隐伏条件下岩溶水文地球化学特征及成因模式研究 ——以淮南矿区为例

论文摘要

淮南矿区位于华北板块南缘,为典型的北方岩溶地区,受构造地质作用影响其石炭系、奥陶系、寒武系地层岩溶较为发育,水文地质条件复杂,不同区块水文地球化学组分及类型差异性较大,存在着明显的分区、分带现象。在隐伏深埋（为新生界松散层覆盖）条件下,A组煤层开采受到下部碳酸岩溶水害的威胁,分析岩溶水化学组分特征、研究其控制因素、构建成因模式,从而为煤层底板岩溶水害防治提供一定依据。为此,论文以淮南矿区A组煤层下部的石炭系、奥陶系岩溶水为对象,在系统分析水文地质条件的基础上,采集分析岩溶含水层出水点样品,运用多元统计、水化学组分（piper图、离子比例系数）分析、主成分分析以及水文地球化学反演模拟等方法,并结合地下水系统理论,重点研究了隐伏条件下岩溶水文地球化学特征,探讨其控制因素与成因模式,获得主要成果为:（1）揭示了露头-浅埋区水质与隐伏深埋区水质组分的差异性:浅埋区水化学类型主要为HCO3-Na+K·Ca、HCO3-Ca、HCO3·Cl-Na+K型;深埋区水化学类型主要有Cl-Na+K、Cl·HCO3-Na+K、Cl·SO4-Na+K以及HCO3-Na+K等,其水质更加趋于多元化。（2）经研究发现隐伏深埋条件下各分区间存在阳离子含量差异性较小,阴离子在Ⅰ、Ⅱ区以Cl-为主,而Ⅲ区以HCO3-、Cl-为主的现象,这与地下水所处的氧化-还原环境以及深部开采活动有关。（3）各分区的太原组岩溶含水层均存在阳离子交替吸附作用,但各区间的氧化-还原环境存在一定的差异性,这主要与埋藏条件以及人类活动有关,且奥陶系岩溶地下水均处于还原环境,以脱硫酸作用为主。（4）采用反演模拟方法,验证了各分区含水层依不同路径水文地球化学特征,进一步揭示了其形成机制。（5）得出了构造、埋藏条件、温度以及地下水径流条件等是控制区块水文地球化学特征的主要因素。（6）依上述各区水文地球特征以及控制因素,划分和构建了“封闭式静储量”、“半开放式径流”及“部分开放补给”等水文地球化学成因模式。上述研究成果不仅为进一步分析淮南矿区水文地质条件提供一条新路径,也为系统认识淮南矿区水文地球化学性质,从成因模式认识其形成过程提供科学依据,更重要的是为目前潘谢矿区、口孜东-刘庄矿区A组煤层开采过程中水害防治措施的制定提供重要的参考。图[56]表[18]参[97]

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Abstract

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 地下水系统理论

1.2.2 水文地球化学研究进展

1.2.3 淮南矿区岩溶水水文地球化学研究

1.3 研究内容及拟解决问题

1.3.1 研究内容

1.3.2 拟解决问题

1.4 研究方法及技术路线

1.4.1 研究方法

1.4.2 技术路线

2 研究区概况

2.1 自然地理与古地貌

2.1.1 研究区范围

2.1.2 气象与水文

2.1.3 淮南矿区基岩地貌

2.2 地质概况

2.2.1 地层

2.2.2 构造

2.3 水文地质条件

2.3.1 地下水系统

2.3.2 含隔水层结构

2.3.3 地下水补给、径流和排泄

3 岩溶水文地质特征

3.1 淮南矿区岩溶分布特征

3.1.1 露头浅埋区岩溶分布特征

3.1.2 隐伏深埋区岩溶分布特征

3.2 岩溶含水层结构特征

3.2.1 露头浅埋区岩溶含水层结构特征

3.2.2 隐伏深埋区岩溶含水层结构特征

3.3 岩溶地下水补给、径流、排泄

3.3.1 露头浅埋区岩溶水补径排

3.3.2 隐伏深埋区岩溶水补径排

3.4 地下水动态特征

3.4.1 露头浅埋区地下水动态

3.4.2 隐伏深埋区地下水动态

4 岩溶水水文地球化学特征

4.1 露头浅埋区基本情况

4.2 隐伏深埋区不同区块水文地球化学组分特征

4.3 水质类型特征

4.4 隐伏深埋区岩溶水地球化学特征

4.4.1 各区块离子组分在垂向上变化特征

4.4.2 水化学类型在空间上分布特征

4.5 小结

5 隐伏深埋区岩溶水文地球化学形成机制

5.1 露头浅埋区基本情况

5.2 隐伏深埋区岩溶水的形成作用分析

5.2.1 阳离子交换作用

5.2.2 脱硫酸作用

5.2.3 溶滤作用

5.2.4 黄铁矿的氧化（氧化-还原过程）作用

5.3 隐伏深埋区岩溶水化学组分形成机制

5.3.1 Ⅰ区形成机制

5.3.2 Ⅱ区形成机制

5.3.3 Ⅲ区形成机制

5.4 小结

6 岩溶水文地球化学模拟

6.1 理论基础

6.2 水流路径的选择

6.3 饱和指数计算结果

6.4 “可能矿物相”与约束变量的确定

6.5 水文地球化学反向模拟结果

6.6 小结

7 不同区块化学组分的控制因素与成因模式研究

7.1 控制因素分析

7.1.1 构造对水文地球化学的影响

7.1.2 埋藏条件对水文地球化学的影响

7.1.3 温度对水文地球化学的影响

7.1.4 地下水径流路径对水文地球化学的影响

7.2 水文地球化学成因模式研究

7.2.1 封闭式静储量模式（口孜东-刘庄矿）

7.2.2 半开放式径流模式（张集-谢桥矿）

7.2.3 部分开放补给模式（潘一-潘北矿）

7.3 小结

8 结论和建议

8.1 结论

8.2 建议

参考文献

致谢

作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨婷婷

导师: 许光泉

关键词: 淮南矿区,岩溶水,水文地球化学,形成机制,成因模式

来源: 安徽理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,矿业工程,矿业工程,安全科学与灾害防治

单位: 安徽理工大学

分类号: TD745;P641.4

DOI: 10.26918/d.cnki.ghngc.2019.000064

总页数: 125

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