桃園煤礦南三采區(qū)水化學(xué)特征分析

徐國平

摘 要 為了判別桃園煤礦南三采區(qū)主要含水層之間的聯(lián)系，基于南三采區(qū)不同含水系統(tǒng)主要水化學(xué)成分差異，選取7種常規(guī)水化學(xué)成分指標(biāo)對(duì)含水層水源進(jìn)行分析。利用水化學(xué)特征分析與聚類分析的方法，對(duì)南三采區(qū)15組水樣的水化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比分析。研究結(jié)果表明：南三采區(qū)奧灰水和太灰及灰?guī)r水最為相似，通過聚類分析得出，太灰水和奧灰水可以聚為一類，說明南三采區(qū)太灰水與奧灰水存在著水源補(bǔ)給關(guān)系，具有一定的水力聯(lián)系。

關(guān)鍵詞 水化學(xué)成分;水質(zhì);聚類分析

引言

水化學(xué)特征分析方法是研究礦井地下水最基本的方法之一[1]。地下水中水化學(xué)成分的形成與演化受很多條件影響，不同的環(huán)境地質(zhì)和水位地質(zhì)條件能夠反映出不同的地下水化學(xué)特征。研究兩個(gè)含水層之間的水力聯(lián)系，就是分析其水質(zhì)是否存在著差異[2]。目前，研究水化學(xué)特征確定水化學(xué)類型最常見的方法是舒卡列夫分類法，它是根據(jù)水中陰陽離子的含量來分析水化學(xué)類型[3]。一些學(xué)者通過Piper三線圖等方法，分析地下水化學(xué)特征以及主控離子的來源和形成原因[4-5]。

本文基于桃園煤礦南三采區(qū)不同含水層水化學(xué)樣本的數(shù)據(jù)差異，選用七種常規(guī)離子為基本信息，采用水化學(xué)分析和聚類分析相結(jié)合的方法，對(duì)含水層之間水質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行了對(duì)比分析，判定出太灰水與奧灰水是否存在聯(lián)系。

1采區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

南三采區(qū)主采煤層是10煤，屬于二疊系下統(tǒng)山西組，大部分工作面是總體走向近西南，傾向近東南的單斜構(gòu)造，走向上寬緩起伏，局部發(fā)育小的斜歪褶曲。主要工作面發(fā)育的斷層以逆斷層為主，走向在80°～100°，傾向在110°～160°，落差在5米以內(nèi)，對(duì)煤層開采有著一定影響。

1.2 水文地質(zhì)概況

南三采區(qū)10煤層開采主要充水水源：頂?shù)装迳皫r裂隙水、太灰和奧灰水。

（1）頂板砂巖水：10煤頂板砂巖較為發(fā)育，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，厚度為10～20m，直接底板以泥巖為主。根據(jù)7137工作面補(bǔ)2-5孔抽水試驗(yàn)資料，單位涌水量為0.1046 L/s·m，富水性中。

（2）太灰水：是礦井間接充水含水層，總厚約190m，灰?guī)r單層有11層，其中1-4灰處于淺部露頭帶，巖溶裂隙發(fā)育，含水豐富且水動(dòng)力條件較好。

（3）奧灰水：是礦井間接充水含水層，區(qū)域厚度>500m，礦井內(nèi)揭露最大厚度為2014-觀2孔146.69m。

2水化學(xué)特征分析

2.1 Piper三線圖分析

為了分析南三采區(qū)的各含水層的水力聯(lián)系，選取15組水樣其中：煤系底板水3組，砂巖水3組，奧灰水2組，老空水1組，10煤太灰水3組，采區(qū)灰?guī)r是3組。將特征離子信息先存于表格中，利用AquaChem軟件，自動(dòng)生成三線圖。

為了直觀反映南三采區(qū)主要水樣的水質(zhì)變化特征，利用Piper三線圖對(duì)各個(gè)類型水樣進(jìn)行分析。

10煤底板水陽離子中Na+和K+離子富集，占80%左右，而Ca2+與Mg2+各占10%;在陰離子中HCO3-占65%， SO42-和Cl-共計(jì)約占35%，水質(zhì)類型為HCO3--Na+型。礦井砂巖水陽離子中Na+和K+離子富集，占82%左右，而Ca2+與Mg2+共計(jì)占10%;陰離子中占HCO3-80%， SO42-和Cl-約占20%，水質(zhì)類型為HCO3-- Na+型。奧灰水中富集多數(shù)Ca2+和Mg2+陽離子，占80%左右，而Na+占20%;陰離子中SO42-占82%，HCO3-和Cl-約占18%，水質(zhì)類型為SO42-- Ca2+·Mg2+型。10煤太灰水陽離子Na+占40%左右，Ca2+占40%，Mg2+占20%;而陰離子中富集最多的是SO42-，占75%，Cl-約占20%，HCO3-占5%，水質(zhì)類型為SO42-- Ca2+·Na+型。采區(qū)灰?guī)r水陽離子中Ca2+占45%左右，Na+占35%，Mg2+占20%;陰離子中SO42-占55%，Cl-約占20%，HCO3-占25%，水質(zhì)類型為SO42-·HCO3-- Ca2+·Na+型。

灰?guī)r水、太灰水、10煤底板水和奧灰水基本重合，說明該區(qū)域四大類水可能是相通的，而礦井砂巖水很遠(yuǎn)離上述四類水，表明它們直接聯(lián)系很少，基本不存在水源之間的補(bǔ)給流通。

2.2 聚類分析

根據(jù)南三采區(qū)主要水源分析：太灰水、奧灰水、砂巖水、老空水、10煤底板水，選取Ca2+、Na++K+、Mg2+、HCO3-、Cl-、SO42-等7個(gè)指標(biāo)。在五類水源中共有15組水樣。

當(dāng)聚為5類時(shí)，其中有類礦井砂巖水為一類，底板水與老空水為一類，機(jī)巷砂巖水與礦井砂巖水為一類，工作面底板水為一類，太灰、奧灰與灰?guī)r水為一大類，說明南三采區(qū)的太灰水并不是純的，可能與奧灰及灰?guī)r水混為一體。當(dāng)聚為3類時(shí)，奧灰、太灰這一大類又與煤層底板水為一類而不是與工作面底板水為一類，說明奧灰、太灰水可能與煤層直接存在水力聯(lián)系，同時(shí)也說明了，南三采區(qū)太灰、灰?guī)r水與奧灰親密程度最高。

3結(jié)束語

通過對(duì)南三采區(qū)主要含水層水樣分析，可以看出各類水存在著聯(lián)系和差別。

采用Piper三線圖和聚類分析都可以看出，灰?guī)r水、太灰水、奧灰水、10煤底板水可以歸為一類，它們之間相似度很高，而與其他含水層基本不存在什么明顯的關(guān)系。

從全文分析可以得出，礦井砂巖水與其他含水層水差別很大，所以可以認(rèn)為此類水源不會(huì)與其他水源之間存在補(bǔ)給關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡昌城.淮南顧桂礦區(qū)巖溶水水化學(xué)成分分布特征研究[D]. 合肥：安徽理工大學(xué)，2018.

[2]武佩萍.水化學(xué)特征分析法在出水水源判別中的應(yīng)用[J].江西煤炭科技，2017，（4）：48-53.

[3] 韓蕊，陳兵，曾志華，等.舒卡列夫分類法在突水水源判別中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2016，（Z1）：146-147.

[4] 王珺瑜，王家樂，靳孟貴. 濟(jì)南泉域巖溶水水化學(xué)特征及其成因[J]. 地球科學(xué)，2017，42（5）：17-24.

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