同位素水环境释宗论文

内蒙古陈旗煤田水环境同位素特征研究摘要：陈巴尔虎旗煤田位于内蒙古自治区呼伦贝尔市西北部，为我国重要的能源生产基地。研究区内现存的矛盾是：露天矿疏干水重复利用率低，大部分排入了就近河流、造成水资源浪费，工业园区重化工企业、电厂用水又颇为紧张。所以从水资源保护利用角度看，亟待提高矿区疏干水的综合利用水平。本文对陈巴尔虎旗煤田不同水体（大气降水、地表水、地下水）D、T、18O同位素组份进行了分析，诠释了其水文地质意义，为进一步研究该区域“三水”转换及地下水补、径、排条件提供了科学依据。基本查明陈旗煤田水文地质条件及矿床充水因素，估算矿坑排水量，为煤矿生产及地下水综合利用提供水文地质依据。关键词：氢氧同位素、水循环、陈巴尔虎旗煤田、大气降雨引言：陈巴尔虎旗煤田位于呼伦贝尔高平原东北部，南临海拉尔河，西、北、东三面为丘陵环绕，是一个较完整的水文地质单元，周边丘陵为地下水补给区，海拉尔河为地下水排泄区。煤田所处地貌属高平原。河流、湖泊发育，地下水具双层含水系统结构，上部赋存第四纪松散岩类孔隙潜水，下部赋存早白垩系含煤地层碎屑岩类裂隙孔隙承压水。1、区域地质背景特征1.1地理位置及地形地貌陈巴尔虎旗煤田位于内蒙古自治区呼伦贝尔市西北部，地处东经119°08′11″—120°17′04″、北纬49°06′40″—49°41′54″，东西长约80Km，南北宽约50Km，面积3995Km2。行政区划以呼伦贝尔市陈巴尔虎旗为主体，包括海拉尔区的一部分。工作区东西横贯有滨（哈尔滨）-洲（满洲里）铁路、G301国道，南北向有S201省道经过，并有专线与各中心城镇及矿区相连接，距工作区40Km的海拉尔东郊建有飞机场，交通便利（见交通位置图1-1）。工作区位于内蒙古东北部大兴安岭北段支脉西麓、呼伦贝尔高平原的东北边缘地区。总体地貌格局是：中部为北东-东西走向的陈旗煤田盆地，南部为海拉尔河谷平原，北、东、西周边为丘陵环绕；陈旗煤盆地东部为高平原、西部为冲积平原，主体地貌单元的过渡地带又分布有零星丘陵、台地、河（沟）谷等，地形地貌较为错综复杂。区内总的地势为北高南低、东高西低，由北东向南西、海拔呈递减趋势。1.2经济概况工作区内行政建制有陈巴尔虎旗巴彦库仁镇、宝日希勒镇，2个工业园区，有浩特陶海、哈达图、特尼河、谢尔特拉四个国营农牧场。巴彦库仁镇是陈巴尔虎旗人民政府所在地，是陈巴尔虎旗政治、经济、文化中心。工业园区入驻有神华、香港金新、云天化、东方希望集团、大唐、国华等国内外知名企业，拥有两个露天煤矿（宝日希勒、东明）、三个化工厂（金新化工、东能化工、大唐化肥）、一个大型发电厂（神华国华宝日希勒发电有限公司）。畜牧业、种植业、煤炭采掘业是区内三个传统的支柱产业。农牧业产业布局为“东粮、西草”，是呼伦贝尔市重要的商品粮、草及乳业、畜产品生产基地；以煤炭采掘为核心，煤炭深加工为重点，煤电联营为基础，逐步形成了“煤炭采掘-煤电联营煤化工”产业链条及能源化工产业集群；旅游业是本区的优势产业，“天堂草原”、“天下第一曲水”成为旅游知名品牌，闻名遐迩。1.3气象工作区地处中纬度地区，属中温带大陆性半干旱气候。主要气候特征是：冬季漫长寒冷，夏季短暂而炎热，春秋两季多风。1.4水文工作区属额尔古纳河水系，主要有海拉尔河、莫勒格尔河、伊敏河三条常年流水河流，其中莫勒格尔河、伊敏河是海拉尔河的支流。2、地质概况根据内蒙古地层区划图，本区属北疆-兴安地层大区（Ⅰ）兴安地层区（Ⅰ2）达赉-兴隆地层分区（Ⅰ22）。中新生代地层区划属滨太平洋地层区（5）大兴安岭-燕山地层分区(51)博克图-二连浩特地层小区（512）。区域发育的地层有：古生界石炭系下统浅变质岩系，中生界白垩系下统龙江组和大磨拐河组，第四系的更新统和全新统。3、同位素样品采集与测试结果3.1样品采集与测试本次在陈旗煤田不同地段、不同含水层位采集地表水、地下水D、T、18O同位素26组，其中大气降水2组，地表水5组，潜水6组，承压水13组。样品由国土资源部地下水矿泉水监测中心检测。采样条件及测试结果列于表3-4。水环境同位素测试结果表表3-4序号野外编号水类型取样深度（m）或取样地点δ18O（‰）δD（‰）T(T.U)1KT52(1)第四系32.94-13.5-1011.02KT52(2)白垩系34.37-13.6-1011.03KT49(1)第四系42.39-14.1-1061.04KT49(2)煤系地层20.92-14-1041.05KT35煤系地层96-13.9-1031.06KT34煤系地层51-13.4-1041.07KT40第四系50-12.8-991.08ZK0931(1)煤系地层44-14.7-1091.09KT17(1)煤系地层42-14-1061.010KT18第四系48-14.9-11018.8±1.811ZK0339煤系地层52-14.3-10920.0±1.712KT16第四系36-15.2-1141.013ZK0931(2)煤系地层60-14.6-1101.014KT17(2)煤系地层36-13.9-1061.015KT41(2)煤系地层66-13.7-1031.016KT6煤系地层38-14.5-1071.017KT12第四系39-14.3-1081.018KT41(1)煤系地层100-14.8-1081.019116-27(1)煤系地层72-14-1041.020T-1大气降水宝镇-11.7-9240.0±2.621T-2大气降水宝镇-10.1-7436.6±2.522T-3莫勒格尔河头站大桥-13.2-10225.8±2.323T-5湖水查干诺尔湖-6.4-7032.2±2.224T-6海拉尔河海拉尔河大桥-13.5-10326.2±2.025T-10湖水库库湖入口-7.2-6620.7±1.826T-11海拉尔河海莫河交汇处-12.7-10027.1±2.03.2地下水D、18O特征及水文地质意义图3—17是本次测试样所有样品的δD-δ18O关系图，从图中可作出1条现代水蒸发线，即δD=5.497δ18O-28.21。从图中可以看出：1、除10、11号样点外，其它3H含量小于1T.U的样品均位于一条斜率较全球大气降水线稍低的直线上，说明陈旗煤田地下水（包括潜水和西部煤系承压水）蒸发作用不明显，或者说蒸发作用对其影响较弱。2、所测试的地表水水样点（除22、23、24、25、26）均位于一条斜率较全球大气降水线稍低的直线上，这条线即是现代水蒸发线。蒸发线左端的22、24号和26号为2009年8月海拉尔河的洪水残留样，位于全球大气降水线稍右下侧上，表明经过较弱的河道蒸发，它们代表现代水特征。蒸发线右端的23和25号分别是莫勒格尔河河道蒸发残留水、为遭受蒸发后的结果。而20、21号样为陈旗宝日希勒镇的降雨水样，20、21号样均位于全球大气降水线附近，说明该地区的大气降水线与全球大气降水线接近。图3-17δD-δ18O关系图3.33H值分布特征及其水文地质解释依据样品的3H含量，可将样品分为以下2种类型：1、3H含量大于15TU，说明水体积极参与现代水循环或为现代水。样品包括：大气降水（20、21号）、湖水（23号）、莫勒格尔河、海拉尔河水（22、24、25、26号）以及与河水联系密切的地下水（10、11号）。2、3H含量小于1TU，说明是1952年以前补给的。包括下列样品：高平原碎屑岩类裂隙水（1、2、3、4）；冲积平原松散岩类孔隙潜水（6、7、12、17号）；冲积平原碎屑岩类裂隙水（5、8、9、13、14、15、18、19）。3H同位素主要用于分析1952年第一次核爆炸以来补给的地下水。上述3H值分布特征所代表的水文地质意义体现在以下方面：1、陈旗煤田盆地内的承压含水层和广大冲洪积平原区的潜水样品89%3H含量均小于1TU，说明该处地下水（包括承压水和潜水）受现代水的影响甚微，水循环条件不畅。2、钻孔KT18（10号）所取水样3H同位素含量为18.8±1.8，比海拉尔河水3H同位素含量26.2±2.0略低，结合该处为海拉尔河洪水泛滥区，说明该处潜水接受海拉尔河洪水渗透补给。钻孔ZK0339（11号）所取水样为碎屑岩类裂隙水，但其3H含量大于10TU，结合地层构造原因，说明与上部潜水有局部沟通可能。4、结论陈巴尔虎旗煤田地下水δD、δ18O同位素集中在全球大气降水线左下方稍低的直线上，说明受大气降水的控制作用明显，蒸发作用不甚强烈。地下水89%样品氚含量小于1TU，说明地下水循环滞缓，总体补、径、排条件不畅。