隐伏型煤田深层地下水系统的环境同位素示踪

The study of tracing the deep underground water system in hidden coalfield by environmental isotope technology bears significance to understand the hydrogeological condition of deep groundwater and ensure coal mining safely. In a hidden coalfield，hydrogeochemical study of the isotopes on the deep underground water system is constrained by the difficulty in sampling and available reference is thus scarce. This project is designed to sample the deep underground water and surrounding rock in the deep working plane in the hidden coalfield of North China，to test isotopes of D, T, 18O, 13C, 14C and others as well as routine hydrochemical index of the underground water in the acquifers（such as bottom aquifer of Quaternary，Permian and Carboniferous and Ordovician aquifers）and mineral analysis of the surrounding rock and to discuss the isotopes composition and fractional features. Based on the analysis of water-rock interaction，the age-dating (by T, 14C) of underground water，the developping features of isotopic geochemical flow and the distributing law of isotopic slope, a recognition model is built for the deep underground water system of hidden coalfield.Combined with the isotope tests and age-dating of shallow underground water, surface water and precipitation, it is to track the spatial-temporal evolution of the deep underground water of hidden coalfield and artifical factors to provide a scientific basis for the reasonable evaluation of the hydrogeological condition of the deep groundwater in hidden coalfield and the prevention and treatment of water disaster in coal mines.

开展隐伏型煤田深层地下水系统的环境同位素示踪研究，对于掌握深层地下水水文地质条件、确保煤炭资源安全开发具有重要意义。文献显示，在隐伏型煤田开展深层地下水系统的同位素水文地球化学研究，因取样难度大等原因，前人成果极少。本项目拟利用华北隐伏型煤田煤矿深部采掘工程采取深层地下水样及围岩样，对矿井主要充水含水层（底含、煤系、太灰、奥灰）地下水及围岩开展同位素（D、T、18O、13C、14C）及常规水化学、岩矿成分测试，探讨各含水层地下水的同位素组成及分馏特征，在分析水-岩相互作用机理、地下水定年（基于T、14C）、同位素地球化学流演化特征及同位素地球化学梯度分布规律的基础上，建立隐伏型煤田深层地下水的环境同位素识别模式，并结合浅层水、地表水、降水的同位素测试及测年成果，追踪隐伏型煤田深层地下水系统的时空演变规律及人为因素的影响程度，为隐伏型煤田深层地下水水文地质条件评价、防治煤矿水害提供科学依据。

开展隐伏型煤田深层地下水系统的环境同位素示踪研究，对于掌握深层地下水水文地质条件、防治煤矿水害、确保煤炭资源安全开采具有重要意义。本项目以华北典型的隐伏煤田淮北煤田为研究区域，以矿井主要充水含水层（第四系底含、煤系、太灰、奥灰）地下水为研究对象，系统开展了各含水层深层地下水中同位素（D、18O、87Sr/86Sr、T、14C、13CDIC、18ODIC）、常规水化学及微量元素测试分析，主要成果体现在以下几方面：①探讨了各含水层地下水的同位素组成、分馏及控制因素，丰富了同位素水文学在水—岩作用机理上的研究成果；②利用放射性同位素（T、14C）进行了地下水定年，结合常规水化学特征，探讨了地下水化学场的演化和空间分布规律，揭示了淮北煤田地下水的补给、径流、排泄特征；③选择典型矿区（宿南矿区），系统开展了各含水层同位素地球化学流演化特征及同位素地球化学梯度分布规律，结合区域构造条件，研究了构造场对同位素地球化学作用的控制机理；④以各含水层同位素水化学差异为依据，结合常规水化学场研究成果，建立了深层地下水的环境同位素水源识别模式（单水源及混合水源），为隐伏型煤田煤矿水害防治提供科学依据；⑤基于深层地下水同位素、常规水化学及微量元素地球化学研究成果，探讨了地下水中微观组分与常规组分之间的内在联系；⑥利用地下水同位素等水文地球化学示踪研究成果，开展了煤矿水害防治技术及矿区浅表层环境地球化学研究。项目成果既丰富了同位素水文学在深层地下水方面的理论研究成果，又解决了煤矿安全开采过程中存在的实际防治水技术问题。