地下水与矿产

11浅谈地下水与能源矿产之间的关系摘要地下水是地质演化的产物，是构成地球物质的一个重要组成部分,并与环境介质不断地进行着相互作用。同时，地下水对相关矿产资源的形成更是尤为重要。通过系统分析研究地下水与矿产之间的联系，不仅对水文地质工作和矿产勘探具有指示意义，更对资源的综合开发利用具有重大意义。关键词地下水；环境介质；矿产资源；联系正文地下水在成矿中的作用日益受到重视。无论是慢源物质或壳源物质成矿,成矿元素的迁移、富染都少不了介质溶液的参与,而地下水则是分布最普遍的理想介质溶液。尽管幔源物质可以通过岩浆熔体活动而迁移,但岩浆活动中同时也有水的参与;而对于壳源物质成矿过程来说,地下水的活动往往起着决定性的作用。这不仅是由于岩石圈普遍有水分布、使水岩石间长期进行着广泛的相互作用;同时也由于水特异的物理化学特征所决定的活泼的溶剂性质。例如水的介电常数大(18℃时,为81),高于其他气体数十倍。因此,正、负离子在水中的相互引力比在气体中要小数十倍(如18℃时,仅及在空气中的l/81)；而且水分子是极性分子,溶入水中的离子易为水分子包围,形成水合离子而更易于在水中存在.尤其当水中溶有大量气体(如CO2，H2S，CH4等)时,不仅增强了水对岩石的侵蚀性，而且溶入水中的金属离子还可形成各种形式的络合物而迁移。此外，水还具有低粘滞性而易流动的特性。水在水头梯度(压力梯度)、浓度梯度和温度梯度的作用下均可进行对流循环,这不仅是成矿元素迁移的重要条件,也是经常促使水-岩石间化学不平衡性，加剧相互作用强度的重要因素,因而有利于岩石中成矿元素向水中转移。从水文地质意义而言,成矿元素的溶汲、迁移和富集主要受水的介质环境(温22度、压力、pH、Eh等)和水动力条件的控制。因之与地下水的埋藏条件有密切关系。1.地下水的形成过程与成矿参与壳源物质成矿作用的主要是外生成因的地下水(包括渗入水、沉积水及由沉积矿物中脱出的再生水)。按其埋藏及水动力特征基本分两大类型，即初始迁移(压榨)型含水系统及渗入型含水系统。目前认为初始迁移型含水系统对金属硫化矿床及石油矿床形成关系最密切，下面以此为例谈谈其形成过程与成矿的关系。初始迁移型含水系统是随同沉积物一起埋藏下来的沉积水,在随同沉积物的压实、固结成岩和变质作用过程中经历其形成和演化的过程,这也是水对岩石中分散的成矿元素溶解、迁移、富集和沉淀的过程，二者完全一致。因此说,地下水参与成矿作用的过程即是地下水的形成过程。2.成矿过程中的地下水文特征分析沉积物形成后,随着水盆地不断沉降,上覆岩静压力逐渐增长，下伏沉积层即开始压密排水的过程。由于细粒沉积物比表面积大，相应的孔隙度大(如粘土可达80-90%)；而粗粒物质的孔隙大，但孔隙度却较小(如砂一般在30%左右)，因此压缩时,细粒粘土层的压缩量比砂层大的多；当粘土和砂为互层沉积时，前者为释水层，后者为集水层，即由粘土层中挤压出来的水不断向砂层中集聚，从而形成初始迁移型含水系统。其基本水文地质特征是:（1）当该含水系统处于完全封闭状态时，含水层的主要补给来源是相邻粘土层的释水，据估算每立方公里粘土可释水数亿立方米。（2）承压水头的形成主要取决于岩静压力.岩静压力愈大,承压水头愈高。因此，含水层的等水压线形状与地层等厚线大体一致。但当构造、岩浆活动较强时，构造应力及热流也参与水头压力的形成,水头压力分布也会有相应的变化。33（3）在压榨阶段地下水的径流方向一般沿含水层由沉降中心部(沉积厚度最大)向盆地边缘(沉积厚度最小)运动,在含水层中水的流线是自下而上的.当无排泄通道时,地下水径流十分缓慢,但可在浓度梯度及温度梯度作用下进行对流循环。（4）温度场和水化学场随含水系统埋藏深度加大而改变。当下沉深度达数百米时,温度、压力变化不大,挤压出来的主要是重力水,但也有部分弱结合水被排出,水-岩间化学平衡开始破坏(因结合水不溶解盐分,活化后溶蚀性较强)增强了水对围岩的侵蚀性，且矿化度增高，含氯性增强，对金属元素向水中转移有利。当达到1.5-2公里时，温度可达50-60℃，压力达50P左右,孔隙度降至40-20%，继续压榨排水(强结合水)，不稳定矿物开始分解，晶格破坏,矿物晶格中的金属离子活动性增强，而且有大量的CO2、H2S、HCL、CH4等气体成分产生,水的侵蚀性进一步增强;同时还有大量有机物分解,生物化学作用强烈进行，从而促使某些难溶的金属离子形成金属硫化物,而水通常由SO4-Cl-Mg-Na质水转变为CL-Ca-Na质热水。当达5-6公里时,温度可达150-200℃,压力可达1000-2000P左右,经过持续释水，岩石孔隙度减至20-5%左右,各种矿物进行重结晶和不同程度变质和脱水，再生水参与成矿溶液,岩石中金属离子进一步转入水中，水溶液变为CL-Na-Ca型热卤水。（5）地下水的排泄带通常是物理化学条件急剧变化带(减温、减压),因此含矿元素常在排泄带富集成矿。（6）当后期构造隆起使初始迁移含水系统与渗入型含水系统发生联系时,渗入水排挤沉积水的过程中,两种不同类型水混合的锋面附近,也是物理化学环境的急剧变化带,从而有利于沉淀发生,故也常有金属矿床在此形成。由上可见,地下水的形成过程与其参与成矿活动是完全一致的,因此研究成矿时期地下水的形成过程及分布规律与成矿条件及矿床分布规律具有密切的联系,正因为如此,古水文地质条件的分析对于认识区域成矿规律及指导找矿44勘探具有一定的实际意义。3.结束语从以上例举的几种地质作用过程中地下水活动的一般特征可以看出,地下水的形成与岩石圈中进行的各种地质作用有着非常密切的联系。研究地下水地质作用，掌握不同水文地质现象与地质环境之间内在联系规律及各种特征的标志意义,即可能更多地从地下水传递的信息中认识地下深部所进行的地质作用的进程和特点;或根据古地下水活动的遗迹，恢复古水文地质条件,为阐明有关矿床的形成和分布规律提供更充分的依据。这在实践和理论中都是有意义的。目前许多地质学基础学科(如岩石学、矿床学等)都已注意到地下水在成岩、成矿中极为重要的作用,而水文地球化学也已开始研究水对岩石圈的作用。因此在不同学科的密切配合下，对于地下水地质作用的研究必将取得新的进展。致谢本次课程设计经过曲国娜教授的精心的指导、严格要求下业已完成的，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着曲导师的心血和汗水，在2015-2016年的学年的学习期间，也自始至终的感受着导师的淳淳教诲和无私的关怀。特此，向曲教授表示由衷的感谢和崇高的敬意。参考文献[1]张人权，梁杏，靳孟贵，万力，于青春.水文地质学基础[M].第六版.北京:地质出版社，2011.[2]将敬业，程建萍，祈士华，向武.应用地球化学[M].武汉：中国地质大学出版社，2006.