摘要
中国东部是高度聚集的煤粮复合区，区内人口密集，农业活动强度高，煤炭开采活动多元化。煤炭开采和农业活动对水体碳循环产生重要影响。溶解无机碳（DIC）是地下水溶解碳的重要组成部分，目前关于煤矿区地下水中DIC地球化学特征仍缺乏清晰的认识。本论文以安徽省北部潘谢矿区地下水为研究对象，系统地采集松散层上部含水层组地下水样品，通过实验测试与分析，研究了潘谢矿区地下水水化学类型与成因机制,重点阐明了溶解无机碳含量、来源及影响因素等地球化学特征。主要研究成果如下: （1）上含上段水和上含下段水均属于低矿化度水，两个含水层段阴阳离子含量差异性不大，Na+均为优势阳离子，优势阴离子均为HCO3-，两个含水层水化学类型相似，水化学类型均主要表现为HCO3-Na和HCO3-Ca·Na型，表明上含上段水与上含下段水之间存在着一定的水力联系。上含上段水与上含下段水中水岩作用一致，主要是硅酸盐岩溶解与碳酸盐岩溶解，同时地下水还发生了阳离子交替吸附作用。饱和指数结果表明地下水中主要的反应矿物为方解石矿物，在水体中占主导地位。Gibbs图进一步表明两个含水层水文地球化学演化过程受到岩石风化作用和蒸发沉淀作用共同影响，此外少部分上含上段水还受到人为活动等外源输入的影响。 （2）上含上段水与上含下段主要受到大气降水补给作用。两个含水层蒸发线斜率均小于GMWL（8.0）和LMWL（8.48）,表明大气降水对地下水进行补给过程中发生蒸发分馏作用，产生同位素富集现象。d-excess值大小表现为:上含下段水＞上含上段水,表明上含上段水蒸发作用更为明显。地下水DIC在垂直方向分布上未出现明显特征，在水平分布上，地下水DIC含量表现为:居住区＞煤炭生产区＞农业区，主要是因为人为活动产生的污水等污染物的输入，导致居住区地下水DIC含量高于煤炭生产区和居住区。 （3）碳酸盐岩与土壤CO2是研究区地下水DIC的主要来源。不同活动区地下水DIC来源及影响因素存在显著差异，居住区地下水δ13CDIC值取值范围是-14.46‰～-11.87‰,DIC来源主要受到污水中有机质降解产生的CO2影响，导致813CDIC值偏负，DIC更多的来源于土壤CO2,贡献占比范围在51.49％～61.84％;农业区地下水δ13CDIC值取值范围是-9.64‰～-7.48‰,DIC来源主要受施用化肥产生HNO3参与碳酸盐岩风化的影响，导致δ13CDIC值偏正,DIC更多的来自于碳酸盐岩，碳酸盐岩端源贡献率为57.46％～66.18％;煤炭生产区地下水δ13CDIC值取值范围是-10.43‰～-8.46‰,DIC来源受到石膏溶解和矿业活动产生的硫酸盐在酸性条件下参与碳酸盐岩风化的影响较大，导致DIC更多的来自碳酸盐岩，贡献占比达到54.29％～62.16％。研究结果将有助于理解人类活动影响下煤矿区地下水DIC水文地球化学特征，并为水资源管理提供理论参考。
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