云南省彝良矿区地下水水化学特征分析

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摘要：研究区的水文地质问题已经严重制约矿床的开发，并且有进一步恶化的可能。而地下水水化学特征是查明研究区水文地质条件的主要目的之一。故本文在野外调查、采集地下水样本的水质分析结果基础上，对研究区的地下水化学特征进行深入分析，为水文地质条件的研究奠定理论基础。研究结果表明该区地下水化学类型相对复杂，主要化学类型有HCO3-Ca、HCO3・SO4-Ca・Mg以及SO4・HCO3-Ca・Mg为主。根据同位素分析可知矿坑水、泉水、河水的主要补给水源标高均高于雨水水样采集标高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.

P键词：地下水；水化学特征；环境同位素；矿区；水文地质

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

中图分类号：P641.4+6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）05-0187-02

0 引言

研究区位于四川盆地与云贵高原的连接地带，山脉走向大致与区域构造线一致，多为北东向的顺向山，属于高原岩溶侵蚀山地，受喜马拉雅山造山运动的影响，高原地形呈现上升态势，河溪强烈切割，形成现今的高原峡谷。矿区地势陡峻，“V”形河谷发育，地形南高北低，西高东低。矿区面积约8.27km2，随着矿山开采中段延深，矿体围岩水头压力、矿坑涌水量明显增大，不仅恶化井下作业环境，易造成安全隐患，更有每年巨额的排水费用需要负担。2012年9月7日，矿区所在辖区发生5.7级地震，矿山断电淹井，地震可能进一步恶化矿山水文地质条件，矿山水文地质问题已成为制约矿床开发的主要因素，而探明地下水水化学特征是研究水文地质问题的重要方面[1-4]，也已经成为国内外各地、各矿区的研究热点[5、6]。因此本文拟对研究区的地下水化学特征以及去环境稳定同位素进行深入分析，为保障矿床安全开发、保障生态环境的可持续发展奠定一定的基础。

1 研究区概况

本区属亚热高原季风气候，垂直分带明显，标高1500m以上属寒冷气候带，夏温秋凉、冬严寒，12月至下年2月底有降雪，山顶积雪时间较长。研究区内有河流洛泽河发育，也是本次研究的标高基准面。河流地带属温暖湿润气候带，标高879-1200m左右，冬春温暖，夏秋酷热，年平均气温16.9-17.2℃，最低气温-3℃，出现在1-2月，高温在每年5-9月，一般35～39℃，据记载22年中有9年积雪，最大积雪深度14cm。

该矿区为已采矿山，矿体呈隐伏―半隐伏状赋存于石门坎背斜倾伏端西翼石炭系、泥盆系层间裂隙带中，走向北东，南东倾，倾角一般60°-85°，主要矿于当地最低侵蚀基准面洛泽河之下；矿区地下含水系统在平面及垂向上强弱相间，结构复杂，主要充水含水层为石炭系和泥盆系碳酸盐岩溶裂隙含水层，富水性、透水性中等-弱，补给条件较好，并具较高水压；矿区构造及其衍生的破碎带发育，具一定导水性且沟通了二迭系栖霞茅口组岩溶裂隙强含水层，与洛泽河有一定的水力联系，水文地质边界条件复杂。矿区为岩溶裂隙水含水层直接充水的水文地质条件复杂型矿床。

2 地下水样本采集与测试

本次研究工作在矿坑、泉水、河水等重要水体采集环境同位素水样20件、水质简分析样20件。

3 结果与讨论

3.1 地下水化学类型

本区地下水水化学类型比较复杂，不同地段因含水层透水性、富水性及补给、迳流、排泄条件不同，体现出不同类型的地下水化学特征。

二迭系栖霞茅口组岩溶裂隙水以HCO3-Ca型为主，矿化度268.45-352.38mg/L，pH值7.59-8.15，献鸡向斜一带岩溶地下水补给区与洛泽河一带岩溶地下水排泄区水化学类型及矿化度基本一致，水中盐份低，地下水迳流条件好。

石炭系威宁、丰宁统岩溶裂隙水含水层地下水在北东部矿化度282.04-376.69mg/L（水7-17、760智寅井、龙翔610m），水化学类型为HCO3―Ca型、HCO3・SO4―Ca・Mg型，水化学特征与二迭系栖霞茅口组岩溶裂隙水含水层相近。至洛泽河即F1断层附近，地下水中SO42-离子含量增高，水化学类型过渡至SO4・HCO3―Ca・Mg型，矿化度升高近一倍，如3号斜井450m标高地下水矿化度达到572.95mg/L。

泥盆系宰格组岩溶裂隙水含水层在北东部地下水矿化度降至331.10-448.16mg/L，92线靠近洛泽河一带地下水矿化度升高至565.74-682.33mg/L，SO42-离子浓度明显升高，地下水化学类型在北东部为HCO3―Ca型和HCO3 ―Ca・Mg型，92线一带过渡为HCO3・SO4―Ca・Mg型。

矿床地下水水化学成份及矿化度值自北部、北东部二迭系栖霞茅口组岩溶裂隙水含水层、石炭系威宁丰宁统岩溶裂隙水含水层、泥盆系宰格组岩溶裂隙水含水层逐渐升高（图1），表明矿床地下水接受二迭系栖霞茅口组岩溶裂隙水含水层地下水补给，经矿床运移至洛泽河即F1弱透水断层一带，地下水迳流滞缓，溶滤作用增强，水中盐分及矿化度值明显增高，特别是SO42-离子增加明显，同时说明矿床地下水受洛泽河水谈化不明显，河水对矿床充水不强的特征。

3.2 水体环境同位素特征

本区离昆明直线距离300km，海拔约1900m，但同处中国西南地区，通常一个地区降水曲线差别不大，因此可以利用昆明市雨水线作为研究标准。矿区雨水、泉水、河水和坑下水δD与δ18O关系见图2。

本地区构造活动剧烈，岩溶裂隙发育，雨季矿床深部承压水涌水孔水头上涨明显，氚进入水中仅按衰变规律变化，衰变公式如下：

A=A0×e-λt

经换算得到地下水年龄公式：

t=（lnA0-lnA）/λ

式中A0为大气降水初始氚活度值，A为采样时间水中氚活度值。λ为氚的衰变系数，其值为0.055764。

大气中氚值一直有衰减趋势，较长时间内是一个非稳定值。利用现在的雨水年龄作为零输入值，分析得到的某些水样年龄是不准确的，因此在缺乏数据的情况下，计算出的地下水年龄值尤其是年龄较长的水样，其年龄值仅作参考之用，但总体反应出来的规律应基本符合实际情况。

初始值的确定：以900m标高雨水样氚值为初始输入值，假设本区大气中氚值稳定且无季节变化，据此计算得到各取样点水样品的年龄值，如表1。

通过表1可知，所有水样均位于雨水水样之下，说明矿坑水、泉水、河水的主要补给水源标高均高于雨水水样采集标高900m。

4 结论与建议

①研究区水化学特征相对复杂，主要由HCO3-Ca、HCO3・SO4-Ca・Mg向SO4・HCO3-Ca・Mg过渡；

②通过对环境同位素的计算，各水样的年龄值在0-13年之间不等；

③所采集的地下水、泉水等水样的主要补给水源标高均高于雨水水样采集的标高900m。

以上所得结论，可对探明研究区的水文地质条件奠定一定的理论基础，为矿床的开发、环境的保护提供依据和保障。该矿区对于水文地质条件相对复杂，水文地质研究工作应贯穿整个矿山生产过程中，因此，在矿山生产过程中，必须加强矿坑排水量、水位、水质观测，获取足够的水文观测资料，为将来研究工作提供不可再现的基础资料。

参考文献：

[1]郇环，王金生，翟远征，郑洁琼.北京平原区永定河冲洪积扇地下水水化学特征与演化规律[J].地球学报，2011（03）：357-366.

[2]李向全，侯新伟，周志超，刘玲霞.太原盆地地下水系统水化学特征及形成演化机制[J].现代地质，2009（01）：1-8.

[3]周慧芳，谭红兵，张西营，张文杰，孙雪.江苏南通地下水补给源、水化学特征及形成机理[J].地球化学，2011（06）：566-576.

[4]宋献方，李发东，于o洁，唐常源，杨聪，刘相超，佐仓保夫，近滕昭彦.基于氢氧同位素与水化学的潮白河流域地下水水循环特征[J]. 地理研究，2007（01）：11-21.

[5]Ulf T. Pettersson，Johan Ingri，Per S. Andersson. Hydrogeochemical Processes in the Kafue River upstream from the Copperbelt Mining Area， Zambia[J]. Aquatic Geochemistry，2000，64.

[6]Thomas Baumann， J？irn Bartels，Mark Lafogler，Frank Wenderoth. Assessment of heat mining and hydrogeochemical reactions with data from a former geothermal injection well in the Malm Aquifer， Bavarian Molasse Basin， Germany[J]. Geothermics，2016.