同位素示踪技术在潘北矿太原组灰岩水水化学特征中的应用

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　　摘 要：潘北矿深部煤层开采工作面突水水源主要来自第四系松散层水、煤层上覆顶板砂岩裂隙水和下伏底板太原组石灰岩水、奥陶纪和寒武纪白云岩水。为了探讨太原组石灰岩水与其它水体之间的水力联系。采集潘北矿主要含水层水样品25件，采用MAT 253同位素质谱仪测试样品中氢氧同位素值，研究结果表明：（1）太原组石灰岩水主要表现为三种水质化学类型；（2）太原组石灰岩水的氢氧同位素含量差别较大；（3）太原组石灰岩水的主要补给源为地表水体和深部古水。
　　关键词：同位素示踪 太原组灰岩水 潘北矿
　　中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：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
　　随着同位素示踪技术的研究发展，该项技术在水文地质的研究工作中也得到了较为广泛的应用，同位素的特殊性质使得它在现代水文地质研究过程中成为了不可替代的研究工具[1]。
　　以往的研究表明，研究区内太原组中各层石灰岩间有不同程度的水力联系，而且与奥陶系灰岩、第四系下部砂砾层也有密切的水力联系。查明太原组石灰岩水与其他水体间水力联系的强弱是具有研究价值的。
　　1 研究区概况
　　潘北煤矿位于淮南市西北，距淮南市（洞山）30 km。地理坐标为东经116°41′30″～116°52′30″，北纬32°50′00″～32°53′45″。本矿井为第四系厚覆盖层下的单斜构造，含水组有第四系松散层砂层孔隙水、二叠系煤系砂岩裂隙水、太原组石灰岩岩溶裂隙水、奥陶系和寒武系白云岩岩溶裂隙水五部份组成。
　　2 采样与测试
　　从井田内长观孔、井下放水孔及出水点处以共采集各类含水层水样品25件。具体采集方法是：水样使用酸洗过的塑料瓶采集，使用0.45 μm的过滤纸过滤，加超纯硝酸消解使样品pH<2，低温（<4 °C）保存直至测试。运用MAT 253同位素比率质谱仪测试水样品中氢氧同位素值。其中，氢同位素采用锌反应法，氧同位素测定采用氧―二氧化碳平衡法，测定结果以相对于标准平均大洋水（SMOW）标准的千分差表示，氢、氧同位素测定精度分别为±0.2‰和±0.1‰。
　　3 结果与讨论
　　根据研究区矿井水文地质报告，结合本次样品水常规分析，得出区内太原组石灰岩水的水质类型主要表现为：Ca―Na―HCO3型、Na―SO4型和Na―Cl型共三种类型。根据大气降水方程，在δD～δ18O关系图中用来表示降水的δD 和δ18O关系变化的直线，称为降水线。除全球降水线外，不同地区都有反映各自降水规律的降水线。前人研究表明[2-3]，淮南地区的大气降水线由于降水受到强烈的蒸发作用导致其明显的偏离全国大气降水线。
　　本次研究表明，该区降水中δD～δ18O值之间呈明显的线性关系，从而得到研究区太灰水的关系方程为：δD=6.9δ18O+3.8
　　（‰），R2=0.91。其中，δ18O值范围为-9.54‰～-5.01‰，δD值范围为-76.42‰～-34.11‰，这种较大的变化范围印证了该含水层可能有不同的补给源补给导致。结合前人研究成果，本区氢氧同位素组成表明太原组灰岩水可能有地表水与大气降水的补给源，以及深部含水层的补给源，并且局部地区可能出现了补给源的混合。
　　4 结论
　　该项目在淮南矿业集团科技创新项目资助的基础上，查明潘北井田太原组石灰岩水共出现三种水质类型（Ca―Na―HCO3、Na―SO4和Na―Cl型）。大气降水是区内地下水的主要补给源，太原组石灰岩水的氢氧同位素含量分布范围较大，这表明太原组灰岩水可能有地表水与大气降水的补给源，以及深部含水层的补给源，并且局部地区可能出现了补给源的混合。
　　参考文献
　　[1] 尚海敏，李国敏，于进庆.环境同位素技术在地下水研究中的应用[J].地下水， 2008（2）：18-20.
　　[2] Craig H.Isotopic Variations in Meteoric Waters[J].Science， 1961，133：1702-1703.
　　[3] 王恒纯.同位素水文地质概论[M].北京：地质出版社，1991.
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