同位素示蹤技術在潘北礦太原組灰巖水水化學特征中的應用

馬濟國 劉滿才 羅江發

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巖水、奧陶紀和寒武紀白云巖水。為了探討太原組石灰巖水與其它水體之間的水力聯系。采集潘北礦主要含水層水樣品25件，采用MAT 253同位素質譜儀測試樣品中氫氧同位素值，研究結果表明：（1）太原組石灰巖水主要表現為三種水質化學類型；（2）太原組石灰巖水的氫氧同位素含量差別較大；（3）太原組石灰巖水的主要補給源為地表水體和深部古水。

關鍵詞：同位素示蹤 太原組灰巖水 潘北礦

中圖分類號：TD745 文獻標識碼：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的研究發展，該項技術在水文地質的研究工作中也得到了較為廣泛的應用，同位素的特殊性質使得它在現代水文地質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，研究區內太原組中各層石灰巖間有不同程度的水力聯系，而且與奧陶系灰巖、第四系下部砂礫層也有密切的水力聯系。查明太原組石灰巖水與其他水體間水力聯系的強弱是具有研究價值的。

1 研究區概況

潘北煤礦位于淮南市西北，距淮南市（洞山）30 km。地理坐標為東經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、太原組石灰巖巖溶裂隙水、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

從井田內長觀孔、井下放水孔及出水點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。運用MAT 253同位素比率質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法，氧同位素測定采用氧—二氧化碳平衡法，測定結果以相對于標準平均大洋水（SMOW）標準的千分差表示，氫、氧同位素測定精度分別為±0.2‰和±0.1‰。

3 結果與討論

根據研究區礦井水文地質報告，結合本次樣品水常規分析，得出區內太原組石灰巖水的水質類型主要表現為：Ca—Na—HCO3型、Na—SO4型和Na—Cl型共三種類型。根據大氣降水方程，在δD～δ18O關系圖中用來表示降水的δD 和δ18O關系變化的直線，稱為降水線。除全球降水線外，不同地區都有反映各自降水規律的降水線。前人研究表明[2-3]，淮南地區的大氣降水線由于降水受到強烈的蒸發作用導致其明顯的偏離全國大氣降水線。

本次研究表明，該區降水中δD～δ18O值之間呈明顯的線性關系，從而得到研究區太灰水的關系方程為：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給源補給導致。結合前人研究成果，本區氫氧同位素組成表明太原組灰巖水可能有地表水與大氣降水的補給源，以及深部含水層的補給源，并且局部地區可能出現了補給源的混合。

4 結論

該項目在淮南礦業集團科技創新項目資助的基礎上，查明潘北井田太原組石灰巖水共出現三種水質類型（Ca—Na—HCO3、Na—SO4和Na—Cl型）。大氣降水是區內地下水的主要補給源，太原組石灰巖水的氫氧同位素含量分布范圍較大，這表明太原組灰巖水可能有地表水與大氣降水的補給源，以及深部含水層的補給源，并且局部地區可能出現了補給源的混合。

參考文獻

[1] 尚海敏，李國敏，于進慶.環境同位素技術在地下水研究中的應用[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.同位素水文地質概論[M].北京：地質出版社，1991.