煤矿采空区水-岩作用模拟试验研究

采空区积水在我国煤矿中广泛存在。明确在采空区封闭-半封闭环境条件下的水-岩相互作用机理,对实现煤矿区水污染减量以及地下水资源保护具有重要意义。以内蒙古某煤矿采空区积水为研究对象,设计高度还原采空区环境的箱式模拟试验,采用X射线衍射仪(XRD)和X射线荧光光谱仪(XRF)对模拟采空区填充物(煤、垮落岩体)中矿物成分及元素组成进行分析,借助离子色谱仪(IC)和电感耦合等离子体发射光谱分析仪(ICP-OES)等对水中水化学特征进行表征,探究采空区积水水质形成的水-岩相互作用机制。结果表明:水-岩相互作用主要为煤及垮落岩体中的矿物溶解-沉淀作用、阳离子交换作用、煤中黄铁矿氧化作用以及混合作用。矿物溶解作用占主导地位,采空区积水中的Na⁺、K⁺主要来源是钠长石、钾长石等硅酸盐矿物的溶解,而Ca²⁺和Mg²⁺主要来自于钙长石、方解石、绿泥石等矿物溶解;离子交换作用主要发生在采空区水-岩作用的初期(0～20 d),而后逐渐减弱;采空区底部残煤中黄铁矿氧化作用是积水SO₄^2-     

山东省邹城市东部地下水水化学特征及形成机制

为研究山东省邹城市东部缺水山区地下水水化学特征、水质状况和水化学过程,采集研究区各类型地下水样品32件,检测K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、HCO₃^-、NO₃^-、F^-、TH和TDS等化学指标,综合利用图解法、相关性分析和主成分分析等方法探讨其地下水的水化学特征和形成机制。结果表明:(1)研究区裂隙水、孔隙水与岩溶水具有相似的水化学特征,裂隙水和孔隙水的水化学类型以HCO₃-Ca型为主,而岩溶水水化学类型为HCO3-Ca·Mg型;(2)孔隙水、裂隙水和岩溶水水化学形成机制主要以水-岩相互作用为主,其次还受到人类活动的影响。孔隙水受水-岩相互作用和人类活动影响的比例分别为77.7%和10.5%,而裂隙水受影响的比例分别为63.9%和11.3%。     

常州市地下水化学特征与成因分析

常州市是长江三角洲地区典型的工业化城市,多年来的快速发展对地下水环境产生了系列影响,地下水化学组分受到天然条件和人为活动的双重因素控制,现状地下水化学成因和影响因素亟需深入研究。本文在地下水赋存条件分析的基础上,综合采用统计分析、离子比值、主成分分析法对常州各层地下水化学特征和成因开展分析。结果表明,区域潜水水化学类型以HCO₃^-—Ca²⁺·Mg²⁺、HCO₃^-—Ca²⁺和HCO₃^-·Cl^-—Na⁺·Ca²⁺型为主,第Ⅰ承压水以HCO₃^-—Na⁺·Ca²⁺和HCO₃^-—Ca²⁺型为主、第Ⅱ承压水以HCO₃^-—Na⁺     

广东从化温泉的水文地球化学模拟

从化温泉位于广州东北部,出露于燕山期花岗岩地区,位于北东向广州-从化断裂带北东段;热水中阳离子以K⁺、Na⁺、Ca²⁺为主,阴离子以HCO^-₃为主,水化学类型为HCO₃-Na及HCO₃-Na·Ca型。利用NETPATH程序对泉区热水进行水化学模拟,发现从化温泉各泉点的水化学特征相似,径流过程中发生的化学反应也相似;从初始水点到终端水点,发生的各种反应交换量很低;在径流过程中各矿物的净反应可能为钾长石、高岭石、赤铁矿、萤石沉淀,CO₂、斜长石、黑云母溶解;SiO₂的溶解/沉淀在各泉点不同;径流过程中发生了Ca²⁺/Na⁺、Mg²⁺/Na⁺离子交换作用。     

江西兴国均村-高兴地区氟水文地球化学特征研究

氟广泛分布于地下水且与人体健康相关,世界上许多国家和地区均存在高氟水。本文以江西省均村-高兴地区为例,结合区域水文地质调查成果开展地下水中氟水文地球化学特征研究,探讨研究区地下水中F-的分布特征与来源。对研究区4个地下水系统中的442个地下水样品的F-、Ca²⁺、HCO_3^-浓度及pH值、TDS等进行分析,研究认为各地下水系统地下水中的F-浓度与Ca²⁺浓度、HCO_3^-浓度、pH值、TDS正相关,含氟矿物的溶解是地下水中氟的主要来源,较强烈的地下水交替条件及弱酸性的地下水特征是导致地下水中氟浓度低的重要原因。     

车马碧引水隧洞近场区水文地球化学特征及成因浅析

地下水水文地球化学特征及其成因的认识可为地下水环境及饮用水安全提供重要依据。本文以车马碧水库引水隧洞近场区为研究对象，在现场水文地质调查和分析基础上，选取33组水样进行水化学测试，并从中抽取22组水样进行氢氧同位素测定。利用Piper三线图、Gibbs模型图、离子比例分析和因子分析等方法，确定研究区地下水离子组分来源。结果表明：大气降水是研究区内地下水的主要补给来源。地下水和地表水受含水层岩性影响，主要水化学类型分别为HCO₃-Ca·Mg型、HCO₃-Ca型；支洞水由于受人类活动影响较大，阴离子由HCO₃^-型变为SO₄^2-型。水-岩作用在各离子来源中占主导作用，K⁺+Na⁺和Cl^-主要来源于盐岩和硅酸盐的溶解作用，Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-、SO₄^2-主要来...     

内蒙古托克托县潜水与承压水中氟化物的空间分布特征及形成机理

氟是维持人体健康所必需的微量元素,过多或过少的摄入都会造成相应的健康问题。本研究从氟的来源、迁移和富集等角度,揭示了内蒙古呼和浩特市托克托县高氟地下水的空间分布规律及其在潜水和承压水中富集的原因。对研究区60个水样(30个潜水和30个承压水)进行了统计分析、水化学特征研究、聚类分析以及相关性分析。结果表明：潜水中F^- 浓度为0.40~7.20(2.30±1.80) mg/L,承压水中F^- 浓度为0.29~12.70(1.67±2.48) mg/L;地下水中F-浓度与HCO^-₃、Na⁺、溶解性总固体(TDS)和电导率(EC)呈正相关,与Ca²⁺呈一定的负相关关系。高氟水的水化学类型主要为HCO₃·Cl-Na型。受地下水流场的控制,高氟潜水(>5 mg/L)主要分布在地下水的排泄区;承压水中F^- 的富集主要受含水层岩性的影响,氟高浓度(>1.5 mg/L)分布区主要集中在研究区南部的湖积台地区域。     

疏勒河源区水化学特征及其控制因素分析

以疏勒河源区为研究区,自2018年12月至2019年11月分别采集河水、泉水和雪样样品44个、4个和7个,综合运用Piper三线图、Gibbs图、离子比值法定性分析不同水体水化学特征及控制因素,利用质量平衡法（正向地球化学模型）量化不同来源对不同季节河水水化学成分的贡献率。结果表明：疏勒河源区不同水体水化学特征存在差异,TDS含量为泉水>河水>冰川融水>雪水,河水水化学类型冬季为HCO₃^--Mg²⁺?Ca²⁺型,春季为HCO₃^--Ca²⁺?Mg²⁺?Na⁺型,夏、秋季均为HCO₃^--Ca²⁺?Mg²⁺型,泉水和雪水分别为HCO₃^--Ca²⁺?Mg²⁺型、HCO₃^--Ca²⁺型;受多种因素共同影响,不同季节河水主离子时空变化均存在差异;河水和泉水水化学组成受岩石风化作用控制,主离子来源于以白云石为主的碳酸盐岩风化、硅酸盐岩风化和盐岩、石膏、硫酸盐矿物等蒸发岩溶解;正向地球化学模型计算结果表明冬春季河水阳离子主要来源于硅酸盐岩风化溶解,夏秋季碳酸盐岩对河水阳离子贡献率大于硅酸盐岩,总体河水阳离子主要来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩风化。     

牡丹江市主城区第四系地下水主要离子特征与成因分析

以牡丹江市主城区为研究区,对该区采集的24组第四系地下水样品中常规离子进行检测和分析,利用数理统计、Piper三线图、Gibbs模型、离子比例关系等方法识别地下水主要离子成因。结果表明,研究区第四系地下水中主要离子含量变化均具有较强的离散性,阴离子平均浓度HCO₃^->SO₄^2->Cl^-,阳离子平均浓度Ca²⁺>Na⁺>Mg²⁺>K⁺,地下水整体为淡水,呈中性偏弱酸性,水化学类型以HCO₃—Na·Ca型水为主;水中的化学组分主要来源于岩石风化溶解,其中,Na⁺和K⁺主要来源于硅酸盐矿物的溶解,Ca²⁺和Mg²⁺主要受碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐矿物风化溶解作用共同控制,同时水中阳离子间存在一定交换作用。     

太行山北段金龙洞岩溶泉水化学及同位素动态特征

以太行山北段金龙洞岩溶泉为研究对象,通过数理统计.、离子比值及饱和指数等方法,分析泉水水化学和同位素动态特征、水中主要离子来源及演化、水-岩相互作用过程等内容。结果显示:(1)金龙洞泉补给来源为大气降水,泉流量对其响应程度高,泉流量较小时,水中主要离子含量相对高,水化学类型为HCO₃·SO₄-Ca·Mg型,泉流量大时,水中离子含量低,水化学类型为HCO₃-Ca、HCO₃·SO₄-Ca型,泉流量增加引起的稀释作用对离子含量影响明显;(2)控制泉水水化学特征的主要因素为溶滤作用和稀释作用,且Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-主要来源于碳酸盐岩溶解,SO₄^2-、Na⁺、K⁺、Sr主要来源于安山岩中长石、黄铁矿等矿物的风化溶解,NO₃^-则来源于人类活动;(3)降水集中期,泉...     

山东新巨龙煤矿区场地高TDS地下水水化学特征及成因机制

针对山东巨野新巨龙煤矿区地下水高TDS的现状,基于历史水质资料和取样测试结果,运用Piper三线图、相关性分析、氢氧同位素、Gibbs图解、离子比值与饱和指数等方法,探究其高TDS地下水水化学特征及成因。结果表明:随着建井和煤矿开采,研究区水化学环境发生改变,水化学类型不再是单一的SO₄-Na型,深层灰岩水的类型中出现SO₄·HCO₃-Na和SO₄-Ca·Mg型;研究区高TDS地下水的形成主要是因为含水层水动力条件差,高温水岩作用强,溶滤、蒸发浓缩作用明显,同时存在一定程度的反向阳离子交换作用;地下水体中白云岩和方解石表现为沉淀状态,石膏和盐岩处于溶解状态,是地下水主要成分Na+和SO₄2-的主要来源。研究成果不但为研究矿井水的构成、揭示煤矿区地下水污染及多场耦合的地下水演化过程和成因机制提供依据,还可为煤炭开采水害防治和矿井水处理利用奠定基础。      

煤矿地下水库水岩作用时间规律模拟试验研究

矿井水在煤矿地下水库的停留时间会影响出水中离子浓度水平,而煤矿地下水库运行期间的水岩作用时间规律尚不明晰。为揭示煤矿地下水库不同运行阶段水岩作用的发生类型及强度,结合现场采样测试分析,设计细砂岩–矿井水(S-K)和泥岩–矿井水(N-K)2组水岩相互作用静态模拟试验,从试验前后岩石成分变化及水中主要离子变化2个方面解析水岩作用类型,并结合Q型聚类分析探讨水岩相互作用的时间规律。岩石矿物成分变化表明,水岩作用过程中发生了钠长石、正长石等矿物的溶解以及高岭石、石英等矿物的沉淀;离子比值分析与统计学分析表明,水岩作用过程中还发生了阳离子交换反应以及硅酸盐、蒸发岩等矿物的溶解和碳酸钙矿物的沉淀;Q型聚类分析表明,静态模拟试验水样样本按时间序列可划分为3类,分别代表水岩作用前期(0～0.5 d),中期(1～10 d或1～8 d)以及后期(12～47 d或10～47 d)。结合离子来源解析综合判定：在本试验中,水岩作用前期以阳离子交换反应为主,离子变化主要表现为Na+浓度激增,而Ca2+浓度锐减;中期以阳离子交换反应与矿物溶解-沉淀为主,离子变化主要表现为Na+、K+、Cl-浓度增高,Ca2+、HC...     

钱营孜煤矿深部地下水水化学特征及来源解析

我国浅部煤炭资源已逐渐枯竭,在煤炭进入深部开采的条件下,来自煤层底板高承压灰岩水的威胁也越来越大,深入理解矿区含水层中水化学组成控制机制是针对性地开展水害防治工作的重要科学前提。为了查明安徽钱营孜煤矿深部地下水中常规离子的定性与定量来源,通过多种数理统计方法(包括相关性分析和R型聚类分析)、离子比值法和Unmix模型对22个灰岩水中常规离子浓度进行了分析。结果表明,地下水呈中至弱碱性,溶解性总固体(TDS)变化范围为1 945~5 292 mg/L,阳离子平均质量浓度由大到小排序为:Na+ (718 mg/L)、Ca2+ (270 mg/L)、Mg2+ (153 mg/L),阴离子平均质量浓度由大到小排序为:SO₄ 2? (2 305 mg/L)、HCO₃ ? (239 mg/L)、Cl? (186 mg/L),95%样品的水化学类型为SO₄-Na型。相关性分析、聚类分析和离子比值分析表明,含水层中水化学组成控制因素主要为硫酸盐和碳酸盐矿物的溶解(源1)以及盐岩的溶解和硅酸盐矿物的风化(源2)。Unmix模型显示源1和源2对地下水中常规离子浓度的平均贡献率分别为56%和44%,其中,源1对Ca2+、Mg2+、Na+和SO₄ 2?浓度贡献率依次为73%、68%、63%和73%,源2对Cl?和HCO₃ ?浓度的贡献率分别为75%和66%。研究成果可为相似条件煤矿突水水源的精准识别提供理论支持。      

蒙陕接壤区浅埋煤层矿井水水化学特征及来源分析

为研究蒙陕接壤区浅埋煤层开采下矿井水水化学特征与来源,通过采集研究区内的矿井水、不同含水层地下水及地表水样,综合利用水化学特征研究、数理统计、离子比例系数法以及氢氧同位素,探究该区矿井水水化学特征及其形成作用。基于此,对研究区矿井水的主要来源进行了识别。结果表明,矿井水与第四系萨拉乌苏组、侏罗系直罗组和延安组地下水水力联系紧密。矿井水主要离子形成受水-岩作用影响,主要阴阳离子来源于硅酸盐矿物与方解石的溶滤作用;受到反向阳离子交换作用影响,使矿井水中Na⁺含量高于浅部地下水;混合作用对矿井水水化学成分形成影响较小。矿井水受延安组、直罗组地下水与萨拉乌苏组地下水共同补给,三者在矿井水补给水源中所占比例分别为86.39%、1.59%与12.02%。研究成果可为该区的矿井水害防治与水资源处理利用提供依据。     

陕北侏罗纪煤田三角洲平原沉积环境及其岩石力学特征

三角洲平原沉积环境是陕北侏罗纪煤田煤炭资源的主要形成环境之一,为获得不同环境煤层顶板岩石力学参数特征,进一步探究沉积环境与岩石力学特征之间的关系,首先从区域沉积环境分析入手,然后运用岩心精细描述、沉积构造分析、地球物理测井分析等技术,识别微相、划分顶板沉积微相类型及其组合特征;之后对不同沉积环境中不同位置、不同岩性的岩石进行系统地分层采样和测试分析;最后综合分析煤层顶板各沉积微相的岩石力学特征。结果表明,煤层直接顶板以泥岩、粉砂质泥岩为主,形成于三角洲平原亚相中的沼泽、湖泊沉积微相,局部见粉砂岩、细粒砂岩形成于分流河道和天然堤微相;基本顶主要以中-细粒砂岩为主,形成于分流河道沉积微相;沉积环境不仅控制煤层顶板岩性分布而且控制岩石力学参数及其含水层富水性的分布,其中,湖泊、沼泽相泥岩顶板区是顶板支护的重点部位,多期分流河道砂岩叠置顶板区是未来矿井防治水以及探放水的重点区域。      

保德煤矿奥陶纪灰岩水水化学特征及形成机理

奥陶纪灰岩（简称奥灰）水是保德煤矿煤层开采的主要威胁水源,且为主要供水水源之一。为研究保德煤矿奥灰水水化学特征,并分析其形成机理,对保德煤矿区奥灰水进行系统取样,综合运用相关性分析、离子比例系数、饱和指数反演、氯碱指数等方法进行分析。研究结果表明:奥灰水的水质类型从径流区到滞流区呈HCO₃-Na（Na·Ca）→HCO₃·Cl-Na·Ca（Ca·Mg）→Cl-Na（Na·Ca）的变化趋势,各离子质量浓度与TDS值呈线性关系,除HCO₃-外,其余离子质量浓度均与TDS值呈正相关;阳离子交替吸附、BSR反应、溶滤沉析作用是控制矿区地下水化学环境的主要作用。根据饱和指数（SI）计算及路径模拟结果证实,径流区方解石、白云石和石膏大量溶解,滞流区出现白云石沉淀,石膏始终处于不饱和状态,趋于发生溶解。该结论可为保德煤矿深部煤炭开采水害防治与矿井水利用提供依据。      

深变质岩区地热流体化学特征及成因——以滇西陇川盆地温泉为例

为了对深变质岩区地热流体的成因和演化进行深入研究,在滇西陇川盆地开展了地质、放射性测量、磁法测量、水文地质和水文地球化学等调查工作,深入分析了盆地内尺巴处温泉的水文地球化学及同位素特征。结果表明：温泉水化学类型为HCO₃·SO₄·CO₃-Na型,温泉中Li⁺质量浓度为0.220 mg/L,达到了锂矿泉水的命名标准,F^-质量浓度为8.29 mg/L,可称为氟水,具医疗价值;温泉热水中冷水混入比例为0.72,热水补给高程为1 166.83 m,补给区温度为9.96℃,热储温度为191.71℃,循环深度为2 082.29 m,温泉天然放热量为9.49×10¹² J/a;温泉水来源于大气降水,为深循环上升泉;地下水水化学组分的成因类型为岩石风化型,其主要组分来源于水岩相互作用;热源主要为深部未冷却的岩浆传导热及活动断裂产生的构造热,其次有少部分岩体中放射性同位素产生的放射热;深变质岩区温泉水中的pH值,SO₄^2-、Cl^-、Na⁺、SiO₂质量浓度及总碱度高于冷水泉,Ca²⁺、Mg²⁺质量浓度低于冷水泉。     

塔里木盆地南缘绿洲带地下水砷氟碘分布及共富集成因

由于地表水资源稀缺,地下水是塔里木盆地南缘绿洲带重要用水水源,因此,系统查明该区地下水砷氟碘的分布及成因至关重要。基于塔里木盆地南缘绿洲带233组地下水水样检测结果,分析不同含水层中高砷、高氟和高碘地下水的空间分布及水化学特征,结合研究区地质、水文地质条件和地下水赋存环境进一步揭示影响地下水砷氟碘的来源、迁移与富集的水文地球化学过程。结果表明:地下水砷、氟、碘浓度变化范围分别为1.091.2 μg/L、0.0128.31 mg/L、10.02 637.0 μg/L。地下水高砷、高氟和高碘水样分别占总水样的7.3%、47.2%和11.6%,砷氟碘共富集占比为3.0%。砷氟碘共富集地下水主要分布于研究区中部的民丰县,水化学类型主要为Cl·SO₄-Na型。自补给区至过渡区再至蒸发区,地下水氟、碘浓度明显增大,砷浓度在过渡区和蒸发区均较大;砷氟碘共富集地下水取样点主要分布于36.060.0 m深度的浅层承压含水层中。浅层地下水受蒸发作用和矿物溶解沉淀作用的影响,随砷氟碘富集项的增多而增大。第四纪成因类型中风积物对氟浓度的影响较大,洪积-湖积物对砷和碘浓度的影响较大。细粒岩性、平缓的地形、地下水浅埋条件、偏碱性的地下水环境、微生物降解作用下有机质介导的矿物溶解是利于砷氟碘共富集的主要机制。     

基于主成分分析的岩溶水水化学组成及影响因素研究——以贵州水城盆地为例

2015年9月对贵州水城盆地进行采样,共采集地下水样品12个,地表水样品10个,综合运用相关性分析、主成分分析等方法,并结合PHREEQC软件对矿物饱和度指数的计算结果,探讨了地下水、地表水水化学特征现状及其影响因素。研究结果表明:水城盆地岩溶水的水化学类型主要为HCO3-Ca型,部分为SO4-Ca型,地下水和地表水水化学组成主要受Ca2+、K++Na+、HCO3-、SO42-和Cl-影响。研究区地下水和地表水中Ca2+和HCO3-主要来源于碳酸盐岩地区的水-岩反应,水体中Cl-、NO3-和Na+主要来源于城镇生活污水、屠宰废水排放。地下水水质受水-岩反应影响,部分区域受到人类活动干扰明显;地表水水质在钟山区方向主要受沿途生活污水和农业面源污水汇入影响显著,而在水城县方向受煤矿企业排放废水影响较大。