采用宿縣礦區(qū)主要突水含水層四含、煤系、太灰地下水樣常規(guī)離子(K⁺+Na⁺,Ca²⁺,Mg²⁺,Cl^-,SO₄^2-,HCO₃^-,CO₃^2-)、pH值、TDS等數(shù)據(jù),利用離子組合比和主成分分析方法探討了水化學(xué)成分的形成機(jī)制,進(jìn)一步通過研究主成分荷載得分與水化學(xué)類型的空間分布規(guī)律,分析了礦區(qū)地下水水化學(xué)形成及其控制因素。研究結(jié)果表明:宿縣礦區(qū)主要突水含水層水化學(xué)數(shù)據(jù)差異是不同地下水化學(xué)成分形成作用的綜合反映,其中煤系以陽離子交替吸附或脫硫酸作用最為顯著,而四含、太灰以黃鐵礦氧化或碳酸鹽、硫酸鹽溶解作用最為顯著。宿縣礦區(qū)采礦活動(dòng)與地質(zhì)背景條件不同程度地影響了主要突水含水層水化學(xué)成分形成作用與水化學(xué)類型的空間分布,其中四含主要受采礦活動(dòng)控制,煤系主要受斷裂（層）控制,太灰主要受采礦活動(dòng)、斷裂（層）與褶皺控制。 

【文章來源】：煤炭學(xué)報(bào). 2017,42(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

宿縣礦區(qū)地質(zhì)及采樣點(diǎn)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+主要來源于碳酸鹽、硫酸鹽的溶解，則有［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/［ρ(SO2－4)+0.5ρ(HCO－3)］=1［17］，由圖2(b)可以看出，宿縣礦區(qū)一部分水樣落在［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/［ρ(SO2－4)+0.5ρ(HCO－3)］=1線及其附近，可知碳酸鹽、硫酸鹽的溶解不是礦區(qū)地下水Ca2+，Mg2+惟一來源，四含、太灰特別是煤系水［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/［ρ(SO2－4)+0.5ρ(HCO－3)］明顯小于1，Ca2+，Mg2+勢(shì)必有其他來源，從而說明上述陽離子交替吸附作用的存在具有合理性。當(dāng)Ca2+，Mg2+與SO2－4主要來源于硫酸鹽的溶解時(shí)有［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/ρ(SO2－4)=1，由圖2(c)可以看出，宿縣礦區(qū)地下水相對(duì)較多的水樣落在［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/ρ(SO2－4)=1線及其附近，說明硫酸鹽的溶解不是礦區(qū)地下水Ca2+，Mg2+與SO2－4的惟一來源;當(dāng)［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/ρ(SO2－4)＞1，Ca2+與Mg2+有其他來源，如碳酸鹽的溶解作用;當(dāng)［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)］/ρ(SO2－4)＜1，SO2－4有其他來源，如黃鐵礦氧化作用。當(dāng)Ca2+，Mg2+與HCO－3主要來源于碳酸鹽的溶解時(shí)有［ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)

+，Mg2+，Cl－，SO2－4，HCO－3，CO2－3重新組合成新的少數(shù)幾個(gè)相互無關(guān)的綜合變量，來代替原來分析變量，這些新的綜合變量稱之為主成分(F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n)。主成分與分析變量之間的相關(guān)系數(shù)稱為荷載值，將地下水樣的原始分析變量值代入主成分表達(dá)式(荷載值與對(duì)應(yīng)分析變量乘積的累加和)，可以得到每個(gè)地下水樣的主成分荷載得分(SF1，SF2，…，SFn)。根據(jù)上述荷載值與荷載得分，易于挖掘礦區(qū)地下水化學(xué)信息［13］，用于分析主要突水含水層水化學(xué)成分形成作用。圖3宿縣礦區(qū)地下水分析變量在F1－F2上的荷載值分布Fig.3LoadingdistributionofanalysisvariablesinF1－F2inthegroundwaterfromtheSuxianminingarea通過礦區(qū)218個(gè)地下水樣的主成分分析，主成分F1與主成分F2方差貢獻(xiàn)率分別為41.181%，32.023%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)73.203%，基本涵蓋了礦區(qū)地下水化學(xué)信息，可用于解釋主要突水含水層水化學(xué)成分的形成作用。圖3為采用方差最大旋轉(zhuǎn)法得到的各分析變量在主成分F1與主成分F2上的荷載值分布圖。由圖3可知，主成分F1上Ca2+，Mg2+，SO2－4有較高的正荷載值。根據(jù)礦區(qū)鉆孔資料，煤系地層中約1/3含有數(shù)量不等的塊狀、霉?fàn)�、片狀及星點(diǎn)狀黃鐵礦，采礦活動(dòng)使含水層由封閉變得相對(duì)開啟，以致黃鐵礦氧化產(chǎn)生H+，SO2－4，F(xiàn)e2+，地下水呈弱酸性。當(dāng)?shù)叵聨r層有碳酸鹽或硫酸鹽存在時(shí)，這類酸性地下水會(huì)加速碳酸鹽或硫酸鹽的溶解，pH值升高，從而使得Ca2+，Mg2+，SO2－4荷載值較高，因此F1軸可用于表示黃鐵礦氧化與碳酸鹽、硫酸鹽溶解作用。相關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式如下:FeS2+15/4O2+7/2H2O?→F

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]礦區(qū)深部含水層水-巖作用的同位素與水化學(xué)示蹤分析[J]. 陳陸望,殷曉曦,桂和榮,王茜.  地質(zhì)學(xué)報(bào). 2013(07)
[2]基于投影尋蹤技術(shù)的礦井突水水源判別模型——以新莊孜煤礦為例[J]. 錢家忠,杜奎,趙衛(wèi)東,周小平,馬雷.  地質(zhì)論評(píng). 2012(06)
[3]《煤礦安全規(guī)程》(防治水部分)修改技術(shù)要點(diǎn)剖析[J]. 武強(qiáng),趙蘇啟,董書寧,李競(jìng)生,尹尚先,劉守強(qiáng).  中國(guó)煤炭地質(zhì). 2012(07)
[4]基于GIS的地下水化學(xué)類型空間分區(qū)方法[J]. 馬雷,錢家忠,趙衛(wèi)東.  煤炭學(xué)報(bào). 2012(03)
[5]距離判別法在相似礦區(qū)突水水源識(shí)別中的應(yīng)用[J]. 王心義,徐濤,黃丹.  煤炭學(xué)報(bào). 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]基于主成分的大壩觀測(cè)數(shù)據(jù)多效應(yīng)量統(tǒng)計(jì)分析研究[J]. 虞鴻,吳中如,包騰飛,張嵐.  中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2010(07)
[8]非線性方法在礦井突水水源判別中的應(yīng)用研究[J]. 楊永國(guó),黃福臣.  中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2007(03)
[9]鄂爾多斯白堊系地下水盆地地下水水化學(xué)類型的分布規(guī)律[J]. 董維紅,蘇小四,侯光才,林學(xué)鈺,柳富田.  吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版). 2007(02)
[10]地下水化學(xué)特征組分識(shí)別的粒子群支持向量機(jī)方法[J]. 姜諳男,梁冰.  煤炭學(xué)報(bào). 2006(03)



本文編號(hào)：3315919