影響溶濾作用的因素比較多，巖土中礦物鹽類的溶解度，巖土的空隙，水的礦化度，水中CO2、O2等氣體成分，水的流動狀況等。含CO2、O2,溫度較高，含鹽量小，流動迅速的水，溶濾能力強，地下水的徑流與交替強度是決定溶濾作用強度的最活躍、最關鍵的因素。

2.4 溶濾作用的影響

淮河流域地處我國南北氣候過渡地帶，屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區(qū)，本區(qū)屬寒溫帶濕潤氣候，正常年累計降雨量為744.2～1102.2mm，年平均蒸發(fā)量為1613.2mm，降雨量實際小于年均蒸發(fā)量。在地質構造上新集礦區(qū)所處的淮南煤田北部受劉府斷層、尚塘—明龍山逆斷層影響，南部受阜鳳逆沖推覆斷層和潁上—定遠斷層影響，西部受口孜集—南照集正斷層影響，東部有固鎮(zhèn)—長豐斷層，大致形成了東南西北四面均為控水斷層的隔水邊界，這些煤田邊界斷層基本控制了煤田整體的地下水補給、徑流、排泄條件，使其成為一個封閉～半封閉的網(wǎng)格狀水文地質單元。地下水徑流與交替強度差，溶濾作用較弱，地下水中的初級可溶氯鹽含量高，形成大多以Cl-Na為主要水型的中、高礦化度地下水；而松散層一含、二含徑流條件好，水質類型為HCO3-Ca·Na·(Mg)型，礦化度小于1000mg/L，而三含、四含局部水力交替條件差，礦化度大于1000mg/L，水質類型Cl-Na型；隨著溶濾作用的持續(xù)進行，氯離子不斷被地下水攜帶走而貧化，地下水質逐漸會向HCO3-Na型水過渡。

3 濃縮作用的影響

溶濾作用將巖土中的某些成分溶入水中，地下水的流動又把這些溶解物質帶到排泄區(qū)。在干旱半干旱地區(qū)的平原與盆地的低洼處，地下水位埋藏不深，蒸發(fā)成為地下水的主要排泄去路。蒸發(fā)作用只排走水分，鹽分仍保留在地下水中，隨著時間延續(xù)，地下水溶液逐漸濃縮，礦化度不斷增大。與此同時，隨著濃度增加，溶解度較小的鹽類在水中達到飽和而相繼析出，易容鹽類的離子逐漸成為主要成分。

蒸發(fā)作用影響的結果是溶解度小的鈣、鎂的重碳酸鹽部分析出，Cl-及Na+逐漸成為主要成分。如本區(qū)地表水中二礦吳樓灣塌陷區(qū)水樣，Na+含量為 334.55mg/L，Cl-含量為381.07 mg/L，這些離子的含量均較高，且水質類型為Cl·HCO3-Na型，隨著蒸發(fā)作用的加強，水質類型最終會演變?yōu)镃l-Na型。

4 脫硫酸作用的影響

在還原環(huán)境中，當有機質存在時，脫硫酸細菌能使SO42-還原為H2S，結果使得地下水中SO42-減少，pH值變大。

上述化學方程式說明，較為封閉的水儲環(huán)境是產生脫硫酸作用的有利環(huán)境，其特征可以表現(xiàn)為，出現(xiàn)H2S，而SO42-含量較低。如本區(qū)新集二礦-650m1煤西翼截水巷21#鉆場水樣，具有較強烈的H2S氣味，整個取樣巷道都具有這種氣味。

5 陽離子交替吸附作用的影響

巖土顆粒表面帶有負電荷，能夠吸附陽離子。一定條件下，顆粒將吸附地下水中某些陽離子，而將其原來吸附的部分陽離子轉為地下水中的組分，這便是陽離子交替吸附作用。

不同的陽離子，其吸附于巖土表面的能力不同，按吸附能力，自大而小順序為：H+＞Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+。離子價越高，離子半徑越大，水化離子半徑越小，則吸附能力越大。當含Ca2+為主的地下水，進入主要吸附有Na+的巖土時，水中的Ca2+便置換巖土所吸附的一部分Na+，使得地下水中Na+增多而Ca2+減小。

從以上分析中我們可以看出，由于陽離子交替吸附作用，水中 Ca2+、Mg2+置換出巖土所吸附的 Na+，使得 Ca2+、Mg2+含量減少，Na+含量增加。這也是本區(qū)Cl-Na型水形成原因之一。

6 混合作用的影響

指成分不同的兩種地下水匯合在一起，形成化學成分與原來兩者都不相同的作用過程。由于地下水系統(tǒng)的復雜性，礦區(qū)內大面積開采地下水以及煤礦開采突水，各含水層在礦區(qū)內并不是孤立的系統(tǒng)，而是在不斷運移中構成了不同程度水利聯(lián)系的地下水循環(huán)系統(tǒng)。新集二礦6煤西翼下車場（閉墻）6-1煤采空區(qū)水的穩(wěn)定同位素高于一般砂巖裂隙水的含量，說明煤層開采后頂板裂縫帶有可能延伸到松散層，致使松散層水底含水混入；新集一礦西三-580皮帶石門采空區(qū)水（推覆體寒灰水）有可能接受新生界松散層水補給。新集三礦-340m西四石門3煤頂板6#孔3煤頂板太灰砂巖混合水有新生界松散層水的混入，穩(wěn)定同位素含量較高。

7 人類活動作用的影響

采煤活動的影響，改變了礦區(qū)地下水的天然流暢，使原本徑流交替滯緩的煤系地層砂巖裂隙類水涌入采空區(qū)，形成了新的排泄區(qū)，增加地下水的排泄途徑，使處于“封閉”、“半封閉”的煤系含水層交替條件加強，松散層水有可能通過隔水層缺失的天窗區(qū)域進行補給，新集一礦西三-580皮帶石門煤系地層上覆推覆體寒灰水，水質類型為 HCO3·Cl·(SO4)-Na，水樣編號為10的三礦-340m西四石門3煤頂板6#孔水為3煤頂板太灰和砂巖裂隙水的混合水，水質類型為HCO3·Cl-Na·Ca。

8 結語

水是人類賴以生存的資源，對我們的生活有著非常重要的影響。礦石開采的過程中對地下水資源造成了一定的污染，嚴重的話會影響到我們的日常生活。本文分析地下水成分及其成因，有利于地下水資源的合理開發(fā)和地下水污染的防治，逐漸對地下水污染狀況進行改善。