水化学特征法在矿区水文地质勘探中的应用

李金铭　黄伟强

摘要：矿区水文地质勘探是一项十分重要的工作，其对于预防与治理矿井水害有着十分重要的作用。其中水化学特征法是一项矿区水文地质勘探的重要方法，并且通过现场测试与送样分析来确定含水层中的水化学成分，能够对矿井下不同含水层地下水的化学特征进行分析。文章主要针对水化学特征法在矿区水文地质勘探中的应用进行研究。

关键词：水化学特征法；矿区水文地质；地质勘探

引言

水资源是人类赖以生存的重要自然资源，地下水化学特征主要受到补给水源、排水系统、大气环境、土壤性质以及人类活动等各个因素的综合影响，从而展现出时间与空间异质性的特点。地下水在岩石圈运动的过程中与岩石持续的发生化学反应，并且在参与大气圈与生物圈水循环的过程中化学成分也跟随者发生变化。伴随着人类活动在地球系统的进一步深入发展，人类活动也开始对地下水产生直接的影响。

1.水化学特征法

水化学特征法就是利用先进的研究方式，融合水化学分析法，对矿区地下水的化学特征与影响因子进行有效分析的方式。其能够对地下水空间和时间动态变化特征与水文环境进行研究。水化学特征法对于矿区水文地质勘探能够进行数据量化评估，对于防治矿井水害有着十分重要的作用。

2.水化学特征法在矿区水文地质勘探中的应用

2.1水化学特征现场观测

地下水的物理性质与化学成分之间的存在着十分紧密的关系，并且其在某种程度上直接反映地下水的化学成分与形成环境。所以，在矿区水文地质勘探对地下水的化学成分进行研究时，需要首先了解地下水的物理性质，对地下水进行水温监测。自然界中众多的化学变化都在一定温度才能够进行的，温度对水体中的化学元素以及其浓度都存在于一定的影响[1]。其次，电导率监测。电导率是地下水传送电流的能力，其不单单可以反映水中离子的强度，还能够反映总离子组成以及溶解态无机物的构成。再次，水中溶解氧。水中溶解氧的浓度能够直接体现生态环境的情况。最后，对水质的PH值进行监测。地下水的酸碱度主要受到地下水中H+浓度的影响，其是影响化学元素迁移的主要因素。

2.2水化学特征实验分析

对水中的矿化度进行实验分析。矿化度是水中化学组分含量的总称，不同矿化度代表着不同区域地下水的性质[2]。例如，矿化度检测结果0-1000g/L为淡水，矿化度>100000g/L的水为卤水。对水中的化学成分进行分析。化学成分主要是对地下水阴阳离子浓度进行研究。阴阳离子不但可以直接反映水体的化学成分，同时还可以展现不同水文地质单元对研究水体的影响。

2.3案例分析

2.3.1某区域水文地质条件

某区域煤田为二叠系山西组（上组煤）与石炭系太原组（下组煤），其中各含水层都对下组煤开采都存在相应的影响。其中，下组煤开采严重受到地下水安全威胁。某区域的含水层主要包括奥灰含水层、煤系砂岩含水层、四灰含水层。该区域的地质构造主要为断裂，断裂构造同时也是对该区域水文地质条件造成直接影响的重要原因[3]。

2.3.2区域内地下水化学特征

（1）奥灰水

该研究区域奥灰水是典型的前循环岩溶水，水中的二氧化碳质量浓度较大，在8-12mg/L的范围内，酸碱度为72-81；二氧化硅的质量浓度在8-12mg/L的范围内。在该矿区中奥灰地下水由于径流环境较为合适，补给充足，位于氧化带的地化环境，因此水中的NH+4质量浓度较低，均在005mg/L以下。NO-3质量浓度较高，主要是由最近的环境污染问题所导致，并且逐年呈现上升趋势，其范围在02-14mg/L[4]。

（2）煤系砂岩含水层地下水

该研究区域的煤系砂岩含水层地下水补给来源十分微弱，含水性较弱。其中砂岩水的水化学类型为HCO3（Cl）-Na型，其最具代表的特点就是Na+、HCO-3质量浓度以及酸碱值较高，其浓度分别为180-397mg/L范围内，308-534mg/L以及83-910mg/L。

（3）四灰水

四灰含水层为8层煤直接顶板，平均厚度为47m。在该区域的西部三矿处由于没有经过人为干扰，四灰水的原始水化学类型类型主要为HCO3（CO3）-Na型。而在该区域的南部，由于受到奥灰水的影响明显，四灰水的化学类型已经转变为HCO3-Ca-Mg型。由于灰岩岩溶发育的不一致性，因此部分地区的四灰水没有受到十分严重的影响，仍然始终保持为HCO3（CO3）-Na型[5]。而其他地段的四灰水的水化学类型则处于显著的变化当中。

3.结束语

对矿区含水层中水化学特征进行分析是进行水文地质勘测的重要方式之一，其在文章所研究的某矿区勘探过程中获得了可喜的成果，并且给深入调查下组煤水文地质条件打下了坚实的基础。然而水化学特征分析同时也存在一定的缺陷，仅仅能够用于目标含水层，水化学特征之间存在明显不同的水文地质勘探中，如果要勘探含水层之间补给通道的类型与位置还需要其他水文地质勘探手段加以辅助。

参考文献：

[1]段磊，王文科，曹玉清.天山北麓中段地下水水化学特征及其形成作用[J].干旱区资源与环境，2007，（09）：29-34.

[2]周慧芳，谭红兵，张西营.江苏南通地下水补给源、水化学特征及形成機理[J].地球化学，2011，（06）：566-576.

[3]高业新，王贵玲，刘花台.石羊河流域的水化学特征及其地表水与地下水的相互转化[J].干旱区资源与环境，2006，（06）：84-88.

[4]郑晨，吴基文，沈书豪.宿县矿区太原组上部灰岩水化学特征对岩溶发育的影响[J].煤炭技术，2014，（09）：86-88.

[5]曹海东.老虎台矿区水化学特征与顶板突水水源关系研究[J].煤矿安全，2015，（S1）：16-20.