华北隐伏型煤矿区地下水化学及其控制因素分析——以宿县矿区主要突水含水层为例
发布时间：2021-08-01 17:13
采用宿县矿区主要突水含水层四含、煤系、太灰地下水样常规离子(K++Na+,Ca2+,Mg2+,Cl-,SO42-,HCO3-,CO32-)、pH值、TDS等数据,利用离子组合比和主成分分析方法探讨了水化学成分的形成机制,进一步通过研究主成分荷载得分与水化学类型的空间分布规律,分析了矿区地下水水化学形成及其控制因素。研究结果表明:宿县矿区主要突水含水层水化学数据差异是不同地下水化学成分形成作用的综合反映,其中煤系以阳离子交替吸附或脱硫酸作用最为显著,而四含、太灰以黄铁矿氧化或碳酸盐、硫酸盐溶解作用最为显著。宿县矿区采矿活动与地质背景条件不同程度地影响了主要突水含水层水化学成分形成作用与水化学类型的空间分布,其中四含主要受采矿活动控制,煤系主要受断裂（层）控制,太灰主要受采矿活动、断裂（层）与褶皱控制。
【文章来源】：煤炭学报. 2017,42(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
宿县矿区地质及采样点分布
.4524.1737.681.56150.96104.260.69ρ(Mg2+)/(mg·L－1)82.9436.080.4422.3137.221.6786.4350.260.58ρ(Cl－)/(mg·L－1)226.9451.620.23191.3771.740.37239.8969.600.29ρ(SO2－4)/(mg·L－1)731.25555.360.76328.84559.421.70794.64600.530.76ρ(HCO－3)/(mg·L－1)415.74276.780.67662.22411.530.62409.19107.990.26如果地下水中的Ca2+，Mg2+主要来源于碳酸盐、硫酸盐的溶解，则有［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/［ρ(SO2－4)+0.5ρ(HCO－3)］=1［17］，由图2(b)可以看出，宿县矿区一部分水样落在［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/［ρ(SO2－4)+0.5ρ(HCO－3)］=1线及其附近，可知碳酸盐、硫酸盐的溶解不是矿区地下水Ca2+，Mg2+惟一来源，四含、太灰特别是煤系水［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/［ρ(SO2－4)+0.5ρ(HCO－3)］明显小于1，Ca2+，Mg2+势必有其他来源，从而说明上述阳离子交替吸附作用的存在具有合理性。当Ca2+，Mg2+与SO2－4主要来源于硫酸盐的溶解时有［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/ρ(SO2－4)=1，由图2(c)可以看出，宿县矿区地下水相对较多的水样落在［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/ρ(SO2－4)=1线及其附近，说明硫酸盐的溶解不是矿区地下水Ca2+，Mg2+与SO2－4的惟一来源;当［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/ρ(SO2－4)＞1，Ca2+与Mg2+有其他来源，如碳酸盐的溶解作用;当［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/ρ(SO2－4)＜1，SO2－4有其他来源，如黄铁矿氧化作用。当Ca2+，Mg2+与HCO－3主要来源于碳酸盐的溶解时有［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)
+，Mg2+，Cl－，SO2－4，HCO－3，CO2－3重新组合成新的少数几个相互无关的综合变量，来代替原来分析变量，这些新的综合变量称之为主成分(F1，F2，…，Fn)。主成分与分析变量之间的相关系数称为荷载值，将地下水样的原始分析变量值代入主成分表达式(荷载值与对应分析变量乘积的累加和)，可以得到每个地下水样的主成分荷载得分(SF1，SF2，…，SFn)。根据上述荷载值与荷载得分，易于挖掘矿区地下水化学信息［13］，用于分析主要突水含水层水化学成分形成作用。图3宿县矿区地下水分析变量在F1－F2上的荷载值分布Fig.3LoadingdistributionofanalysisvariablesinF1－F2inthegroundwaterfromtheSuxianminingarea通过矿区218个地下水样的主成分分析，主成分F1与主成分F2方差贡献率分别为41.181%，32.023%，累计方差贡献率达73.203%，基本涵盖了矿区地下水化学信息，可用于解释主要突水含水层水化学成分的形成作用。图3为采用方差最大旋转法得到的各分析变量在主成分F1与主成分F2上的荷载值分布图。由图3可知，主成分F1上Ca2+，Mg2+，SO2－4有较高的正荷载值。根据矿区钻孔资料，煤系地层中约1/3含有数量不等的块状、霉状、片状及星点状黄铁矿，采矿活动使含水层由封闭变得相对开启，以致黄铁矿氧化产生H+，SO2－4，Fe2+，地下水呈弱酸性。当地下岩层有碳酸盐或硫酸盐存在时，这类酸性地下水会加速碳酸盐或硫酸盐的溶解，pH值升高，从而使得Ca2+，Mg2+，SO2－4荷载值较高，因此F1轴可用于表示黄铁矿氧化与碳酸盐、硫酸盐溶解作用。相关化学反应方程式如下:FeS2+15/4O2+7/2H2O?→F
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿区深部含水层水-岩作用的同位素与水化学示踪分析[J]. 陈陆望,殷晓曦,桂和荣,王茜. 地质学报. 2013(07)
[2]基于投影寻踪技术的矿井突水水源判别模型——以新庄孜煤矿为例[J]. 钱家忠,杜奎,赵卫东,周小平,马雷. 地质论评. 2012(06)
[3]《煤矿安全规程》(防治水部分)修改技术要点剖析[J]. 武强,赵苏启,董书宁,李竞生,尹尚先,刘守强. 中国煤炭地质. 2012(07)
[4]基于GIS的地下水化学类型空间分区方法[J]. 马雷,钱家忠,赵卫东. 煤炭学报. 2012(03)
[5]距离判别法在相似矿区突水水源识别中的应用[J]. 王心义,徐涛,黄丹. 煤炭学报. 2011(08)
[6]Heavy metal pollution and potential ecological risk in reclaimed soils in Huainan mining area[J]. YAO Duo-xi,MENG Jun,ZHANG Zhi-guo (School of Earth and Environment,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China). Journal of Coal Science & Engineering（China）. 2010(03)
[7]基于主成分的大坝观测数据多效应量统计分析研究[J]. 虞鸿,吴中如,包腾飞,张岚. 中国科学:技术科学. 2010(07)
[8]非线性方法在矿井突水水源判别中的应用研究[J]. 杨永国,黄福臣. 中国矿业大学学报. 2007(03)
[9]鄂尔多斯白垩系地下水盆地地下水水化学类型的分布规律[J]. 董维红,苏小四,侯光才,林学钰,柳富田. 吉林大学学报(地球科学版). 2007(02)
[10]地下水化学特征组分识别的粒子群支持向量机方法[J]. 姜谙男,梁冰. 煤炭学报. 2006(03)
本文编号：3315919
【文章来源】：煤炭学报. 2017,42(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
宿县矿区地质及采样点分布
.4524.1737.681.56150.96104.260.69ρ(Mg2+)/(mg·L－1)82.9436.080.4422.3137.221.6786.4350.260.58ρ(Cl－)/(mg·L－1)226.9451.620.23191.3771.740.37239.8969.600.29ρ(SO2－4)/(mg·L－1)731.25555.360.76328.84559.421.70794.64600.530.76ρ(HCO－3)/(mg·L－1)415.74276.780.67662.22411.530.62409.19107.990.26如果地下水中的Ca2+，Mg2+主要来源于碳酸盐、硫酸盐的溶解，则有［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/［ρ(SO2－4)+0.5ρ(HCO－3)］=1［17］，由图2(b)可以看出，宿县矿区一部分水样落在［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/［ρ(SO2－4)+0.5ρ(HCO－3)］=1线及其附近，可知碳酸盐、硫酸盐的溶解不是矿区地下水Ca2+，Mg2+惟一来源，四含、太灰特别是煤系水［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/［ρ(SO2－4)+0.5ρ(HCO－3)］明显小于1，Ca2+，Mg2+势必有其他来源，从而说明上述阳离子交替吸附作用的存在具有合理性。当Ca2+，Mg2+与SO2－4主要来源于硫酸盐的溶解时有［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/ρ(SO2－4)=1，由图2(c)可以看出，宿县矿区地下水相对较多的水样落在［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/ρ(SO2－4)=1线及其附近，说明硫酸盐的溶解不是矿区地下水Ca2+，Mg2+与SO2－4的惟一来源;当［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/ρ(SO2－4)＞1，Ca2+与Mg2+有其他来源，如碳酸盐的溶解作用;当［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/ρ(SO2－4)＜1，SO2－4有其他来源，如黄铁矿氧化作用。当Ca2+，Mg2+与HCO－3主要来源于碳酸盐的溶解时有［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)
+，Mg2+，Cl－，SO2－4，HCO－3，CO2－3重新组合成新的少数几个相互无关的综合变量，来代替原来分析变量，这些新的综合变量称之为主成分(F1，F2，…，Fn)。主成分与分析变量之间的相关系数称为荷载值，将地下水样的原始分析变量值代入主成分表达式(荷载值与对应分析变量乘积的累加和)，可以得到每个地下水样的主成分荷载得分(SF1，SF2，…，SFn)。根据上述荷载值与荷载得分，易于挖掘矿区地下水化学信息［13］，用于分析主要突水含水层水化学成分形成作用。图3宿县矿区地下水分析变量在F1－F2上的荷载值分布Fig.3LoadingdistributionofanalysisvariablesinF1－F2inthegroundwaterfromtheSuxianminingarea通过矿区218个地下水样的主成分分析，主成分F1与主成分F2方差贡献率分别为41.181%，32.023%，累计方差贡献率达73.203%，基本涵盖了矿区地下水化学信息，可用于解释主要突水含水层水化学成分的形成作用。图3为采用方差最大旋转法得到的各分析变量在主成分F1与主成分F2上的荷载值分布图。由图3可知，主成分F1上Ca2+，Mg2+，SO2－4有较高的正荷载值。根据矿区钻孔资料，煤系地层中约1/3含有数量不等的块状、霉状、片状及星点状黄铁矿，采矿活动使含水层由封闭变得相对开启，以致黄铁矿氧化产生H+，SO2－4，Fe2+，地下水呈弱酸性。当地下岩层有碳酸盐或硫酸盐存在时，这类酸性地下水会加速碳酸盐或硫酸盐的溶解，pH值升高，从而使得Ca2+，Mg2+，SO2－4荷载值较高，因此F1轴可用于表示黄铁矿氧化与碳酸盐、硫酸盐溶解作用。相关化学反应方程式如下:FeS2+15/4O2+7/2H2O?→F
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿区深部含水层水-岩作用的同位素与水化学示踪分析[J]. 陈陆望,殷晓曦,桂和荣,王茜. 地质学报. 2013(07)
[2]基于投影寻踪技术的矿井突水水源判别模型——以新庄孜煤矿为例[J]. 钱家忠,杜奎,赵卫东,周小平,马雷. 地质论评. 2012(06)
[3]《煤矿安全规程》(防治水部分)修改技术要点剖析[J]. 武强,赵苏启,董书宁,李竞生,尹尚先,刘守强. 中国煤炭地质. 2012(07)
[4]基于GIS的地下水化学类型空间分区方法[J]. 马雷,钱家忠,赵卫东. 煤炭学报. 2012(03)
[5]距离判别法在相似矿区突水水源识别中的应用[J]. 王心义,徐涛,黄丹. 煤炭学报. 2011(08)
[6]Heavy metal pollution and potential ecological risk in reclaimed soils in Huainan mining area[J]. YAO Duo-xi,MENG Jun,ZHANG Zhi-guo (School of Earth and Environment,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China). Journal of Coal Science & Engineering（China）. 2010(03)
[7]基于主成分的大坝观测数据多效应量统计分析研究[J]. 虞鸿,吴中如,包腾飞,张岚. 中国科学:技术科学. 2010(07)
[8]非线性方法在矿井突水水源判别中的应用研究[J]. 杨永国,黄福臣. 中国矿业大学学报. 2007(03)
[9]鄂尔多斯白垩系地下水盆地地下水水化学类型的分布规律[J]. 董维红,苏小四,侯光才,林学钰,柳富田. 吉林大学学报(地球科学版). 2007(02)
[10]地下水化学特征组分识别的粒子群支持向量机方法[J]. 姜谙男,梁冰. 煤炭学报. 2006(03)
本文编号：3315919
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3315919.html
