水化學(xué)特征法在礦區(qū)水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

王 鑫，王 磊，劉 姣

（內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局109勘探隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000）

受到排水系統(tǒng)、水源、環(huán)境、地?zé)岬榷喾N因素的影響，不同區(qū)域的水質(zhì)的化學(xué)特征是不同的，因此對(duì)水樣的化學(xué)特征進(jìn)行分析就能反應(yīng)出環(huán)境、地層間的差異。以下將對(duì)水化學(xué)特征分析的原理、方法以及實(shí)際應(yīng)用展開(kāi)探討。

1 水化學(xué)特征分析概述

水化學(xué)特征分析的原理。水化學(xué)特征分析是通過(guò)先進(jìn)的研究方法，對(duì)礦區(qū)的地下水的影響因子、化學(xué)特征進(jìn)行分析的方式，通過(guò)對(duì)礦區(qū)地下水的水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)以分析地質(zhì)情況。其原理為礦區(qū)地下水的水化學(xué)特征受到礦區(qū)的水文地質(zhì)條件的直接影響，也即水體所處的化學(xué)環(huán)境不同，水體能夠溶解的礦物質(zhì)的量是存在差異的[1]。

2 水化學(xué)特征分析的方法

2.1 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)

礦區(qū)地下水的化學(xué)成分能夠反映出礦區(qū)地下水所存在的環(huán)境特征。所以，采用勘查手段分析研究地下水的化學(xué)成分的時(shí)候，就需要先詳細(xì)了解地下水的物理性質(zhì)。首先，檢測(cè)地下水的水溫?；瘜W(xué)反應(yīng)需要在特定溫度下才能充分反應(yīng)，溫度過(guò)高、過(guò)低都將對(duì)化學(xué)反應(yīng)的程度產(chǎn)生影響，比如，水的溫度越高，水中的化學(xué)元素的溶解度就越高，因此，需要對(duì)水的溫度進(jìn)行檢測(cè)。其次，檢測(cè)水的導(dǎo)電率。水中的離子將對(duì)水的導(dǎo)電率造成影響，水的導(dǎo)電率能充分反應(yīng)出水中的溶解態(tài)無(wú)機(jī)物的構(gòu)成以及總離子的組成，也能直觀的對(duì)水中的離子強(qiáng)度進(jìn)行反應(yīng)。再次，對(duì)水中的溶解氧進(jìn)行測(cè)定，因?yàn)榈V井地下水的溶解氧濃度能充分反應(yīng)出地下水的所在生態(tài)環(huán)境的情況。最后，對(duì)水質(zhì)的Ph進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)榈叵潞畬娱g的化學(xué)元素的轉(zhuǎn)移將會(huì)對(duì)水的酸堿度造成重要的影響，而地下水中的氫離子的濃度越高，水質(zhì)的pH將越小，也即酸性越強(qiáng)。

2.2 實(shí)驗(yàn)分析

對(duì)水中的礦化度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。礦化度是水中化學(xué)組分含量的總稱，不同礦化度代表著不同區(qū)域地下水的性質(zhì)。例如，礦化度檢測(cè)結(jié)果0-1000g/L為淡水，礦化度＞100000g/L的水為鹵水。對(duì)水中的化學(xué)成分進(jìn)行分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析從礦井地下水中取得的水的礦化度。經(jīng)礦化度實(shí)驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)樣品中的礦化度位0-1000mg/L，此時(shí)就稱之為淡水；當(dāng)樣品中的礦化度在100000mg/L時(shí)，稱之為鹵水。分析水中的化學(xué)成分的含量，主要的分析是分析水中的陰陽(yáng)性離子的總體含量，也即陰陽(yáng)離子的濃度，對(duì)水中的陰陽(yáng)離子的濃度進(jìn)行檢測(cè)并分析，直接反應(yīng)水中的化學(xué)成分的同時(shí)，也能揭示礦井地下水水體受到不同水溫地質(zhì)單元的影響程度。

3 案例分析

3.1 某礦區(qū)水文地質(zhì)條件

由以往區(qū)域含水層的水質(zhì)資料得知，本溪組薄層灰?guī)r與十（下）灰的原始水質(zhì)類型為HCO3-Na型，奧灰的原始水質(zhì)類型為SO4-CA（Mg）型或SO4-CA·Mg型。開(kāi)采下組煤過(guò)程中，上述各含水層均對(duì)開(kāi)采過(guò)程造成影響。

圖1 樣本水質(zhì)成分分布

3.2 水化學(xué)特征分析

從井田的不同含水層收集到該井田的水質(zhì)資料共46份，其中奧灰水樣34個(gè)，十三灰水樣11個(gè)，十（下）灰水樣1個(gè)。在菱形圖上將各樣本中的陰陽(yáng)離子的摩爾濃度百分比投影處來(lái)，樣點(diǎn)投影下的菱形區(qū)域分布的不同將直觀地反映出含水層中水化學(xué)類型的差異。見(jiàn)圖1。

3.3 十（下） 灰水樣分析

水樣中的Na+的濃度為380.16mg/L，HCO3-濃度為919.46mg/L，礦化度為1396.47mg/L，水質(zhì)類型為HCO3-Na型，與資料相符。

3.4 奧灰水樣分析

圖1中可見(jiàn)，奧灰含水層中的水樣落點(diǎn)區(qū)域極為集中，均分布于底部，水質(zhì)類型為SO4-CA（Mg）型或SO4-CA·Mg型，與資料相符。水樣屬于中礦化度。陽(yáng)離子多為Mg2+、Ca2+，前者的濃度為100mg/L左右，后者的濃度為312.86-616.43mg/L；陰離子多為SO42-,濃度為986.69-1866.94mg/L。

3.5 十三灰水樣分析

圖1中，十三灰水樣分布較為分散，右下部、中部呈現(xiàn)出零散分布，可見(jiàn)十三灰含水層的水力聯(lián)系差或者受到其他含水層的水力補(bǔ)給導(dǎo)致水質(zhì)變化。

L13x-2孔與L13-1孔水樣中陰陽(yáng)離子的濃度、水質(zhì)類型均與資料相符。但是，L13x-1孔中水樣的水質(zhì)類型為SO4·HCO3-Na型，02x-8孔中的水樣中陽(yáng)離子濃度偏高，水質(zhì)類型屬于SO4-HCO3-Na·Ca（Mg）型，提示02x-8孔與L13x-1孔地帶的十三灰含水層可能與奧灰含水層存在水力聯(lián)系，混合后形成此類水質(zhì)。

3.6 含水層補(bǔ)給關(guān)系

十三灰含水層中部分水樣水質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)十三灰水質(zhì)存在差異，以L13x-1孔為放水孔開(kāi)展放水實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)放水實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的水質(zhì)變化分析徑流過(guò)程中的水化學(xué)結(jié)果，從而對(duì)含水層地下水的徑流、補(bǔ)給條件予以反應(yīng)。取水樣7個(gè)，記錄水樣不同時(shí)間的陰陽(yáng)離子的變化并繪圖，查看實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的水化學(xué)特征資料變化情況。

放水后L13x-1孔的Na+、HCO3-濃度遞增，SO42-、Ca2+、Mg2+的濃度下降后緩和。提示L13x-1孔地帶的奧灰含水層與十三灰含水層具有水力聯(lián)系，放水后十三灰含水層的補(bǔ)給狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃?dòng)狀態(tài)，含水層同時(shí)接受十三灰含水層與奧灰含水層的補(bǔ)給。

放水實(shí)驗(yàn)早期的Ca2+、Mg2+的濃度被增加的HCO-3消耗，導(dǎo)致濃度迅速降低；SO42-的濃度雖然也呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，但是下降幅度沒(méi)有上述兩種離子的變化幅度大。當(dāng)奧灰含水層與十三灰含水層的補(bǔ)給達(dá)到平衡時(shí)，混合水質(zhì)的礦化度增加，離子的濃度也逐漸穩(wěn)定。

綜上所述，通過(guò)水化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，L13x-1孔地帶的奧灰含水層與十三灰含水層之間存在補(bǔ)給關(guān)系。

4 結(jié)語(yǔ)

水化學(xué)特征分析運(yùn)用于礦區(qū)的含水層分析能對(duì)礦區(qū)的水文地質(zhì)進(jìn)行有效的分析，文章研究中的礦區(qū)水文地質(zhì)勘探過(guò)程中，采用水化學(xué)特征分析法取得了滿意的成果，從而為進(jìn)一步調(diào)查水文地質(zhì)條件提供了依據(jù)。

但需要注意的是，水化學(xué)特征分析僅負(fù)責(zé)對(duì)目標(biāo)含水層的水文地質(zhì)進(jìn)行勘查，僅負(fù)責(zé)判斷含水層間的補(bǔ)給關(guān)系，但是關(guān)于補(bǔ)給通道的位置、類型等較為無(wú)力，需要結(jié)合其他勘查手段。