淮南矿区地下水水化学组成的成因分析

胡生强（成都理工大学环境与土木工程学院，四川 成都 610059）

淮南矿区位于安徽省北部的淮河两岸。其区域地质构造位置属于华北板块南缘，东边为郯庐断裂带，西接阜阳断层，北为蚌埠隆起，南是老人仓-寿县断层与合肥坳陷相邻。煤田构造形式为近东西向的对冲构造盆地，南北两端为推覆构造组成的叠瓦扇，盆地内部为较简单的复向斜构造。煤田内自北向南的次一级褶曲有唐集-朱集背斜，尚塘-耿村集向斜，陈桥-潘集背斜，谢桥-古沟向斜，陆塘背斜等。各褶皱轴向北西西，一般向东倾伏，倾伏角3°～5°。南北边缘发育走向逆冲断层，如北部边缘的上窑-明龙山逆冲断层，南部的舜耕山逆冲断层和阜凤逆冲断层等;内部发育北北东向正断层。

1 水化学组成成因

本区地下水主要为溶滤水，是富含有CO2与O2的大气降雨渗入成因的地下水，溶滤所经过的岩土而得到其主要的化学成分。石灰岩、白云岩分布区的地下水，HCO3-、Ca2+、Mg2+为其主要成分。含有石膏的沉积范围内，水中的SO42-和Ca2+均较多。酸性岩浆岩所在地区的地下水，大都是HCO3-Na型水。基性岩浆岩地区，地下水中富含Mg2+。煤系地层分布区域与金属矿床分布区域多易形成硫酸盐水。砂岩中长石的溶滤是地下水中钾、钠离子和PH值增高的主要原因。

在灰岩裂隙中运动的地下水，其中侵蚀性CO2会使石灰岩的主要成分CaCO3、MgCO3被溶蚀，使得水中出现较多的Ca2+、Mg2+和HCO3-离子含量，产生一定的碳酸盐硬度。而灰岩中硬石膏的溶滤是地下水中SO42-含量增高的主要因素。

1.1 溶滤作用的影响

淮河流域地处我国南北气候过度地带，属于暖温带半湿润季风气候区，本区属寒温带湿润气候，正常年累计降雨量为744.2～1102.2mm，年平均蒸发量为1613.2mm，降雨量实际小于年均蒸发量。在地质构造上新集矿区所处的淮南煤田四面因为受到断层影响，大致形成了东南西北四面均为控水断层的隔水边界，这些煤田边界断层基本控制了煤田整体的地下水补给、迳流、排泄条件，使其成为一个封闭～半封闭的网格状水文地质单元。地下水径流与交替强度差，溶滤作用较弱，地下水中的初级可溶氯盐含量高，形成大多以Cl-Na为主要水型的中、高矿化度地下水；而松散层一含、二含径流条件好，水质类型为HCO3-Ca·Na·(Mg)型，矿化度小于1000mg/L，而三含、四含局部水力交替条件差，矿化度大于1000mg/L，水质类型Cl-Na型；随着溶滤作用的持续进行，氯离子不断被地下水携带走而贫化，地下水质逐渐会向HCO3-Na型水过渡。

1.2 浓缩作用的影响

岩土中的某些成分因为溶滤作用溶入水中，这些溶解物质又被地下水带到排泄区。在干旱和半干旱地区的平原及盆地的低洼处，地下水的水位一般埋藏不深，地下水的主要排泄方式为蒸发作用。蒸发只排走水分，地下水中仍保留有盐分，随着时间推移，地下水溶液会逐渐浓缩，矿化度逐渐增大。与此同时，随着浓度增加，溶解度较小的盐类在水中达到饱和而相继析出，易容盐类的离子逐渐成为主要成分[1]。蒸发作用影响的结果溶解度小的钙、镁的重碳酸盐部分被析出，主要成分逐渐变为Cl-及Na+。如本区地表水中二矿吴楼湾塌陷区塌陷区水样，Na+含量为 334.55mg/L，Cl-含量为381.07 mg/L，这些离子的含量均较高，且水质类型为Cl·HCO3-Na型，随着蒸发作用的加强，水质类型最终会演变为Cl-Na

1.3 脱硫酸作用的影响[2]

还原环境中，当存在有机质时，SO42-会因为脱硫酸细菌被还原为H2S，结果使得地下水中SO42-减少，pH值变大。较为封闭的水储环境是脱硫酸作用的有利环境，其特征可以表现为，SO42-含量较低且出现H2S。

1.4 阳离子交替吸附作用的影响

岩土颗粒表面带有负电荷，能够吸附阳离子。一定条件下，颗粒将吸附地下水中某些阳离子，而将其原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，这便是阳离子交替吸附作用[3]。不同的阳离子吸附于岩土表面的能力不同，按吸附能力排序为：H+＞Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+。离子的价态越高，离子的半径越大，水化离子的半径越小，那么它的吸附能力越强。当含有Ca2+的地下水，进入以吸附Na+为主的岩土时，水中的Ca2+便置换成为岩土吸附的那一部分Na+，造成地下水中Na+升高反而Ca2+降低。从以上分析中我们可以看出，由于阳离子交替吸附作用，水中Ca2+、Mg2+置换出岩土所吸附的Na+，使得Ca2+、Mg2+含量减少，Na+含量增加。这也是本区Cl-Na型水形成原因之一。

1.5 人类活动作用的影响

采煤活动的影响，改变了矿区地下水的天然流场，使原本径流交替滞缓的煤系地层砂岩裂隙类水涌入采空区，形成了新的排泄区，增加地下水的排泄途径，使处于“封闭”、“半封闭”的煤系含水层交替条件加强，松散层水有可能通过隔水层缺失的天窗区域进行补给，如水样编号为7的新集一矿西三-580皮带石门煤系地层上覆推覆体寒灰水，水质类型为HCO3·Cl·(SO4)-Na，水样编号为10的三矿-340m西四石门3煤顶板6#孔水为3煤顶板太灰和砂岩裂隙水的混合水，水质类型为HCO3·Cl-Na·Ca。

[1]安乐生;赵全升;叶思源;刘贯群;丁喜桂;;黄河三角洲浅层地下水化学特征及形成作用[J];环境科学;2012年02期.

[2]段玉成，黑磊，解光新;环境同位素在邢台煤矿放水试验中的应用[J];煤田地质与勘探;1994年01期.

[3]王锦;黄河三角洲湿地地质环境与植被分布模式的关系研究[D];中国地质大学（北京）;2009年.