毛興軍

摘 要：寧夏某礦地處毛烏素沙漠西南邊緣，屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，礦井井田范圍內(nèi)水系不發(fā)育，常年地表徑流僅有井田西側(cè)的黃河、半截溝和井田北部的兵溝。以往的地質(zhì)、水文地質(zhì)工作對各含水層地下水，尤其是對淺部古近系和基巖風(fēng)化裂隙帶含水層地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件的分析多基于地層、構(gòu)造和單元研究。因此，采用水化學(xué)、同位素方法，結(jié)合常規(guī)地質(zhì)理論，對該礦各含水層地下水補(bǔ)給來源進(jìn)行了分析，以期為今后煤礦開采過程中的防治水工作提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：地下水；水化學(xué)；同位素；含水層

中圖分類號：P641.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.105

1 項(xiàng)目概況

寧夏某礦位于銀川市興慶區(qū)紅墩子礦區(qū)，井田面積為30.8 km2，主要開采煤層為4煤、5煤、5下煤、8煤、9煤和10煤。2011-12—2012-08，開展了水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探工作，主要包括水文地質(zhì)物探（瞬變電磁法勘探）、水文地質(zhì)鉆探、地球物理測井、抽水試驗(yàn)、水質(zhì)全分析、巖石物理力學(xué)試驗(yàn)測試和地下水同位素測試等。其中，獲得水質(zhì)全分析樣品16件、同位素測試樣品11件。

2 地質(zhì)和水文地質(zhì)概況

井田內(nèi)無基巖出露，全部被第四系（Q）和古近系（E）所覆蓋，經(jīng)鉆孔揭露井田內(nèi)地層由老至新依次為：奧陶系克里摩里組（Ok）；石炭系上統(tǒng)土坡組（Ct）；石炭二疊系太原組（CPt）；二疊系下統(tǒng)山西組（Ps）、石盒子組（Psh）；古近系（E）、第四系（Q）。

井田總體構(gòu)造為一走向北北東向、西翼陡東翼緩的不對稱背斜，即紅墩子三道溝背斜，其西部發(fā)育有紅墩子向斜，再向西被黃河斷裂所斷。紅墩子三道溝背斜西翼受紅墩子斷層切割，紅墩子斷層落差為30～180 m，紅墩子三道溝背斜東翼上還發(fā)育有17條落差<20 m的斷層。井田內(nèi)煤層大部賦存于紅墩子三道溝背斜東翼。具體如圖1所示。

圖1 井田構(gòu)造分布示意圖

井田含水層劃分為：第Ⅰ含水層（第四系孔隙潛水層）、第Ⅱ含水層組（古近系和基巖風(fēng)化帶孔隙裂隙含水層組）、第Ⅲ含水層組（二疊系孫家溝組、石盒子組裂隙含水層組）、第Ⅳ含水層組（山西組裂隙含水層組）、第Ⅴ含水層組（太原組砂巖裂隙含水層組）、第Ⅵ含水層組（土坡組砂巖裂隙含水層組）、第Ⅶ含水層組（奧陶系裂隙含水層組）。

隔水層劃分為：古近系黏土隔水層；二疊系上部的粉砂巖、泥巖隔水層；二疊系石盒子組底部山西組頂部的煤層、泥巖、粉砂巖隔水層；石炭系太原組底部土坡組頂部的煤層、泥巖、粉砂巖隔水層。

3 水化學(xué)分類及其形成作用

利用以往和本次抽水鉆孔獲得的水質(zhì)分析資料，采用庫爾洛夫式表示地下的水化學(xué)特征，同時(shí)，為了突出各離子含量的主次關(guān)系，選用舒卡列夫分類法分類地下水化學(xué)。

據(jù)地下水庫爾洛夫式和舒卡列夫分類法，各含水層地下水中均含有少量的F-離子，TDS含量多在1.5～10 g/L的范圍內(nèi)，即舒卡列夫分類B組。從本次水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探的水質(zhì)分析結(jié)果看，Ⅱ含水層地下水陰離子以SO42-和Cl-為主，少數(shù)水樣含HCO3-，陽離子以Ca2+、Mg2+和Na+離子為主，地下水徑流速度較快，溶濾、蒸發(fā)濃縮和離子交換吸附共同作用較為強(qiáng)烈；Ⅲ含水層地下水陰離子以SO42-、Cl-為主，陽離子以Na+為主，地下水徑流速度緩慢，離子交換吸附作用較為強(qiáng)烈；Ⅳ、Ⅴ含水層地下水陰離子以SO42-、Cl-為主，陽離子以Na+離子為主，Ca2+、Mg2+次之，地下水徑流速度較為緩慢，離子交換吸附作用較為強(qiáng)烈，溶濾作用次之；Ⅵ含水層地下水陰離子以SO42-、Cl-為主，CO32-次之，陽離子以Na+離子為主，地下水徑流速度較為緩慢，離子交換吸附作用較為強(qiáng)烈；Ⅶ含水層地下水陰離子以SO42-、Cl-為主，陽離子以Ca2+、Mg2+、Na+離子為主，地下水徑流速度較為緩慢，脫碳酸及離子交換吸附共同作用較為強(qiáng)烈。

4 同位素地下水來源分析

本次水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探在鉆孔和地表采取了不同含水層的水樣，包括地表水體、第Ⅱ含水層組（古近系和基巖風(fēng)化帶孔隙裂隙含水層組）、第Ⅲ含水層組（二疊系孫家溝組、石盒子組裂隙含水層組）、第Ⅳ含水層組（山西組裂隙含水層組）、第Ⅴ含水層組（太原組砂巖裂隙含水層組）、第Ⅵ含水層組（土坡組砂巖裂隙含水層組）、第Ⅶ含水層組（奧陶系裂隙含水層組）。對所有水樣均進(jìn)行了氫氧穩(wěn)定同位素和放射性氚測試，測試項(xiàng)目有TU（氚濃度）、δD（氘）、AT%（氘）、δ18O（氧）、AT%（氧）和TDS（電導(dǎo)率法測得的溶解性總固體含量）。

從同位素測試結(jié)果可看出，由于水化學(xué)成分差異較大，其溶解性總固體含量變化也較大（1.25～13.20 ms/cm）。

δ18O的變化范圍為-10.08‰～-6.40 ‰，δD的變化范圍為-82.04‰～-56.64‰.δ18O與δD的關(guān)系如圖2所示，可將試驗(yàn)水樣分為四類。

第一類TDS的含量為6.37～7.69，該類水的δ18O值≤-8.0‰，δD值≤-75.0‰，Ⅱ～Ⅵ含水層水均可歸入本類；第二類TDS的含量為13.20，該類水的δ18O值和δD值與第一類接近，Ⅶ含水層水可歸入本類，其中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含水層水和S4孔內(nèi)所取得的Ⅴ含水層水樣點(diǎn)均接近近似函數(shù)δD=8.73δ18O+10表達(dá)的直線，此線性函數(shù)關(guān)系可表征大氣降水的特點(diǎn)。

根據(jù)重同位素含量可將以上兩類歸為大氣降水或滲入水與殘存水的結(jié)合，經(jīng)分析，其與鉆孔所在煤層露頭附近的Ⅱ含水層與其水力聯(lián)系密切有關(guān)，地下水起源于大氣降水；Ⅵ、Ⅶ和S6孔所取的Ⅴ含水層水樣點(diǎn)稍偏離近似函數(shù)所表達(dá)的直線，歸為以殘存水為主，少量大氣降水或滲入水混合，與上部Ⅱ含水層、大氣降水的聯(lián)系較弱。

第三類TDS的含量為1.25，該類水的δ18O值為-9.45‰，δD值為-70.58‰，TDS含量較低，δD值明顯高于地下水，黃河水可歸入本類，該水樣明顯與降水近似曲線接近，說明與大

氣降水關(guān)系密切，同時(shí)，存在少量地下水的混合。

第四類TDS的含量為3.92，該類水的δ18O值為-6.40‰，δD值為-56.64‰，水塘水可歸入本類。

后兩類水明顯與前兩類不同，TDS含量高于黃河水，且趨向于SMOW值點(diǎn)，這些水基本以大氣降水為主，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈。

氚濃度測試結(jié)果表明，除地表水體以外的其他含水層氚濃度均<10 TU。由于地表水體與現(xiàn)代水、大氣降水關(guān)系密切，基本表現(xiàn)出隨深度增加而降低的特征。由于Ⅱ含水層和S6孔所在的風(fēng)氧化帶附近的Ⅴ含水層存在水力聯(lián)系，存在氚濃度稍高于其他含水層的現(xiàn)象，但基本與大氣降水、地表水體無聯(lián)系。

5 結(jié)束語

本文中的方法利用同位素測試和水化學(xué)分析資料，對井田內(nèi)各含水層地下水的來源和水化學(xué)的形成作用進(jìn)行了分析，最終得出井田內(nèi)地下水多為大氣降水的起源，地下水在淺部受古近系隔水層的影響而導(dǎo)致補(bǔ)給條件差；深部古近系和基巖風(fēng)化裂隙帶含水層在煤層露頭區(qū)超覆于煤層之上，地下水補(bǔ)給條件相對較好。

參考文獻(xiàn)

[1]河北省地質(zhì)局水文地質(zhì)四大隊(duì).水文地質(zhì)手冊[M].北京：地質(zhì)出版社，1978.

〔編輯：張思楠〕