本文采用现场观察、资料收集、采样测试、物理模拟、数值模拟等手段,以徐州-大屯矿区为研究对象,从矿物学、岩石学、地球化学、界面化学、环境化学等角度,系统分析了研究区矿井水的污染状况和Hg、As、Se、Cr等重金属元素的来源及溶出机理。按照研究区地下水径流路线,即水文地质单元东部补给区地表水、水文地质单元奥陶系灰岩水与太原组灰岩水、矿井水、矿区地表水的顺序,分别研究了灰岩地层、煤层顶底板、煤层及地表水体的水文地球化学条件、水-岩/水-煤相互作用过程、微量元素的溶出方式及控制机理。通过实验模拟及数据分析,建立了不同地球化学环境中Hg、As、Se、Cr及重金属元素的溶出形式模型,并从环境的pH值、Eh值、温度、离子强度等角度分析了对微量元素溶出行为的控制作用。结果表明:研究区矿井水中Hg、As、Se等元素含量较高,而Pb、Cd、Cu、Zn等金属元素含量较低;矿井水中重金属元素溶出的主要位置为含煤地层,其中Se、As、Cr等元素主要来源于煤层顶底板,而Hg的溶出主要与煤层相关;含煤地层微量元素溶出的机理首先表现在吸附对其溶出行为的控制,当微量元素的吸附程度较低时,矿物的氧化溶解成为控制因素,影响及控制这一过程的地球化学条件包括溶液的pH值、Eh值、离子强度等,以及离子交换作用、络合作用及腐殖酸的携带作用等。