新建礦山排泥庫地下水多元示蹤試驗研究

石東偉

（中國有色金屬長沙勘察設(shè)計研究院有限公司，長沙 410000）

1 依托項目概況

本次多元示蹤試驗的案例項目為廣西省某礦山企業(yè)新建的一處排泥庫，庫區(qū)建設(shè)以該企業(yè)停止開采的某礦區(qū)洼地為基礎(chǔ)，受地形因素影響，所建成庫區(qū)基本形態(tài)近似“U”形，與該企業(yè)的2處采礦場以及礦山下村鎮(zhèn)均有道路連通。庫區(qū)基本地形地勢特征為：巖溶山峰環(huán)繞下的平坦洼地，并被溶巖地質(zhì)構(gòu)造自然分割成2部分。整個排泥庫庫區(qū)總?cè)萘砍^8×107m3，匯水面積達(dá)3km2，庫底堆積標(biāo)高達(dá)400m。對庫區(qū)地質(zhì)環(huán)境進行分析，發(fā)現(xiàn)庫區(qū)地質(zhì)構(gòu)造以復(fù)雜巖溶地貌為主，同時水文特征也較為復(fù)雜。

2 多元示蹤試驗的實施情況

2.1 示蹤劑選用原則及試劑確定

示蹤劑是多元示蹤試驗中的重要材料，其合理選擇是實驗成功與否的基礎(chǔ)。在示蹤劑選擇時要遵循一系列基本原則，包括：試劑安全無毒，自然本底較低，穩(wěn)定性及抗干擾能力強，不影響地下水正常流向，容易使用儀器檢測，且應(yīng)用成本較低。以此為依據(jù)，結(jié)合試驗要求和以往經(jīng)驗，綜合考量后，確定使用鉬酸銨試劑作為本次實驗的示蹤劑[1]。

2.2 確定投放量

對示蹤劑的投放量應(yīng)當(dāng)進行科學(xué)判定，投放量過小，可能導(dǎo)致儀器無法正常檢測，影響試驗效果，同時，如投放量過大，則可能造成隨地下水流進入飲用水源的試劑濃度超標(biāo)，對人體安全造成威脅。因而，應(yīng)當(dāng)結(jié)合檢測儀器靈敏度、國家飲用水安全標(biāo)準(zhǔn)，以及庫區(qū)地下水量、測試目標(biāo)距離及相關(guān)勘探資料，綜合確定最佳投放量。本次試驗中經(jīng)綜合分析與計算，最終確定的鉬酸銨示蹤劑投放量為150kg。

2.3 確定適合的投放點和接收點

投放點的確定需要根據(jù)庫區(qū)內(nèi)部條件，以及試驗設(shè)計的具體要求來進行，在本次實驗中，通過綜合判斷，確定以排泥庫庫區(qū)內(nèi)北部一處落水洞作為試劑投放點，記錄編號為T1，投放點標(biāo)高為335.12m，從洞中可見到地下水。

接收點的確定相對較為復(fù)雜，需要根據(jù)地質(zhì)勘探及區(qū)域地下水環(huán)境整體分析，盡可能保證接收點選擇的準(zhǔn)確性，以此確保試驗效果。試驗中經(jīng)綜合分析，并利用礦山企業(yè)基礎(chǔ)條件，選擇場區(qū)內(nèi)原有的25個水點確定為示蹤劑的接收點，分別編號為 S1～S25，對其中 S1、S5、S6、S7、S8、S10、S18進行了重點觀測。

2.4 投放與取樣操作要點

投放時，應(yīng)先對投放點條件進行明確，本實驗中，投放點無法直接接觸地下水，遂采取外部灌水方式配合投放，投放前先對鉬酸銨試劑進行攪拌處理，確定試劑完全溶解再進行投放，并借助灌注水流，使其順利匯入地下水，投放后灌水時間原則上應(yīng)不少于1d。

取樣時，需要合理確定取樣時間，為滿足檢測分析的要求，測量取樣時間不宜間隔過長，本次實驗中2次取樣間隔一般接收點為4h，重點觀測點間隔時間減半。具體取樣操作由專門技術(shù)人員按照技術(shù)規(guī)范及試驗要求完成，取樣后及時貼好標(biāo)簽并遮光保存，最后分批次進行檢測分析[2]。

2.5 樣品檢測分析

對樣品檢測分析是多元示蹤試驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)中分析方法運用的合理性是非常重要的。經(jīng)過綜合對比，本試驗中最終確定的分析方法為比色法。為保證分析數(shù)據(jù)的可靠性，樣品分析中考慮了樣品澄清度與人為因素帶來的干擾，因而檢測前對樣品進行靜置澄清處理，并根據(jù)相關(guān)試驗規(guī)定，復(fù)檢了20%樣品，以避免檢測結(jié)果誤差及失真。

檢測分析中還需要確定異常值的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合分析方法特點及本底數(shù)據(jù)，確定去除本底后鉬含量超過1×10-8時為異常值，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制時濃關(guān)系曲線，最終計算試驗檢測區(qū)域地下水流速及流向[3]。

3 試驗結(jié)果

經(jīng)過試驗中的連續(xù)10d的定時取樣，及樣品分析檢測的數(shù)據(jù)，繪制時濃關(guān)系曲線圖（接收點S7）見圖1：

圖1 T1-S7 2h時濃關(guān)系曲線圖

結(jié)合對所繪制時濃關(guān)系曲線圖的分析，以及流速、流向計算的結(jié)果，得出作為試驗案例的新建排泥庫庫區(qū)內(nèi)外地下水水力聯(lián)系十分密切。進一步對地下水流形態(tài)特征進行分析，發(fā)現(xiàn)試驗庫區(qū)地下水呈現(xiàn)巖溶水管道流與擴散流共存的復(fù)雜特征。具體包括以下3種：

第一種：快速地下巖溶水管道流。見于投放點T1至接收點S10區(qū)間，通過對鉬離子反應(yīng)出現(xiàn)時間的記錄及結(jié)合實際流經(jīng)距離的計算，測出該區(qū)間地下水流平均速度達(dá)到1 853.3m/h，該接收點取樣檢測結(jié)果中顯示的最高試劑濃度值超過3×10-6。所繪制時濃關(guān)系曲線圖表現(xiàn)出明顯的多峰特點，據(jù)此反映出地下水道不惟一，同時存在多條通道。

第二種：中等流速地下巖溶水?dāng)U散流。見于投放點至接收點S4、S5、S12和S20幾個區(qū)間段，其中最早檢測到鉬離子反應(yīng)的接收點為S20，取樣檢測到的最高試劑濃度值為8×10-8，計算得出流速為154.9m/h。第二個檢測到鉬離子反應(yīng)的接收點為S5，取樣檢測結(jié)果中試劑最高濃度為1.4×10-7，計算得出流速為82.82m/h。此后間隔24h，接收點S4、S12也分別檢測到鉬離子反應(yīng)，樣品檢測結(jié)果顯示的最高試劑濃度值均為8×10-7，計算得出流速分別為102.18m/h和63.4m/h。

第三種：慢流速地下巖溶水?dāng)U散流。此類特征在投放點T1至16個接收點相應(yīng)區(qū)間段均可見。檢測試劑最高濃度值在5×10-7～1.70×10-6范圍內(nèi)，計算得出最大流速值為47.9m/h。16個接收點在庫區(qū)外分布的方向并不完全一致，除東南方向外，幾乎各主要方向的接收點采集樣品中均檢測到了試劑反應(yīng)，因而，可以判斷庫區(qū)投放點至外部多個主要方向水點間，都存在著地下水水力聯(lián)系。

本文列出了最大濃度檢測結(jié)果大于1×10-6的示蹤劑檢測結(jié)果，如表1所示。

表1 部分接收點鉬酸銨示蹤劑出現(xiàn)情況表

4 結(jié)語

本次試驗經(jīng)過前期較完善的設(shè)計和準(zhǔn)備，試驗基本取得了滿意的結(jié)果，通過對試驗所獲得數(shù)據(jù)的分析，基本了解了作為試驗案例的排泥庫庫區(qū)內(nèi)外地下水水力聯(lián)系及水流形態(tài)的特征，為排泥庫建設(shè)使用對地下水環(huán)境的影響評價提供了較為可靠的參考依據(jù)。本次試驗的成功，不僅對作為案例的新建排泥庫地具有積極意義，也能夠為同類項目建設(shè)前的環(huán)境影響分析評價提供技術(shù)支持。此外，還能夠為多元示蹤試驗在其他地質(zhì)勘探活動中的作用發(fā)揮提供經(jīng)驗借鑒。最后，希望能夠通過本文對多元示蹤試驗實踐應(yīng)用的介紹，促進該試驗應(yīng)用研究，并在一定程度上推動當(dāng)代地質(zhì)勘探技術(shù)的發(fā)展。