辛置煤矿主要含水层的自由排水柱淋滤实验与水岩作用机理

辛置煤矿石炭系太原组K_2灰岩含水层与奥陶系峰峰组O_2f灰岩含水层水质参数相互重叠,利用传统的判别方法无法对这两个水源进行有效判别。为了解决辛置煤矿水源判别的问题,并揭示该矿4个主要含水层的水岩相互作用机理,对辛置煤矿4个主要含水层的岩芯样品进行自由排水柱淋滤实验。研究结果表明:①岩芯样品含有非矿物相的硫酸盐,4个主要含水层地层同样也含有硫酸盐和石膏矿物,造成淋滤液和灰岩含水层水样均富含硫酸根离子;②K_8,K_3,K_2和O_2岩芯淋滤液中SO_4~(2-)离子当量百分比均超过74%,Ca离子当量百分比均超过40%,所有淋滤液对应的水化学类型均为SO_4-Ca型;③所有淋滤液中阴离子含量大小顺序均为:SO_4~(2-)HCO_3~-Cl~-,K_8,K_3,K_2和O_2f岩芯淋滤液中阳离子含量顺序分别为:CaMgKNa,CaNaMgK,CaMgNaK和CaMgKNa;④K_2灰岩岩芯样品和淋滤液中Mo,Sb,U和Sr含量均高于奥陶系O_2f灰岩岩芯样品及其淋滤液,但Fe离子含量分布规律正好相反,该特征可以作为判别K_2和O_2f灰岩含水层的参考因素。辛置煤矿含水层的水化学特征受岩性、埋藏条件、地下水补径排及水动力条件的控制,含水层实际水质比淋滤液更为复杂多变。K_8砂岩含水层和K_3灰岩含水层的水化学类型分别为HCO_3-Na型和SO_4-Na型,与对应的淋滤液水化学类型差异较大;但K_2和O_2f灰岩含水层的实际水化学类型与淋滤液基本一致。二叠系K_8砂岩含水层中主要的水岩相互作用为溶解斜长石为主,部分区域中可能存在少量的硫酸盐溶解反应。太原组K_3灰岩含水层中的水岩相互作用主要为方解石和白云石矿物的溶解,以及部分硫酸盐和钠盐的溶解反应。太原组K_2灰岩含水层和奥陶系峰峰组O_2f灰岩含水层中主要的水岩相互作用均为方解石、白云石和硫酸盐的溶解,以及局部地段的脱硫酸作用。     

华北隐伏型煤矿区地下水化学及其控制因素分析——以宿县矿区主要突水含水层为例

采用宿县矿区主要突水含水层四含、煤系、太灰地下水样常规离子(K~++Na~+,Ca~(2+),Mg~(2+),Cl~-,SO_4~(2-),HCO_3~-,CO_3~(2-))、pH值、TDS等数据,利用离子组合比和主成分分析方法探讨了水化学成分的形成机制,进一步通过研究主成分荷载得分与水化学类型的空间分布规律,分析了矿区地下水水化学形成及其控制因素。研究结果表明:宿县矿区主要突水含水层水化学数据差异是不同地下水化学成分形成作用的综合反映,其中煤系以阳离子交替吸附或脱硫酸作用最为显著,而四含、太灰以黄铁矿氧化或碳酸盐、硫酸盐溶解作用最为显著。宿县矿区采矿活动与地质背景条件不同程度地影响了主要突水含水层水化学成分形成作用与水化学类型的空间分布,其中四含主要受采矿活动控制,煤系主要受断裂(层)控制,太灰主要受采矿活动、断裂(层)与褶皱控制。     

煤矿区地下水常规离子定量化来源解析

为了阐明任楼煤矿地下水系统水化学组成控制因素以及常规离子的定性与定量来源,对4个含水层水样主要离子浓度进行了一系列的统计分析(相关性分析、因子分析以及Unmix模型分析)。结果表明,矿区不同含水层系统的水样主要离子浓度互不相同,水化学类型主要为Na-Cl型。相关性分析显示:Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、Na~++K~+和HCO_3~-存在同源的关系,且2组离子在含水层系统中还存在此消彼长的关系。通过因子分析确定了硅酸盐矿物的风化(源1)和蒸发矿物的溶解(源2)为控制矿区地下水化学组成的2个主要源,且EPA Unmix模型定量分析显示源1对煤系的贡献率>80%,源2对太灰和奥灰的贡献率分别>50%和>60%。     

孙疃矿区地下水化学特征及其控制因素研究

为了研究孙疃矿区地下水化学特征及其控制因素,先后采集矿区内31组水样,综合运用数理统计、Piper三线图、相关性分析、Gibbs模型以及离子比例系数等方法,系统分析了孙疃矿区地下水化学特征。结果表明:研究区各含水层pH值平均为8.4,水质呈弱碱性,各含水层中阳离子以K~++Na~+为主,阴离子以SO_4~(2-)和HCO_3~-为主,TDS平均为976.77mg/L,7-8煤、10煤上下含水层水质类型为HCO_3-Na+K型和HCO_3·Cl-Na+K型,太原组灰岩含水层水质类型为HCO_3·ClNa+K·Mg型,奥陶系含水层水质类型为SO_4·HCO_3·Cl-Na+K·Ca·Mg型,水样在Gibbs图中的分布和主成分分析表明,各含水层中离子组成受岩石风化溶解控制,人类活动对水化学影响较小,离子比表明含水层中HCO_3~-、Na~+和K~+主要来自钾长石、钠长石等硅酸盐类矿物的溶解,Ca~(2+)和Mg~(2+)主要受自碳酸盐以及硫酸类矿物的控制。     

江油市规划应急水源地地下水水化学特征分析

通过在江油市规划应急水源地及其上、下游采集地下水水样进行化学分析,共采集15个样品。结合主离子浓度、Piper图及沿程变化对该水源地地下水的水化学特征及其上、下游地下水水化学变化规律进行分析,结果表明:研究区地下水呈弱碱性,属硬度水和极硬度水,TDS平均值为281.446mg/L,其中阳离子以Ca~(2+)、Mg~(2+)为主,Na~++K~+次之;阴离子以HCO_3~-和SO_4~(2-)为主,Cl~-较少;地下水的化学类型为HCO_3~--Ca~(2+)。在沿程变化上,自上游至下游,地下水TDS及主离子均有整体增加的现象。地下水化学类型由HCO_3~--Ca~(2+)型变化为HCO_3~-·SO_4~(2-)-Ca~(2+)·Mg~(2+)型。     

顾北矿区地下水化学特征及成因分析

为研究顾北矿区地下水水化学特征及其控制因素,快速准确判别矿区突水水源提供依据。采用常规数理统计、Piper三线图、相关性分析、TDS与各离子关系图、Gibbs图以及离子比例系数6种方法对研究区地下水22个水样进行系统的研究分析。结果表明:研究区内含水层总体上呈弱碱性;阳离子以K~++Na~+为主,阴离子以Cl~-为主,HCO_3~-和SO_4~(2-)次之;新生界下含和煤层顶板砂岩水质类型为Cl-Na+K型,底板砂岩水质类型为Cl·HCO_3~-Na+K型,太灰和奥灰含水层水质类型Cl·HCO_3-Na+K·Ca型和SO_4·HCO_3-Ca型;地下水水化学性质受水岩相互作用的影响。     

潘三矿区地下水化学特征及成因分析

为了研究潘三矿区地下水水化学特征及其成因、快速准确判断巷道突水水源和提前做好防治水工作,对研究区内地下水水样进行取样分析。综合利用常规数理统计、Piper三线图、相关性分析、TDS与各离子变化曲线图、Gibbs图和离子比例系数图来分析地下水水化学的空间分布规律和形成原因。结果表明:各含水层中水质呈弱碱性、TDS值普遍较高,离子变异系数均小于1,且分布比较稳定;井田内阳离子以K~++Na~+为主,阴离子以Cl~-为主,其次是SO_4~(2-),HCO_3~-;区内新生界下含和灰岩含水层中的水化学类型分别为Cl-Na型和Cl-Na型、SO_4·HCO_3·Cl-Ca·Na型,煤系砂岩含水层的水质类型为HCO_3·Cl-K+Na型、Cl-Na型和Cl·SO_4-Na型;最后得出地下水化学成分的形成过程中以蒸发岩溶解作用为主、其次为碳酸盐溶解。     

阜东矿区水文地球化学特征及其形成作用

以淮南煤田阜东矿区充水含水层为研究对象,采用统计分析、离子组合比分析及主成分分析法等对"底含、二叠、太灰、奥灰"等4个含水层共75个水样的水化学数据进行分析,结果表明:该矿区充水含水层阳离子以Na~+为主,阴离子以Cl~-为主,太灰中HCO_3~-含量较高,奥灰中SO_4~(2-)含量较高,水质类型以Cl-Na型、HCO_3-Na型、Cl·HCO_3-Na型为主;含水层中主要发生盐岩溶解与离子交换作用,其交换强度为二叠系砂岩含水层大于太灰与奥灰含水层,而"底含"最弱。     

保德煤矿奥陶纪灰岩水H2S形成机理及防治技术

基于保德煤矿不同时期奥陶纪灰岩水水化学资料,采用离子组合比例分析、水文地球化学模拟等方法,通过PHREEQC软件计算饱和指数来分析奥灰水水化学成分沿流程的变化规律,定性分析奥陶纪灰岩水硫化氢气体形成机理及水岩相互作用对硫化氢气体形成的影响,并对硫化氢气体防控关键技术进行研究。结果表明:从径流区到滞流区,水化学类型由HCO_3-Na(Na·Ca)→HCO_3·Cl-Na·Ca(Ca·Mg)→Cl-Na(Na·Ca),SO_4~(2-)离子含量呈总体增加趋势,最终由BSR作用形成H_2S气体。CH_4和C将硫酸盐矿物还原生成H_2S同时生成CO_2、HCO_3~-。根据现场实际情况设计防喷装置和孔口负压抽放装置。     

沁水盆地南部山西组煤储层产出水的化学特征

为研究沁水盆地南部柿庄南煤层气开发区块山西组3号主采煤层的地下水径流与水化学特征,从该区采集了煤层气井排出水样,对主要离子浓度进行测定,并分析离子浓度展布特征。研究结果表明:研究区水质类型以Na-HCO_3-Cl或Na-HCO_3型为主;由东向西呈现出水文径流区(氧化环境)到滞流区(还原环境)的过渡特征,受控于矿物溶解反应,KDS、Na~+、K~+、Cl~-、Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-等离子浓度由东向西逐渐增加,SO_4~(2-)由于脱硫酸效应呈相反变化趋势,高产井多分布于高矿化度、高离子浓度的区域,离子浓度与矿化度指示了研究区的地下水径流特征,可以作为判断煤储层水动力条件与开发有利区的参考因素。     

闭坑瓦斯矿井残余CO2-矿井水-岩作用实验模拟

基于三相反应模拟系统,以CO_2为主要残余瓦斯气体,以煤中典型矿物和高硫酸盐高铁矿井水为固、液反应相,开展闭坑瓦斯矿井水-岩-气反应模拟实验,对比分析了三相反应模拟实验中矿井水化学成分变化和矿物组分的变化。结果表明:在水-岩-气三相模拟反应中,矿井水的pH升高,Eh降低,矿物相的溶解导致矿井水中Ca~(2+)、HCO_3~-、SO_4~(2-)以及可溶性SiO_2的含量出现不同程度的增加,Mg~(2+)含量无明显变化,总Fe浓度下降,矿化度明显增加;煤岩典型矿物均出现了不同程度的溶解反应,方解石发生溶解作用时,反应过程中会生成新的碳酸盐矿物,黄铁矿在溶解的同时伴随着绿泥石的生成。     

武汉长江新城起步区地下水环境特征研究

以湖北省武汉市长江新城起步区为研究区,针对不同含水层的主要离子含量、地下水化学类型、地下水质量等特征进行分析,总结研究区地下水环境特征,并对地下水污染影响因素进行综合分析。结果表明研究区地下水环境整体一般,阳离子以Ca~(2+)为主,阴离子以HCO_3~-为主,水化学类型以HCO_3-Ca·Mg型为主。地下水质量总体为Ⅳ类,局部达Ⅲ类,受赋存地层的原生环境和人类活动双重影响,区内近长江沿岸的孔隙承压水Fe、Mn含量超标,部分农业种植区地下水氨氮超标,部分工业场区地下水总硬度、硝酸盐超标。     

川南红层地区地下水赋存环境及水化学特征分析——以宜宾市屏山县为例

在对宜宾市屏山县地区地下水水文地质调查的基础上,对屏山地区地层分布、构造及含水特征等地下水赋存环境进行了研究,将地下水分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙层间水和碳酸盐类裂隙溶洞水;通过分析研究区122组水质样品的水化学特征,结合Piper三线图,建立了地下水类型空间分布图;在此基础上,利用相关性分析、主成分分析和离子比例系数分析,解释了地下水的控制性影响因素,揭示了屏山地区地下水化学空间分布特征及成因规律。结果表明:屏山地下水类型主要以HCO_3~--Ca~(2+)、HCO_3~-·SO_4~(2-)-Ca~(2+)、HCO_3~--Ca~(2+)·Mg~(2+)和HCO_3~-·SO_4~(2-)-Ca~(2+)·Mg~(2+)型为主,主要受到地层岩性的溶滤作用和大气降雨的影响,对指导川南地区地下水开发利用规划具有重要的现实意义。     

基于GIS和相关性分析峰峰矿区岩溶水水化学特征

应用Arc-GIS、离子相关性及比例系数法方法对峰峰矿区的地下水水化学特征进行研究。结果表明,峰峰矿区奥灰岩溶水pH值为7.45～7.86,偏碱性。基于Arc-GIS中DTM方法对奥灰岩溶水地下水类型进行分区,主要为HCO_3·SO_4-Ca·Mg型水,部分为HCO_3·SO_4-Ca型水。Cl~-是随环境变化的敏感因子。地下水在流动过程中发生的水—岩作用以方解石和白云石的溶解作用为主;并伴有石膏、岩盐、硫酸盐的溶解反应以及阳离子置换作用。揭示了矿区奥灰岩溶含水层径流条件整体较好,局部地区径流条件有变化,为矿区煤炭开采水害防治和地下水资源的可持续利用提供依据。     

桌子山煤田奥陶纪灰岩水演化机理和循环特征

为系统研究鄂尔多斯盆地西缘桌子山煤田奥陶纪灰岩水文地质特征,采用地质历史再造、区域面上对比、重点区域深度剖析等方法,对该区域奥陶纪灰岩水演化机理和循环特征进行了分析研究,结果表明:桌子山煤田奥陶纪沉积为开阔海盆环境,从东向西由陆棚—大陆斜坡环境转化,对含水岩石中方解石、白云石等重要矿物的组成形成明显的控制。影响奥陶纪灰岩水化学演化的主要地质作用有溶滤作用、阳离子交替吸附作用和氧化还原反应,造成奥陶纪灰岩水在径流过程中化学组分发生了不断演化,表现为骆驼山、平沟矿区从东北到西南,矿化度由小于1.0g/L逐渐增大到3.0g/L,水化学类型由HCO_3·Cl·SO_4-Mg·Na型向Cl·SO_4-Na型水的演化规律;利民、棋盘井矿区西北部奥陶纪灰岩水补给径流条件较好,矿化度小于1.0g/L,由西北向东南径流途径中矿化度逐渐增大,水化学类型都以Cl·SO_4-Na型水为主。该研究成果可为下一步研究鄂尔多斯盆地西缘桌子山煤田底板奥陶纪灰岩水害防治提供依据。     

BP神经网络在矿井突水水源识别中的应用

针对矿井突水水源的水化学特征,采用Na~++K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、SO_4~(2-)、HCO_3~-6种水化离子的浓度作为识别矿井水源依据;以35组水源样品作为训练样本,运用Matlab软件对网络进行训练,建立6×6×4的网络优化模型;使用构建的BP神经网络对4组待测样本进行识别,并与实际突水水源类别进行比对。应用结果表明:BP神经网络能够准确地识别矿井突水水源,可为防治矿井水害提供有力的保障。     

新集矿区深层地下水水文地球化学特征与成因分析

以淮南新集矿区深层地下水充水含水层为研究对象,采集新集矿区不同层位的水样,测试水样的阴阳离子浓度,采用统计分析及离子比例系数分析法对砂岩水、推覆体片麻岩、推覆体寒灰水、奥灰水、太灰水5个含水层的74个水样数据进行了分析。结果显示:研究区深层地下水属弱碱性水,阳离子以Na⁺+K⁺为主,阴离子以Cl^-为主,奥灰水中Ca²⁺和SO^2-₄的浓度较大,水化学类型主要以Cl-Na和Cl（HCO₃）-Na型为主;水化学特征主要由浓缩作用和碳酸盐、硫酸盐溶解共同作用,其中大部分水样主要由岩盐溶解控制,新集矿区深层地下水的水化学特征主要由浓缩作用和硫酸盐溶解作用共同控制,砂岩水主要发生的是阳离子交换以及碳酸盐、硫酸盐溶解作用,推覆体片麻岩和推覆体寒灰水可能发生溶滤作用和阳离子交换作用。     

潘谢矿区深部灰岩水离子来源解析与水循环示踪

采集潘谢矿区太灰水和奥灰水共28个水样,通过piper三线图、因子分析、离子比例系数及氢氧稳定同位素分析,研究矿区深层灰岩地下水离子成分特征及其来源,揭示水岩相互作用与水循环。结果表明：(1)研究区太灰水为低矿化度水,水化学类型主要为HCO3-Na型和Cl-Na型;奥灰水为高矿化度水,水化学类型主要为Cl-Na型;两含水层为碱性水,常规离子变异系数较小,水环境较为稳定;(2)太灰水中Na+不仅来源于蒸发岩的溶解,还来源于硅酸盐矿物的风化作用,奥灰水中水岩交互作用以蒸发岩溶解为主;两含水层均发生了阳离子交替吸附作用,太灰水的交替吸附比奥灰水强烈;(3)太灰水和奥灰水主要源于暖季大气降水的入渗补给,氘盈余均低于全球大气降水氘盈余平均值(10‰),蒸发作用不强烈,空气相对湿度高。     

高钙体系中柠檬酸对磁黄铁矿的活化作用

矿浆中磁黄铁矿表面极易氧化生成Fe(OH)_3、FeO(OH)和FeSO_4亲水层,高钙体系中FeSO_4进一步与Ca~(2+)反应生成CaSO_4亲水薄膜,导致磁黄铁矿可浮性很差。为解决这一问题,从消除Ca~(2+)的影响着手,以柠檬酸为钙离子络合剂,系统研究了柠檬酸的作用条件,对比了其加入前后矿浆中Ca~(2+)的存在情况、磁黄铁矿的接触角及表面形貌和组分变化,分析了作用机理。结果表明,加入柠檬酸后,相比于单一CuSO_4活化,磁黄铁矿回收率由39.90%提高到92.90%。认为柠檬酸络合消耗了Ca~(2+),阻碍CaSO_4亲水薄膜的产生,同时还能够清洗磁黄铁矿表面氧化产生的Fe(OH)3和FeO(OH),从而提高磁黄铁矿的可浮性。研究为高硫磁铁矿脱硫等涉及磁黄铁矿浮选的难题提供了新的解决思路。     

浅层地下水水化学和同位素地球化学特征研究 ——以江汉平原西部为例

为研究平原区潜水和承压水化学成因和演化,以江汉平原西部为例,综合利用统计学、离子比值法和氢氧、锶同位素地球化学等探讨研究区地下水化学特征以及水文地球化学特征。结果表明,研究区孔隙水潜水水化学类型以HCO_3-Ca和HCO_3-Ca·Mg型为主,承压水均为这两种类型。地下水主要受大气降雨的补给,潜水受到了一定程度蒸发作用的影响。溶滤作用是江汉平原西部浅层孔隙水的主要水文地球化学过程,主要离子关系和锶同位素比值结果均表明地下水化学组分主要来源于碳酸盐矿物、硫酸盐矿物的溶解,少量来自于盐岩溶解。潜水和承压水中均发生了少量的阳离子交换吸附,导致Na~+增加,但承压水中的阳离子交换吸附作用小于潜水。