淮北平原区太原组岩溶含水层的水岩硫分及其同位素成因分析

摘要

淮北平原区是我国重要的煤炭资源区,主要分布着以下四个矿井充水含水层:新生界第四含水层、二叠系煤系砂岩裂隙含水层、石炭系太原组石灰岩岩溶含水层和奥陶系石灰岩岩溶含水层。
　　本文以石炭系太原组石灰岩岩溶含水层为研究对象,分析比较不同矿区的太灰水中常规离子的水化学特征,总结太灰水中SO42-离子浓度随地质环境的变化规律。对地下水中SO42-离子做硫元素同位素测试,结合水化学特征,进而探索SO42-离子、δ34S值、封闭性之间的关系。
　　通过室内培养硫酸盐还原菌,测试溶液中 SO42-、HCO3-离子浓度及氧化还原电位随时间的变化情况,观察细菌硫酸盐还原作用的过程。根据硫酸盐还原作用的分馏效应,解释不同矿区太原组岩溶含水层中,不同位置地下水和岩石中δ34S值产生差异的主要机理。
　　在地下水硫酸盐—硫化物体系中,开放环境下生成物H2S的δ34S值低于地下水硫酸盐δ34S值,地下水中 SO42-离子浓度较高;封闭环境下,随着地下水中硫酸盐被还原,硫酸盐得不到及时补充,使SO42-离子浓度较低,残余硫酸盐和晚期形成的硫化物δ34S值较高。
　　与潘北矿、潘二矿相比,车集矿、刘桥二矿太原组灰岩的上覆松散地层较薄,且周边太原组灰岩出露,使得岩溶裂隙水能够得到补给,故其开放性较强,太灰水δ34S值较低,SO42-离子浓度较高。而淮南煤田中,由于地质构造运动,八公山和明龙山的逆冲断层与上覆岩层,使得太灰岩溶地下水环境较为封闭。而潘二矿较潘北矿的太原组灰岩岩溶裂隙水的封闭性更强,故太灰水δ34S值更高,SO42-离子浓度更低。

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1 绪 论

1.1 研究背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究思路和研究内容

2 研究区域概况

2.1 自然地理概况

2.2 地质概况

2.3 水文地质概况

3 水化学特征分析

3.1 研究区范围

3.2 影响地下水化学成分的水化学作用

3.3 地下水化学成分的空间分布特征

3.4 地下水化学成分的递变规律分析

4 同位素测试及其成因分析

4.1 同位素基本理论

4.2 地下水中稳定同位素δ34S测试

4.3 岩石中稳定同位素δ34S测试

4.4 数据分析

4.5 成因分析

5 硫酸盐还原细菌培养及测试

5.1 硫酸盐还原细菌的介绍

5.2 硫酸盐还原细菌的培养

5.3 SEM法观察硫酸盐还原细菌

5.4 XPS测试

5.5 XRD测试

5.6 细菌硫酸盐还原作用的机理

6 结 论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况