基于氢氧同位素和水化学的废弃煤矿充水水源识别

• 作者: 卢忠阳 史浙明 孙婷婷 崔霖峰 焦艳军 王广才 范有余 赵晓丽 马栾
• 来源期刊: 第四纪研究
• 学科: 地球科学
• 关键词: 氢氧同位素 水化学 水源识别 峰峰矿区
• 年，卷（期）: 2014,（5）
• 所属期刊栏目: 第四纪环境与水资源专辑——庆祝汪集旸院士80岁诞辰
• 页码范围: 1054-1061
• 页数: 8页
• 分类号: P641.136
• 字数: 6595字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1001-7410.2014.05.14

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,其中第四系孔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地球化学特征,并在此基础上识别了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+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO4-、HCO3-和Sr2+)和氢氧稳定同位素组分(D和18O)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HCO3-SO4-Ca-Mg,属于低矿化度水;不同水体Sr2+含量存在一定的差异,废弃矿井水和奥灰水Sr2+平均值分别为0.67mg/L和0.69mg/L,且二者Sr2+/Ca2+和Sr2+/Mg2+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δD和δ18O相对富集,废弃矿井水和奥灰水δD和δ18O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.