麻家梁礦砂巖水的水化學特征及其形成機制

杜 亮，王東亮

(晉能控股煤業(yè)集團 浙能麻家梁煤業(yè)有限公司， 山西 朔州 036002)

礦井突(涌)水是煤礦安全生產(chǎn)面臨的主要威脅之一，準確、快速地判斷充水水源類型是礦井開展防治水工作的前提[1-2]. 麻家梁礦砂巖水是其進行采掘活動的主要威脅水源之一，為此，利用多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析法、Piper三線圖法和離子比例系數(shù)法研究了砂巖水的水化學特征及其形成機制，為該礦防治水工作提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況

麻家梁井田位于山西省朔州市南部，隸屬朔州市朔城區(qū)管轄。地理坐標為東經(jīng)112°22′00″～112°29′30″，北緯39°08′00″～ 39°14′30″. 井田南北長約12.2 km，東西寬約7.2～9.4 km，面積約104.292 4 km2. 本礦井范圍內(nèi)經(jīng)鉆孔揭露，自下而上分別為奧陶系馬家溝組，石炭系本溪組、太原組，二疊系山西組、石盒子組，新近系、第四系。本文主要研究的砂巖水為石炭系太原組砂巖裂隙含水層水和二疊系山西組砂巖裂隙含水層水。

2 水樣檢測與分析

2.1 水樣主要檢測指標

2.2 水樣檢測儀器

依據(jù)DZ/T0064-2021檢測砂巖水水樣水質(zhì)常規(guī)指標，主要檢測儀器有：PHS-3C酸度儀、TU-1901紫外可見分光光度計、BSA224 S電子天平、101-3型恒溫干燥箱、GGX-900原子吸收分光光度計、6400火焰光度計。

3 結(jié)果與分析

3.1 砂巖水水樣常規(guī)數(shù)據(jù)分析

3.1.1 常規(guī)水化學分析

表1 砂巖水水樣常規(guī)指標表

表2 砂巖水水化學指標統(tǒng)計表

3.1.2 相關(guān)性分析

利用SPSS軟件對水樣數(shù)據(jù)進行分析得到砂巖水中各離子與 TDS 的相關(guān)性系數(shù)矩陣，結(jié)果見表3，TDS除與Ca2+和Mg2+相關(guān)性差外，與其余離子均存在一定的相關(guān)性，Ca2+與 Mg2+之間相關(guān)性較好。

表3 砂巖水水樣離子相關(guān)系數(shù)表

3.2 砂巖水水化學類型特征分析

圖1 砂巖水水化學成分三線圖

3.3 砂巖水形成機制

通過離子比例系數(shù)法可以很好地判斷地下水成因和地下水化學成分的來源及其形成過程[2-4]. 麻家梁礦砂巖水離子間的化學反應(yīng)方程式如下，其離子比例關(guān)系見圖2.

(1)

CaMg(CO3)2+2CO2(g)+2H2O

(2)

NaCl (KCl)Na+(K+)+Cl-

(3)

(4)

1) 通常情況下砂巖水中Cl-的量比較穩(wěn)定，通過研究γ(Na++K+)/γ(Cl-)的比值，來確定砂巖水中Na+和K+的主要來源。由圖2a)和式(3)可知，γ(Na++K+)/γ(Cl-)的比值都大于1，說明麻家梁礦砂巖水中Na+和K+不僅來源于鹽巖，還有其他來源。可能由于麻家梁礦煤系地層中鈉長石和鉀長石含量較高，在風化、水解及離子交換等作用下，長石中 Na+和 K+被溶濾到水中，使砂巖水中的K+、Na+含量逐漸增多，使砂巖水中γ(Na++K+)/γ(Cl-)的比值都大于1.

圖2 砂巖水離子比例關(guān)系圖

4 結(jié) 論