云南省彝良礦區地下水水化學特征分析

趙大壯

摘要：研究區的水文地質問題已經嚴重制約礦床的開發，并且有進一步惡化的可能。而地下水水化學特征是查明研究區水文地質條件的主要目的之一。故本文在野外調查、采集地下水樣本的水質分析結果基礎上，對研究區的地下水化學特征進行深入分析，為水文地質條件的研究奠定理論基礎。研究結果表明該區地下水化學類型相對復雜，主要化學類型有HCO3-Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg以及SO4·HCO3-Ca·Mg為主。根據同位素分析可知礦坑水、泉水、河水的主要補給水源標高均高于雨水水樣采集標高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.

關鍵詞：地下水；水化學特征；環境同位素；礦區；水文地質

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

中圖分類號：P641.4+6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）05-0187-02

0 引言

研究區位于四川盆地與云貴高原的連接地帶，山脈走向大致與區域構造線一致，多為北東向的順向山，屬于高原巖溶侵蝕山地，受喜馬拉雅山造山運動的影響，高原地形呈現上升態勢，河溪強烈切割，形成現今的高原峽谷。礦區地勢陡峻，“V”形河谷發育，地形南高北低，西高東低。礦區面積約8.27km2，隨著礦山開采中段延深，礦體圍巖水頭壓力、礦坑涌水量明顯增大，不僅惡化井下作業環境，易造成安全隱患，更有每年巨額的排水費用需要負擔。2012年9月7日，礦區所在轄區發生5.7級地震，礦山斷電淹井，地震可能進一步惡化礦山水文地質條件，礦山水文地質問題已成為制約礦床開發的主要因素，而探明地下水水化學特征是研究水文地質問題的重要方面[1-4]，也已經成為國內外各地、各礦區的研究熱點[5、6]。因此本文擬對研究區的地下水化學特征以及去環境穩定同位素進行深入分析，為保障礦床安全開發、保障生態環境的可持續發展奠定一定的基礎。

1 研究區概況

本區屬亞熱高原季風氣候，垂直分帶明顯，標高1500m以上屬寒冷氣候帶，夏溫秋涼、冬嚴寒，12月至下年2月底有降雪，山頂積雪時間較長。研究區內有河流洛澤河發育，也是本次研究的標高基準面。河流地帶屬溫暖濕潤氣候帶，標高879-1200m左右，冬春溫暖，夏秋酷熱，年平均氣溫16.9-17.2℃，最低氣溫-3℃，出現在1-2月，高溫在每年5-9月，一般35～39℃，據記載22年中有9年積雪，最大積雪深度14cm。

該礦區為已采礦山，礦體呈隱伏—半隱伏狀賦存于石門坎背斜傾伏端西翼石炭系、泥盆系層間裂隙帶中，走向北東，南東傾，傾角一般60°-85°，主要礦體位于當地最低侵蝕基準面洛澤河之下；礦區地下含水系統在平面及垂向上強弱相間，結構復雜，主要充水含水層為石炭系和泥盆系碳酸鹽巖溶裂隙含水層，富水性、透水性中等-弱，補給條件較好，并具較高水壓；礦區構造及其衍生的破碎帶發育，具一定導水性且溝通了外圍二迭系棲霞茅口組巖溶裂隙強含水層，與洛澤河有一定的水力聯系，水文地質邊界條件復雜。礦區為巖溶裂隙水含水層直接充水的水文地質條件復雜型礦床。

2 地下水樣本采集與測試

本次研究工作在礦坑、泉水、河水等重要水體采集環境同位素水樣20件、水質簡分析樣20件。

3 結果與討論

3.1 地下水化學類型

本區地下水水化學類型比較復雜，不同地段因含水層透水性、富水性及補給、逕流、排泄條件不同，體現出不同類型的地下水化學特征。

二迭系棲霞茅口組巖溶裂隙水以HCO3-Ca型為主，礦化度268.45-352.38mg/L，pH值7.59-8.15，獻雞向斜一帶巖溶地下水補給區與洛澤河一帶巖溶地下水排泄區水化學類型及礦化度基本一致，水中鹽份低，地下水逕流條件好。

石炭系威寧、豐寧統巖溶裂隙水含水層地下水在北東部礦化度282.04-376.69mg/L（水7-17、760智寅井、龍翔610m），水化學類型為HCO3—Ca型、HCO3·SO4—Ca·Mg型，水化學特征與二迭系棲霞茅口組巖溶裂隙水含水層相近。至洛澤河即F1斷層附近，地下水中SO42-離子含量增高，水化學類型過渡至SO4·HCO3—Ca·Mg型，礦化度升高近一倍，如3號斜井450m標高地下水礦化度達到572.95mg/L。

泥盆系宰格組巖溶裂隙水含水層在北東部地下水礦化度降至331.10-448.16mg/L，92線靠近洛澤河一帶地下水礦化度升高至565.74-682.33mg/L，SO42-離子濃度明顯升高，地下水化學類型在北東部為HCO3—Ca型和HCO3 —Ca·Mg型，92線一帶過渡為HCO3·SO4—Ca·Mg型。

礦床地下水水化學成份及礦化度值自北部、北東部二迭系棲霞茅口組巖溶裂隙水含水層、石炭系威寧豐寧統巖溶裂隙水含水層、泥盆系宰格組巖溶裂隙水含水層逐漸升高（圖1），表明礦床地下水接受二迭系棲霞茅口組巖溶裂隙水含水層地下水補給，經礦床運移至洛澤河即F1弱透水斷層一帶，地下水逕流滯緩，溶濾作用增強，水中鹽分及礦化度值明顯增高，特別是SO42-離子增加明顯，同時說明礦床地下水受洛澤河水談化不明顯，河水對礦床充水不強的特征。

3.2 水體環境同位素特征

本區離昆明直線距離300km，海拔約1900m，但同處中國西南地區，通常一個地區降水曲線差別不大，因此可以利用昆明市雨水線作為研究標準。礦區雨水、泉水、河水和坑下水δD與δ18O關系見圖2。

本地區構造活動劇烈，巖溶裂隙發育，雨季礦床深部承壓水涌水孔水頭上漲明顯，氚進入水中僅按衰變規律變化，衰變公式如下：

A=A0×e-λt

經換算得到地下水年齡公式：

t=（lnA0-lnA）/λ

式中A0為大氣降水初始氚活度值，A為采樣時間水中氚活度值。λ為氚的衰變系數，其值為0.055764。

大氣中氚值一直有衰減趨勢，較長時間內是一個非穩定值。利用現在的雨水年齡作為零輸入值，分析得到的某些水樣年齡是不準確的，因此在缺乏數據的情況下，計算出的地下水年齡值尤其是年齡較長的水樣，其年齡值僅作參考之用，但總體反應出來的規律應基本符合實際情況。

初始值的確定：以900m標高雨水樣氚值為初始輸入值，假設本區大氣中氚值穩定且無季節變化，據此計算得到各取樣點水樣品的年齡值，如表1。

通過表1可知，所有水樣均位于雨水水樣之下，說明礦坑水、泉水、河水的主要補給水源標高均高于雨水水樣采集標高900m。

4 結論與建議

①研究區水化學特征相對復雜，主要由HCO3-Ca、HCO3·SO4-Ca·Mg向SO4·HCO3-Ca·Mg過渡；

②通過對環境同位素的計算，各水樣的年齡值在0-13年之間不等；

③所采集的地下水、泉水等水樣的主要補給水源標高均高于雨水水樣采集的標高900m。

以上所得結論，可對探明研究區的水文地質條件奠定一定的理論基礎，為礦床的開發、環境的保護提供依據和保障。該礦區對于水文地質條件相對復雜，水文地質研究工作應貫穿整個礦山生產過程中，因此，在礦山生產過程中，必須加強礦坑排水量、水位、水質觀測，獲取足夠的水文觀測資料，為將來研究工作提供不可再現的基礎資料。

參考文獻：

[1]郇環，王金生，翟遠征，鄭潔瓊.北京平原區永定河沖洪積扇地下水水化學特征與演化規律[J].地球學報，2011（03）：357-366.

[2]李向全，侯新偉，周志超，劉玲霞.太原盆地地下水系統水化學特征及形成演化機制[J].現代地質，2009（01）：1-8.

[3]周慧芳，譚紅兵，張西營，張文杰，孫雪.江蘇南通地下水補給源、水化學特征及形成機理[J].地球化學，2011（06）：566-576.

[4]宋獻方，李發東，于靜潔，唐常源，楊聰，劉相超，佐倉保夫，近滕昭彥.基于氫氧同位素與水化學的潮白河流域地下水水循環特征[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？觟rn 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.