深层地下水重金属元素地球化学演变及其对工程扰动的响应

作为陆地水循环的重要组成部分，深层地下水已经成为缓解我国北方供水紧张状况的可靠选择。然而，在苏皖北部矿区，深层环境下(300-1000m)的地下水已经受到煤矿开采、电厂取水等人为活动("扰动")的严重影响，重金属污染首当其充。由于深层水取样难度大，关于深层地下水中重金属地球化学行为及其演变特征的研究，目前尚未见文献报道。.本项目将利用煤矿深部开采易取深层水样的独特优势，以苏皖北部矿区深层含水层为研究对象，对其中的四个含水层（四含、煤系、太灰和奥灰）及围岩开展重金属元素（Pb、Zn、Sb、Cu、Hg、Cd、As、Fe、Mn）含量、赋存形态的测试分析，结合常规、微量元素及岩石矿物学组成测试，就深层地下水重金属元素的分布特征、物质来源、迁移、富集和转化机理进行探讨，明确受自然和人为因素共同影响的深层地下水系统中重金属污染时空演变规律，从而为深层地下水资源开发利用以及深层水环境保护提供科学依据。

作为陆地水循环的重要组成部分，深层地下水已经成为缓解我国北方供水紧张状况的可靠选择。然而，受人为采矿活动影响，苏皖北部矿区深层地下水（300-1000m）已然受到了影响，但关于深层地下水中重金属地球化学行为及其演变特征尚缺乏系统研究。基于此，本项目以苏皖北部矿区深层含水层为研究对象，对其中的四个含水层（四含、煤系、太灰和奥灰）及围岩开展重金属元素含量测试，并结合常规水化学、 微量元素及同位素组成特征，主要开展了以下研究：（1）通过元素地球化学监测与分析，认识了矿区深层地下水水文地球化学演化规律；（2）结合水文地球化学理论和数理统计分析方法，对控制深层地下水水化学组成的主要因素及“水—岩作用”机理行了探讨；（3）以煤矿深层地下水重金属元素组成为基础，建立了重金属环境背景值，进行了健康风险评价，并利用环境源解析模型分析了重金属元素的定量来源；（4）基于重金属元素（结合常规水化学）监测成果综合分析，就矿区深层地下水化学组成的变化对采矿工程扰动的响应开展了研究；（5）建立了基于重金属元素和常规水化学的水源识别模式，在煤矿水害防治中开展了应用研究；（6）与地下水有关的表生环境（土壤、沉积物）重金属研究。这些研究为揭示“表层—浅层—深层”水循环规律提供科学依据，为可持续开发利用深层地下水奠定基础，同时为探索深层地下水环境演变对人为工程活动（“扰动”） 的响应特征，保护深层地下水环境提供科学依据。而研究中涉及到的基于重金属元素识别水源则为煤矿安全生产提供了新的方法。