張 凱，高 舉，蔣斌斌,2，韓佳明，陳夢(mèng)圓

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083; 2.煤炭開采水資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

我國(guó)煤炭資源集中分布在水資源短缺且生態(tài)環(huán)境脆弱的能源“金三角”地區(qū)，然而煤炭的規(guī)?；_采會(huì)造成地表沉降[1-2]和礦井水外排[3]，引發(fā)造成地表環(huán)境污染和水資源浪費(fèi)等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。針對(duì)該區(qū)域煤礦水害和礦井水外排蒸發(fā)損失的問(wèn)題，前人[4-5]提出在“導(dǎo)儲(chǔ)用”技術(shù)理念引導(dǎo)下的煤礦地下水庫(kù)和水資源利用技術(shù)體系[6]。該技術(shù)充分利用采空區(qū)垮落巖體對(duì)礦井水的自然凈化作用，實(shí)現(xiàn)了礦井水井下儲(chǔ)存與利用[7-8]。隨著煤礦地下水庫(kù)技術(shù)在礦區(qū)的應(yīng)用，其運(yùn)行結(jié)果[9]和模擬實(shí)驗(yàn)研究[4]表明礦井水與垮落巖體發(fā)生過(guò)濾吸附和離子交換等水-巖相互作用可有效改善水質(zhì)，煤礦地下水庫(kù)中水-巖相互作用機(jī)理研究開始受到關(guān)注。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要是對(duì)地球化學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)等水-巖相互作用機(jī)理的研究[10]，利用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)探究水-巖相互作用機(jī)理也主要集中在回灌水對(duì)地下水環(huán)境質(zhì)量影響的研究[11]。ORLY Goren等[12]通過(guò)實(shí)地研究和實(shí)驗(yàn)室模擬污水回灌到含水層地下水的地球化學(xué)演變過(guò)程，結(jié)果表明出水的化學(xué)成分主要受陽(yáng)離子交換和碳酸鈣溶解的控制。MARCON等[13]利用含方解石和黃鐵礦的Marcellus頁(yè)巖在高溫高壓(130 ℃，27.5 MPa)下與鹽水和氧化酸化鹽水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明碳酸鹽和黏土溶解，硬石膏和次生黏土沉淀，以及蒙脫石和重晶石的平衡預(yù)測(cè)沉淀。MOSTAFA Redwan等[14]采用經(jīng)典地球化學(xué)和統(tǒng)計(jì)工具評(píng)價(jià)了上埃及新填海區(qū)水化學(xué)特征和水-巖相互作用對(duì)地下水化學(xué)特性的影響，得出兩者相結(jié)合可有效識(shí)別和評(píng)價(jià)地下水化學(xué)中的水-巖相互作用過(guò)程。國(guó)內(nèi)學(xué)者石旭飛等[15]也采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)人工回灌過(guò)程中的水文地球化學(xué)作用和各主要離子的來(lái)源進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)地下水中的Na+不僅受混合作用影響，還伴隨著陽(yáng)離子交換反應(yīng)和含鈉礦物的溶解，并且存在石膏、方解石及含錳、含鐵等礦物組分的溶解。賈文飛等[16]則通過(guò)靜態(tài)搖瓶實(shí)驗(yàn)和水文地球化學(xué)模擬研究了南水補(bǔ)給北京深層地下水過(guò)程產(chǎn)生的水巖作用和水質(zhì)影響程度，得出地下水的主要離子成分受硝化作用、陽(yáng)離子交換作用及包氣帶礦物質(zhì)溶解等作用的綜合影響?？梢?，由于地下水庫(kù)環(huán)境的封閉性和復(fù)雜性且在煤炭工程實(shí)踐領(lǐng)域是新生事物，有關(guān)煤礦地下水庫(kù)中水-巖相互作用機(jī)理的研究還較為缺乏。

筆者以神東大柳塔礦區(qū)煤礦1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)地下水庫(kù)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)研究區(qū)原位進(jìn)出水水樣測(cè)試分析，結(jié)合室內(nèi)水-巖相互作用模擬實(shí)驗(yàn)，解析煤礦地下水庫(kù)中水-巖相互作用機(jī)理，并對(duì)煤礦地下水庫(kù)水體中主要離子來(lái)源途徑進(jìn)行判別，為解析煤礦地下水庫(kù)水體自凈化原理、保障區(qū)域地下水水質(zhì)安全和煤礦地下水庫(kù)出水后續(xù)利用提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

神東礦區(qū)大柳塔煤礦位于陜西省榆林市神木縣西北部，面積約為126.8 km2。根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》中水文地質(zhì)類型表對(duì)大柳塔井煤層開采進(jìn)行礦井水文地質(zhì)類型劃分，大柳塔井水文地質(zhì)類型劃分為中等。

大柳塔煤礦主要開采2-2煤層和5-2煤層。在井田2-2煤層開采范圍內(nèi)，上覆基巖厚度大部分區(qū)域小于煤層開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，部分局部區(qū)域甚至小于垮落帶高度[6]，故此“兩帶”成為導(dǎo)通各種水源進(jìn)入水庫(kù)的主要通道。結(jié)合該區(qū)鉆孔資料及水文地質(zhì)分析[17-18]可知5-2煤層采空區(qū)的巖石樣品與2-2煤層的巖石礦物成分基本一致，礦區(qū)內(nèi)2-2和5-2煤層上覆巖性以砂巖和粉砂巖為主;而泥巖、砂質(zhì)泥巖則相對(duì)較少。且由于2-2煤層已開采結(jié)束，無(wú)法采集垮落于地下水庫(kù)中的巖石樣品，因此，本研究采集5-2煤層垮落的巖體作為巖樣。

大柳塔礦2-2煤層劃分為5個(gè)盤區(qū)，其中四盤區(qū)、老六盤區(qū)及新六盤區(qū)等3個(gè)采空區(qū)分別建成了1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)地下水庫(kù)，即本次研究水樣采集目標(biāo)水庫(kù)，距地表的深度約為130 m。四盤區(qū)位于井田西部，西側(cè)為哈拉溝、中部為母河溝，面積約10 km2;老六盤區(qū)位于母河溝東側(cè)，過(guò)境公路南側(cè)，面積約6.2 km2;新六盤區(qū)位于井田北部，面積約11.2 km2。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，大柳塔煤礦地下水庫(kù)儲(chǔ)水系數(shù)一般為0.15～0.25，1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)水庫(kù)儲(chǔ)水量分別約為3.36×106，1.93×106和1.82×106m3[6]。

2 材料和方法

地下水體化學(xué)組分演變室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分為動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)和靜態(tài)實(shí)驗(yàn)[19-21]。由于本文研究的目的是探究煤礦地下水庫(kù)水與垮落巖體相互作用過(guò)程中所發(fā)生的水-巖相互作用機(jī)理、水體中離子變化規(guī)律和來(lái)源解析，因此僅采用靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的方法研究煤礦地下水庫(kù)中的水-巖相互作用過(guò)程。

2.1 樣品采集

根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)場(chǎng)條件，本研究以大柳塔煤礦1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)地下水庫(kù)為研究對(duì)象，選取的巖石樣品為5-2煤層頂板垮落巖樣，研究水樣分別從3座地下水庫(kù)的進(jìn)出口取水樣，采集采空區(qū)裂隙水樣作為對(duì)比樣，具體采樣點(diǎn)和水樣特征見表1。采樣方法參照《水質(zhì)采樣方案設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(HJ 495—2009)和《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》(HJ 494—2009)。礦井水樣品現(xiàn)場(chǎng)采集后，將酸溶液預(yù)處理的水樣采集瓶密封、避光保存，干冰或冰袋低溫保存后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，部分水樣需先過(guò)0.45 μm濾膜處理用于后續(xù)離子的測(cè)試分析。對(duì)采樣區(qū)域的巖體組成進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，并采集相應(yīng)的細(xì)碎巖體，運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)等。

表1 水樣采樣點(diǎn)位置及其表觀特征
Table 1 Water sample sampling point location and itsapparent characteristics

樣品編號(hào)采樣點(diǎn)位置表觀特征Y11號(hào)水庫(kù)進(jìn)水中性,濁度高Y22號(hào)水庫(kù)進(jìn)水中性,濁度高Y33號(hào)水庫(kù)進(jìn)水中性,濁度高Y41號(hào)水庫(kù)400出水中性,濁度低Y51號(hào)水庫(kù)406出水中性,濁度低Y62號(hào)水庫(kù)615出水中性,濁度低Y73號(hào)水庫(kù)608出水中性,濁度低Y85-2采空區(qū)裂隙水中性,濁度低

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及測(cè)試方法

根據(jù)上述研究區(qū)概況資料和現(xiàn)場(chǎng)采集的巖石樣品，分析知該煤礦地下水庫(kù)中垮落巖石以砂巖和具有平行層理的泥巖為主，故本實(shí)驗(yàn)選取砂巖、泥巖分別與礦井水相互作用的靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)方法，并設(shè)置去離子水為對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。參照前人[17,22]對(duì)大柳塔煤礦采空區(qū)的研究，可知采空區(qū)的平均過(guò)濾層高度為3.50 m，平均抽水孔與注水孔的距離為1 100 m以及平均垮落巖石破碎最大塊度(直徑)為600 mm，儲(chǔ)水系數(shù)[5]為0.15～0.25。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，模擬實(shí)驗(yàn)按等比例還原至煤礦地下水庫(kù)垮落巖石與礦井水之間的關(guān)系，用顎式破碎機(jī)將兩種巖石樣品破碎至2～12 mm，分別稱取1 000 g巖石樣品置于1 000 mL燒杯中，并加入500 mL礦井水樣，使水-巖質(zhì)量比約為1∶2。另各設(shè)1組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，將加入500 mL礦井水樣替換為500 mL去離子水，其余操作不變。即泥巖-礦井水、泥巖-去離子水、細(xì)砂巖-礦井水和細(xì)砂巖-去離子水4組靜態(tài)實(shí)驗(yàn)。為保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境接近煤礦地下水庫(kù)運(yùn)行條件(25 ℃，避光，微還原性條件)，將各燒杯置于恒溫暗箱內(nèi)密閉。每天用玻璃棒攪拌1次，以加快巖石與水樣間的相互作用。在分別經(jīng)過(guò)0，0.5，1，3，4，6，8，10，12，15，47 d作用以后[23-24]，抽取燒杯內(nèi)上清液，待測(cè)。另設(shè)2組平行試驗(yàn)，以防止后續(xù)因上清液取樣消耗過(guò)多導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中止和降低實(shí)驗(yàn)誤差，其余操作同上。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取出浸泡后的巖石樣品烘干并研磨至300目左右，采用日本Rigaku公司生產(chǎn)的D/max-2 500 v/pc型X射線衍射儀(Cu靶，Kα輻射，步長(zhǎng)0.02°，功率40 kV、150 mA，連續(xù)掃描)進(jìn)行礦物成分分析，測(cè)試條件:2θ角度范圍為5°～70°，掃描速度為4°/min。

圖1 靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Static analog experimental device

3 結(jié)果與討論

3.1 煤礦地下水庫(kù)進(jìn)出水水-巖相互作用分析

3.1.1煤礦地下水庫(kù)進(jìn)出水水質(zhì)分析

大柳塔煤礦地下水庫(kù)進(jìn)出水和裂隙水水質(zhì)測(cè)試分析結(jié)果見表2。

表2 煤礦地下水庫(kù)進(jìn)出水和裂隙水的化學(xué)成分
Table 2 Chemical composition of water influent and effluent of coal mine underground reservoirs and crack water

水樣電導(dǎo)率/(μS·cm-1)pHSS/(mg·L-1)濁度/NTUTDS/(mg·L-1)離子質(zhì)量濃度/(mg·L-1)Na+K+Ca2+Mg2+Cl-SO2-4HCO-3Y11 8017.05636—901131.980.01172.7610.54289.22367.34118.79Y21 9377.062 496—976137.480.01213.560.13300.26387.12117.47Y31 9207.15636—934138.390.01168.4714.90266.54356.23120.01Y41 7206.98—99.0904174.031.52126.4523.46287.10330.24107.86Y51 6277.15—98.5814172.850.01138.409.68320.34321.20109.39Y61 7238.22—98.5869204.370.01151.510.01310.12310.80111.68Y71 7577.04—98.0878218.780.01139.111.12278.56341.56109.89Y81 7567.15—78.0837201.090.01140.311.44268.30315.67118.93

注:“—”表示未測(cè)量，由于進(jìn)水的濁度過(guò)高，出水和裂隙水的SS過(guò)低。

表3 煤礦地下水庫(kù)進(jìn)出水和裂隙水水質(zhì)分析
Table 3 Analysis of water quality influent and effluent of coal mine underground reservoir and crack water

序號(hào)常規(guī)指標(biāo)進(jìn)水出水裂隙水1渾濁度/NTU>10(Ⅴ類)>10(Ⅴ類)>10(Ⅴ類)2pH6.5≤pH≤8.5(Ⅲ類)6.5≤pH≤8.5(Ⅲ類)6.5≤pH≤8.5(Ⅲ類)3TDS/(mg·L-1)≤1 000(Ⅲ類)≤1 000(Ⅲ類)≤1 000(Ⅲ類)4硫酸鹽/(mg·L-1)>350(Ⅴ類)≤350(Ⅳ類)≤350(Ⅳ類)5氯化物/(mg·L-1)≤350(Ⅳ類)≤350(Ⅳ類)≤350(Ⅳ類)6鈉/(mg·L-1)≤150(Ⅱ類)≤400(Ⅳ類)≤400(Ⅳ類)7總硬度(以CaCO3計(jì))/(mg·L-1)≤650(Ⅳ類)≤450(Ⅲ類)≤450(Ⅲ類)

注:括號(hào)內(nèi)為對(duì)應(yīng)水質(zhì)類型。

3.1.2水化學(xué)類型分析

圖2 煤礦地下水庫(kù)水樣Piper三線圖Fig.2 Water sample Piper map of the coal mine under- ground reservoir

3.1.3煤礦地下水庫(kù)中主要離子的來(lái)源解析

如圖3所示，3座水庫(kù)進(jìn)水水樣(Cl-，Na+/Cl-)散點(diǎn)均處于Na+和Cl-的摩爾濃度比值為1的下方，2號(hào)和3號(hào)水庫(kù)出水水樣與裂隙水水樣的Na+和Cl-的摩爾濃度比值大于1，則Na+相對(duì)于Cl-過(guò)量，且1號(hào)水庫(kù)出水水樣的Na+和Cl-的摩爾濃度比值均大于進(jìn)水水樣。表明煤礦地下水庫(kù)中發(fā)生了Na+的溶出作用，且主要來(lái)自硅酸鹽礦物的溶解。

圖3 水樣中Cl-與Na+/Cl-的散點(diǎn)圖Fig.3 Scatter plot of Cl-concentration and Na+/Cl- concen- tration in water samples

圖4 水樣中與r(Ca2++Mg2+)的散點(diǎn)圖Fig.4 Scatter diagram of and r(Ca2++Mg2+) in water samples

3.2 靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1陰、陽(yáng)離子和TDS的變化規(guī)律

水-巖相互作用靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)中各陰、陽(yáng)離子和TDS質(zhì)量濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖5所示，可以看出模擬實(shí)驗(yàn)TDS和主要離子的變化規(guī)律與煤礦地下水庫(kù)原位水樣測(cè)試分析結(jié)果基本一致。

圖5 各陰、陽(yáng)離子和TDS濃度隨時(shí)間的變化Fig.5 Changes in the concentration of anion,cation and TDS over time

3.2.2陰、陽(yáng)離子和TDS的關(guān)系

TDS是水體中主要離子濃度的綜合反映，隨著煤礦地下水庫(kù)中巖石礦物溶解等水-巖相互作用的進(jìn)行，TDS通常會(huì)有規(guī)律的變化，通過(guò)水中主要離子與TDS的關(guān)系[28]可以揭示煤礦地下水庫(kù)水體中主要的水文地球化學(xué)過(guò)程，推測(cè)煤礦地下水庫(kù)水體中主要離子的來(lái)源。

從圖6(a)可以看出，隨著TDS的增加，Na+濃度增加最大，Ca2+濃度略有增加，Mg2+濃度基本不變，且Na+和TDS的線性相關(guān)性最好(R2=0.824 5)。從圖6(b)可以看出，Na+和TDS具有一定的線性相關(guān)性(R2=0.392 4)。綜合圖6(a)和圖6(b)可知，泥巖的陽(yáng)離子中Na+對(duì)TDS的增加貢獻(xiàn)最大，說(shuō)明泥巖中含Na+的礦物發(fā)生了溶解或其它的一些過(guò)程導(dǎo)致其增加的。Ca2+和Mg2+質(zhì)量濃度隨TDS的增加變化較小或基本不變，對(duì)TDS的增加貢獻(xiàn)不大。

圖6 泥巖中TDS和陽(yáng)離子關(guān)系Fig.6 TDS and cation diagrams in mudstone

從圖7(a)可以看出，隨著TDS的增加，Na+質(zhì)量濃度增加最大，Ca2+和Mg2+質(zhì)量濃度基本保持不變，且Na+和TDS的線性相關(guān)性最好(R2=0.992 4)。從圖7(b)可以看出，Na+和TDS具有一定的線性相關(guān)性(R2=0.150 2)。綜合圖7(a)和圖7(b)可知，細(xì)砂巖的陽(yáng)離子中Na+對(duì)TDS的增加貢獻(xiàn)最大，Na+質(zhì)量濃度的增加主要是來(lái)源于由細(xì)砂巖中含鈉或鉀的礦物溶解或陽(yáng)離子交換等過(guò)程。Ca2+和Mg2+質(zhì)量濃度隨TDS的增加基本不變，對(duì)TDS的增加貢獻(xiàn)不大。

圖7 細(xì)砂巖中TDS和陽(yáng)離子關(guān)系Fig.7 TDS and cation diagrams in fine sandstone

圖8 泥巖中TDS和陰離子關(guān)系Fig.8 TDS and anion diagrams in mudstone

圖9 細(xì)砂巖中TDS和陰離子關(guān)系Fig.9 TDS and anion diagrams in fine sandstone

3.2.3水-巖相互作用下Na+的來(lái)源解析

如圖10所示，模擬實(shí)驗(yàn)的所有水樣都處在Na+和Cl-的濃度比值為1的直線之上，說(shuō)明Na+相對(duì)于Cl-過(guò)量，表明煤礦地下水庫(kù)水體中的Na+主要來(lái)自硅酸鹽礦物(鈉長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石和伊利石等)的溶解。由于水解作用的發(fā)生，OH-與金屬陽(yáng)離子結(jié)合并進(jìn)入煤礦地下水庫(kù)水中，使水體的pH值增加;H+主要與鋁硅酸絡(luò)陰離子結(jié)合生成難溶的黏土礦物，沉積到水底。鈉長(zhǎng)石可在25 ℃和常壓下溶解[36]，其主要發(fā)生的反應(yīng)為

(1)

圖10 Cl-濃度與Na+濃度的散點(diǎn)圖Fig.10 Scatter plot of Cl- concentrantion and Na+ concentrantion

結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)前后測(cè)得泥巖和細(xì)砂巖中巖石礦物含量的變化情況一致，見表4，鈉長(zhǎng)石和正長(zhǎng)石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都減少，高嶺石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)增加，伊利石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本不變。表4中只分析了主要礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，此外還有少量的黃鐵礦、方解石和白云石等。其中高嶺石、伊利石及綠泥石屬于黏土礦物，有研究[37]表明天然的黏土礦物及其改性后的產(chǎn)物具有較大的比表面積，可以吸附多種金屬離子，且飽和吸附量大。因此，這些天然的吸附劑是發(fā)生陽(yáng)離子交替吸附作用的主要助力。

表4 泥巖、細(xì)砂巖實(shí)驗(yàn)前后礦物組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)
Table 4 Mineral composition and mass fraction before and after mud and fine sandstone experiments%

礦物組成泥巖未浸泡礦井水浸泡去離子水浸泡細(xì)砂巖未浸泡礦井水浸泡去離子水浸泡石英41.041.639.332.429.434.4鈉長(zhǎng)石20.319.218.723.823.520.0正長(zhǎng)石6.45.65.223.815.216.6高嶺石6.67.311.58.120.817.5伊利石13.714.014.911.911.111.5綠泥石12.012.310.4———總計(jì)100100100100100100

注:“—”表示未檢測(cè)到，或含量少。

圖與r(Ca2++Mg2+)的散點(diǎn)圖Fig.11 Scatter diagram of and r(Ca2++Mg2+)

圖12 r(Na+- Cl-)與的散點(diǎn)圖Fig.12 Scatter diagram of r(Na+-Cl-) and r(Ca2++Mg2+-

由圖13可知，隨Cl-濃度的增加，Na+濃度/Cl-濃度的比值均大于1，且該比值沒(méi)有明顯的變化規(guī)律，也再次驗(yàn)證了煤礦地下水庫(kù)中發(fā)生了陽(yáng)離子交換反應(yīng)。利用鈉吸附比(Sodium Adsorption Ratio，SAR)可判斷煤礦地下水庫(kù)水-巖相互作用中有無(wú)可能發(fā)生陽(yáng)離子交換反應(yīng)，以及其發(fā)生的強(qiáng)弱情況[38]。由SAR值計(jì)算原理[39]繪制SAR隨時(shí)間變化如圖14所示，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，兩種巖石的鈉吸附比(SAR)值均逐漸增大，表明陽(yáng)離子交換反應(yīng)隨著反應(yīng)的進(jìn)行逐漸減弱。但泥巖-礦井水實(shí)驗(yàn)組在前5 d SAR值變化較快后續(xù)逐漸平緩，表明該組前期發(fā)生了強(qiáng)烈的陽(yáng)離子交換反應(yīng)，而后期反應(yīng)較弱;細(xì)砂巖-礦井水組也發(fā)生了陽(yáng)離子交換反應(yīng)，但SAR值整體變化較緩。

圖14 SAR隨時(shí)間的變化Fig.14 Change of SAR with Time

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

圖15 Ca2+濃度濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系 ntration with time

(8)

(9)

圖濃度與Ca2+濃度的散點(diǎn)圖Fig.16 Scatter plot of concentration and Ca2+ concentration

圖濃度與(Ca2++Mg2+)濃度的散點(diǎn)圖Fig.17 Scatter plot of concentration and (Ca2++Mg2+) concentration

圖18 (Ca2++Mg2+)濃度濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系 entration with time

4 結(jié) 論

(1)大柳塔地區(qū)煤礦地下水庫(kù)進(jìn)出水水質(zhì)總體符合地下水V類標(biāo)準(zhǔn)，出水的懸浮物明顯降低，總硬度減小，Na+增多而Ca2+減少。

(2)陽(yáng)離子交換反應(yīng)導(dǎo)致地下水庫(kù)水體的主要水化學(xué)類型由進(jìn)水的SO4·Cl-Ca型逐步向出水的SO4·Cl-Na型轉(zhuǎn)變。

(4)大柳塔煤礦地下水庫(kù)中主要的水-巖相互作用為陽(yáng)離子交換反應(yīng)、黃鐵礦氧化以及鈉長(zhǎng)石、白云石和方解石等礦物的溶解。該結(jié)果可以解釋礦井水經(jīng)煤礦地下水庫(kù)儲(chǔ)存后水質(zhì)得到凈化及Na+增多和Ca2+減少的離子變化規(guī)律。