安徽南陵县三里矿区地表水化学特征及离子来源分析

为了解三里矿区地表水化学特征和离子来源,以期为矿区水资源的可持续利用提供理论基础。系统采取了三里矿区内河流、池塘和泉水水样共11个。运用Durov图、Gibbs图、离子比例系数图和多元统计分析对其水化学类型及离子来源进行解析。结果表明：研究区地表水的溶解性固体总量TDS平均值为123.36 mg/L,属淡水;pH平均值为8.40,呈弱碱性;Ca²⁺为优势阳离子,阴离子以HCO₃^-为主;由Durov图可知Ca-HCO₃型为研究区地表水的主要水化学类型;由Gibbs图和相关性分析以及离子比值分析可知三里矿区地表水中离子来源主要受水岩相互作用影响,受阳离子交替吸附、人为活动及矿区矿采活动影响较小;研究区地表水离子来源主要以碳酸盐岩风化溶解为主,兼有硅酸盐岩和硫酸盐岩的风化溶解影响。     

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。     

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。     

峰峰矿区深层奥灰水水化学演化规律研究

本文分析了采煤影响下峰峰矿区自1980年至2017年期间五个不同时期奥灰水的水化学数据，分别利用Pipper三线图、离子相关性分析和多元统计学中的主成分分析等方法分析了奥灰水水化学的演化过程。分析结果表明：高强度的煤矿开采活动已经影响和改变了奥灰水水化学成分，促动其向高离子含量演化。随着煤矿开采年限的延长，奥灰水水化学主控离子也随之改变，原来的HCO3-主控阴离子逐渐被SO42-取代，水化学类型趋于复杂化；水-岩作用由最初的碳酸盐反应为主导演化成后期的硫酸盐反应为主导，并伴生了很明显的离子交换作用。     

皖北桃源矿深部含水层地下水地球化学数理统计分析

为查明皖北桃源煤矿煤系砂岩和灰岩含水层的水文地球化学特征及其主要控制因素,进而为深部水岩相互作用研究和水源识别提供信息,对22个水样品（10个煤系砂岩水、12个太灰水）的常规水化学组成进行了测试,并进行了包括因子、聚类和判别分析在内的多种数理统计以及离子相关性分析。结果表明：煤系砂岩和太灰水在离子含量上存在区别,前者水化学类型为SO4-Na型,而后者为SO4-Ca型。两个含水层的地下水样品化学组成与碳酸盐、硫酸盐及氯盐矿物的溶解以及硅酸盐矿物的风化有关。聚类分析结果表明,桃源矿煤系砂岩含水层部分样品在水化学特征上与太灰含水层相关,表明其可能受到了灰岩含水层的影响。此外,通过判别分析建立了识别煤系砂岩水和太灰水的判别方程,该方程不仅可以用于识别典型的煤系砂岩水和太灰水,也可以用于计算两者混合水的相对比例。     

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。     

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。     

两淮矿区主要含水层水化学特征差异性研究

以两淮矿区(潘谢矿区和临涣矿区)为研究对象,分析了煤系砂岩水(以下简称砂岩水)、太灰水样离子的质量浓度组成及水化学类型,采用多元统计分析、因子分析和离子比例系数分析法对结果进行讨论。结果显示,两淮矿区水化学特征和离子来源在空间上均有一定差异性,尤其是砂岩水。两淮矿区太灰水主要发生了石灰岩和白云岩等岩石风化以及水岩相互反应产生的溶解作用,淮南地区SO42-普遍小于淮北地区,但淮北地区的砂岩水矿化度整体低于淮南地区砂岩水。淮南矿区砂岩水主要发生硅铝酸盐矿物、石灰岩和白云岩的盐岩溶解作用,淮北矿区砂岩水主要是硅酸盐岩的溶解释放和脱碳酸作用。     

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。     

顾北煤矿煤系砂岩裂隙水水文地球化学特征及其成因分析

采用水化学测试、统计分析、水文地球化学分析等方法,对顾北煤矿4个主采煤层顶板的76组砂岩水样进行系统研究,查明了各煤层顶板水的水化学作用类型,并对其成因进行了详细分析。研究结果表明:在顾北煤矿煤层埋藏条件和水化学环境控制下,13-1煤层为Cl-Na型,以溶滤和阳离子交替吸附作用为主;11-2煤层为HCO3·Cl-Na型,以溶滤作用为主;6-2煤层为SO4·HCO3-Na型,以脱硫酸和阳离子交替吸附作用为主;1煤层为HCO3·Cl·SO4-Na型,以溶滤溶解作用为主。研究成果可为查清含水层富水性和地下水径流特征提供指导,进而为制订矿山防治水决策提供重要依据。     

湖北省九路寨生态旅游区岩溶水水化学特征及其形成机制研究

岩溶水对于维持生态平衡具有指示意义。以湖北省九路寨生态旅游区为例,在划分岩溶水含水层基础上,系统采集岩溶水样品,采用Piper三线图、Gibbs图、主要离子比值、H-O同位素和Sr同位素方法,分析岩溶水水化学特征及形成机制。结果表明,研究区岩溶水含水层可概化为奥陶系—寒武系含水层、寒武系含水层和震旦系含水层等3层;岩溶水属弱碱性淡水,水化学类型主要为HCO₃-Ca·Mg型,δ²H为-62.63‰～-52.54‰,δ¹⁸O为-9.63‰～-7.90‰,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值为0.708 772～0.725 915。综合分析认为,岩溶水补给来源为大气降水,其水化学组分主要受控于岩石风化作用,在径流过程中与含水层岩石矿物(以灰岩为主,白云岩、硅酸盐岩次之)发生了显著的水岩作用。     

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。     

华北型煤田奥陶系岩溶水水文地球化学特征及其对地热的指示意义

华北型煤田奥陶系岩溶水是集水、热于一体的绿色能源,明确受煤层开采影响其补给来源、热储赋存环境、径流与循环等形成演化特征对于地热资源的勘探与开发具有重要意义。在充分了解典型华北型煤田-淮北煤田地质、水文地质及地热地质条件的基础上,采集区内岩溶地热水样品进行水化学及同位素测试并收集相关成果进行数据补充,揭示了岩溶地热水水化学成分特征及水-岩作用类型,明确了地热水补给来源,评估了岩溶热储温度及地热水循环深度,提出了研究区地热水形成演化模式。结果表明：淮北煤田岩溶地热水主要来源于大气降水补给,北部闸河矿区以直接入渗补给为主,水化学表现为HCO₃-Ca型,水-岩作用以溶滤溶解为主,指示该区地热水更新速率较快、循环路径短;南部宿县和临涣矿区仅在部分区域接受大气降水蒸发入渗补给并与古地下水混合明显,水化学类型多样,包括SO₄-Ca、SO₄-Ca·Mg、HCO₃·SO₄-Ca·Mg、SO₄-Ca·Na、Cl·SO₄-Na、Cl-Na等,水-岩作用类型...     

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。     

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。     

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。     

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。     

泰安大汶口盆地地下水化学特征分析

依据大汶口盆地东北部的水文地质条件将其地下水系统划分为第四系孔隙水、古近系裂隙水、寒武-奥陶系岩溶水,分析地下水系统中主要离子、矿化度和水化学类型的特征。结果表明,第四系孔隙水受人类活动的影响较为严重,古近系裂隙水第一含水层水质较好;第二含水层受含水岩性等因素影响,水质变差,水化学类型由HCO3-Ca型变为SO4-Ca型;寒武-奥陶系岩溶水受外部因素影响较少,水质较好。通过开采性抽水试验研究古近系第二含水层水质变化,发现长时间抽水可以改善水质,但不能从根本上使水质变好。     

西藏驱龙矿区水文地球化学特征及找矿启示

在2008、2009及2012年相同时段内,对西藏驱龙铜矿区内及外围水系中重金属离子及水化学采样进行分析,结果表明,水体中Cu、Zn离子含量较高,水化学类型为硫酸盐型,p H均值为5.57,硫化物的风化溶解造成水体中SO2-4异常,且与Cu2+呈显著正相关关系。金属硫化物氧化释放出大量重金属离子,并随地下水、地表水迁移富集,其浓度变化趋势与矿床大小及赋存位置一致,Cu2+水文地球化学特征与铜矿床类型、规模等存在成因联系,其为寻找该类型矿床建立了良好的水文地球化学找矿标志。     

兖州矿区深部奥灰水反向水文地球化学模拟研究

为了分析深部奥灰水的主要水-岩作用,进而解释水文地球化学演化,基于流场和水化学场综合方法选出反应路径,进而进行兖矿奥灰水水化学模拟,结果表明:方解石、白云石在地下水中具有沉淀趋势;石膏、硬石膏和岩盐在水中处于非饱和状态,沿着水流路径继续溶解;主要水-岩作用为白云石、石膏和岩盐的溶解,方解石沉淀,阳离子交换和二氧化碳气体溶解或逸出等,与定性分析的结果非常一致;奥灰水中含Ca、Mg、Na、SO_4及Cl的矿物相发生溶解,且溶解迁入比率大于沉淀析出比率。