罗河铁矿水文地球化学特征及成因

作为庐枞盆地较早开展勘探工作的罗河铁矿, 矿区揭露的地下水可分为潜水和承压水2类, 潜水表现为弱碱性HCO₃--Ca+·Mg2+型水; 区域构造和凝灰岩阻隔了潜水和承压水的水力联系, 承压水以SO₄2--Ca2+型微咸温水为主, 水化学成分不受外界因素变化影响.离子比例系数和相关性分析说明承压水中主要水化学反应包括硫酸盐矿物溶解和阳离子交换.PHREEQC反向模拟SO₄2--Ca2+型承压水的成因主要是砖桥组下段次生石英岩中大量硬石膏、石英和水云母的原位溶解; 与此同时, 地下水中沉淀生成了方解石和绿泥石, 石膏溶解的Ca2+离子吸附交换粘土矿物中的Na+离子, 少量黄铁矿还发生了氧化还原反应.分析结果验证了罗河铁矿深部地下水相对封闭, 补给有限, 以静储量为主.      

新疆博阿断裂附近地表水和地下水的水化学和同位素特征及水质评价

新疆地区属于西北干旱地区,水资源紧缺,为了研究其地下水的水文地球化学特征及水质情况,在博阿断裂附近采集与收集温泉水、地表水和冷泉水共15个样品,进行了水化学和氢氧同位素特征分析,并进行了水质评价。结果表明,研究区地表水的水化学类型主要为SO₄-Na、Cl·SO₄-Na和HCO₃·SO₄-Ca·Na型。温泉水的水化学类型为SO₄·HCO₃-Na/HCO₃·SO₄-Na和HCO₃·Cl-Na型。冷泉水的水化学类型为SO₄·HCO₃-Mg·Ca、HCO₃-Ca、HCO₃-Mg·Ca和SO₄·HCO₃-Ca型。研究区冷泉水中Mg²⁺、Ca²⁺、HCO₃^-的主要来源是白云石、方解石和石...     

山西省阳泉山底河流域煤矿“老窑水”动态特征、演化机理及对娘子关泉域的环境效应

【研究目的】煤矿“老窑水”以分布范围广、隐蔽性强、污染程度重、自然净化慢、持续时间长等特点,成为后采煤时代严重威胁中国生态文明建设的重要制约因素。【研究方法】本文以山西省阳泉市山底河流域煤矿“老窑水”为研究对象,通过长系列水质和水量系统性监测,运用统计学方法系统分析了山底河流域老窑水的水量和水质动态特征及其演化机理,评估了“老窑水”对娘子关泉域岩溶水的环境效应。【研究结果】研究表明,山底河“老窑水”总出口p H值平均为3.58,TDS平均为4744 mg/L,SO₄^2-平均为3327 mg/L;雨季地下水位上升后与采空区接触面积或体积增大和降雨量的影响滞后等是造成煤矿“老窑水”的流量与水化学特征指标电导率、SO₄^2-浓度非线性相关的主要原因;煤系地层中黄铁矿的强氧化反应主要发生在地下水位季节变动带、包气带和地表;煤矿采空积水区的一定深度为还原环境,具备开展微生物法治理的条件;山底河煤矿“老窑水”出流后进入下游碳酸盐岩河段渗漏,对娘子关泉域岩溶水的渗漏补给量达7247.08 m³...     

系统聚类逐步判别法对皖北矿区突水水源的分析

以Ca2+、Mg2+、K++Na+、Cl-、SO₄2-、CO₃2-、HCO₃-、pH值与TDS的测试结果为指标,对皖北矿区四含、煤系、太灰、奥灰4个主要突水含水层系统分别进行聚类分析。在此基础上,筛选出能代表各含水层水化学特征的水样进行逐步判别分析,并从中选出了SO₄2-与TDS两种标型组分,建立了皖北矿区突水水源的判别模型,该模型具有较好的判别效果。      

岩溶区典型工业型城市地下水水化学特征及成因机制

文章以广西柳州市岩溶地下水为研究对象,在岩溶水文地质调查和样品采集测试的基础上,采用数理统计法、水化学方法（Piper图、Gibbs图、离子比值系数,矿物饱和指数计算）、因子分析法和模糊综合评价法,分析工业型城市岩溶地下水水化学特征及形成机制,开展岩溶地下水质量评价。结果表明,研究区岩溶地下水为中-弱碱性水,Ca2+、Mg2+、HCO₃?、SO₄2?是主要的阴阳离子,水化学类型以HCO₃-Ca型和HCO₃-Ca·Mg型为主,且城区的SO₄2?型水的比例远高于非城区。区内岩溶地下水水化学组分及演化主要受水－岩作用、工业污染、城镇生活污染和农业活动等主控因素的影响,贡献率分别为31.52%、25.15%、18.12%和10.74%。其中,城区的水化学组分受人类活动的影响程度大于非城区的。矿物饱和指数表明,区内方解石和绝大多数白云石为饱和状态,而石膏和盐岩均为溶解状态。不同功能区的水化学敏感指标有差异,工业区以重金属为主,农业区以三氮为主,生活区以K+、Na+、Cl?、SO₄2?为主。研究区整体水质较好,Ⅰ－Ⅲ类水的比例高达约87.39%;但不同区域的水质差异较大,其中城区的水质较差,超标因子主要为Al、Mn、Pb、Fe、Hg;非城区的水质较好,超标因子主要为三氮。研究成果可以为工业型城市岩溶地下水污染防治提供科学依据。      

基于土柱淋滤实验的煤矸石饱和状态下溶质释放过程研究

针对煤矸石山在降水淋滤作用下对矿区周边地下水造成污染的严重问题,用实验模拟法对包头石拐区一废弃煤矿进行饱和状态下煤矸石的淋滤实验研究。结果表明:煤矸石中Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、NO₃-、SO₄2-、Cl-的淋滤过程都遵循浓度先升高再降低到稳定值的基本规律,只是NO₃-、SO₄2-、Cl-的淋出速率明显大于重金属的淋出速率,Ca和Mg、SO₄2-和Cl-、Pb和Cr、Cd有相似的淋出机制;重金属最强淋出率从大到小的顺序是Mg>Cd>Ca>Cu>Zn>Cr>Fe>Pb;Hg和As等含量甚微,均未检出。      

柴达木黑北凹地早更新世新型砂砾层卤水水化学特征与成因

柴达木黑北凹地深部砂砾石层内的承压水是近期在柴达木西部新发现的规模巨大的孔隙卤水,水位埋深8~24 m,接近地表;富水性中等偏强;矿化度较高,KCl含量达到可开发利用的要求,井采时不易结盐,可作为后续开发钾盐的备选区域.离子统计分析结果显示,TDS、Cl-、Na+、Cs+、B₂O₃、Ca2+、Mg2+、Sr+、NO₃-、Rb+在卤水中的浓度变化幅度小,分布较均匀;SO₄2-的变化幅度大,分布极不均匀;Br-、I-、Li+、K+变化幅度和均匀程度介于二者之间;Na+、Cl-、Ca2+、Sr2+、TDS呈正态负偏高峰态,K+、SO₄2-、Li+呈非正态正偏高峰态.成分聚类分析图中,K+、SO₄2-、Li+首先聚为一亚类,Cl-、TDS、Na+聚为一亚类.从离子含量变化曲线图中可以看到,该孔隙卤水从东至西,Na+、Cl-含量和变化趋势相同,且它们与TDS、B₂O₃的变化趋势相同.K+、SO₄2-、Mg2+三种组分含量较一致,变化趋势相同,且同时与Li+的变化趋势相同.孔隙卤水钠氯系数C_Na/C_Cl值为0.85~0.96,溴氯系数为0.01~0.34,与盐岩溶滤卤水接近.在Na+、K+、Mg2+//Cl--H₂O四元体系和Na+、K+、Mg2+//Cl-、SO₄2--H₂O五元体系25 ℃介稳相图中反映出2种析盐规律,一种为硫酸镁亚型,另一种是氯化物型.其形成可能与化学沉积层中高矿化度晶间卤水与砂砾石层中原始孔隙(淡)水相互作用有关.      

山东新巨龙煤矿区场地高TDS地下水水化学特征及成因机制

针对山东巨野新巨龙煤矿区地下水高TDS的现状,基于历史水质资料和取样测试结果,运用Piper三线图、相关性分析、氢氧同位素、Gibbs图解、离子比值与饱和指数等方法,探究其高TDS地下水水化学特征及成因。结果表明:随着建井和煤矿开采,研究区水化学环境发生改变,水化学类型不再是单一的SO₄-Na型,深层灰岩水的类型中出现SO₄·HCO₃-Na和SO₄-Ca·Mg型;研究区高TDS地下水的形成主要是因为含水层水动力条件差,高温水岩作用强,溶滤、蒸发浓缩作用明显,同时存在一定程度的反向阳离子交换作用;地下水体中白云岩和方解石表现为沉淀状态,石膏和盐岩处于溶解状态,是地下水主要成分Na+和SO₄2-的主要来源。研究成果不但为研究矿井水的构成、揭示煤矿区地下水污染及多场耦合的地下水演化过程和成因机制提供依据,还可为煤炭开采水害防治和矿井水处理利用奠定基础。      

高温实验模拟Mg/Ca浓度对文石质生物碎屑白云石化过程的影响

高温(150℃以上)合成白云石实验被认为是了解自然条件下白云石成因的有效途径。选择自然条件下对白云石成因有重要影响的Mg/Ca值(摩尔浓度比)指标,分别采用鹿角珊瑚和大琵琶螺两种文石质生物碎屑为先驱反应物,在220℃高温环境下对不同Mg/Ca值(0.5、0.7、1.0、1.2、1.5)和不同反应时间(0.5、1.0、1.5、2、3、6、8、14 h)条件下文石质生物碎屑的白云石化过程开展研究。结果表明,在高温条件下白云石化过程可分为诱导阶段、快速反应阶段和平稳阶段,这一反应过程未明显受到先驱文石质反应物的影响,反映了流体Mg/Ca浓度对白云石化产物具有明显的控制作用。随着反应溶液Mg/Ca值的提高,白云石化的诱导期缩短、速率加快,产物白云石中CaCO₃的摩尔分数降低且有序度提高,表明高Mg²⁺浓度能够促进Mg²⁺快速交代文石中的Ca²⁺并完成白云石的有序化过程。研究结果为解释自然条件下Mg/Ca浓度对白云石化过程的影响提供了基础理论支撑。     

深层地下水稀土元素无机形态及其对稀土特征的影响——以皖北任楼矿煤系含水层为例

在对皖北任楼矿煤系含水层地下水常规离子和稀土元素组成分析的基础上,运用Visual Minteq软件对溶解态稀土的无机形态进行了模拟。结果表明:煤系含水层地下水分为富SO₄2-和富HCO₃-(或富CO₃2-)两类,二者pH值大致以8.20/8.36为界。富SO₄2-水具有相对富HCO₃-水偏低的稀土总量,但二者在PAAS(后太古代平均页岩)标准化图解上均表现为轻稀土亏损的型式。富SO₄2-水中稀土无机形态包括Ln3+、LnCO₃+、LnSO₄+、Ln(CO₃)₂-和Ln(SO₄)₂-(Ln代表稀土元素),但富HCO₃-水中以Ln(CO₃)₂-和LnCO₃+为主,且各形态的相对含量与pH值和元素类型(如轻、重稀土)关系密切。HCO₃-含量与地下水∑REE和/Nd_SN/Yb_SN存在明显的相关性,表明不同含量的稀土元素无机形态(尤其是Ln(CO₃)₂-)对地下水中稀土元素总量和轻重稀土分异程度存在影响。      

太原盆地西温庄隆起硫酸盐型岩溶热矿水成因研究

太原盆地是新生代断陷盆地, 盆地内受南北和东西多组断层控制形成了多个断垒、断块, 岩溶热矿水主要分布在三给地垒以南和田庄断裂以北的区域。岩溶热矿水的主力产水层为奥陶系的峰峰组和上、下马家沟组的碳酸盐岩储层。项目组采集了18个地热水样品, 同时收集了已有文献中的9个地热水和3个地下冷水的水化学数据。根据分析化验结果, 岩溶热矿水的水化学类型为SO₄-Ca ·Mg型。根据热矿水中的离子浓度关系和主要矿物的饱和度指数可以推断水化学类型主要受石膏层的影响。地下水溶滤过程中除了方解石与白云石溶解作用外, 石膏的溶解作用占主导地位。根据矿物饱和度指数, 石膏溶解产生过多Ca2+以及热矿水温度的升高还导致了方解石或者白云石更加饱和, 可能发生沉淀。西温庄隆起内的岩溶热矿水混合了古水, 年龄均大于20 000 a, 岩溶热储温度为72.6~91.1 ℃, 循环深度为2123~2663 m。长时间的水岩相互作用, 为热矿水的形成提供传导加热的时间和丰富的矿物质组分。西温庄隆起作为岩溶热矿水温度、TDS以及锶浓度的高值区, 是盆地内热矿水的汇水区, 同时也是区域热矿水条件最好的区域。TDS和Sr浓度升高趋势反映了地下水从补给区到盆地内排泄区明显的溶滤作用, 并且发生了由低TDS的HCO₃-Ca ·Mg型地下冷水往高TDS的SO₄-Ca ·Mg型岩溶热矿水的发展。     

兖州煤田奥陶系灰岩地下水水化学特征及其形成机理

鲁西南兖州煤田的奥陶系灰岩地下水对煤田深部煤炭开采具有潜在的水害威胁,且为研究区的主要供水水源之一,其水化学特征及形成机理分析,可为该区深部煤炭开采水害防治和地下水资源利用提供依据。经过目的层水样的采集与测试可知,地下水水化学类型以SO_4-Ca-Mg型为主,SO_4~(2-)含量为537~2 296 mg/L,Ca~(2+)和Mg~(2+)的平均含量分别为455.7 mg/L和116.6 mg/L,TDS的范围为961~3 555 mg/L,pH值为6.9~8.0。Ca~(2+)和SO_4~(2-)随TDS的增加而增加,呈良好线性关系,推断TDS的增加主要来自Ca~(2+)和SO_4~(2-)的贡献。由饱和指数(SI)可知,地下水中的白云石和方解石均处于过饱和状态,而绝大部分的水样的石膏饱和指数均小于0,处于不饱和状态。石膏的饱和指数与地下水中TDS呈正相关关系。这些结果表明,在该含水层中地下水运移过程中不断发生水岩相互作用,主要包括石膏溶解、白云石和方解石沉淀或溶解、离子交换等反应。     

纳林河二号煤矿涌水水源判别的PCA-Logistic方法

纳林河二号煤矿作为纳林河矿区的第一对大型矿井,生产初期由于其自身复杂的水文地质条件和采掘的强扰动,导致涌水事件时有发生,给矿井的安全生产造成严重威胁,快速有效地找到涌水水源是防治矿井水害的关键。通过对纳林河二号煤矿主要含水层及采空区水样进行水质分析并绘制Piper三线图,揭示矿区各含水层地下水及采空区水的水化学特征,统计Ca2+、Mg2+、Na++K+、HCO₃-、Cl-、SO₄2-、pH和矿化度8个指标作为水源判别的原始数据,经主成分分析法（PCA）处理得到4个主成分F₁、F₂、F₃和F₄;将4个主成分的值作为Logistic回归模型的判别指标,建立纳林河矿区涌水水源判别模型;以36组标准水样作为训练样本,发现模型回代准确率为97.22%,再利用建立的模型对4组待判水样进行判别,结果与实际分析相符。研究结果表明:主成分分析和无序多分类Logistic回归方法相结合的涌水水源判别模型能够有效消除样本原始数据间的冗余信息,使涌水水源判别结果更加快速准确,可为矿井防治水工作提供决策和依据。移动阅读      

山底河流域煤矿酸性矿井水野外监测

酸性矿井水在我国鲁西南、山西、内蒙、云南和贵州等煤矿区普遍存在,酸性矿井水其pH往往在2~5之间,高SO₄2?、HB、TDS、Fe、Mn。这些物质进入地下水、地表水或土壤后,会对其造成严重危害。文章选择山西阳泉市典型废弃煤矿区山底河流域为研究区,通过水文地质调查,水文地质钻探,水文地质剖面等方法阐述山底流域地层岩性,水文地质条件概况,得出受煤矿开采影响,与天然条件下相比山底河流域的地表水和地下水的补给、径流、排泄条件均发生了根本变化。补给通过破坏产生的导水裂隙带运移,以垂向运动为主;径流通过坑道,导水裂隙带运移,以横向运动为主;排泄以矿坑排水和泉水溢出方式为主。并简述山底河流域煤矿酸性矿井水试验站观测站分布情况与水化学特征。      

保德煤矿奥陶纪灰岩水水化学特征及形成机理

奥陶纪灰岩（简称奥灰）水是保德煤矿煤层开采的主要威胁水源,且为主要供水水源之一。为研究保德煤矿奥灰水水化学特征,并分析其形成机理,对保德煤矿区奥灰水进行系统取样,综合运用相关性分析、离子比例系数、饱和指数反演、氯碱指数等方法进行分析。研究结果表明:奥灰水的水质类型从径流区到滞流区呈HCO₃-Na（Na·Ca）→HCO₃·Cl-Na·Ca（Ca·Mg）→Cl-Na（Na·Ca）的变化趋势,各离子质量浓度与TDS值呈线性关系,除HCO₃-外,其余离子质量浓度均与TDS值呈正相关;阳离子交替吸附、BSR反应、溶滤沉析作用是控制矿区地下水化学环境的主要作用。根据饱和指数（SI）计算及路径模拟结果证实,径流区方解石、白云石和石膏大量溶解,滞流区出现白云石沉淀,石膏始终处于不饱和状态,趋于发生溶解。该结论可为保德煤矿深部煤炭开采水害防治与矿井水利用提供依据。      

煤矿采空区水-岩作用模拟试验研究

采空区积水在我国煤矿中广泛存在。明确在采空区封闭-半封闭环境条件下的水-岩相互作用机理,对实现煤矿区水污染减量以及地下水资源保护具有重要意义。以内蒙古某煤矿采空区积水为研究对象,设计高度还原采空区环境的箱式模拟试验,采用X射线衍射仪(XRD)和X射线荧光光谱仪(XRF)对模拟采空区填充物(煤、垮落岩体)中矿物成分及元素组成进行分析,借助离子色谱仪(IC)和电感耦合等离子体发射光谱分析仪(ICP-OES)等对水中水化学特征进行表征,探究采空区积水水质形成的水-岩相互作用机制。结果表明:水-岩相互作用主要为煤及垮落岩体中的矿物溶解-沉淀作用、阳离子交换作用、煤中黄铁矿氧化作用以及混合作用。矿物溶解作用占主导地位,采空区积水中的Na⁺、K⁺主要来源是钠长石、钾长石等硅酸盐矿物的溶解,而Ca²⁺和Mg²⁺主要来自于钙长石、方解石、绿泥石等矿物溶解;离子交换作用主要发生在采空区水-岩作用的初期(0～20 d),而后逐渐减弱;采空区底部残煤中黄铁矿氧化作用是积水SO₄^2-     

兰州市地下水化学特征及演化模拟

为探究兰州市浅层地下水水质演化过程,通过对兰州市浅层地下水所取的40组水样进行分析测试,运用描述性统计、相关性分析、Piper三线图、Gibbs模型、离子比例系数方法对该区地下水特征进行分析,并运用PHREEQC软件反向模拟地下水演化规律。结果表明：兰州市地下水pH平均值为7.59,地下水呈弱碱性,地下水TDS值相对较高,其平均值为2353.21 mg/L ;SO42-和Na+分别是研究区地下水中优势阴、阳离子;SO4·Cl-Na·Mg和SO4·HCO3-Na·Ca型为主要地下水化学类型。研究区地下水化学组分主要受蒸发-浓缩作用影响;在两路径模拟中,均为方解石发生溶解,Na+将Ca2+发生阳离子交替吸附作用,白云石、岩盐、石膏均发生沉淀。     

蒙陕接壤区煤矿采空区水-岩系统中氟来源及释放规律

采空区是高氟矿井水形成的关键区域,其水-岩系统中氟的来源与溶解释放决定了矿井水中氟的富集或贫化。针对蒙陕接壤区3-1煤采空区矿井水氟来源及释放规律不清晰问题,采用水化学测试、岩石矿物成分分析、矿物扫描电镜与能谱检测,以及室内水-岩作用仿真模拟试验,查明矿井水氟物质来源与赋存载体,揭示岩石中氟释放规律。结果表明：研究区3-1煤矿井水水化学类型主要为HCO₃-Na与SO4-Na型,3-1煤采空区矿井水氟浓度高于3-1煤生产工作面的矿井水浓度,且采空区矿井水pH、Na⁺/Ca²⁺浓度比均大于工作面矿井水。3-1煤采空区矿井水F-的物质来源为泥岩与粉砂岩,2种岩石中氟平均含量分别为741、610 mg/kg,氟在固相中的主要赋存载体为蒙脱石、高岭石、伊利石及绿泥石。采空区水-岩系统中氟的释放受岩性、粒径、pH、温度及Na⁺/Ca²⁺浓度比5个因素影响。其中,泥岩及粉砂岩中的氟比细砂岩中的更容易释放进入水中;无论何种岩性,随着粒径的减小,氟释放F-的浓度增大;此外,碱性、高温及高钠低钙的...     

贵阳市三桥地区岩溶地下水水化学特征及其演化规律

贵阳市三桥地区岩溶地下水是贵阳市重要的生活及工农业用水水源,而贵州省岩溶系统发育异常复杂,对于岩溶水水化学及其演化特征尤其是水-岩相互作用方面的研究尚未见报道,为了保障该地区供水水质安全,以贵阳市三桥地区岩溶地下水为研究对象,通过系统的样品采集与氢氧同位素分析和水文地球化学模拟,针对岩溶地下水水化学组分的空间分布、演化特征及水-岩作用过程进行了系统的研究.研究表明:岩溶地下水水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Ca·Mg型、HCO₃·SO₄-Ca型、HCO₃-Ca型和HCO₃-Ca·Mg型;研究区岩溶水主要来源于大气降水补给;研究区水化学特征主要受方解石、白云石、岩盐和石膏的溶解作用以及阳离子交替吸附作用控制.