彌散試驗在都龍礦區的研究與應用

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 都龍 663701）

1 場區地質條件

本次布置在曼家寨露天采場底部910m剝采平臺，曼家寨露天采場由北向南梯降剝采，標高依次由1300m降至910m，形成一東西兩側高，由北向南降低的“V”字型槽谷。

試驗場區主要出露含礦地層新寨巖組（Pt3x），巖層產狀為一單斜構造，走向近南北，傾向西，傾角45°～55°。巖性以石英云母片巖、矽卡巖、變粒巖及少量片麻巖，夾大理巖為特征，巖相變化頻繁，巖類組合復雜，矽卡巖體成群成帶出現。

2 鉆孔工程布置及鉆探成果

在曼家寨露天采場底部910m平臺布置一組彌散試驗孔，一個孔作為投源孔，6個孔作為觀測孔，以投源孔為中心，觀測孔按“十”字形剖面布設，根據地層巖性，觀測孔距離投源孔10m。每孔設計孔深60m，鉆孔一次成孔，一徑到底，終孔孔徑Φ110，安裝Φ108濾水管。鉆孔成孔后坐標、孔深、靜止水位、孔距等詳見表1。

3 實驗檢測原理及方法

表1 彌散試驗鉆孔綜合成果表

3.1 鉬氨酸的性質

鉬氨酸〔(NH4)6Mo7O24·4H2O〕，分子量1235.86，無色或淺黃色柱狀結晶。常溫下溶于2.3份水，飽和溶液濃度約300g/L，1L飽和鉬氨酸溶液含鉬元素約220g，不溶于酸，遇酸分解。加熱至90℃時，失去1分子結晶水，至190℃即分解。鉬是一種生物必須的微量元素，首先對環境不會產生危害，鉬（Mo）地球化學豐度0.6ppm～1.5ppm，所以，鉬在地下水中屬于痕量元素，而檢測痕量元素的催化極譜法又較為成熟，易于檢測識別，可以實現現場的即時精密檢測。

3.2 極譜分析法——鉬的極譜催化波

分析鉬氨酸中的鉬，應用的是一種特殊的極譜波——極譜催化波。它的反應式為：

這就為極譜分析法檢測水中鉬濃度奠定了理論及方法基礎。

3.3 鉬氨酸的檢測方法

在現場建立鉬氨酸的檢測實驗室比較容易，普通的民居住房就可以，條件是陰涼干燥，通風好，用水用電方便。現場檢測儀器為JP-303E極譜分析儀：配有滴汞電極（工作電極）、甘汞電極（參比電極）、鉑絲電極（輔助電極）。需準備的試劑有：標準鉬溶液（濃度為10μg/mL、20μg/mL、50μg/mL、100μg/mL）、濃硫酸、氯酸鈉、苦杏仁酸（或稱扁桃酸或苯羥乙酸）、純汞，另外，準備足夠數量蒸餾水。現場把標準鉬溶液稀釋到0.01μg/mL。配置硫酸溶液（1:5）、氯酸鈉溶液（300g/L）、苦杏仁酸溶液（0.25mol/L）。試驗時，選擇標準曲線法，用二階導數在0～-800mV之間掃描。取5 mL待測水樣至試管內，在分別依次加入硫酸溶液（1:5）1mL、氯酸鈉溶液（300g/L）1 mL、苦杏仁酸溶液（0.25mol/L）2 mL，轉移至25mL燒杯中掃描。

3.4 示蹤劑、檢測儀器

3.4.1 示蹤劑選擇

示蹤劑選擇不恰當，會被稀釋或吸附，甚至中和水解，因此，需選擇一種可靠、穩定，不易被水體中物質化學沉淀的物質、且自然豐度較低的元素作為示蹤劑。

根據前述鉬的性質，選擇七鉬氨酸〔(NH4)6Mo7O24·4H2O〕作為示蹤劑。

3.4.2 現場檢測儀器

現場檢測選用JP—303E極譜分析儀，并且隨機抽取重分析樣（按總樣品數的5%），保留副樣1份，采取班組交叉檢測，或送試驗室檢測，以檢驗檢測結果的可靠性。

3.4.3 閉合定深取樣器

彌散試驗采集水樣要求在水位下固定深度取樣，選用北京格雷斯普科技開發公司DC-01型深水采樣器進行樣品采集，該采用器主要性能指標如下：

取樣繩長：30m標配（可根據需求另配）;取樣桶：53mm×395mm（直徑×高），采樣量：500ml;采樣方式：手搖半自動采樣;工作環境溫度：-5℃至+50℃，可全天候工作。

4 試驗過程

本次彌散試驗采用七鉬氨酸〔(NH4)6Mo7O24·4H2O〕作為示蹤劑，試驗建立在天然流場基礎上，在觀測孔內采用定深取樣。于2016年2月25日18時開始投源，投入七鉬氨酸36.0kg，取樣時間間隔一般為4～16小時，至2016年3月23日10時結束，累計試驗時間640小時。水樣總數近800個，鉬濃度測試110批，獲得鉬濃度數據660多個。

準備工作：投源前，測定LZK1～LZK7鉆孔穩定水位，對每個鉆孔進行取樣，作為背景值水樣。

投源方法：選擇ZK4孔作為投源孔，36.0kg分析純鉬氨酸分成三份，每份12.0kg盛于50L塑料桶內，加滿水攪拌完全溶解無結晶后，于2016年2月25日18時開始注入LZK4孔，投源時間約15分鐘。

監測方法：2016年2月25日18時在ZK4投源孔注入飽和鉬氨酸溶液，2月25日-2月29日前五天每天間隔8～16小時取一次水樣，即時分析鉬含量，以便加密取樣觀測，3月1日開始加密至間隔4小時取一次水樣，取樣工作到3月23日結束，歷時28天。總共7個鉆孔進行取樣分析，水樣總數近800個。每個水樣在取樣前，對取樣瓶用蒸餾水進行反復清洗，以防把一個孔內的鉬帶入另一個孔，發生交叉污染，引起分析結果誤差甚至錯誤。在項目駐地建立分析實驗室（距離現場1.5km），對水樣中鉬含量進行測定。一般在取樣當天就進行分析，為減輕工作量，對每天所取6個水樣首先分析上午10時的那一個，如果沒有發現異常，則把當天下午和晚上所取水樣保存待測，直到第二天上午10時的水樣取回，經分析無異常，可把保存的水樣處理掉回收水樣瓶；如果發現異常，則對保存的待測水樣進行分析，并保存所有異常水樣，供隨時復查。按照此原則，每天測試3～4批水樣，總計測試110批，獲得鉬濃度數據660多個。

5 試驗數據整理

（1）背景值

各觀測孔的背景值取投源前與投源后一段時間所有非異常的平均值表2，其背景值均小于0.03ug/mL，均方差較小，離散程度低，其分析結果還是很理想的。

表2 觀測孔Mo-濃度背景值

（2）觀測孔水樣濃度—時間曲線（C-t曲線）

本次試驗在觀測孔中取水樣總數近800個，鉬濃度測試110批，獲得鉬濃度數據660多個。對其中7個異常值采用內插法處理。從C-t曲線可以看出，曲線具有如下特征：

①6個觀測孔的C-t曲線均為鋸齒狀，每孔主要有3個濃度峰值，第一個峰值出現在3月2-3日投源后132-160小時；第二個峰值出現在3月2-3日投源后228小時；第三個峰值出現在3月16-17日投源后484-508小時。②LZK1孔C-t曲線表現為多峰曲線，說明與投源孔之間的過水通道錯綜復雜。其余5個孔表現為三峰曲線，反應了投源孔至觀測孔之間主要有三條通道，我們分析認為，代表了三組優勢裂隙通道；各峰均為尖峰，反應了其間無地下湖（或充水空穴），從一個側面印證了PD1坑道充水對本次彌散試驗無影響。③從各孔Mo-濃度實測數據來看，第一個峰值出現后，Mo-濃度有稀釋衰減的趨勢，但非常緩慢，因此，表現為即有主峰在前的，如LZK1、LZK6、LZK7孔，也有主峰在后的，如LZK2、LZK3、LZK5孔。

6 水動力彌散試驗參數計算

本次野外彌散試驗是在三面環山的“V”字型槽谷天然流場中進行，瞬時注入示蹤劑，符合一維穩定流場、二維水動力彌散（瞬時注入示蹤劑）模型，確定水動力彌散參數的主要方法有直線圖解法、標準曲線配線法、逐點求參法、彌散暈面積法和優選擬合法等方法，上述方法在應用中均有各自的優點，同時也都存在著一定的局限性。選用直線圖解法、標準曲線配線法兩種方法求解彌散試驗參數。

7 含水層給水度及有效孔隙度確定

該地段潛水面平緩、天然地下徑流量很小，抽水井所抽出的水主要來自降落漏斗疏干的水量，隨著抽水時間的延長，降落漏斗在不斷擴展，因此，只要將某一時刻以前抽出的水量，除以該時段降落漏斗體積，即可得到給水度，其計算公式如下：

8 計算

抽水井所抽出的水主要來自降落漏斗疏干的水量，隨著抽水時間的延長，降落漏斗在不斷擴展，當其水位達穩定后，降落漏斗曲面（自由潛水面）亦趨穩定，因此，選用穩定降落漏斗體積公式進行計算。根據LZK07鉆孔抽水試驗成果，水位降深（消除井損值）S=7.47m，Q=0.0133 l/s，即1.149 m3/d，抽水井井徑Φ110，滲透系數K=0.00159m/d，影響半徑R=6.23m，抽水時間495min，即0.344d，含水層厚度h0=57.73m。將LZK07孔抽水試驗參數分別帶入公式，求得給水度μ=0.0067。對基巖山區裂隙含水介質，其有效孔隙度（η）近似地等于給水度，因此，η≈μ=0.0067。

9 水動力彌散試驗參數建議值

不同方法計算的水動力彌散試驗參數，同時給出了推薦值。縱向彌散系數：0.2385m2/d；橫向彌散系數：0.1379m2/d；流速：2.287m/d；有效孔隙度：%0.0067；滲透系數：0.00159m/d；給水度：0.0067。

10 結語

本次在都龍礦區正在開采的曼家寨露天采場底部910m剝采平臺開展的一組野外彌散試驗，獲得了進行地下水環境質量定量評價的彌散參數，為今后該地區掌握地下水運動方向、滲流通道，研究污染物在地下水中運移時其濃度的時空變化規律奠定了良好的基礎。