淮南礦區(qū)地下水水質類型的成因

汪鴻雁

【摘 要】近年來，隨著社會經濟的發(fā)展和人口的增加，地下水污染和地下水位下降等一系列問題凸現(xiàn)。溶濾水受巖性的影響，相同巖性地區(qū)的地下水水質類型大都相同。溶濾作用、濃縮作用、脫硫酸作用、陽離子交替吸附作用及人類活動作用的影響成為地下水不同水質類型的成因。

【Abstract】In recent years， with the development of the social economy and the increase of population， a series of problems， such as groundwater pollution and groundwater level decline， are highlighted. The lixiviation water is affected by the lithology. The groundwater quality in the same lithology area is mostly the same. The effects of filtration， concentration， desulfuration， cation exchange and adsorption and human activities are the causes of different water quality types of groundwater.

【關鍵詞】溶濾水；巖性；脫硫酸；陽離子

【Keywords】lixiviation water； lithology； desulfuration； cation

【中圖分類號】P641.2 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0142-02

1 引言

地下水是一種濃度較稀的溶液，它由常見離子（鈣、鎂、鈉，重碳酸根、硫酸根、氯根）、微量組分（如氟、溴、碘、硼等）和氣體組成（如氮、二氧化碳、甲烷等）。一定化學成分的地下水是一定的地質環(huán)境下的產物，地下水化學成分是指地下水中所含的有機的和無機的化學成分。

地下水主要來源于大氣降水和地表水（如河水、湖水、海水等），這些水進入地層后與巖土產生溶濾作用、濃縮作用、脫碳酸作用、脫硫酸作用、陽離子交替吸附作用、混合作用及人類活動作用等，使地下水的化學成分進一步演變[1]。

2 溶濾作用概述

2.1 溶濾水概念

地下水在滲透過程中溶解并帶走土層或巖層中某些組分的作用。它是地下水化學成分形成的主要作用之一。長期經受風化溶濾的地區(qū)巖石中高溶解度的鹽分已大量溶濾淋失，剩下的主要是低溶解度鹽分，故地下水的礦化度通常不高。

淮南礦區(qū)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，溶濾它所流經的巖土而獲得其主要化學成分。實際上乃是直接源自大氣的地下水。在水與巖土相互作用下，巖土中一部分物質轉入地下水中，巖土失去一部分可溶物質，地下水則補充了新的組分。

2.2 巖性對溶濾水影響

巖性對溶濾水的影響是顯而易見的。石灰?guī)r、白云巖分布區(qū)的地下水，HCO3-、Ca2+、Mg2+為其主要成分。含石膏的沉積巖區(qū)，水中SO42-和Ca2+均較多。酸性巖漿巖地區(qū)的地下水，大都為HCO3-Na型水。基性巖漿巖地區(qū)，地下水中富含Mg2+。煤系地層分布區(qū)與金屬礦床分布區(qū)多形成硫酸鹽水。

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。

2NaAlSi3O8（鈉長石）+2H2CO3+9H2O→Al2Si2O5（OH）4（高嶺石）+2Na++2HCO3-+4H2SiO4

2KAlSi3O8（鉀長石） +11H2O→Al2Si2O5（OH）4（高嶺石）+2K++2OH-+4H2SiO4

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

CaSO4+H2O→Ca2++SO42-+H++OH-

CaCO3+H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+

MgCO3-+H2O+CO2→2HCO3-+Mg2+

2.3 影響溶濾水的因素

影響溶濾作用的因素比較多，巖土中礦物鹽類的溶解度，巖土的空隙，水的礦化度，水中CO2、O2等氣體成分，水的流動狀況等。含CO2、O2，溫度較高，含鹽量小，流動迅速的水，溶濾能力強，地下水的徑流與交替強度是決定溶濾作用強度的最活躍、最關鍵的因素。

2.4 溶濾作用的影響

淮河流域地處我國南北氣候過渡地帶，屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區(qū)，本區(qū)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(fā)量為1613.2mm，降雨量實際小于年均蒸發(fā)量。在地質構造上新集礦區(qū)所處的淮南煤田北部受劉府斷層、尚塘—明龍山逆斷層影響，南部受阜鳳逆沖推覆斷層和潁上—定遠斷層影響，西部受口孜集—南照集正斷層影響，東部有固鎮(zhèn)—長豐斷層，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、徑流、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(xù)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。

3 濃縮作用的影響

溶濾作用將巖土中的某些成分溶入水中，地下水的流動又把這些溶解物質帶到排泄區(qū)。在干旱半干旱地區(qū)的平原與盆地的低洼處，地下水位埋藏不深，蒸發(fā)成為地下水的主要排泄去路。蒸發(fā)作用只排走水分，鹽分仍保留在地下水中，隨著時間延續(xù)，地下水溶液逐漸濃縮，礦化度不斷增大。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。

蒸發(fā)作用影響的結果是溶解度小的鈣、鎂的重碳酸鹽部分析出， Cl-及Na+逐漸成為主要成分。如本區(qū)地表水中二礦吳樓灣塌陷區(qū)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(fā)作用的加強，水質類型最終會演變?yōu)镃l-Na型。

4 脫硫酸作用的影響

在還原環(huán)境中，當有機質存在時，脫硫酸細菌能使SO42-還原為H2S，結果使得地下水中SO42-減少，pH值變大。

SO42-+2C+2H2O→H2S↑+2HCO3-

上述化學方程式說明，較為封閉的水儲環(huán)境是產生脫硫酸作用的有利環(huán)境，其特征可以表現(xiàn)為，出現(xiàn)H2S，而SO42-含量較低。如本區(qū)新集二礦-650m1煤西翼截水巷21#鉆場水樣，具有較強烈的H2S氣味，整個取樣巷道都具有這種氣味。

5 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。

不同的陽離子，其吸附于巖土表面的能力不同，按吸附能力，自大而小順序為：H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+。離子價越高，離子半徑越大，水化離子半徑越小，則吸附能力越大。當含Ca2+為主的地下水，進入主要吸附有Na+的巖土時，水中的Ca2+便置換巖土所吸附的一部分Na+，使得地下水中Na+增多而Ca2+減小。

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(qū)Cl-Na型水形成原因之一。

6 混合作用的影響

指成分不同的兩種地下水匯合在一起，形成化學成分與原來兩者都不相同的作用過程。由于地下水系統(tǒng)的復雜性，礦區(qū)內大面積開采地下水以及煤礦開采突水，各含水層在礦區(qū)內并不是孤立的系統(tǒng)，而是在不斷運移中構成了不同程度水利聯(lián)系的地下水循環(huán)系統(tǒng)。新集二礦6煤西翼下車場（閉墻）6-1煤采空區(qū)水的穩(wěn)定同位素高于一般砂巖裂隙水的含量，說明煤層開采后頂板裂縫帶有可能延伸到松散層，致使松散層水底含水混入；新集一礦西三-580皮帶石門采空區(qū)水（推覆體寒灰水）有可能接受新生界松散層水補給。新集三礦-340m西四石門3煤頂板6#孔3煤頂板太灰砂巖混合水有新生界松散層水的混入，穩(wěn)定同位素含量較高。

7 人類活動作用的影響

采煤活動的影響，改變了礦區(qū)地下水的天然流暢，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(qū)，形成了新的排泄區(qū)，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(qū)域進行補給，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。

8 結語

水是人類賴以生存的資源，對我們的生活有著非常重要的影響。礦石開采的過程中對地下水資源造成了一定的污染，嚴重的話會影響到我們的日常生活。本文分析地下水成分及其成因，有利于地下水資源的合理開發(fā)和地下水污染的防治，逐漸對地下水污染狀況進行改善。

【參考文獻】

【1】籍傳茂，王兆馨.地下水資源的可持續(xù)利用[M].北京：地質出版社，1999.