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基于三维地质结构模型的宿南矿区地下水演化与识别

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1绪论

1.1研究意义(Research Significance)

1.2研究现状(Research Status)

1.3 现存问题(Existent Questions)

1.4研究方案(Research Program)

1.5 论文工作量(Quantity of Task)

2研究区概况

2.1自然地理(Physical Geography)

2.2地质概况(Geological Overview)

2.3 水文地质条件(Hydrogeological Condition)

2.4 含水层分布特征(Distribution Characters of the Aquifers)

2.5小结(Summary)

3 宿南矿区三维地质模型及地下水迳流

3.1 模型范围(Scope of Model)

3.2水文地质结构模型(Hydrogeological Structure Model)

3.3地下水迳流特征(Characters of Groundwater Flow)

3.4地下水水位水量变化(Variation of Groundwater Quantity and Level)

3.5小结(Summary)

4 宿南矿区地下水化学特征

4.1样品采集与测试(Sampling Collecting and Test)

4.2常规水化学特征(Hydrochemical Characters of Major Ions)

4.3 微量元素水化学特征( Hydrochemical Characters of Trace Elements)

4.4 同位素水化学特征(Hydrochemical Characters of Isotopics)

4.5小结(Summary)

5宿南矿区地下水演化

5.1地下水年龄(Groundwater Age)

5.2地下水化学场空间演化(Hydrochemical Evolution of Groundwater in Space)

5.3地下水化学场时间演化(Hydrochemical Evolution of Groundwater in Time)

5.4水文地球化学模拟(Hydrogeochemical Simulation)

5.5地下水演化特征(Evolution Characters of Groundwater)

5.6小结(Summary)

6 宿南矿区地下水识别模式

6.1 不同含水层水化学比较分析( Comparative Analysis of Hydrochemical Characters among Diverse Aquifers)

6.2不同元素间关系(Relationship between Diverse Elements)

6.3地下水水源识别(Identification of Groundwater Source)

6.4小结(Summary)

7结论与展望

7.1结论(Conclusions)

7.2展望(Prospects)

参考文献

作者简历

学位论文数据集

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摘要

以宿南矿区四含水、煤系砂岩水和太原组灰岩水为研究对象,系统搜集了研究区钻孔及水文地质资料,测试了各含水层常规离子、微量元素(含稀土)和同位素含量,利用GMS建立了矿区三维水文地质结构模型,分析了地下水迳流特征及水位水量变化规律;研究了各含水层常规水化学、微量元素和同位素特征,约束了地下水年龄,探讨了地下水空间及时间演化规律,模拟了地下水迳流场地球化学过程,揭示了宏观组分和微量元素、同位素的关系,构建了水源识别模型。主要研究成果如下:
  (1)矿区地下水三维结构模型对于地质构造有一定的响应,能够正确认识地下水含(隔)水层厚度、深度及分布特征。四含水主体迳流方向由南向北、由西向东;砂岩水以静储量为主,横向迳流特征不明显;太灰水整体表现自矿区周边向矿井附近流动的趋势。随着煤矿开采,矿区地下水水位明显下降。四含水流动过程中以CO2参与的长石类矿物溶解作用为主;砂岩水缺少明显的迳流和补给痕迹;灰岩水迳流以CO2参与的少量方解石和白云石溶蚀作用为主。
  (2)宿南矿区地下水多是时间较为久远的亚现代水。TDS、Ca2++Mg2+、D、18O显示四含水主体由北向南流动,太灰水则恰好相反,由南向北流动。四含水主要受到CO2引起的碳酸化作用影响,砂岩水主要受硫酸化作用的影响,灰岩水主要受碳酸盐岩溶解的影响;此外阳离子交替吸附反应在砂岩水和灰岩水中作用明显。地下水演化过程中明显受地质构造及人类工程活动的影响,水文地球化学特征及离子含量变化在空间和时间均呈现一定规律。
  (3)矿区三个含水层具有各自不同的水化学过程及影响因素,三个含水层中均含过高的TDS而不能直接饮用,但灌溉适用性普遍较好,砂岩水水质最差。含水层中常规组分、微量元素和同位素(D、18O、13Cdic、18Odic、87Sr/86Sr)都有不同特征。Sr和Zr可以作为灰岩水和砂岩水中特征微量元素,且与其他常规元素、微量元素和同位素具有较好的相关性。根据不同特征离子建立了水源识别图形,基于祁东矿常规水化学参数和宿南矿区微量元素参数,建立了水源识别模型。丰富了稀土元素和同位素方法在水源识别中应用中的成果。本论文丰富了矿区地下水渗流场与化学场、宏观组分与微观组分的研究成果,对于矿区地下水开采及水源识别具有指导意义。

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