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新建的一處排泥庫，庫區建設以該企業停止開采的某礦區洼地為基礎，受地形因素影響，所建成庫區基本形態近似“U”形，與該企業的2處采礦場以及礦山下村鎮均有道路連通。庫區基本地形地勢特征為：巖溶山峰環繞下的平坦洼地，并被溶巖地質構造自然分割成2部分。整個排泥庫庫區總容量超過8×107m3，匯水面積達3km2，庫底堆積標高達400m。對庫區地質環境進行分析，發現庫區地質構造以復雜巖溶地貌為主，同時水文特征也較為復雜。

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。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，且應用成本較低。以此為依據，結合試驗要求和以往經驗，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當進行科學判定，投放量過小，可能導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，對人體安全造成威脅。因而，應當結合檢測儀器靈敏度、國家飲用水安全標準，以及庫區地下水量、測試目標距離及相關勘探資料，綜合確定最佳投放量。本次試驗中經綜合分析與計算，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庫區內部條件，以及試驗設計的具體要求來進行，在本次實驗中，通過綜合判斷，確定以排泥庫庫區內北部一處落水洞作為試劑投放點，記錄編號為T1，投放點標高為335.12m，從洞中可見到地下水。

接收點的確定相對較為復雜，需要根據地質勘探及區域地下水環境整體分析，盡可能保證接收點選擇的準確性，以此確保試驗效果。試驗中經綜合分析，并利用礦山企業基礎條件，選擇場區內原有的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人員按照技術規范及試驗要求完成，取樣后及時貼好標簽并遮光保存，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鍵環節，這一環節中分析方法運用的合理性是非常重要的。經過綜合對比，本試驗中最終確定的分析方法為比色法。為保證分析數據的可靠性，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，并根據相關試驗規定，復檢了20%樣品，以避免檢測結果誤差及失真。

檢測分析中還需要確定異常值的數據標準，結合分析方法特點及本底數據，確定去除本底后鉬含量超過1×10-8時為異常值，并根據監測數據，繪制時濃關系曲線，最終計算試驗檢測區域地下水流速及流向[3]。

3 試驗結果

經過試驗中的連續10d的定時取樣，及樣品分析檢測的數據，繪制時濃關系曲線圖（接收點S7）見圖1：

圖1 T1-S7 2h時濃關系曲線圖

結合對所繪制時濃關系曲線圖的分析，以及流速、流向計算的結果，得出作為試驗案例的新建排泥庫庫區內外地下水水力聯系十分密切。進一步對地下水流形態特征進行分析，發現試驗庫區地下水呈現巖溶水管道流與擴散流共存的復雜特征。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區間，通過對鉬離子反應出現時間的記錄及結合實際流經距離的計算，測出該區間地下水流平均速度達到1 853.3m/h，該接收點取樣檢測結果中顯示的最高試劑濃度值超過3×10-6。所繪制時濃關系曲線圖表現出明顯的多峰特點，據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擴散流。見于投放點至接收點S4、S5、S12和S20幾個區間段，其中最早檢測到鉬離子反應的接收點為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的接收點為S5，取樣檢測結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，樣品檢測結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：慢流速地下巖溶水擴散流。此類特征在投放點T1至16個接收點相應區間段均可見。檢測試劑最高濃度值在5×10-7～1.70×10-6范圍內，計算得出最大流速值為47.9m/h。16個接收點在庫區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，因而，可以判斷庫區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系。

本文列出了最大濃度檢測結果大于1×10-6的示蹤劑檢測結果，如表1所示。

表1 部分接收點鉬酸銨示蹤劑出現情況表

4 結語

本次試驗經過前期較完善的設計和準備，試驗基本取得了滿意的結果，通過對試驗所獲得數據的分析，基本了解了作為試驗案例的排泥庫庫區內外地下水水力聯系及水流形態的特征，為排泥庫建設使用對地下水環境的影響評價提供了較為可靠的參考依據。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前的環境影響分析評價提供技術支持。此外，還能夠為多元示蹤試驗在其他地質勘探活動中的作用發揮提供經驗借鑒。最后，希望能夠通過本文對多元示蹤試驗實踐應用的介紹，促進該試驗應用研究，并在一定程度上推動當代地質勘探技術的發展。