淮南礦區地下水水化學組成的成因分析

胡生強（成都理工大學環境與土木工程學院，四川 成都 610059）

淮南礦區位于安徽省北部的淮河兩岸。其區域地質構造位置屬于華北板塊南緣，東邊為郯廬斷裂帶，西接阜陽斷層，北為蚌埠隆起，南是老人倉-壽縣斷層與合肥坳陷相鄰。煤田構造形式為近東西向的對沖構造盆地，南北兩端為推覆構造組成的疊瓦扇，盆地內部為較簡單的復向斜構造。煤田內自北向南的次一級褶曲有唐集-朱集背斜，尚塘-耿村集向斜，陳橋-潘集背斜，謝橋-古溝向斜，陸塘背斜等。各褶皺軸向北西西，一般向東傾伏，傾伏角3°～5°。南北邊緣發育走向逆沖斷層，如北部邊緣的上窯-明龍山逆沖斷層，南部的舜耕山逆沖斷層和阜鳳逆沖斷層等;內部發育北北東向正斷層。

1 水化學組成成因

本區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，溶濾所經過的巖土而得到其主要的化學成分。石灰巖、白云巖分布區的地下水，HCO3-、Ca2+、Mg2+為其主要成分。含有石膏的沉積范圍內，水中的SO42-和Ca2+均較多。酸性巖漿巖所在地區的地下水，大都是HCO3-Na型水。基性巖漿巖地區，地下水中富含Mg2+。煤系地層分布區域與金屬礦床分布區域多易形成硫酸鹽水。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。

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

1.1 溶濾作用的影響

淮河流域地處我國南北氣候過度地帶，屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區，本區屬寒溫帶濕潤氣候，正常年累計降雨量為744.2～1102.2mm，年平均蒸發量為1613.2mm，降雨量實際小于年均蒸發量。在地質構造上新集礦區所處的淮南煤田四面因為受到斷層影響，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、逕流、排泄條件，使其成為一個封閉～半封閉的網格狀水文地質單元。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。

1.2 濃縮作用的影響

巖土中的某些成分因為溶濾作用溶入水中，這些溶解物質又被地下水帶到排泄區。在干旱和半干旱地區的平原及盆地的低洼處，地下水的水位一般埋藏不深，地下水的主要排泄方式為蒸發作用。蒸發只排走水分，地下水中仍保留有鹽分，隨著時間推移，地下水溶液會逐漸濃縮，礦化度逐漸增大。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[1]。蒸發作用影響的結果溶解度小的鈣、鎂的重碳酸鹽部分被析出，主要成分逐漸變為Cl-及Na+。如本區地表水中二礦吳樓灣塌陷區塌陷區水樣，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，隨著蒸發作用的加強，水質類型最終會演變為Cl-Na

1.3 脫硫酸作用的影響[2]

還原環境中，當存在有機質時，SO42-會因為脫硫酸細菌被還原為H2S，結果使得地下水中SO42-減少，pH值變大。較為封閉的水儲環境是脫硫酸作用的有利環境，其特征可以表現為，SO42-含量較低且出現H2S。

1.4 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[3]。不同的陽離子吸附于巖土表面的能力不同，按吸附能力排序為：H+＞Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+。離子的價態越高，離子的半徑越大，水化離子的半徑越小，那么它的吸附能力越強。當含有Ca2+的地下水，進入以吸附Na+為主的巖土時，水中的Ca2+便置換成為巖土吸附的那一部分Na+，造成地下水中Na+升高反而Ca2+降低。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Cl-Na型水形成原因之一。

1.5 人類活動作用的影響

采煤活動的影響，改變了礦區地下水的天然流場，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，形成了新的排泄區，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域進行補給，如水樣編號為7的新集一礦西三-580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。

[1]安樂生;趙全升;葉思源;劉貫群;丁喜桂;;黃河三角洲淺層地下水化學特征及形成作用[J];環境科學;2012年02期.

[2]段玉成，黑磊，解光新;環境同位素在邢臺煤礦放水試驗中的應用[J];煤田地質與勘探;1994年01期.

[3]王錦;黃河三角洲濕地地質環境與植被分布模式的關系研究[D];中國地質大學（北京）;2009年.