同位素示蹤技術(shù)在潘北礦太原組灰?guī)r水水化學(xué)特征中的應(yīng)用

馬濟(jì)國 劉滿才 羅江發(fā)

摘 要：潘北礦深部煤層開采工作面突水水源主要來自第四系松散層水、煤層上覆頂板砂巖裂隙水和下伏底板太原組石灰?guī)r水、奧陶紀(jì)和寒武紀(jì)白云巖水。為了探討太原組石灰?guī)r水與其它水體之間的水力聯(lián)系。采集潘北礦主要含水層水樣品25件，采用MAT 253同位素質(zhì)譜儀測試樣品中氫氧同位素值，研究結(jié)果表明：（1）太原組石灰?guī)r水主要表現(xiàn)為三種水質(zhì)化學(xué)類型；（2）太原組石灰?guī)r水的氫氧同位素含量差別較大；（3）太原組石灰?guī)r水的主要補(bǔ)給源為地表水體和深部古水。

關(guān)鍵詞：同位素示蹤 太原組灰?guī)r水 潘北礦

中圖分類號：TD745 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0026-01

Isotope Tracer Technique in Tanbei Mine of Taiyuan Group Limestone Water Chemical Characteristics of the Application

Ma jiguo Liu mancai Luo jiangfa

（Huainan mining （group） co.，LTD.Production in anhui province，huainan，232001，China）

Abstract：the deep coal mining working face of panbei mine water inrush water mainly from quaternary loose bed water， coal seam overlying roof sandstone fissure water and underlying base plate of taiyuan group limestone water，ordovician and Cambrian dolomite. In order to explore of taiyuan group limestone hydraulic connection between water and other water bodies.This paper collected the main aquifer water samples of 25 pieces of panbei mine，the MAT 253 hydrogen and oxygen isotopic values in the isotope mass spectrometer test samples，the results showed that：（1）of taiyuan group limestone water main performance for three types of water quality chemistry；（2）the difference of content of hydrogen and oxygen isotopes of taiyuan group limestone water； （3）the main supply source of taiyuan group limestone water to the surface water and deep water.

Key Words：Isotope Tracer；Of Taiyuan Group Limestone Water；Panbei Mine

隨著同位素示蹤技術(shù)的研究發(fā)展，該項技術(shù)在水文地質(zhì)的研究工作中也得到了較為廣泛的應(yīng)用，同位素的特殊性質(zhì)使得它在現(xiàn)代水文地質(zhì)研究過程中成為了不可替代的研究工具[1]。

以往的研究表明，研究區(qū)內(nèi)太原組中各層石灰?guī)r間有不同程度的水力聯(lián)系，而且與奧陶系灰?guī)r、第四系下部砂礫層也有密切的水力聯(lián)系。查明太原組石灰?guī)r水與其他水體間水力聯(lián)系的強(qiáng)弱是具有研究價值的。

1 研究區(qū)概況

潘北煤礦位于淮南市西北，距淮南市（洞山）30 km。地理坐標(biāo)為東經(jīng)116°41′30″～116°52′30″，北緯32°50′00″～32°53′45″。本礦井為第四系厚覆蓋層下的單斜構(gòu)造，含水組有第四系松散層砂層孔隙水、二疊系煤系砂巖裂隙水、太原組石灰?guī)r巖溶裂隙水、奧陶系和寒武系白云巖巖溶裂隙水五部份組成。

2 采樣與測試

從井田內(nèi)長觀孔、井下放水孔及出水點(diǎn)處以共采集各類含水層水樣品25件。具體采集方法是：水樣使用酸洗過的塑料瓶采集，使用0.45 μm的過濾紙過濾，加超純硝酸消解使樣品pH<2，低溫（<4 °C）保存直至測試。運(yùn)用MAT 253同位素比率質(zhì)譜儀測試水樣品中氫氧同位素值。其中，氫同位素采用鋅反應(yīng)法，氧同位素測定采用氧—二氧化碳平衡法，測定結(jié)果以相對于標(biāo)準(zhǔn)平均大洋水（SMOW）標(biāo)準(zhǔn)的千分差表示，氫、氧同位素測定精度分別為±0.2‰和±0.1‰。

3 結(jié)果與討論

根據(jù)研究區(qū)礦井水文地質(zhì)報告，結(jié)合本次樣品水常規(guī)分析，得出區(qū)內(nèi)太原組石灰?guī)r水的水質(zhì)類型主要表現(xiàn)為：Ca—Na—HCO3型、Na—SO4型和Na—Cl型共三種類型。根據(jù)大氣降水方程，在δD～δ18O關(guān)系圖中用來表示降水的δD 和δ18O關(guān)系變化的直線，稱為降水線。除全球降水線外，不同地區(qū)都有反映各自降水規(guī)律的降水線。前人研究表明[2-3]，淮南地區(qū)的大氣降水線由于降水受到強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用導(dǎo)致其明顯的偏離全國大氣降水線。

本次研究表明，該區(qū)降水中δD～δ18O值之間呈明顯的線性關(guān)系，從而得到研究區(qū)太灰水的關(guān)系方程為：δD=6.9δ18O+3.8

（‰），R2=0.91。其中，δ18O值范圍為-9.54‰～-5.01‰，δD值范圍為-76.42‰～-34.11‰，這種較大的變化范圍印證了該含水層可能有不同的補(bǔ)給源補(bǔ)給導(dǎo)致。結(jié)合前人研究成果，本區(qū)氫氧同位素組成表明太原組灰?guī)r水可能有地表水與大氣降水的補(bǔ)給源，以及深部含水層的補(bǔ)給源，并且局部地區(qū)可能出現(xiàn)了補(bǔ)給源的混合。

4 結(jié)論

該項目在淮南礦業(yè)集團(tuán)科技創(chuàng)新項目資助的基礎(chǔ)上，查明潘北井田太原組石灰?guī)r水共出現(xiàn)三種水質(zhì)類型（Ca—Na—HCO3、Na—SO4和Na—Cl型）。大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給源，太原組石灰?guī)r水的氫氧同位素含量分布范圍較大，這表明太原組灰?guī)r水可能有地表水與大氣降水的補(bǔ)給源，以及深部含水層的補(bǔ)給源，并且局部地區(qū)可能出現(xiàn)了補(bǔ)給源的混合。

參考文獻(xiàn)

[1] 尚海敏，李國敏，于進(jìn)慶.環(huán)境同位素技術(shù)在地下水研究中的應(yīng)用[J].地下水， 2008（2）：18-20.

[2] Craig H.Isotopic Variations in Meteoric Waters[J].Science， 1961，133：1702-1703.

[3] 王恒純.同位素水文地質(zhì)概論[M].北京：地質(zhì)出版社，1991.