水化学特征法在矿区水文地质勘探中的应用

王 鑫，王 磊，刘 姣

（内蒙古自治区煤田地质局109勘探队，内蒙古 呼伦贝尔 021000）

受到排水系统、水源、环境、地热等多种因素的影响，不同区域的水质的化学特征是不同的，因此对水样的化学特征进行分析就能反应出环境、地层间的差异。以下将对水化学特征分析的原理、方法以及实际应用展开探讨。

1 水化学特征分析概述

水化学特征分析的原理。水化学特征分析是通过先进的研究方法，对矿区的地下水的影响因子、化学特征进行分析的方式，通过对矿区地下水的水质进行化验以分析地质情况。其原理为矿区地下水的水化学特征受到矿区的水文地质条件的直接影响，也即水体所处的化学环境不同，水体能够溶解的矿物质的量是存在差异的[1]。

2 水化学特征分析的方法

2.1 现场观测

矿区地下水的化学成分能够反映出矿区地下水所存在的环境特征。所以，采用勘查手段分析研究地下水的化学成分的时候，就需要先详细了解地下水的物理性质。首先，检测地下水的水温。化学反应需要在特定温度下才能充分反应，温度过高、过低都将对化学反应的程度产生影响，比如，水的温度越高，水中的化学元素的溶解度就越高，因此，需要对水的温度进行检测。其次，检测水的导电率。水中的离子将对水的导电率造成影响，水的导电率能充分反应出水中的溶解态无机物的构成以及总离子的组成，也能直观的对水中的离子强度进行反应。再次，对水中的溶解氧进行测定，因为矿井地下水的溶解氧浓度能充分反应出地下水的所在生态环境的情况。最后，对水质的Ph进行检测，因为地下含水层间的化学元素的转移将会对水的酸碱度造成重要的影响，而地下水中的氢离子的浓度越高，水质的pH将越小，也即酸性越强。

2.2 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。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。通过实验分析从矿井地下水中取得的水的矿化度。经矿化度实验检测发现样品中的矿化度位0-1000mg/L，此时就称之为淡水；当样品中的矿化度在100000mg/L时，称之为卤水。分析水中的化学成分的含量，主要的分析是分析水中的阴阳性离子的总体含量，也即阴阳离子的浓度，对水中的阴阳离子的浓度进行检测并分析，直接反应水中的化学成分的同时，也能揭示矿井地下水水体受到不同水温地质单元的影响程度。

3 案例分析

3.1 某矿区水文地质条件

由以往区域含水层的水质资料得知，本溪组薄层灰岩与十（下）灰的原始水质类型为HCO3-Na型，奥灰的原始水质类型为SO4-CA（Mg）型或SO4-CA·Mg型。开采下组煤过程中，上述各含水层均对开采过程造成影响。

图1 样本水质成分分布

3.2 水化学特征分析

从井田的不同含水层收集到该井田的水质资料共46份，其中奥灰水样34个，十三灰水样11个，十（下）灰水样1个。在菱形图上将各样本中的阴阳离子的摩尔浓度百分比投影处来，样点投影下的菱形区域分布的不同将直观地反映出含水层中水化学类型的差异。见图1。

3.3 十（下） 灰水样分析

水样中的Na+的浓度为380.16mg/L，HCO3-浓度为919.46mg/L，矿化度为1396.47mg/L，水质类型为HCO3-Na型，与资料相符。

3.4 奥灰水样分析

图1中可见，奥灰含水层中的水样落点区域极为集中，均分布于底部，水质类型为SO4-CA（Mg）型或SO4-CA·Mg型，与资料相符。水样属于中矿化度。阳离子多为Mg2+、Ca2+，前者的浓度为100mg/L左右，后者的浓度为312.86-616.43mg/L；阴离子多为SO42-,浓度为986.69-1866.94mg/L。

3.5 十三灰水样分析

图1中，十三灰水样分布较为分散，右下部、中部呈现出零散分布，可见十三灰含水层的水力联系差或者受到其他含水层的水力补给导致水质变化。

L13x-2孔与L13-1孔水样中阴阳离子的浓度、水质类型均与资料相符。但是，L13x-1孔中水样的水质类型为SO4·HCO3-Na型，02x-8孔中的水样中阳离子浓度偏高，水质类型属于SO4-HCO3-Na·Ca（Mg）型，提示02x-8孔与L13x-1孔地带的十三灰含水层可能与奥灰含水层存在水力联系，混合后形成此类水质。

3.6 含水层补给关系

十三灰含水层中部分水样水质与标准十三灰水质存在差异，以L13x-1孔为放水孔开展放水实验，通过对放水实验过程中的水质变化分析径流过程中的水化学结果，从而对含水层地下水的径流、补给条件予以反应。取水样7个，记录水样不同时间的阴阳离子的变化并绘图，查看实验过程中的水化学特征资料变化情况。

放水后L13x-1孔的Na+、HCO3-浓度递增，SO42-、Ca2+、Mg2+的浓度下降后缓和。提示L13x-1孔地带的奥灰含水层与十三灰含水层具有水力联系，放水后十三灰含水层的补给状态转变为流动状态，含水层同时接受十三灰含水层与奥灰含水层的补给。

放水实验早期的Ca2+、Mg2+的浓度被增加的HCO-3消耗，导致浓度迅速降低；SO42-的浓度虽然也呈现出下降的趋势，但是下降幅度没有上述两种离子的变化幅度大。当奥灰含水层与十三灰含水层的补给达到平衡时，混合水质的矿化度增加，离子的浓度也逐渐稳定。

综上所述，通过水化学分析发现，L13x-1孔地带的奥灰含水层与十三灰含水层之间存在补给关系。

4 结语

水化学特征分析运用于矿区的含水层分析能对矿区的水文地质进行有效的分析，文章研究中的矿区水文地质勘探过程中，采用水化学特征分析法取得了满意的成果，从而为进一步调查水文地质条件提供了依据。

但需要注意的是，水化学特征分析仅负责对目标含水层的水文地质进行勘查，仅负责判断含水层间的补给关系，但是关于补给通道的位置、类型等较为无力，需要结合其他勘查手段。