蒙陕接壤区煤炭开采过程中矿井水来源
杨建
李慧
西安科技大学地质与环境学院,陕西西安 710054;西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院,陕西西安 710054;西安科技大学陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室,陕西西安 710054
摘要：蒙陕接壤区作为我国能源安全的核心保障区域,同样也是黄河流域生态保护和高质量发展的关键地带.该区域煤炭资源的高强度开采可能对生态环境造成重大影响,尤其是对地表以下浅层第四系含水层的破坏.由于难以精确评估顶板各含水层的渗漏情况,这增加了制定科学、有效的保水采煤策略的难度.本研究基于对蒙陕接壤区地下水中环境同位素(D和18O)的检测与分析,应用同位素质量守恒原理,计算了矿井水水源的相对贡献量.研究发现,各含水层水中的环境同位素受地形地貌、地层结构和地下水赋存等因素的影响.研究区的第四系地下水主要来源于大气降水和地表水,具有快速的循环更替速度,表现为富含氚的现代水补给特征,其δD值和δ18O值大气降水和地表水相近.深埋区的白垩系与第四系水力联系紧密,循环更替过程较长,导致环境同位素值有所降低.白垩系和侏罗系地下水受垂向补给控制,循环更替速度减缓,δD值和δ18O值逐渐降低,其中白垩系地下水的δD值为-80.2‰～-75.6‰,δ18O值为-10.6‰～-8.7‰.浅埋区和中深埋区地层由于沉积时间长,成岩作用较好,加之后期构造运动的影响,与第四系或新近系直接接触,接受第四系地下水补给,导致δD值和δ18O值相对较高.而深埋区的侏罗系地层由于本身厚度较大,上覆有厚层的第四系和白垩系地层,地下水补给条件较差,地下水径流过程漫长且较为封闭滞流,因此δD值和δ18O值相对较低.本研究利用地下水中的δD值,通过二元混合模型计算得出,在浅埋区的矿井水中,第四系水的比例有所不同:SGT和HLG煤矿的占比小于20％,而BLT和LSJ等煤矿的占比介于28.0％～57.0％,YBJ煤矿的占比则接近80％.在中深埋区,矿井水中第四系水的比例通常小于20％,但在开发较早、顶板存在保德组红土层"天窗"的HLW和SS煤矿中,第四系水的比例分别达到了37.05％和26.24％.在深埋区,矿井水中白垩系水的占比约为30％.IsoSource模型的计算结果显示,第四系水的贡献率在7.6％～9.3％间,白垩系水的贡献率在12.0％～17.1％间,而侏罗系上段水的贡献率在74.9％～80.4％间,且不同矿区的矿井水中各水源的贡献率相近.本研究准确识别了矿井水中各含水层水的来源比例,对于蒙陕接壤区的保水采煤和生态环境保护具有重要的实际意义.
关键词：环境同位素矿井水煤炭开采水源判别模型顶板地层结构
分类号：TD74(矿山安全与劳动保护)
资助基金：陕西省重点研发计划资助项目(2022SF-046)国家自然科学基金(41302214)
论文发表日期：2025-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 1263-1275 )
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