礦山集中開采區域水文地球化學特征分析

蘇利平，蘇喜平，王恒山

（甘肅省地質礦產勘查開發局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

水文地球化學特征主要是地下水的化學成分的形成和各種元素在水中遷移、形成與變化規律的學科。當前地下水環境污染嚴重，淡水資源稀缺，尤其是礦山開采區域。目前各種工業開采方法在礦山開采區域留下不可逆轉的痕跡，甚至影響到礦山周圍的田莊和水環境。因此礦山集中開采區水文地球化學特征是分析礦區充水條件和判別突水水源的重要依據，更是分析礦山開采對礦山地下水環境影響的重要依據[1]。

當前，已經有很多人對礦山集中開采區域的生態、土壤和水的破壞和污染進行過研究，發現在礦山集中開采區域地下水污染方面多體現在地下水化學特征、污染成因、污染路徑等。所以對礦山集中開采區域水文地球化學特征進行分析，研究礦山集中開采區域地下水所經歷的地質作用，進而得出影響礦山集中開采區域地下水特征的基礎因素[2]。

1 分析礦山集中開采區域水文地球化學特征

礦山集中開采區域地下水形成因素和條件不同，離子之間的比例系數也會存在相應的變化。分析離子的比例系數關系，推斷出礦山集中開采區域地下水的變化過程。地下水經過礦山集中開采區域的長期浸潤，極其容易改變地下水水化學成分。

而水化學組成和分布受水層介質巖性、水文地質結構、地下水循環條件、地貌、斷裂構造體系、巖溶洼地、氣候等因素的共同制約影響。礦山集中開采區域地下水結構分為地表水，含水層和巖溶水層，其結構如圖1所示。

圖1 礦山集中開采區域地下水結構圖

1.1 地表水

礦山集中開采區域地表水屬于高礦化度水質類型，礦化度高達12888.74mg/L，表層風化帶裂隙較發育，主要接受大氣降水的補給，含碳酸鹽及少量高嶺土、石英充填物，大氣降水入滲裂隙中，因而地表水化學性質表現為弱堿性重碳酸鹽型水，因為礦山集中開采區域降水量小、蒸發量大，導致礦山集中開采區域礦化度一直處于增大狀態。礦山集中開采區域地表水陽離子以CaZ+為主，陰離子以HCO為主，隨著徑流深度的增加，溶濾作用會更充分，離子濃度也會隨之增加。

1.2 含水層

礦山集中開采區域的第四系孔隙水含水層富水性中等，大氣降水是主要補給來源，與地表水的水化學特征比較接近，其局部受地表水體補給，與地表水之間存在非常密切的水力聯系，水位深埋在19.15m～25.65m之間，其多余的水量向鄰近河床徑流和排泄，其上部為黏土隔水層，厚度大、分布穩定。第四系孔隙水含水層厚度在54.9m～103.48m之間，其結構松散，孔隙率大，透水性強，水位和流量的季節性變化較大，明顯由大氣降水所支配，非常利于大氣降水和地表水的滲入補給。與地表水相比于，第四系孔隙水含水層受礦山集中開采的影響最小，礦化度較低，總硬度為140.13mg/L-1～ 150.14 mg/L-1，其中SO、和Na離子是主要的陰陽離子，C1和HC03離子濃度也比較穩定，代表深部的Cl+SO、和Na+K，滯留型水化學特征的含量基本在40%以上，而代表淺部水力的HC03和Ca聯系密切含量則低于10%。

砂巖裂隙含水層為直接充水含水層厚度在106.86m～135.50m之間，巖性為粗粒砂巖，結構松散，孔隙率高。在砂巖裂隙含水層中各離子含量是地下水層中最低的，呈弱堿性，長時間溶解巖層中的鹽分和礦山中的礦物質，致使水的硬度不斷增高，水質不斷變差，水中的陽離子均以Na+占絕對優勢，含量多少為Na+＞Ca2+＞Mg2+，陰離子以Cl-為主。單位涌水量0.00014L/(s·m)～0.00307L/(s·m)，滲透系數0.00221m/d～0.00513m/d。但是由于砂巖裂隙含水層水埋藏較深，地下水徑流滯緩，路徑較長，水循環緩慢，局部呈封閉狀態。

太原組基巖溶裂隙含水層為間接充水含水層，在這個水層中是受大氣降水，降下的雨水通過松散層間接補給為主，少部分受大氣降水直接補給，累計厚度達44.75m。地下水流向為垂直或斜交附近沖溝，于沖溝中以分散或泉水的形式排泄，單位涌水量達0.0017L/(s·m)，水循環深度不大，滲透系數達0.0056m/d～0.133m/d，因此地下水的動態亦隨季節變化而變化，而且變化幅度比較大。

奧陶系巖溶裂隙含水層為間接充水含水層，屬于堿性水，單位涌水量在0.013 L/(s·m)～1.394 L/(s·m)。在這個水層中陽離子以Na+為主，其濃度＜452.45 mg/L；陰離子以SO42-為主，其濃度＜80 mg/L，礦化度較高，在5 779.3mg/L～7 799.6mg/L之間，其他含水層對奧陶系巖溶裂隙含水層的滲透系數為0.0065m/d。

1.3 巖溶水層

碳酸鹽巖巖溶水層屬于酸性水，受大氣降水及地表水的直接補給，補給水源充分。總硬度為138 mg/L-1，屬于淡水中的極軟水，地下徑流以裂隙流為主，其徑流緩慢，埋藏于較淺的溶蝕裂隙中，受沖洪積堆積地貌所控制流向。碳酸鹽巖巖溶水層排泄需通過上層含水層，以泉水形式為主要排泄形式，排泄過程中比較分散。碳酸鹽巖巖溶水層在補給、排泄方面與含水層水力聯系密切。

碎屑巖基巖巖溶水層屬于偏堿性水，以大氣降水通過松散層間接補給為主，部分為大氣降水直接補給。總硬度為246 mg/L-1，屬于淡水中的軟水，水循環深度不大。碎屑巖基巖巖溶水層流向為垂直或斜交附近沖溝，在沖溝中排泄，其排泄形式分散，主要排泄形式以泉水為主。其動態亦隨季節變化而變化，并且變化幅度大。碎屑巖基巖巖溶水層中，陽離子以Ca2+、Mg2+為主，陰離子以HCO-3、SO2-4為主。

碳酸鹽巖夾碎屑巖巖溶水層屬于弱酸性水，水補給來自大氣降水和松散堆積物孔隙水，局部亦接受地表水體補給，總硬度為224 mg/L-1，屬于淡水中的軟水。碳酸鹽巖夾碎屑巖巖溶水層水位和流量受季節的影響最大，隨季節的變化而變化，受大氣降水影響較明顯。碳酸鹽巖夾碎屑巖巖溶水層Ca2+濃度為75.1 mg/L-1，Mg2+濃度為10.5 mg/L-1，NO-3濃度也比其他巖溶水層較高。

二疊系砂巖巖溶水層屬于堿性水，水補給來自大氣降水，降下的雨水會通過滲入的方式，補給至二疊系砂巖巖溶水層。在礦山集中開采區域地下水中，屬二疊系砂巖巖溶水層堿度最大，陽離子以Na離子為主，Na離子濃度明顯比其他含水層和巖溶水層增加，可能是因為各種長石砂巖的風化水解和離子產生交換作用，促使流經砂巖含水層的地下水中溶入更多的Na離子；除Na離子外，在二疊系砂巖巖溶水層中，陽離子含量最多的是鈣離子；而陰離子以SO2-4為主，因此疊系砂巖巖溶水層屬于SO2-4—Na+型堿水。二疊系砂巖巖溶水層的TDS一般大于2g/L，水溫會隨著TDS的變化而變化，其水中的各離子濃度也會隨TDS的變化而變化。

2 結束語

綜上所述，礦山集中開采區域的水化學組成和分布受水層介質巖性、水文地質結構、地下水循環條件、地貌、斷裂構造體系、巖溶洼地、氣候等因素的共同制約影響。當前礦山集中開采，會對礦山集中開采區域造成人為性破壞，對地下水環境造成不可逆轉的污染。通過分析礦山集中開采區域水文地球化學特征，是分析礦山開采對礦山地下水環境影響的重要依據，推測出礦山集中開采區域地下水的變化過程，所以本文提出礦山集中開采區域水文地球化學特征分析這一課題具有十分重要的意義。本文對礦山集中開采區域水文地球化學特征的分析并不完全，許多化學性特征一帶而過，甚至根本沒有提出分析，需要加以改進。但是礦山集中開采區域水文地球化學特征對于礦山開采具有十分重要的作用，還需不斷深入分析礦山集中開采區域水文地球化學特征，避免礦山開采活動對礦山集中開采區域地下水環境造成污染。