水银洞金矿区茅口组岩溶水水化学特征及指示意义

羊文，冯娟，杨磊



水银洞金矿区茅口组岩溶水水化学特征及指示意义

羊文，冯娟，杨磊

（贵州省地质勘查开发局105地质大队，贵阳 550018）

贵州贞丰水银洞茅口组岩溶水水质分析表明，同属于茅口组岩溶含水层，由于其空间分布的不同，其水化学场也存在较大差异，这与地质构造、地下水的赋存及埋藏条件、地下水的补给、径流、排泄条件等因素的不同有关，由此可作为划分的地下水系统的依据。即使空间分布相同的同一岩溶水系统，随着时间的差异，水化学特征也会发生变化。矿山开采过程中对埋藏型岩溶水水质有较大影响，水化学演化受控于采矿活动及地质构造背景。

岩溶水；水化学特征;指示；水银洞

地下水系统除补、径、排方式外，水化学特征也是其重要依据。一般来讲，“赋存于含水层中的地下水，在其交替循环的过程中，不断与周围的岩石、土壤发生物理、化学和生物反应，其自身的物质组成也不断改变”[1]。通常，衡量和评价地下水，我们选择地下水中分布广、含量高的“八常量离子”，即阳离子Ca2+、Mg2+、Na+、K+，和阴离子HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-[47]。这些离子的相对含量和绝对含量的变化，在一定程度上决定了地下水物理及化学性质的变化[2,3]。茅口组岩溶水系统一般较复杂，特别是埋藏型岩溶水矿区，具有溶蚀孔隙、裂隙与管道流并存，富集与贫乏并存，连通水体与静储水体并存等特点。通过对岩溶水化学特征的研究，可揭示区内茅口组岩溶水的成因、补给、径流、排泄等信息，查明其相关关系，对矿井深部抽排水、地下水污染与防治及深部岩溶水资源的综合利用具有重要意义[4]。

1 研究区与实验

1.1 研究区概况

贞丰县矿产资源丰富，查明金资源量超过400t，素有“中国金州”之称。水银洞金矿作为最大的金矿产区，累计查明金资源量260.45t，赋存于构造蚀变体（SBT）中的Ⅰa矿体查明金资源量高达69t[5]。随着开采深度的增加，Ⅰa矿体的开采由于茅口组底板突水成为矿山金资源有效利用及安全生产非常棘手而又亟待解决的问题。本次研究区主要为贞丰县水银洞金矿区，为系统分析研究埋藏型岩溶水化学特征，选取了矿区西侧40km以外的碧痕营-安谷（晴隆县）一带茅口组出露区，矿区东侧13km百层一带茅口组岩溶水排泄区，进行对比研究。

图1 水系采样分布示意图

1.2 样品采集与测试

2009年至2016年，在研究区内巷道、钻孔，研究区西侧40km茅口组出露区（碧痕营），研究区东侧13km茅口组岩溶水排泄点（北盘江）共采集水样16件（图1）。所有水样现场测定水温、pH值等，经过0.45μm滤膜过滤后，盛于高密度聚乙烯瓶中，24小时内送于贵州省地矿局中心实验室完成测试分析。

2 结果与特征

该区域茅口组岩溶水水质一般，淡-微咸、弱碱性、硬-高硬水。应用舒卡列夫分类法，分析测试结果见表1、表2，图2。

2.1 出露区茅口组岩溶水（碧痕营）

表1 水化学常量离子测试结果（mg/L）

表2 水化学微量元素测试结果统计表(mg/L)

出露区茅口组管道岩溶水中化学成分绝对含量明显低于研究区内茅口组岩溶水。以高Ca2+，高SO42-，低Mg2+为主要特征。TDS含量较低，介于278~393mg/L之间，属淡水；pH值介于7.5~8.1之间，属中—弱碱性水；总硬度介于181~428mg/L之间，属硬水。该范围内阳离子中Ca2+含量最高，介于54.17~124.69mg/L之间；Mg2+含量次之，为11.16~28.53mg/L之间。阴离子中SO42-含量最高，介于150~540mg/L之间，HCO3-含量次之，介于11.99~68.92mg/L之间；不含Cl-。水质类型为SO42-·HCO3-- Ca2+·Mg2+型水。

2.2 研究区茅口组岩溶水

研究区茅口组岩溶水中化学成分绝对含量明显增加。相对于西部出露区，研究区内茅口组岩溶水的阳离子中，Ca2+含量增加了1.9倍，达到了172.3mg/L的平均值；Mg2+含量增加了1.2倍，达到了34.93mg/L的平均值；Na+含量增加了3.12倍，达到了23.34mg/L的平均值；K+含量基本不变。阴离子中HCO3-的相对含量和绝对含量均大幅度增加，绝对含量增加了8.4倍，达到了362.19mg/L的平均值，而相对含量由16%上升到39%；SO42-的绝对含量增加了1.2倍，达到了321.62mg/L的平均值，而相对含量缺呈下降趋势，由64%下降到35%；不含Cl-；TDS含量增加了2.72倍，达到了930.02mg/L的平均值，属微咸水；pH值变化不大，介于7.47~7.92之间，属弱碱性水；总硬度上升了1.1倍，平均值为504.16mg/L，达到极硬水。水质类型为HCO3-·SO42--Ca2+（Mg2+）型水。

2.3 研究区东侧茅口组岩溶水

东侧北盘江茅口组岩溶水的化学成分发生了明显变化，相对于研究区，本区域内茅口组岩溶水阳离子中的Ca2+的绝对含量减少了8.4倍，为20.43mg/L；Mg2+含量较稳定，为26.65mg/L；阴离子中HCO3-的绝对含量减少了2.67倍，为135.59mg/L；SO42-的绝对含量减少了6倍，为54mg/L；TDS含量下降，减少了3.56倍，为261.43mg/L，属淡水；pH值变化不大，为9.1间，属弱碱性水；总硬度下降了3.13倍，为160.7mg/L，属中硬水。舒卡列夫分类为HCO3-·SO42--Mg2+·Ca2+型水。

3 特征分析与指示

同属于茅口组岩溶含水层，由于其空间分布的不同，其水化学场也存在较大差异，这与地质构造、地下水的赋存及埋藏条件、地下水的补给、径流、排泄条件等因素的不同有关，这表明其分属不同的岩溶水系统。即使空间分布相同的同一岩溶水系统，随着时间的差异，水化学特征也会发生变化。

3.1 研究区内时间尺度下水化学特征分析

研究区内茅口组岩溶水共采集了11件样，时间上从2009年至2016年。其中1097m巷道同一出水点在3个时间点采集了3次样品。由表4.4、4.5可以看出，研究区内茅口组岩溶水的水化学类型虽未发生改变，均属HCO3-·SO42--Ca2+（Mg2+）型水，但是水质化学组分、微量元素等均发生了一定的变化。

图2 水样三线图

2009年研究区首次揭露到茅口组岩溶水，其水化学特征可代表研究区内茅口组岩溶的背景值。从常量元素分析，高Ca2+、低Mg2+，HCO3-、SO42-相当的特点，较好的反应出研究区深埋型岩溶水的特点。而大量SO42-的来源极有可能与富水带结构及成矿作用有关。由前述富水带分析可知，研究区内茅口组岩溶水主要富集于茅口组与上覆构造蚀变体（SBT）接触面形成的岩溶裂隙及管道中，而这些通道也是含矿热液入侵的主要通道。黄铁矿化不仅是区内重要的找矿标志，也是研究区内茅口组岩溶水中SO42-含量较大的重要原因。而微量元素中砷的含量也达到0.105mg/L,这也与成矿作用相关。

随着研究区对茅口组岩溶水的不断抽排，以及沿背斜轴向东不断开展的勘探工作，原始的岩溶水被不断揭露，其水化学性质也发生了一定变化。从同一地点不同时间的测试结果来看，Ca2+的绝对含量明显上升，其结果与研究区内同期其他测试结果相当，为174mg/L；Mg2+含量基本不变；而Na+的含量明显增加，达到了22.81mg/L；HCO3-、SO42-的绝对含量均有所上升；微量元素中砷的含量也明显增加，达到0.356mg/L。

由这一系列变化分析可知，研究区内茅口组岩溶水原始状态相对封闭、静止，其水化学特征受赋存空间热液蚀变程度影响。人为排水活动引发了静止水体的径流，导致水化学结构更均匀；大量钻孔施工及竖井揭露，人为对区内岩溶水进行了一定的补给，Na+的大量加入有力的证实了这一点。

3.2 空间尺度对比分析

地下水水化学类型与地质构造、地下水赋存条件及地下水与外界的交换作用等密切相关。对比研究区与西部晴隆一带茅口组出露区、及东部北盘江一带白层岩溶排泄点分析。依据舒卡列夫分类，晴隆碧痕营一带茅口组岩溶水类型为SO42-·HCO3-—Ca2+·Mg2+型、研究区茅口组岩溶水为HCO3-·SO42-—Ca2+（Mg2+）型、百层一带茅口组岩溶水为HCO3-·SO42-—Mg2+·Ca2+型，其水质类型均不同。

TDS、总硬度：研究区茅口组岩溶水的TDS、总硬度远远高于晴隆碧痕营及北盘江白层。一般来讲地下水中TDS和总硬度的含量与距补给区的距离成正比，距离约远TDS和总硬度的含量越高。地下水硬度直接反应了水中Ca2+、Mg2+的绝对含量，这表明研究区内茅口组岩溶水具有超远补给的特点，并充分继承了赋存空间围岩的化学成分。而Mg2+含量的增加则说明了研究区茅口组岩溶水的相对独立。晴隆碧痕营的茅口组岩溶水径流条件虽好，但大气降水与地表水的参与混合才是该区总硬度的主控因素。北盘江白层区域从空间结构看，更加远离补给区，但总硬度却相对最低，表明白层一带茅口组岩溶水径流时间更短，越流的补给占有重要作用，同时也表明白层茅口组岩溶水与研究区茅口组岩溶水分属两个地下水系统。

常量离子：“地下水中常量组分浓度的变化，能较好的反应出地下水中物质组分总体的分布特征和变化趋势”[6]。对比三个不同区域的茅口组岩溶水可知：研究区茅口组岩溶水的各项常量均明显高于另外两区域，说明研究区内茅口组岩溶水补给距离大、运移及埋藏时间长。而白层区域常量离子浓度最低，分析是可能与整个北盘江补给有关，受断层构造控制，茅口组仅在白层一带出露，因此其地下水的补给方式极有可能为沿断裂带的越流补给。晴隆区及研究区SO42-含量较高则是不同原因导致，晴隆区域属开放型岩溶地下水系统，受区域内人为活动影响较大，该区域存在大量煤矿山，整个区域地表水均受不同程度的矿坑排水影响。研究区内SO42-含量高，则与其本身赋存空间状态相关，构造蚀变体（SBT）及上覆龙潭组地层岩石结构组分上均含大量黄铁矿。

微量元素：地下水中微量元素的含量对评价地下水水质、研究地下水成因起着至关重要的作用[7]。对比分析三个区域内茅口组岩溶水中微量元素的含量，可以更加系统的评价研究区内茅口组岩溶水化学特征（表2）。研究区内地下水中，砷、氟化物、锶含量较高，这与研究区内茅口组岩溶水的赋存及区内构造运动紧密相关，区内茅口组岩溶水的赋存围岩矿物组分中，含有大量的雄雌黄、萤石，这些矿物则来源于金矿成矿活动。

4 结论

研究区茅口组岩溶水具有高TDS、高硬度、高SO42-，高砷、氟化物、锶等特征。对比区茅口组岩溶水TDS、硬度、砷、氟化物含量均较低。研究区茅口组岩溶水水质类型为HCO3-·SO42--Ca2+（Mg2+）型，对比区晴隆碧痕营茅口组岩溶水类型水质为SO42-·HCO3--Ca2+·Mg2+型，百层一带茅口组岩溶水为HCO3-·SO42--Mg2+·Ca2+型。SO42-主要来源于上部二叠系龙潭组煤系地层，矿山开采过程中对埋藏型岩溶水水质有较大影响，水化学演化受控于采矿活动及地质构造背景。研究区水银洞金矿埋藏型岩溶水与对比区茅口组岩溶水分属不同的地下水系统。是深循环、长时间、复杂的地质围岩以及多期地质活动等背景条件下综合作用形成的，相对封闭独立的地下水系统。

[1] 李学礼. 水文地球化学[M]. 北京: 原子能出版社, 1988.

[2] 潘乃礼. 水文地质常用数理统计方法[M]. 北京: 院子能出版社, 1989.

[3] 胡德勇，陶小郎，崔云祥，等. 峨眉山玄武岩地区优质泉水分布规律研究[J], 四川地质学报，2017（4）.

[4] 陈萍.贵州西部茅口组古岩溶带供水意义[J].中国岩溶.2015.34（4）:382-386.

[5] 刘莉. 济南泉域岩溶水水化学特征及其指示作用研究[D]. 山东.济南大学，2010.

[6] 蒋方媛, 韩绘芳, 等. 地下水微量元素与同位素特征对海水入侵和地下水起源的指示意义[J]. 东华理工大学学报.2009.03.

[7] 刘建中.贵州水银洞金矿床矿石特征及金的赋存状态[J].贵州地质.2003.20（1）:30-34.

Hydrohemical Characteristics and Their Indicative Significance of Karst Water in the Maokou Formation in the Shuiyindong Gold Mine, Zhenfeng, Guizhou

YANG Wen FENG Juan YANG Lei

(No. 105 Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources, Guiyang 550018)

Water quality analyses of karst water in the Maokou Formation in the Shuiyindong gold mine, Zhenfeng, Guizhou indicates indicate that water quality varies from place to place due to difference in geological structure, occurrence and recharge and discharge conditions of karst water and so on. The mining activities have a great influence on the water quality of buried karst water, and the evolution of hydrochemistry is controlled by mining activities and geological tectonic setting. Therefore, the water quality analyses may be used as the basis for the division of groundwater system.

Shuiyindong; Makou Formation; karst water; hydrochemical characteristic; indication

2017-03-06

羊文（1986-），男，四川绵阳人，水文地质工程师，长期从事矿区水工环地质工作

P541.4

A

1006-0995（2018）02-0317-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.02.029