【摘要】：巖溶水資源作為重要的供水水源,對于世界上許多國家和地區(qū)的社會和經濟發(fā)展起著至關重要的作用。貴州省是南方喀斯特地區(qū)極具代表性和典型性的區(qū)域,巖溶地下水已經成為保障全省社會經濟可持續(xù)發(fā)展的重要物質資源。由于喀斯特地區(qū)巖溶水獨特的水文地球化學特征、突出的地球化學敏感性和生態(tài)環(huán)境脆弱性,使得巖溶水極易受到人類活動的影響。貴州作為煤礦資源大省,大多數煤礦分布于喀斯特山區(qū)內,長期的煤礦開采活動導致區(qū)內酸性煤礦廢水持久排放,對喀斯特地區(qū)巖溶水水質安全構成一定的威脅。位于貴州省中西部的織金縣是貴州省典型的喀斯特地區(qū),巖溶水是城鎮(zhèn)主要的供水水源。同時該地區(qū)也是全國重要的煤礦集中開采區(qū),煤礦開采已有幾十年的歷史,大量酸性礦山廢水排放已造成區(qū)內水土環(huán)境質量下降,并逐漸威脅到巖溶地下水環(huán)境和當地居民的飲用水安全。基于此,本研究選取織金縣城關鎮(zhèn)受煤礦開采活動影響的典型喀斯特流域為研究對象,綜合運用主量元素地球化學、微量元素、氫氧同位素及硫酸鹽硫、氧同位素示蹤等手段,分析流域巖溶水水化學組成、微量元素地球化學特征及同位素組成特征,以此來揭示酸性礦山廢水影響下巖溶水水質演化特征及規(guī)律,闡明酸性煤礦廢水排放對巖溶水水質影響的相關地球化學過程,從而為保護喀斯特地區(qū)巖溶水及有效治理巖溶地下水污染提供科學依據。本研究得到了以下主要認識和結論:(1)受酸性煤礦廢水排放的影響,研究區(qū)巖溶水水化學特征發(fā)生了較大變化,其中未受酸性煤礦廢水影響的地表水和地下水中離子組分主要為Ca~(2+)、Mg~(2+)和HCO_3~-,含量季節(jié)性變化不大,表現出與地質背景強烈的相關性,主要與喀斯特地區(qū)碳酸鹽巖的風化溶蝕及巖溶水系統(tǒng)中進行的水—巖相互作用有關。而受酸性煤礦廢水影響的巖溶水中主要化學組分為Ca~(2+)、Na~+、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、Fe和Al,含量季節(jié)性變化較大,總體呈現豐水期高于枯水期的特征。受酸性煤礦廢水的影響,流域水體水質演化主要表現在:pH顯著降低,TDS、SO_4~(2-)、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+等主要化學組分及微量元素(Fe、Mn、Al、F~-和REE)含量明顯升高,水化學類型由最初的Ca(Mg)-HCO_3型逐漸演化為Ca-SO_4、Na-SO_4和Mg-SO_4型,由單一趨向多元化,由簡單向著復雜化轉變。(2)酸性煤礦廢水影響下巖溶水環(huán)境中不同的地球化學過程是控制水中微量元素含量、形態(tài)及遷移轉化的重要因素。地表水中F~-含量在0.05-3.08mg/L之間,主要來源于煤中無機含氟礦物的溶解。F主要以F~-、MgF~+、Ca F~+、Na F、Al-F絡合物形態(tài)為主,其含量和形態(tài)受到水體pH、金屬含量、水化學類型以及礦物溶解沉淀的影響。F主要在低p H的Mg-SO_4和Ca-SO_4型地表水中富集,而中性偏堿性的Ca-HCO_3型水體中含量較低。地表水中高濃度的TDS、Fe、Mn、Al降低了F~-的濃度及遷移性,而地下水中F~-濃度受到水中碳酸鹽巖溶解/沉淀的影響,此外水中Ca~(2+)和Mg~(2+)的富集抑制水中F~-的釋放。(3)流域地表水中REE主要來源于圍巖的酸溶蝕釋放,酸性條件下MREE優(yōu)先從圍巖中溶解釋放是導致水中MREE富集的重要原因。水體pH、Fe、Mn、Al及SO_4~(2-)含量是影響地表水中REE含量、形態(tài)及其分布模式的重要因素。酸性條件下,水中REE主要以硫酸鹽絡合物(Ln(SO4)~+和Ln(SO_4)~(2-))形態(tài)存在,其次為Ln~(3+)。隨著pH的升高,Fe、Mn、Al形成的氫氧化物及次生礦物對REE的吸附、共沉淀是導致水中REE含量降低的主要原因,且弱結晶態(tài)的氫氧化物及次生礦物優(yōu)先吸附MREE發(fā)生沉淀,從而導致沉積物也呈現典型的MREE富集的特征。(4)水體δ~2H和δ~(18)O組成分析顯示,未受酸性煤礦廢水影響的地表水和地下水樣點多位于全球大氣降水線及當地大氣降水線附近,主要受大氣降水的補給。而大部分煤礦出水及受酸性煤礦廢水影響的地表水樣點不同程度地偏離了大氣降水線,具有較重的δ~2H和δ~(18)O組成特征,說明在徑流及補給過程中受到強烈水—巖作用及物理化學反應的改造。煤礦開采過程中水體與煤層及碳酸鹽巖發(fā)生的同位素交換反應、黃鐵礦氧化反應、Fe的水解反應及后期強烈的蒸發(fā)作用共同導致了研究區(qū)煤礦出水、受酸性煤礦廢水影響的地表水δ~2H和δ~(18)O的富集,表現出明顯的~2H和~(18)O漂移的特征。(5)地表水硫酸鹽硫、氧同位素組成變化較大,分別為δ~(34)S_(SO4)=-18.28‰~-8.08‰和δ~(18)O_(SO4)=-4.38‰~+1.21‰,地表水中硫酸鹽主要來源于硫化物礦物氧化,大氣降水也是地表水中硫酸鹽貢獻源之一。地下水中硫酸鹽硫氧同位素組成為δ~(34)S_(SO4)=-14.24‰~-4.68‰和δ~(18)O_(SO4)=-2.77‰~+4.75‰。出露于碳酸鹽巖地層的地下水硫酸鹽主要來源于大氣降水的貢獻,出露于含煤地層的地下水中硫酸鹽主要來源于煤層硫化物氧化產生的硫酸鹽。水和硫酸鹽氧同位素地球化學信息顯示,黃鐵礦的厭氧氧化是導致水體硫酸鹽δ~(34)S_(SO4)和δ~(18)O_(SO4)貧化的重要原因。綜上所述,研究區(qū)巖溶水水化學組成主要受到巖石風化以及酸性礦山廢水排放的影響,水文地球化學過程以碳酸鹽巖風化溶蝕、黃鐵礦氧化、Fe水解為主。大氣降水、碳酸鹽巖溶解、酸性礦山廢水的輸入控制著研究區(qū)巖溶水體的水化學組成,不同端元間的混合作用是導致該地區(qū)巖溶水水化學組成演化的主要原因。
【學位授予單位】：貴州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P641.3
【圖文】：

導致殘余硫酸鹽中的 δ34SSO4值和 δ18OSO4值的升高（偏正值）(Mizu 1969, Wright and Nordstrom, 1999)。AMD 中溶解硫酸鹽的 δ18O 值O42-形成時水體的 δ18O 值及硫化物氧化反應發(fā)生時的條件（化學微生物氧化）(Toran and Harris, 1989, Wright and Nordstrom, 1999)。生硫酸鹽過程中的氧可能有兩個來源：溶解氧分子中的氧和水分同來源的氧將影響硫酸鹽中氧的同位素組成(Andersson et al., 1992響了形成硫酸鹽從 H2O 和 O2引入氧的比例，在飽和條件下，氧鹽具有與周圍水體相似的 δ18O 值，表明大氣中的氧最小限度地參成過程中。而在微生物（如氧化亞鐵硫桿菌）存在的情況下，δ18硫酸鹽中氧 50%- 80%來自水中。無論是微生物催化下硫化物的氧酸鹽的還原作用都將導致 δ34SSO4值和 δ18OSO4值的變化(Sidle, 200不同，形成水環(huán)境溶解硫酸鹽中硫、氧同位素組成差異較大，為研源提供重要基礎和前提（圖 1-2）。

圖 2-1 研究區(qū)地層柱狀圖子準地臺黔北臺隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構級構造單元交接部位，褶皺和斷裂均發(fā)育。P2q+m)碳酸鹽巖（圖 2-2），局部地區(qū)分布化較穩(wěn)定，徑流模數 12. 99-19. 88 L/s km2水性強，是供水的主要含水層（宋小慶和彭景和地下水賦存狀態(tài)、水動力特征等因素，，基巖裂隙水，松散巖類孔隙水，且主要以之，松散巖類孔隙水一般沿河谷地帶零星分2m，P2q，P3c+d 等地層單元。碳酸鹽巖巖溶富，是境內主要的地下水類型。巖溶水水化

【參考文獻】

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1 洪秀萍;張引;梁漢東;李瑤;呂帥;;酸性水動態(tài)淋濾與靜態(tài)浸泡土壤中氟的實驗研究[J];地球與環(huán)境;2015年03期

2 耿丹;鄧琴;楊珍;吳迪;;織金縣煤礦污灌區(qū)土壤及水中重金屬含量與污染評價[J];貴州農業(yè)科學;2015年04期

3 張文章;王錦國;陳舟;;云南鶴慶西山巖溶地下水同位素及水化學分析[J];工程勘察;2015年03期

4 李小倩;張彬;周愛國;劉運德;;酸性礦山廢水對合山地下水污染的硫氧同位素示蹤[J];水文地質工程地質;2014年06期

5 曹學江;;貴州黔西煤田白巖腳礦區(qū)煤中硫的分布規(guī)律[J];中國煤炭地質;2014年07期

6 高宗軍;徐軍祥;王世臣;李常鎖;韓克;李佳佳;羅斐;馬河寬;;濟南巖溶水微量元素分布特征及其水文地質意義[J];地學前緣;2014年04期

7 周金余;;貴州省織金礦區(qū)高砷氟煤開采環(huán)境影響分析及控制措施[J];中國高新技術企業(yè);2014年10期

8 蒲俊兵;;重慶巖溶地下水氫氧穩(wěn)定同位素地球化學特征[J];地球學報;2013年06期

9 謝代興;孟小軍;唐建生;蘇春田;潘曉東;;煤礦廢水對巖溶區(qū)水源及土壤污染、危害與評價[J];中國農學通報;2013年32期

10 章斌;宋獻方;郭占榮;趙肖;韓冬梅;肖國強;楊吉龍;劉明清;;用氯和氫氧同位素揭示洋戴河平原地下水的形成演化規(guī)律[J];環(huán)境科學學報;2013年11期

本文編號：2736719