李 奇，趙紅利

(1.云南省有色地質(zhì)局，云南 昆明 650000；2.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650000)

勐興鉛鋅礦自1958年建礦以來(lái)，經(jīng)過(guò)多次技改擴(kuò)建逐步壯大起來(lái)。目前，礦山共開拓了1020、860、860-3和795四個(gè)坑口，及1個(gè)主豎井，并由此開掘出多個(gè)運(yùn)輸巷道和斜井，進(jìn)行大規(guī)模的探采工作?，F(xiàn)已開采到500中段，并向450、400中段掘進(jìn)，礦山開采過(guò)程中導(dǎo)致地下(表)水造成了一定的污染。而根據(jù)目前最新探礦成果顯示，礦區(qū)含礦層位延深低于200 m，200 m處均有礦化體(礦體)存在，未來(lái)礦床開采深度將低至200米標(biāo)高，如不加強(qiáng)對(duì)地下水的保護(hù)，將造成環(huán)境污染，嚴(yán)重影響人們生存。本文通過(guò)一個(gè)水文年的地表、地下水含量變化分析研究，旨在礦山開采過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)環(huán)境的保護(hù)。

1 區(qū)域與礦區(qū)水文地質(zhì)概況

區(qū)域所屬的水文地質(zhì)單元為一完整的巖溶地下水均衡區(qū)。地下水由南而北以暗河形式排泄于怒江,次級(jí)水文地質(zhì)單元又可分為巖溶水區(qū)和裂隙水區(qū)，即以泥盆系灰?guī)r與志留系千枚巖為界，西為巖溶水區(qū),東為裂隙水區(qū)。礦區(qū)則處于地表分水嶺以西斜坡地帶的裂隙水區(qū)內(nèi)(圖1)。礦區(qū)地勢(shì)總體西高東低,西側(cè)勐興壩子標(biāo)高740 m，為一南北向怒江斷裂通過(guò)相對(duì)下降的斷陷盆地。北、東、南三面為怒江環(huán)繞，盆地與怒江之間分水嶺標(biāo)高950～1 204 m，相對(duì)高差約350～604 m，屬中山中度切割地貌。

圖1 勐興鉛鋅礦區(qū)域水文地質(zhì)剖面圖

2 地下水水樣的采集及分析

2.1 地下水樣采集

分豐水期和枯水期在坑道、水平鉆孔以及地表出露泉點(diǎn)進(jìn)行水樣采集。地表取樣點(diǎn)多數(shù)為泉點(diǎn)，坑道所采水樣部分為水平鉆孔涌水，其余為巷道揭穿層間裂隙較為發(fā)育的裂隙涌水部位。樣品主要分布于泥盆系和二疊系的巖溶含水層和第四系的孔隙含水層中，地表水樣品均分布在研究區(qū)范圍內(nèi)，坑內(nèi)取樣分布于目前生產(chǎn)坑道不同標(biāo)高中段巷道中，多數(shù)屬裂隙水(見表1)。

2.2 地下水水質(zhì)分析結(jié)果

樣品做了全分析和重金屬元素分析，分析成分為：K+，Na+，Ca2+，Mg2+，F(xiàn)e3+，F(xiàn)e2+，NH4+，HCO3-，CO3-，SO42-，Cl-，NO3-，F(xiàn)-，游離CO2，可溶性SiO2，總硬度(CaCO3)，總堿度(CaCO3)，永久硬度(CaCO3)，暫時(shí)硬度(CaCO3)，負(fù)硬度(CaCO3)，固形物(TDS)，NO2-，PO43-，pH，Cu，Pb，Zn，Cd，Mn，Ag，As，Hg；而枯水期所有樣品(20件)均做了全分析和重金屬元素分析，分析成分為：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、NH4+、HCO3-、CO3-、SO42-、Cl-、NO3-、F-、游離CO2、可溶性SiO2、總硬度(CaCO3)、總堿度(CaCO3)、永久硬度(CaCO3)、暫時(shí)硬度(CaCO3)、負(fù)硬度(CaCO3)、固形物(TDS)、COD、CODcr、NO2-，PO43-、總礦化度、pH、Cu、Pb、Zn、Cd、Mn、Ag、As、Hg。

枯水期以D開頭的代表地表泉點(diǎn)水樣，以600、630等中段標(biāo)高開頭的代表巷道內(nèi)水樣。

將分析測(cè)試結(jié)果按豐水期和枯水期進(jìn)行地下水主要物理化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分類(表2)。地下水化學(xué)類型較為簡(jiǎn)單，地表出露泉點(diǎn)水化學(xué)類型以HCO3-Ca·Mg為主，次為HCO3-Ca型水。巷道內(nèi)以HCO3-Ca為主，次HCO3-Na·Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca型水?？傆捕瘸宋驳V庫(kù)較大外，多數(shù)為162.89～477.69 mg/L,多數(shù)為微硬水和硬水，少數(shù)48.99～148.20 mg/L,屬于極軟水和軟水。除尾礦庫(kù)樣品礦化度>1 g/L屬于弱咸水外，其余均<1 g/L，屬于淡水。

表1 勐興鉛鋅礦礦區(qū)不同時(shí)期地下水采樣位置(*)

(*)：豐水期樣品編號(hào)以QS開頭的代表地表泉點(diǎn)水樣，以MS開頭的代表巷道水樣

3 地下水化學(xué)成分及其影響因素

3.1 不同含水層地下水化學(xué)成分

綜合地下水化學(xué)成分分析結(jié)果，按不同含水層、水文期和取樣位置統(tǒng)計(jì)不同含水層地下水化學(xué)成分，以及同一取樣位置不同水文期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3.1.1 第四系洪沖積-殘坡積孔隙含水層組孔隙水

泉點(diǎn)出露于第四系洪沖積-殘坡積孔隙含水層中的樣品，豐水期有QS1和QS3，枯水期有D-9。該含水層水化學(xué)具有以下特征，pH值變化4.7～6之間，總體偏酸性，不同時(shí)期同一位置樣品枯水期的pH值略高于豐水期。礦化度變化于133.44～353.34 mg/L之間，均屬于淡水，舒卡列夫分類多數(shù)屬于HCO3-Ca·Mg型水，次HCO3(SO4)-Na·Ca(Mg)型(表2)。

表2 勐興鉛鋅礦區(qū)地下水主要物理化學(xué)指標(biāo)及化學(xué)類型

表3 勐興鉛鋅礦不同含水層組不同時(shí)期地下水化學(xué)成分特征表(部分分析數(shù)據(jù))

對(duì)比分析表3可以看出，孔隙含水層組的主要成分為K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-，陽(yáng)離子以高Na+、Ca2+，低K+、Mg2+，陰離子除了大寨附近水樣高NO3-外，其余樣品以高HCO3-，低NO3-、Cl-為特征。豐水期和枯水期六個(gè)水樣全分析結(jié)果顯示，該含水層地下水中豐水期Na+含量較枯水期高，大寨兩個(gè)4個(gè)水樣表現(xiàn)出高NO3-。

結(jié)合取樣泉(井)點(diǎn)巖性、流量等特征分析，孔隙含水層出露泉(井)流量較小，局部并無(wú)流動(dòng)，表明該含水層富水性差。此類泉點(diǎn)靠近村寨，受人類活動(dòng)以及牲畜活動(dòng)的影響較大，故局部樣品表現(xiàn)出高NO3-。

第一，提升民眾對(duì)保健食品認(rèn)識(shí)。由于健康科學(xué)的知識(shí)會(huì)影響中老年民眾對(duì)保健食品的興趣，特別是在保健食品營(yíng)養(yǎng)特性、功能效應(yīng)和潛在的健康益處方面，因此積極的引導(dǎo)方式應(yīng)是教導(dǎo)引導(dǎo)，讓民眾科學(xué)認(rèn)識(shí)保健食品。

3.1.2 泥盆系(D)二疊系(T2)碳酸鹽巖含水層組巖溶水

碳酸鹽巖含水層組pH值一般變化于6.4～6.7之間，屬于中性水?？傆捕葹?25.78～396.28 mg/L，均屬于微硬水?？偟V化度為580.38～685.31 mg/L，均屬于淡水。水化學(xué)類型均為HCO3-Ca·Mg型。綜合分析發(fā)現(xiàn)，同一泉點(diǎn)不同水文期總硬度和礦化度變化都很小，結(jié)合豐水期和枯水期泉點(diǎn)流量變化較小特征，表明該含水層組地下水硬度和礦化度較為穩(wěn)定，受氣候影響較小，地下水循環(huán)周期較長(zhǎng)。

碳酸鹽巖含水層組主要成分為K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-，陽(yáng)離子以高Ca2+、Mg2+，低K+、Na+，陰離子以高HCO3-，低SO42-、Cl-、NO3-為特征，其中HCO3--占據(jù)陰離子含量90%以上，表明該含水層組地下水化學(xué)成分來(lái)源與碳酸鹽巖的礦物組成密切相關(guān)，主要由地下水的溶濾作用形成。該含水層組所有樣品均未檢測(cè)出高含量的重金屬離子，說(shuō)明目前受采礦活動(dòng)及牲畜活動(dòng)的影響較小。

3.1.3 志留系變質(zhì)巖含水層組裂隙水

變質(zhì)巖含水層組pH值一般變化于5.8～6.8之間，除個(gè)別樣品偏酸性外，其余均屬于中性水?？傆捕葹?48.30～477.69 mg/L，硬度變化范圍較大，多數(shù)為微硬水，局部為軟水、硬水或極硬水。總礦化度為431.63～907.6 mg/L，均屬于淡水。水化學(xué)類型為HCO3-Ca，次HCO3-Na·Ca·Mg型水，主要受取樣含水層巖性的控制。

變質(zhì)巖裂隙含水層組主要成分為K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-，總體上看，陽(yáng)離子以高M(jìn)g2+、Ca2+、Na+，低K+，陰離子以高HCO3-、SO42-，低Cl-、NO3-為特征，不同裂隙含水層水化學(xué)成分差異較大，是因?yàn)樵搯卧畬邮懿傻V活動(dòng)影響較大。豐水期采樣分析發(fā)現(xiàn)局部樣品化學(xué)成分存在差異，尤其SO42-、Zn、Gd等離子濃度存在很大差異，結(jié)合礦區(qū)地表水體分布情況，為查明礦區(qū)地表水體與坑道分布區(qū)地下水之間是否存在水力聯(lián)系，因此，枯水期在尾礦庫(kù)和電鋅廠北面水庫(kù)各取水樣一件進(jìn)行分析。此外，高SO42-濃度5件樣品還具有高Ca2+濃度的特征，可能是以下兩種因素造成，一是尾礦庫(kù)直接滲漏所致；二是部分高Ca2+樣品取樣位置特殊，取樣水平鉆孔揭穿了層紋灰?guī)r，而據(jù)巖石化學(xué)分析，此灰?guī)rCaO含量為16.42%～38.80%，因此極有可能是地下水溶濾作用導(dǎo)致高Ca2+。且層紋灰?guī)r為含礦層，大部分巷道及采礦活動(dòng)均位于此層，同時(shí)也說(shuō)明了SO42-濃度偏高可能是人為采礦活動(dòng)污染所引起的。

垂向上由地表尾礦庫(kù)至地下不同標(biāo)高中段，Zn從尾礦庫(kù)62.16 mg/L，到650中段MS4的1.339 mg/L，再到600中段的0.268和0.29 mg/L，而Gd和Mn離子的濃度甚小，無(wú)法判斷出是否來(lái)源于尾礦庫(kù)廢水。由此可見重金屬離子濃度呈遞減趨勢(shì)，不同重金屬離子濃度各不相同，況且濃度與取樣點(diǎn)深度不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系或?qū)?shù)曲線關(guān)系[1-2]。表明尾礦庫(kù)廢水在變質(zhì)巖層間裂隙和構(gòu)造裂隙中的滲流具有高度的非均質(zhì)各項(xiàng)異性[3-6]。

綜觀豐水期和枯水期的所有全分析樣品可以看出，除去尾礦庫(kù)和已經(jīng)證實(shí)與尾礦庫(kù)存在水力聯(lián)系的600-2號(hào)樣品，還有MS1s、MS10、MS6和630-2表現(xiàn)為高SO42-，這4件樣品SO42-比取自相同含水層和相同深度的其他樣品高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，表明SO42-不可能來(lái)自含水層，這四處水樣可能是受到人為采礦活動(dòng)的污染所致。結(jié)合這四件樣品的采樣位置、深度以及地表水體分析，MS1s位于尾礦庫(kù)覆蓋范圍的正下方，可能受到尾礦庫(kù)的污染所致。而其余樣品位于尾礦庫(kù)南側(cè)平距近1 km處，雖然630-2和MS6取樣標(biāo)高為630 m遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于尾礦庫(kù)最低標(biāo)高810 m，但是地下水總體由南往北徑流，因此630中段高SO42-水來(lái)源于尾礦庫(kù)滲漏可能性不大。綜合分析認(rèn)為此4件高SO42-離子可能是受到淺部中段采礦活動(dòng)或原地表采礦、選礦活動(dòng)遺留廢水廢渣的影響，污染物與大氣降水一同沿層間裂隙、構(gòu)造裂隙入滲補(bǔ)給深部含水層所致。

3.2 坑道水化學(xué)成分特征

3.3 影響地下水化學(xué)成分的因素

豐水期和枯水期樣品全分析結(jié)果表明，礦區(qū)不同含水層地下水存在著明顯的差異，地下水化學(xué)成分主要受以下幾個(gè)方面因素的影響：

3.3.1 含水層巖性不同

3.3.2 取樣時(shí)期不同

通過(guò)對(duì)比同一泉點(diǎn)和坑道鉆孔(裂隙)，豐水期和枯水期水化學(xué)成分也有所不同。一般是枯水期樣品大多數(shù)組分含量略有增加，但不是十分明顯，表明礦區(qū)地下主要來(lái)源于大氣降水補(bǔ)給，但受到徑流路徑較長(zhǎng)和降雨補(bǔ)給滯后等因素的影響，枯水期地下水略有濃縮現(xiàn)象，但不是十分突出。

3.3.3 循環(huán)周期與徑流路徑差異

出露于第四系孔隙含水層的泉(井)流量小，水化學(xué)成分隨季節(jié)變化明顯，豐水期pH值與枯水期相比偏酸性更為明顯，枯水期總硬度和礦化度明顯比豐水期高，由此說(shuō)明第四系孔隙含水層地下水循環(huán)周期與徑流路徑最短，受大氣降水影響最明顯。泥盆系和二疊系巖溶泉水化學(xué)成分剛好相反，泉流量大，循環(huán)周期長(zhǎng)，補(bǔ)給面積廣，徑流路徑較長(zhǎng)，豐水期和枯水期相比，水化學(xué)組分變化不明顯。

3.3.4 地下水的污染程度不同

3.4 地下水化學(xué)組成與含水層之間的水力聯(lián)系

(2)第四系孔隙含水層地下水pH值多偏酸性，總硬度和礦化度低，泉(井)點(diǎn)流量小，表明該含水層受大氣降水與人物活動(dòng)污染影響較為明顯，徑流路徑以及循環(huán)周期短，與地表水直接的水力聯(lián)系較為緊密。

(3)志留系裂隙含水層與泥盆系、二疊系巖溶含水層地下水硬度和礦化度較高，說(shuō)明這兩個(gè)含水層組地下水的水—巖相互作用強(qiáng)烈，水化學(xué)成分來(lái)源主要是溶濾作用。巖溶含水層組枯水期與豐水期化學(xué)成分差異小，泉點(diǎn)流量變化小。以上特征表明巖溶含水層循環(huán)緩慢，徑流路徑長(zhǎng)，與巖溶發(fā)育關(guān)系密切。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)研究區(qū)水文地質(zhì)單元為一完整的巖溶地下水均衡區(qū)，礦區(qū)則處于地表分水嶺以西斜坡地帶的裂隙水區(qū)內(nèi)。礦區(qū)富水巖性為第四系(Q)洪沖積-殘坡積孔隙含水層組孔隙水、泥盆系(D)二疊系(T2)碳酸鹽巖含水層組巖溶水與志留系變質(zhì)巖含水層組裂隙水，有2個(gè)含水層和3個(gè)隔水層。

(2)按豐水期和枯水期進(jìn)行地下水主要物理化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分類，地表出露泉點(diǎn)水化學(xué)類型以HCO3-Ca·Mg為主，次為HCO3-Ca型水；坑道中以HCO3-Ca為主，次HCO3-Na·Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca型水。

(3)主要影響是含水層巖性不同，對(duì)于巖溶和裂隙含水層，巖性是控制含水層地下水化學(xué)成因的主要因素，主導(dǎo)成因是水-巖溶濾作用。

[1]薛禹群，朱學(xué)愚，吳吉春，等.地下水動(dòng)力學(xué)(2版)[M].北京：地質(zhì)出版社.2001.1-5.

[2]房佩賢，衛(wèi)中鼎，廖資生.專門水文地質(zhì)學(xué).北京：地質(zhì)出版社.2005:116-267.

[3]郭東屏，張石峰.滲流理論基礎(chǔ).西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社.1994:100-135.

[4]礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范(GB12719-91)——礦區(qū)水文地質(zhì)勘探、礦區(qū)工程地質(zhì)勘探.1991.10.

[5]原西南有色地質(zhì)勘探公司304隊(duì).云南省龍陵縣勐興鉛鋅礦床勘探地質(zhì)報(bào)告. 1985.

[6]錢家忠，汪家權(quán). 中國(guó)北方型裂隙巖溶水模擬及水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià). 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué)出版社.2003.

[7]仵彥卿. 多孔介質(zhì)污染物遷移動(dòng)力學(xué).上海:上海交通大學(xué)出版社.2007.

[8]周志芳.裂隙介質(zhì)水動(dòng)力學(xué)原理.北京：高等教育出版社.2007.1.

[9]張宏仁.地下水非穩(wěn)定流理論的發(fā)展和應(yīng)用.北京：地質(zhì)出版社.1975.

[10]束龍倉(cāng)，林學(xué)鈺，廖資生.基巖裂隙水尋找與開發(fā)的專家系統(tǒng)建立.水文地質(zhì)工程地質(zhì).1997(5)：30-33.

[11]仵彥卿.裂隙巖體應(yīng)力與滲流關(guān)系研究.水文地質(zhì)工程地質(zhì).1995.(6)：30-35.

[12]陳興周，李建林，等.應(yīng)力狀態(tài)的裂隙巖體滲透系數(shù)確定方法簡(jiǎn)述.地下水.2005.27(5)：352-365.

[13]Hassan Smaoui, Lahcen Zouhri，Abdellatif Ouahsine. Flux-limiting techniques for simulation of pollutant transport in porous media: Application to groundwater management[J]. Mathematical and Computer Modelling 47 (2008) 47-59.

[14]Leehee Laronne Ben-Itzhak, Haim Gvirtzman. Groundwater flow along and across structural folding: an example from the Judean Desert, Israel[J]. Journal of Hydrology 312 (2005) 51-69.

[15]Nguyen Cao Don , Hiroyuki Araki, Hiroyuki Yamanishi , Kenichi Koga. Simulation of groundwater flow and environmental effects resulting from pumping[J]. Environmental Geology (2005) 47:361-37.