神东矿区矿井水的氢氧同位素特征及高氟矿井水形成的水-岩作用机制

作者：郭洋楠; 杨俊哲; 张政^*; 李国庆; 李庭; 王雷

来源：煤炭学报, 2021, S2: 948-959.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2021.0388

• 神东矿区
• 氟
• 矿井水
• 氢氧同位素
• 水-岩作用

神华神东矿区许多矿井水中氟化物(F-)质量浓度超标(>1 mg/L),给矿井水的利用和排放带来巨大挑战。为了调查矿井水中氟化物的潜在来源以及研究高氟矿井水的形成机制，从神东矿区8个煤矿采集了矿井水、萨拉乌苏组松散层潜水以及地表水样品共81个，进行了氢氧同位素和主要离子质量浓度测定。测试结果显示：神东矿区矿井水中F-质量浓度介于0.05～11.65 mg/L,平均为1.96 mg/L,其中51%的矿井水为高氟矿井水。氢氧同位素分析表明绝大多数的高氟矿井水具有偏轻的δD和δ18O,且随着F-质量浓度的增高，δD和δ18O降低。分析认为，δD和δ18O偏轻的矿井水相对古老，滞留时间长，其与松散层潜水以及地表水的水力联系较差，处于相对封闭的地下水环境，径流滞缓，水-岩反应充分，当含水层的矿物学和地球化学条件适宜条件下，含氟矿物中氟释放，导致水中F-的富集。矿井水水化学类型与F-质量浓度的关联性分析显示，Na-HCO3型水具有最高的F-质量浓度；所有的高氟矿井水均为Na型水，Na型矿井水中F-的质量浓度明显高于Ca型矿井水，随着Na+质量浓度的增高和Ca2+质量浓度的降低，F-质量浓度升高，反映出F-的富集主要与矿井水中Na+增高以及Ca2+消耗的水-岩作用有关。综合分析认为，神东矿区高氟矿井水的形成主要与矿井水中Ca2+与岩石表面吸附的Na+的阳离子交换吸附作用有关，同时，较高的碱性水环境下OH--F-阴离子交换以及Ca(OH)2矿物沉淀也有助于矿井水中F-的富集；此外，氢氧同位素分析表明少部分高氟矿井水的形成与蒸发作用有关。

• 单位
  中国地质大学（武汉）