水化學特征法在礦區水文地質勘探中的應用

王 鑫，王 磊，劉 姣

（內蒙古自治區煤田地質局109勘探隊，內蒙古 呼倫貝爾 021000）

受到排水系統、水源、環境、地熱等多種因素的影響，不同區域的水質的化學特征是不同的，因此對水樣的化學特征進行分析就能反應出環境、地層間的差異。以下將對水化學特征分析的原理、方法以及實際應用展開探討。

1 水化學特征分析概述

水化學特征分析的原理。水化學特征分析是通過先進的研究方法，對礦區的地下水的影響因子、化學特征進行分析的方式，通過對礦區地下水的水質進行化驗以分析地質情況。其原理為礦區地下水的水化學特征受到礦區的水文地質條件的直接影響，也即水體所處的化學環境不同，水體能夠溶解的礦物質的量是存在差異的[1]。

2 水化學特征分析的方法

2.1 現場觀測

礦區地下水的化學成分能夠反映出礦區地下水所存在的環境特征。所以，采用勘查手段分析研究地下水的化學成分的時候，就需要先詳細了解地下水的物理性質。首先，檢測地下水的水溫?；瘜W反應需要在特定溫度下才能充分反應，溫度過高、過低都將對化學反應的程度產生影響，比如，水的溫度越高，水中的化學元素的溶解度就越高，因此，需要對水的溫度進行檢測。其次，檢測水的導電率。水中的離子將對水的導電率造成影響，水的導電率能充分反應出水中的溶解態無機物的構成以及總離子的組成，也能直觀的對水中的離子強度進行反應。再次，對水中的溶解氧進行測定，因為礦井地下水的溶解氧濃度能充分反應出地下水的所在生態環境的情況。最后，對水質的Ph進行檢測，因為地下含水層間的化學元素的轉移將會對水的酸堿度造成重要的影響，而地下水中的氫離子的濃度越高，水質的pH將越小，也即酸性越強。

2.2 實驗分析

對水中的礦化度進行實驗分析。礦化度是水中化學組分含量的總稱，不同礦化度代表著不同區域地下水的性質。例如，礦化度檢測結果0-1000g/L為淡水，礦化度＞100000g/L的水為鹵水。對水中的化學成分進行分析。通過實驗分析從礦井地下水中取得的水的礦化度。經礦化度實驗檢測發現樣品中的礦化度位0-1000mg/L，此時就稱之為淡水；當樣品中的礦化度在100000mg/L時，稱之為鹵水。分析水中的化學成分的含量，主要的分析是分析水中的陰陽性離子的總體含量，也即陰陽離子的濃度，對水中的陰陽離子的濃度進行檢測并分析，直接反應水中的化學成分的同時，也能揭示礦井地下水水體受到不同水溫地質單元的影響程度。

3 案例分析

3.1 某礦區水文地質條件

由以往區域含水層的水質資料得知，本溪組薄層灰巖與十（下）灰的原始水質類型為HCO3-Na型，奧灰的原始水質類型為SO4-CA（Mg）型或SO4-CA·Mg型。開采下組煤過程中，上述各含水層均對開采過程造成影響。

圖1 樣本水質成分分布

3.2 水化學特征分析

從井田的不同含水層收集到該井田的水質資料共46份，其中奧灰水樣34個，十三灰水樣11個，十（下）灰水樣1個。在菱形圖上將各樣本中的陰陽離子的摩爾濃度百分比投影處來，樣點投影下的菱形區域分布的不同將直觀地反映出含水層中水化學類型的差異。見圖1。

3.3 十（下） 灰水樣分析

水樣中的Na+的濃度為380.16mg/L，HCO3-濃度為919.46mg/L，礦化度為1396.47mg/L，水質類型為HCO3-Na型，與資料相符。

3.4 奧灰水樣分析

圖1中可見，奧灰含水層中的水樣落點區域極為集中，均分布于底部，水質類型為SO4-CA（Mg）型或SO4-CA·Mg型，與資料相符。水樣屬于中礦化度。陽離子多為Mg2+、Ca2+，前者的濃度為100mg/L左右，后者的濃度為312.86-616.43mg/L；陰離子多為SO42-,濃度為986.69-1866.94mg/L。

3.5 十三灰水樣分析

圖1中，十三灰水樣分布較為分散，右下部、中部呈現出零散分布，可見十三灰含水層的水力聯系差或者受到其他含水層的水力補給導致水質變化。

L13x-2孔與L13-1孔水樣中陰陽離子的濃度、水質類型均與資料相符。但是，L13x-1孔中水樣的水質類型為SO4·HCO3-Na型，02x-8孔中的水樣中陽離子濃度偏高，水質類型屬于SO4-HCO3-Na·Ca（Mg）型，提示02x-8孔與L13x-1孔地帶的十三灰含水層可能與奧灰含水層存在水力聯系，混合后形成此類水質。

3.6 含水層補給關系

十三灰含水層中部分水樣水質與標準十三灰水質存在差異，以L13x-1孔為放水孔開展放水實驗，通過對放水實驗過程中的水質變化分析徑流過程中的水化學結果，從而對含水層地下水的徑流、補給條件予以反應。取水樣7個，記錄水樣不同時間的陰陽離子的變化并繪圖，查看實驗過程中的水化學特征資料變化情況。

放水后L13x-1孔的Na+、HCO3-濃度遞增，SO42-、Ca2+、Mg2+的濃度下降后緩和。提示L13x-1孔地帶的奧灰含水層與十三灰含水層具有水力聯系，放水后十三灰含水層的補給狀態轉變為流動狀態，含水層同時接受十三灰含水層與奧灰含水層的補給。

放水實驗早期的Ca2+、Mg2+的濃度被增加的HCO-3消耗，導致濃度迅速降低；SO42-的濃度雖然也呈現出下降的趨勢，但是下降幅度沒有上述兩種離子的變化幅度大。當奧灰含水層與十三灰含水層的補給達到平衡時，混合水質的礦化度增加，離子的濃度也逐漸穩定。

綜上所述，通過水化學分析發現，L13x-1孔地帶的奧灰含水層與十三灰含水層之間存在補給關系。

4 結語

水化學特征分析運用于礦區的含水層分析能對礦區的水文地質進行有效的分析，文章研究中的礦區水文地質勘探過程中，采用水化學特征分析法取得了滿意的成果，從而為進一步調查水文地質條件提供了依據。

但需要注意的是，水化學特征分析僅負責對目標含水層的水文地質進行勘查，僅負責判斷含水層間的補給關系，但是關于補給通道的位置、類型等較為無力，需要結合其他勘查手段。