地下水與礦產(chǎn)

1、淺談地下水與能源礦產(chǎn)之間的關(guān)系摘要地下水是地質(zhì)演化的產(chǎn)物，是構(gòu)成地球物質(zhì)的一個(gè)重要組成部分, 并與環(huán)境介質(zhì)不斷地進(jìn)行著相互作用。同時(shí)，地下水對相關(guān)礦產(chǎn)資源的形成更是尤為重要。通過系統(tǒng)分析研究地下水與礦產(chǎn)之間的聯(lián)系，不僅對水文地質(zhì)工作和礦產(chǎn)勘探具有指示意義，更對資源的綜合開發(fā)利用具有重大意義。關(guān)鍵詞 地下水；環(huán)境介質(zhì)；礦產(chǎn)資源；聯(lián)系正文 地下水在成礦中的作用日益受到重視。無論是慢源物質(zhì)或殼源物質(zhì)成礦, 成礦元素的遷移、富染都少不了介質(zhì)溶液的參與, 而地下水則是分布最普遍的理想介質(zhì)溶液。盡管幔源物質(zhì)可以通過巖漿熔體活動而遷移, 但巖漿活動中同時(shí)也有水的參與;而對于殼源物質(zhì)成礦過程來說, 地下水的活

2、動往往起著決定性的作用。這不僅是由于巖石圈普遍有水分布、使水巖石間長期進(jìn)行著廣泛的相互作用; 同時(shí)也由于水特異的物理化學(xué)特征所決定的活潑的溶劑性質(zhì)。例如水的介電常數(shù)大( 18時(shí), 為81 ),高于其他氣體數(shù)十倍。因此, 正、負(fù)離子在水中的相互引力比在氣體中要小數(shù)十倍( 如18 時(shí), 僅及在空氣中的l/81 )；而且水分子是極性分子, 溶入水中的離子易為水分子包圍, 形成水合離子而更易于在水中存在. 尤其當(dāng)水中溶有大量氣體( 如CO2，H2S，CH4等) 時(shí), 不僅增強(qiáng)了水對巖石的侵蝕性，而且溶入水中的金屬離子還可形成各種形式的絡(luò)合物而遷移。此外，水還具有低粘滯性而易流動的特性。水在水頭梯度(

3、壓力梯度)、濃度梯度和溫度梯度的作用下均可進(jìn)行對流循環(huán), 這不僅是成礦元素遷移的重要條件, 也是經(jīng)常促使水-巖石間化學(xué)不平衡性，加劇相互作用強(qiáng)度的重要因素, 因而有利于巖石中成礦元素向水中轉(zhuǎn)移。從水文地質(zhì)意義而言, 成礦元素的溶汲、遷移和富集主要受水的介質(zhì)環(huán)境( 溫度、壓力、p H、E h 等) 和水動力條件的控制。因之與地下水的埋藏條件有密切關(guān)系。1.地下水的形成過程與成礦參與殼源物質(zhì)成礦作用的主要是外生成因的地下水( 包括滲入水、沉積水及由沉積礦物中脫出的再生水)。按其埋藏及水動力特征基本分兩大類型，即初始遷移( 壓榨) 型含水系統(tǒng)及滲入型含水系統(tǒng)。目前認(rèn)為初始遷移型含水系統(tǒng)對金屬硫化礦床

4、及石油礦床形成關(guān)系最密切，下面以此為例談?wù)勂湫纬蛇^程與成礦的關(guān)系。初始遷移型含水系統(tǒng)是隨同沉積物一起埋藏下來的沉積水, 在隨同沉積物的壓實(shí)、固結(jié)成巖和變質(zhì)作用過程中經(jīng)歷其形成和演化的過程, 這也是水對巖石中分散的成礦元素溶解、遷移、富集和沉淀的過程，二者完全一致。因此說, 地下水參與成礦作用的過程即是地下水的形成過程。2.成礦過程中的地下水文特征分析沉積物形成后, 隨著水盆地不斷沉降, 上覆巖靜壓力逐漸增長，下伏沉積層即開始壓密排水的過程。由于細(xì)粒沉積物比表面積大，相應(yīng)的孔隙度大( 如粘土可達(dá)80-90%)；而粗粒物質(zhì)的孔隙大，但孔隙度卻較小( 如砂一般在30%左右) ，因此壓縮時(shí), 細(xì)粒粘土

5、層的壓縮量比砂層大的多；當(dāng)粘土和砂為互層沉積時(shí)，前者為釋水層， 后者為集水層，即由粘土層中擠壓出來的水不斷向砂層中集聚，從而形成初始遷移型含水系統(tǒng)。其基本水文地質(zhì)特征是:（1）當(dāng)該含水系統(tǒng)處于完全封閉狀態(tài)時(shí)，含水層的主要補(bǔ)給來源是相鄰粘土層的釋水，據(jù)估算每立方公里粘土可釋水?dāng)?shù)億立方米。 （2）承壓水頭的形成主要取決于巖靜壓力. 巖靜壓力愈大, 承壓水頭愈高。因此，含水層的等水壓線形狀與地層等厚線大體一致。但當(dāng)構(gòu)造、巖漿活動較強(qiáng)時(shí)，構(gòu)造應(yīng)力及熱流也參與水頭壓力的形成, 水頭壓力分布也會有相應(yīng)的變化。（3）在壓榨階段地下水的徑流方向一般沿含水層由沉降中心部( 沉積厚度最大) 向盆地邊緣( 沉積厚度

6、最小) 運(yùn)動, 在含水層中水的流線是自下而上的. 當(dāng)無排泄通道時(shí), 地下水徑流十分緩慢,但可在濃度梯度及溫度梯度作用下進(jìn)行對流循環(huán)。（4）溫度場和水化學(xué)場隨含水系統(tǒng)埋藏深度加大而改變。當(dāng)下沉深度達(dá)數(shù)百米時(shí), 溫度、壓力變化不大, 擠壓出來的主要是重力水,但也有部分弱結(jié)合水被排出, 水-巖間化學(xué)平衡開始破壞( 因結(jié)合水不溶解鹽分, 活化后溶蝕性較強(qiáng))增強(qiáng)了水對圍巖的侵蝕性，且礦化度增高，含氯性增強(qiáng)，對金屬元素向水中轉(zhuǎn)移有利。當(dāng)達(dá)到1.5-2公里時(shí)，溫度可達(dá)50-60，壓力達(dá)50P左右, 孔隙度降至40-20%，繼續(xù)壓榨排水( 強(qiáng)結(jié)合水)，不穩(wěn)定礦物開始分解，晶格破壞, 礦物晶格中的金屬離子活動性

7、增強(qiáng)，而且有大量的CO2、H2S、HCL、CH4等氣體成分產(chǎn)生, 水的侵蝕性進(jìn)一步增強(qiáng); 同時(shí)還有大量有機(jī)物分解, 生物化學(xué)作用強(qiáng)烈進(jìn)行，從而促使某些難溶的金屬離子形成金屬硫化物, 而水通常由SO4-Cl-Mg-Na質(zhì)水轉(zhuǎn)變?yōu)镃L-Ca-Na質(zhì)熱水。當(dāng)達(dá)5-6公里時(shí),溫度可達(dá)150-200, 壓力可達(dá)1000-2000P左右, 經(jīng)過持續(xù)釋水，巖石孔隙度減至20-5%左右, 各種礦物進(jìn)行重結(jié)晶和不同程度變質(zhì)和脫水，再生水參與成礦溶液, 巖石中金屬離子進(jìn)一步轉(zhuǎn)入水中，水溶液變?yōu)镃L-Na-Ca型熱鹵水。（5）地下水的排泄帶通常是物理化學(xué)條件急劇變化帶( 減溫、減壓), 因此含礦元素常在排泄帶富集成

8、礦。（6）當(dāng)后期構(gòu)造隆起使初始遷移含水系統(tǒng)與滲入型含水系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系時(shí), 滲入水排擠沉積水的過程中, 兩種不同類型水混合的鋒面附近, 也是物理化學(xué)環(huán)境的急劇變化帶, 從而有利于沉淀發(fā)生, 故也常有金屬礦床在此形成。由上可見, 地下水的形成過程與其參與成礦活動是完全一致的, 因此研究成礦時(shí)期地下水的形成過程及分布規(guī)律與成礦條件及礦床分布規(guī)律具有密切的聯(lián)系, 正因?yàn)槿绱? 古水文地質(zhì)條件的分析對于認(rèn)識區(qū)域成礦規(guī)律及指導(dǎo)找礦勘探具有一定的實(shí)際意義。3.結(jié)束語從以上例舉的幾種地質(zhì)作用過程中地下水活動的一般特征可以看出, 地下水的形成與巖石圈中進(jìn)行的各種地質(zhì)作用有著非常密切的聯(lián)系。研究地下水地質(zhì)作用，掌握

9、不同水文地質(zhì)現(xiàn)象與地質(zhì)環(huán)境之間內(nèi)在聯(lián)系規(guī)律及各種特征的標(biāo)志意義, 即可能更多地從地下水傳遞的信息中認(rèn)識地下深部所進(jìn)行的地質(zhì)作用的進(jìn)程和特點(diǎn); 或根據(jù)古地下水活動的遺跡，恢復(fù)古水文地質(zhì)條件, 為闡明有關(guān)礦床的形成和分布規(guī)律提供更充分的依據(jù)。這在實(shí)踐和理論中都是有意義的。目前許多地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科( 如巖石學(xué)、礦床學(xué)等) 都已注意到地下水在成巖、成礦中極為重要的作用, 而水文地球化學(xué)也已開始研究水對巖石圈的作用。因此在不同學(xué)科的密切配合下，對于地下水地質(zhì)作用的研究必將取得新的進(jìn)展。致謝本次課程設(shè)計(jì)經(jīng)過曲國娜教授的精心的指導(dǎo)、嚴(yán)格要求下業(yè)已完成的，從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計(jì)和調(diào)試，無不凝聚著曲導(dǎo)師的心血和汗水，在2015-2016年的學(xué)年的