煤炭学报

作者：杨建, 李慧,

关键词：环境同位素, 矿井水, 煤炭开采, 水源判别模型, 顶板地层结构,

蒙陕接壤区作为我国能源安全的核心保障区域，同样也是黄河流域生态保护和高质量发展的关键地带。该区域煤炭资源的高强度开采可能对生态环境造成重大影响，尤其是对地表以下浅层第四系含水层的破坏。由于难以精确评估顶板各含水层的渗漏情况，这增加了制定科学、有效的保水采煤策略的难度。本研究基于对蒙陕接壤区地下水中环境同位素(D和18O)的检测与分析，应用同位素质量守恒原理，计算了矿井水水源的相对贡献量。研究发现，各含水层水中的环境同位素受地形地貌、地层结构和地下水赋存等因素的影响。研究区的第四系地下水主要来源于大气降水和地表水，具有快速的循环更替速度，表现为富含氚的现代水补给特征，其δD值和δ18O值大气降水和地表水相近。深埋区的白垩系与第四系水力联系紧密，循环更替过程较长，导致环境同位素值有所降低。白垩系和侏罗系地下水受垂向补给控制，循环更替速度减缓，δD值和δ18O值逐渐降低，其中白垩系地下水的δD值为–80.2‰～–75.6‰，δ18O值为–10.6‰～–8.7‰。浅埋区和中深埋区地层由于沉积时间长，成岩作用较好，加之后期构造运动的影响，与第四系或新近系直接接触，接受第四系地下水补给，导致δD值和δ18O值相对较高。而深埋区的侏罗系地层由于本身厚度较大，上覆有厚层的第四系和白垩系地层，地下水补给条件较差，地下水径流过程漫长且较为封闭滞流，因此δD值和δ18O值相对较低。本研究利用地下水中的δD值，通过二元混合模型计算得出，在浅埋区的矿井水中，第四系水的比例有所不同：SGT和HLG煤矿的占比小于20%，而BLT和LSJ等煤矿的占比介于28.0%～57.0%，YBJ煤矿的占比则接近80%。在中深埋区，矿井水中第四系水的比例通常小于20%，但在开发较早、顶板存在保德组红土层“天窗”的HLW和SS煤矿中，第四系水的比例分别达到了37.05%和26.24%。在深埋区，矿井水中白垩系水的占比约为30%。IsoSource模型的计算结果显示，第四系水的贡献率在7.6%～9.3%间，白垩系水的贡献率在12.0%～17.1%间，而侏罗系上段水的贡献率在74.9%～80.4%间，且不同矿区的矿井水中各水源的贡献率相近。本研究准确识别了矿井水中各含水层水的来源比例，对于蒙陕接壤区的保水采煤和生态环境保护具有重要的实际意义。

来源：2025年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

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