河北地质大学勘察技术与工程学院 河北石家庄 050031
摘要：毛坪铅锌矿未采矿体均处当地最低侵蚀基准面洛泽河以下，为研究矿区洛泽河水与矿坑充水之间的相互关系，进一步查清矿坑充水来源，对矿区地表河水以及矿坑不同出水点采取水样，进行环境同位素测试和水质全分析。分析结果表明：矿区浅层水和深层承压水在不同深度获得大气降水补给的速度有快有慢，相差悬殊；河水对矿床充水不强，矿坑水主要补给源为不同标高补给区的非定水头补给。研究成果为进一步判定矿坑充水水源、分析矿山水文地质条件以及矿山防治水设计提供了科学的依据。
关键词：矿山防治水；水源判别；水化学特征；氢氧同位素
1 矿区水文地质概况
毛坪铅锌矿为已采矿山，主要矿体位于当地最低侵蚀基准面洛泽河之下[1-3]。区内龙潭河、铜厂沟溪、锈水沟溪等其它河、沟均为洛泽河支流[4]。洛泽河总体上控制了区内的地下水流动系统。域内地下水接受降水补给后，依地势向洛泽河汇聚，然后从南往北迳流，部分地下水在沟谷等地形切割强烈地带形成下降泉排泄，补给河水[5，6]；部分地下水仍以地下迳流形式运动，于矿区北部遇峨嵋山组玄武岩隔水层，地下水径流受阻，沿东西向顺层裂隙溢出成泉，排泄地下水。
区内构造发育，地下水对构造裂隙长期溶蚀拓宽，岩溶裂隙水含水层具有一定库容空间，大气降水对岩溶裂隙地下水补给在时间上把年内或年际不连续的降水调整为连续的地下迳流，维持泉群长期排泄[7，8]；在空间上将较弱的区域裂隙水汇聚成脉状迳流，最后，汇集于排泄区以泉水形式溢出排泄地下水，本区为泉排型岩溶地下水系统[9]。
图1 矿区地下水矿化度等值线
2 水化学水源判别
2.1水质全分析特征
本次研究工作水质全分析采样在矿坑、泉水、河水等重要水体采集水样20件。矿床地下水水化学成份及矿化度值自北部、北东部二迭系栖霞茅口组岩溶裂隙水含水层、石炭系威宁丰宁统岩溶裂隙水含水层、泥盆系宰格组岩溶裂隙水含水层逐渐升高（见图1），表明矿床地下水接受二迭系栖霞茅口组岩溶裂隙水含水层地下水补给，经矿床运移至洛泽河即F1弱透水断层一带，地下水迳流滞缓，溶滤作用增强，水中盐分及矿化度值明显增高，特别是SO42-离子增加明显，同时说明矿床地下水受洛泽河水淡化不明显，河水对矿床充水不强的特征。
3水体环境同位素水源判别
3.1水体环境同位素特征
本次研究工作环境同位素水样采集雨水1件、泉水4件、河水3件、矿坑水7件，钻孔涌水5件。
以昆明市雨水线为研究标准。矿区雨水、河水、泉水和坑下水δD与δ18O关系见图2。
图2 毛坪矿雨水、泉水、河水、坑下水δD与δ18O关系
本地区构造活动剧烈，岩溶裂隙发育，雨季矿床深部承压水涌水孔水头上涨明显，氚进入水中仅按衰变规律变化，衰变公式如下：
经换算得到地下水年龄公式[10]：
式中A0为大气降水初始氚活度值；A为采样时间水中氚活度值。λ为氚的衰变系数，其值为0.055764。
以900m标高雨水样氚值为初始输入值，假设本区大气中氚值稳定且无季节变化，据此计算得到各取样点水样品的年龄值，如表1。
表1 矿区各水样年龄
通过图2及表1可知，所有水样均位于雨水水样之下，说明矿坑水、泉水、河水的主要补给水源标高均高于雨水水样采集标高900m。
3.2泉水同位素特征判别充水水源
由图2可知，泉水位于雨水之下，高于河水和坑下水，说明其主要补给源标高低于河水和坑下水。水样采集正值雨季，降水较大，地表岩溶裂隙发育，降水快速下渗，未受明显蒸馏作用。龙潭泉、塘房泉、龙洞泉雨季流量最大，对大气降水响应时间短，说明三者在降雨期均接受周边近期大气降水的快速补给，流量状态不代表其基流状态，同位素值受到了近期大气降水的影响，因而其同位素值最接近降水。
3.3河水同位素特征判别充水水源
由图2可知，河水水样呈现两级分化的特征，洛泽河中游及上游δD与δ18O值均远离采样点降水值，指示其主要补给源标高较高。而龙潭河δD与δ18O值相对靠近采样点降水值，指示其主要补给源标高较低。
本次采集的两个洛泽河水样δD与δ18O值相近，相对龙潭河，洛泽河富集重同位素，原因是取样期间为汛期，洛泽河流量为30-50m3/s，达到了枯水季节流量的近3倍，其流量大和流速快的特点导致分馏现象不明显，因此洛泽河水δD与δ18O同位素值基本代表了洛泽河上游大气降水同位素值。结合表1河水年龄值，说明洛泽河主要受到了近期高海拔大气降水的补给。
相对洛泽河，龙潭河同位素值更接近低海拔大气降水。龙潭河在丰水季接受了较多的低海拔大气降水的补给。结合表1水样年龄值，龙潭河河水年龄要远大于洛泽河水年龄，可能是龙潭河沿线受到了两侧山体较老地下水的补给。如龙潭泉年龄值大于龙潭河，为龙潭河的补给源之一，龙潭泉较大年龄泉水补给河水可定性指示龙潭河沿线有年龄更老的地下水补给龙潭河。因此龙潭河主要补给模式为低海拔大气降水和大年龄地下水双重补给。
3.4矿坑水同位素特征判别充水水源
由图2可知，矿坑水样位于雨水样下方且成直线式分布，说明矿坑水的补给来源并非唯一，补给标高相差悬殊。部分坑下水样氢氧同位素值贫化重同位素，靠近雨水线并同处于雨水线右下方。矿坑水最终来源于大气降水补给。图3和图4分别为浅层水和深层承压水采样深度与δ18O、水样年龄关系。
图4 矿坑水水样年龄和水样标高关系曲线
（1）深层承压水
通过图3、图4发现，深层承压水δ18O值随采样标高（涌水孔为涌水位置标高）呈“线性上升式”关系，说明深层承压水最终补给源标高不唯一，相差悬殊，钻孔涌水深度越深其补给源海拔越高。深层承压水年龄随钻孔涌水深度增加，其年龄有增长趋势。
（2）浅层水
通过图3、图4发现，矿坑水δ18O随采样标高呈“凸型上升”关系，说明矿坑水补给标高也非唯一，整体规律是采样标高越低其补给标高越高，水样年龄随采样标高降低而增大。浅层水和深层承压水具有相似的特征，可能为深层承压水托顶越流补给浅层水所致。
4结论
本区低海拔和高海拔基岩裸露区，一定深度内岩溶裂隙发育，可直接获得大气降水下渗补给，随深度增加，部分岩溶裂隙水补给浅层水，部分成为深部承压水补给源，浅层水和深层承压水在不同深度获得补给的速度有快有慢，相差悬殊。依据矿坑水环境同位素特征，所有水样均位于雨水水样之下，说明矿坑水主要补给源标高均高于雨水水样采集标高900m，且补给源并非唯一，分散明显。矿坑水主要补给源符合不同标高补给区的非定水头补给。
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论文作者:靳宵
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/16
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