[发明专利]基于同位素与水化学矿区深部地下水循环示踪方法

说明书

本发明提供了一种基于同位素与水化学矿区深部地下水循环示踪方法,方法包括：A：开展水样常规水化学指标和稳定同位素测试；B：判断矿区深部含水层地下水的补给来源；C：定性分析矿区深部含水层地下水化学成分主要控制机制；D：确定矿物在地下水中的溶解与沉淀状态；E：揭示深部含水层地下水中硫酸盐的来源和混合过程；F：揭示深部含水层地下水中碳的转化及示踪DIC的迁移。从而达到全面且准确的阐明矿区深部地下水成因和复杂水文地质条件下循环过程。

技术领域

本发明涉及煤矿防治水技术领域，具体涉及一种基于同位素与水化学矿区深部地下水循环示踪方法。

背景技术

煤炭是我国主要的能源形式，随着浅部煤炭资源的逐渐枯竭，煤炭开采正快速的向深部进行。大规模深部采煤活动将导致上层地层破碎，形成导水通道，进而影响地下水的流动路径和循环方式，造成矿区水文地质条件复杂，对煤矿开采、地下水资源和安全生产具有一定的挑战性。因此，明确掌握开采作用下地下水的来源和循环机制，对区域地下水资源的保护与利用，以及煤矿防治水具有重要的意义。

目前的研究，主要集中在水文地质调查、突水水源识别，局部尺度水化学特征、单一同位素分析或采矿影响下水岩相互作用的时空演化分析等方面。然而，矿区深部水动力特征十分复杂，单一方法不能系统的、全面的揭示地下水循环规律。Gibbs图和离子比例法是用来探究地下水中主要化学组分来源和可能存在的水文地球化学循环过程的主要方法之一。稳定同位素因其指纹效应可以被用来示踪地下水来源、补给机制及水中元素的来源。氢和氧同位素被用于根据不同来源的δD和δ¹⁸O差异来估计地下水来源；在硫酸盐浓度较高的煤矿环境中，利用硫稳定同位素(δ³⁴Sso₄)作为示踪剂，确定地下水中硫酸盐来源和相关混合过程。此外，碳的转化、交换或丢失与循环过程相关的同位素分馏而转移到δ¹³C_DIC的变化中，可利用碳稳定同位素评估碳转化和追踪DIC迁移。因此，利用同位素与水化学结合是揭示地下水成因和阐明水流通道复杂水文地球化学循环过程的有效途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何阐明深部矿区地下水循环机制。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

本发明公开基于同位素与水化学矿区深部地下水循环示踪方法，所述方法包括：

步骤A：开展矿区深部地下水样采取，对水样进行常规水化学指标和稳定同位素测试。

步骤B：根据矿区深部水样氢氧稳定同位素特征，判断矿区深部含水层地下水的补给来源。

步骤C：利用Gibbs图定性判断矿区地下水化学影响机制，揭示地下水化学组分控制机制。

步骤D：应用PHREEQC计算地下水中的矿物饱和指数，用以确定矿物在水中的溶解与沉淀状态。

步骤E：利用硫稳定同位素特征结合离子比例分析，揭示矿区深部地下水中硫酸盐的来源和相关混合过程。

步骤F：通过碳稳定同位素特征分析结合水文地质条件，揭示矿区深部地下水中碳的转化及示踪DIC的迁移。

可选的，所述常规水化学指标包括：

Na⁺浓度、K⁺浓度、Ca²⁺浓度、Mg²⁺浓度、Cl^-浓度、SO₄^2-浓度、HCO₃^-浓度、CO₃^2-浓度、pH和TDS值中的一种或组合。