淮南采煤沉陷区不同水体氢氧稳定同位素特征及其指示意义

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中国东部高潜水位煤矿区大面积沉陷湖泊在调节水资源、改善生态环境、减轻旱涝灾害及淮水北调工程等方面具有十分重要的作用。本研究以淮南采煤沉陷区为研究对象,综合考虑沉陷湖泊具有形成时间和空间分布差异性特征,通过样品采集与测试,研究了中国东部淮南煤矿区沉陷积水、地表河水和浅层地下水的水文地球化学和氢氧稳定同位素特征及影响因素。研究成果将为采煤沉陷区水资源综合开发利用提供科学依据。结果如下:(1)沉陷积水、河水及浅层地下水中Na+为优势阳离子,HCO3-为优势阴离子,水化学类型多为HCO3-Na、HCO3·Cl-Na、Cl-Na型。随沉陷时间的增加,沉陷积水中主要离子含量及水化学类型无明显变化。各水体中常量离子主要来源蒸发岩溶解和硅酸盐风化,并发生离子交换作用,部分浅层地下水样发生反向离子交换。由于沉陷区周边人为活动更显著、沉陷前后生态系统发生改变、渔业和家禽业养殖活动及污染源存在,沉陷积水水化学离子组分受到明显的影响,而河水和浅层地下水离子组分主要受蒸发结晶和岩石风化作用控制。(2)各水样点同位素值均位于大气降水线下方,水体主要来源于大气降水。积水、河水、浅层地下水的蒸发线斜率均小于GMWL(全球大气降水线)和LMWL(中国大气降水线)斜率,偏离大气降水线,补给水源受到一定的蒸发效应影响。其中10~20 a、20~30 a、30 a+的积水蒸发线斜率分别为4.73、4.75及4.80,d-excess(过量氘)均值分别为-2.28、0.97及3.64,这反映了随沉陷年限的增加,积水受到的蒸发作用减弱。(3)从定性和定量的角度对积水蒸发作用与沉陷年限的关系进行分析,其中定性解释为降雨补给稀释、水体蒸发分馏作用、河流补给及地下水补给,定量分析时基于瑞利分馏模型估算沉陷积水的蒸发比例,10~20 a、20~30 a、30 a+积水蒸发比例分别在39.51%~64.95%、30.23%~59.57%、27.36%~45.14%之间,这一结果进一步反映随时间的增加沉陷积水蒸发作用逐渐减弱。
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