【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(jīng)濟(jì)發(fā)展起著至關(guān)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(jīng)成為保障全省社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)資源。由于喀斯特地區(qū)巖溶水獨(dú)特的水文地球化學(xué)特征、突出的地球化學(xué)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(shù)煤礦分布于喀斯特山區(qū)內(nèi),長期的煤礦開采活動導(dǎo)致區(qū)內(nèi)酸性煤礦廢水持久排放,對喀斯特地區(qū)巖溶水水質(zhì)安全構(gòu)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(shí)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(nèi)水土環(huán)境質(zhì)量下降,并逐漸威脅到巖溶地下水環(huán)境和當(dāng)?shù)鼐用竦娘嬘盟踩��；诖?本研究選取織金縣城關(guān)鎮(zhèn)受煤礦開采活動影響的典型喀斯特流域?yàn)檠芯繉ο?綜合運(yùn)用主量元素地球化學(xué)、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(xué)組成、微量元素地球化學(xué)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(zhì)演化特征及規(guī)律,闡明酸性煤礦廢水排放對巖溶水水質(zhì)影響的相關(guān)地球化學(xué)過程,從而為保護(hù)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(xué)依據(jù)。本研究得到了以下主要認(rèn)識和結(jié)論:(1)受酸性煤礦廢水排放的影響,研究區(qū)巖溶水水化學(xué)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(xiàn)出與地質(zhì)背景強(qiáng)烈的相關(guān)性,主要與喀斯特地區(qū)碳酸鹽巖的風(fēng)化溶蝕及巖溶水系統(tǒng)中進(jìn)行的水—巖相互作用有關(guān)。而受酸性煤礦廢水影響的巖溶水中主要化學(xué)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(xiàn)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(zhì)演化主要表現(xiàn)在:pH顯著降低,TDS、SO_4~(2-)、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+等主要化學(xué)組分及微量元素(Fe、Mn、Al、F~-和REE)含量明顯升高,水化學(xué)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(fù)雜化轉(zhuǎn)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(xué)過程是控制水中微量元素含量、形態(tài)及遷移轉(zhuǎn)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(jī)含氟礦物的溶解。F主要以F~-、MgF~+、Ca F~+、Na F、Al-F絡(luò)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(xué)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(dǎo)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(luò)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(dǎo)致水中REE含量降低的主要原因,且弱結(jié)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(dǎo)致沉積物也呈現(xiàn)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(diǎn)多位于全球大氣降水線及當(dāng)?shù)卮髿饨邓�附近,主要受大氣降水的補(bǔ)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(diǎn)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(bǔ)給過程中受到強(qiáng)烈水—巖作用及物理化學(xué)反應(yīng)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(yīng)、黃鐵礦氧化反應(yīng)、Fe的水解反應(yīng)及后期強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用共同導(dǎo)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn),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(chǎn)生的硫酸鹽。水和硫酸鹽氧同位素地球化學(xué)信息顯示,黃鐵礦的厭氧氧化是導(dǎo)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(xué)組成主要受到巖石風(fēng)化以及酸性礦山廢水排放的影響,水文地球化學(xué)過程以碳酸鹽巖風(fēng)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(xué)組成,不同端元間的混合作用是導(dǎo)致該地區(qū)巖溶水水化學(xué)組成演化的主要原因。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P641.3
【圖文】：

導(dǎo)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(shí)水體的 δ18O 值及硫化物氧化反應(yīng)發(fā)生時(shí)的條件（化學(xué)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(gè)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(dǎo)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(chǔ)和前提（圖 1-2）。

圖 2-1 研究區(qū)地層柱狀圖子準(zhǔn)地臺黔北臺隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)級構(gòu)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(shù) 12. 99-19. 88 L/s km2水性強(qiáng)，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(nèi)主要的地下水類型。巖溶水水化

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2736719