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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

网络首发||郑刘根教授: 板集煤矿地下水稀土元素地球化学特征

2023-11-28

  

创新点


稀土元素具有稳定且相似的地球化学性质,被广泛用于研究地下水体与含水层之间的相互作用和地球化学过程。淮南煤田是我国十四个亿吨煤生产基地之一,矿区地下水含量丰富,地质背景复杂。论文以淮南煤田阜东矿区板集煤矿不同层位地下水为研究对象,开展了地下水水化学及水中稀土元素环境地球化学特征研究,阐明了地下水中稀土元素的富集及分异特性,探讨了不同层位地下水中稀土元素的控制因素。


作者简介

郑刘根  教授
郑刘根,男,安徽安庆人,1972年生,现为安徽大学资源与环境工程学院副院长,教授,博士生导师。主要研究方向为矿区污染物环境地球化学。主持“十二五”国家科技支撑计划课题、国家自然科学面上基金、中国科学院院长基金、安徽省自然科学基金、安徽省高校协同创新项目等多项纵向课题,同时承担淮南矿业集团、淮北矿业集团、中煤新集集团、安徽建工集团等单位委托的多项科技攻关课题。担任安徽省矿山生态修复工程实验室主任,安徽省水体治理和生态环境修复工程研究中心副主任,安徽省地矿类本科专业评估副主任委员。获安徽省科学技术二等奖、三等奖各1项,安徽省教学成果一等奖、二等奖各1项,发表学术论文100余篇,其中SCI/EI收录53篇,授权发明专利3项,软件著作权3项,出版专著2部,规划教材1部。

板集煤矿地下水稀土元素地球化学特征


作者

杜少能1,李昊志2,蒋召静1,储诚想1,黄文迪2,郑刘根2,*

单位

1. 中煤新集能源股份有限公司

2. 安徽大学 资源与环境工程学院


基金项目

1. 国家自然科学基金资助项目(42072201)

2. 中煤新集科技攻关项目(ZMXJ-BJ-JS-2021-20)

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摘要

稀土元素具有稳定且相似的地球化学性质,被广泛用于研究地下水体与含水层之间的相互作用和地球化学过程。以淮南煤田板集煤矿为研究区,采集了砂岩水、太灰水和采空区混合水等地下水样,并对这些水样的稀土元素含量和常规水化学离子进行了测试分析,以研究矿区地下水的水化学特征、稀土元素含量分布特征以及相关控制因素等方面的内容。研究结果表明:矿区地下水中的Na++K+、Cl-、HCO3-平均质量浓度分别为669.1、820.3、344.0mg/L,水质类型主要为Cl-Na、Cl·HCO3-Na、HCO3-Na型。研究区地下水中的稀土元素含量总体处于较低的浓度范围,其中三个混合水样中出现了重稀土的富集现象,大部分水样则呈现轻稀土富集。其中,Eu的含量最高,这是由于Eu与钙矿物的结晶沉淀作用导致其从稀土元素中分离出来。通过相关性冗余分析发现,研究区地下水样中的Eu和Fe存在一定的线性关系,说明Fe氧化物与稀土元素的吸附作用是影响稀土元素含量的重要控制因素之一。本研究对于深入了解淮南煤田板集煤矿地下水体系中的地球化学过程具体重要意义,并为矿区地下水的评价和管理提供了科学依据。

研究背景

稀土元素(REE)具有相似的原子结构并且在自然界中密切共生,它们多数储存在花岗岩、伟晶岩、长岩及与它们有关的矿床中。稀土元素的地球化学性质相似且稳定性好,受环境物理化学作用的影响较小,在风化、剥蚀、搬运、再沉积及成岩作用过程中,由于其元素间的微弱差异容易发生元素的富集与亏损,利用这种独特的地球化学性质,分析水体中REE的作用对于研究水体水文地球化学十分重要。钱英华等对淮南采煤沉陷区溶解态稀土元素和沉积态稀土元素的含量分布特征以及稀土元素无机络合作用进行研究,阐述了溶解态重稀土元素富集的原因以及沉积态稀土元素中Ce、Eu出现正异常的原因。杨洁等研究了长江下游冲积平原区土壤1500a时间序列内稀土元素含量和分馏的变化,发现了随着围垦时间的变化,土壤中REE含量出现先下降后增长的趋势并解释了土壤REE富集的主要原因。

淮南矿区作为全国十四个亿吨煤炭开采基地之一,为研究深层地下水中的稀土元素分布特征及控制因素等提供了良好的研究平台,而稀土元素之间相似且特殊的地球化学性质又可以为地下水和含水层间的相互作用和水文地质过程的研究提供进一步的理论基础。汤之铭等通过对淮南煤田潘谢矿区松散层、太灰水和奥灰水三个含水层水样的稀土元素含量特征等进行研究,探讨了研究区地下水中稀土元素分异的重要控制因素。本文选取淮南煤田阜东矿区板集煤矿地下水为研究目标,测试水样的稀土元素含量以及常规水化学指标,分析水样的水化学类型以及稀土元素的含量分布特征,研究板集煤矿地下水稀土元素的地球化学特征以及影响因素,研究结果为煤矿地下水中微量元素地球化学理论提供基础支撑。

部分图片

图1 研究区地下水水质类型Piper三线图
图2 稀土元素物理化学成分相关性冗余分析

图3 溶解态稀土元素水文性质与地球化学参数之间的关系

引文格式

杜少能,李昊志,蒋召静,储诚想,黄文迪,郑刘根.板集煤矿地下水稀土元素地球化学特征[J/OL].能源环境保护:1-8[2023-11-24].https://doi.org/10.20078/j.eep.20231009.

DU  Shaoneng, LI Haozhi, JIANG Zhaojing, CHU Chengxiang, HUANG Wendi, ZHENG Liugen. Geochemical characteristics of rare earth elements in groundwater of Banji Coal Mine[J]. Energy Environmental Protection: 1-8[2023-11-24].https://doi.org/10.20078/j.eep.20231009.


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编辑|邵方嫄

审核|金丽丽

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