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摘要
煤炭资源开采会破坏含水层结构，扰动地下水系统，产生新的水循环模式。作为煤炭保供生产重心的西部矿区，高强度、规模化的开采加剧了这一扰动，使水岩作用等水化学过程更加剧烈。其背后所蕴含的地下水系统水化学的煤矿开采激励效应，是关系到煤矿安全开采预测预报精度，以及绿色开采地下水环境保护的关键科学问题。鉴于此，以西部榆神矿区曹家滩煤矿为研究实例，利用水文地球化学的原理和方法，从“是什么”、“为什么”和“怎么变”的角度，开展激励效应结果、激励效应过程以及水化学演化趋势三个方面系统性的研究。结果发现：研究区的地下水可以被分为五个聚类，聚类1代表煤矿开采后井田西翼第四系与风化基岩含水层为主的浅层地下水，聚类2代表开采前后地下水的混合，聚类3代表开采前的地下水，聚类4和聚类5主要代表开采后的延安组地下水；煤矿开采后，直罗组、延安组第四段和第五段含水层水样中HCO3-Ca和HCO3-Mg占比上升，井田西翼开采后的浅层地下水水质整体最优，各含水层水质有向好演变的趋势且对煤矿开采的响应不敏感；研究区地下水整体受控于阳离子交替吸附作用，煤矿开采前延安组第四段及以上含水层地下水受控于碳酸盐岩和硅酸盐岩的溶解作用；煤矿开采后的井田西翼浅层地下水受控于碳酸盐岩的溶解作用，直罗组、延安组第四段和第五段含水层地下水主要受控于硅酸盐岩的溶解和FeS2的氧化作用，延安组第一至三段含水层地下水主要受控于蒸发盐的溶解作用；煤矿开采加速了地下水的循环速度、加强了含水层间的水力联系，由此产生的稀释作用与矿井水处理后综合利用的措施是延安组第四段及以上各含水层水化学特征和水质演化的原因；未来应当继续做好矿井水处理后综合利用的工作，并注意直罗组和延安组第五段地下水特征有向浅层地下水演变的趋势，避免今后的涌水水源结果产生误判。
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