判定盆地地下水来源的方法与流程

1.本发明属于铀矿地质勘查水文地球化学领域，具体涉及一种判定盆地地下水来源的方法。


背景技术：

2.在盆地可地浸砂岩型铀矿床工作一段时间了解了矿床基本情况后，总想知道矿床铀的来源，由于砂岩型铀矿床是水成的，水是铀的载体，故知道了盆地目的层砂体中水的来源也就知道了铀的来源。
3.盆地目的层成矿砂体中的水的来源包括：由地表水下渗形成成矿砂体中的水，由地下深处热水从构造上涌形成成矿砂体中的水，与沉积物一起沉积下来并埋藏于封闭的地质环境中的沉积水形成成矿砂体中的水。如何搞清楚盆地目的层成矿砂体中水的来源，通常做法是利用同位素分析，但是单独采用同位素分析，由于分析比较单一会经常出现误判。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种判定盆地地下水来源的方法，利用地下水化学组分以及组分含量的占比来判定出工作盆地目的层含水砂体的水的来源。
5.为达到上述目的，本发明使用的技术解决方案是：
6.判定盆地地下水来源的方法，其特征在于，包括：
7.在砂岩型铀矿区采集地下水的水样，分析并获取水样的水化学组分；
8.利用盆地地下水的化学组分以及化学组分含量的占比判别地下水的来源。
9.进一步，在砂岩型铀矿区水文孔、周围揭抵目的层砂体的水井或者目的层砂体露头的泉眼上采集水样，然后进行水样的水化学组份分析。
10.进一步，水样的化学组分包括：k

、na

、ca
2
、mg
2
、cl-、so
42-、hco
3-或者co
32-。
11.进一步，判别地下水的来源的步骤包括：
12.将水样的化学组分投影到吉布斯水化学组成成因机制模板上；运用吉布斯水化学组成成因机制与结晶-蒸发作用机制、水-岩作用机制，依据化学组分含量在各种条件下的占比，将水样在吉布斯水化学组成成因机制模板上分别归类，归类包括：结晶-蒸发作用域、水-岩作用域、降水作用域；当水样的投点落到水-岩作用域，则判定水样为地下水；当水样的投点落到降水作用域或者结晶-蒸发作用域，则判定水样属于地表水；
13.根据地球化学温标及地下水循环深度计算机理，得出地下水的埋藏深度和温度；根据地下水变质机理的变质系数判定地下水是否为沉积水或者混合水，当变质系数小于0.75，则判定水样为沉积水。
14.进一步，当水样投点都落在降水作用域或者结晶-蒸发作用域时，则判定水样来源于地表水的渗入；当变质系数≥0.75，则能够判定水样为地下水和地表渗入水的混合水。
15.进一步，当水样的为0.3～0.95时，水样归类为结晶-蒸发作用域；水
样的为0～0.963时，水样归类为水-岩作用域；水样的为0.3～0.968时，水样归类为降水作用域。
16.进一步，当水样的为0.3～1.0时，水样归类为结晶-蒸发作用域；当水样的为0～0.97时，水样归类为水-岩作用域；当水样的为0.3～0.99时，水样归类为降水作用域。
17.本发明技术效果包括：
18.1、本发明利用地下水化学组分以及组分含量之间的比值判定出工作盆地目的层含水砂体的水的来源；本发明便于野外地质、水文工作者快速、高效、准确地判定地下水的来源，为进一步矿物勘探提供技术支持。
19.地下水化学组分由于受到诸如补给水化学成分、含水层岩性、滞留时间及地下水径流路径上其他相关因素等多方面的影响，其主要离子的相关关系可以揭示地下水化学组分的来源及地下水演化过程中的水化学控制机制。换句话说，利用盆地目的层的地下水化学组分、组分含量之间的比值可以判别地下水的来源。
20.本发明运用地下水的水化学数据，将吉布斯(gibbs)水化学组成成因机制机制、水-岩作用机制、地球化学温标法及地下水循环深度计算机制、地下水变质机制(γna /γcl-)有机组合运用，综合研判盆地目的层地下水的来源。
21.2、盆地作为陆地的主要地貌单元，是人类生产生活的重要场所，正确认识盆地地下水的来源及循环演化规律对于促进内陆盆地地下水资源的合理开发和可持续利用具有重要意义。
附图说明
22.图1是本发明中自然水体水化学成因机制gibbs图模版；
23.图2是本发明中研究区目标层序地下水水化学组成成因机制gibbs图；
24.图3a是本发明中鄂尔多斯盆地北部下白垩统志丹群主要含水层水化学参数分析测试结果一览表；
25.图3b是本发明中续图3a测试结果。
具体实施方式
26.以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
27.判定盆地地下水来源的方法，步骤包括：
28.步骤1：在砂岩型铀矿区采集地下水的水样，分析并获取水样的水化学组分；
29.在工作盆地铀矿区水文孔、周围揭抵目的层砂体的水井或者在目的层砂体有露头的泉眼上采集水样，然后进行水样的水化学组份分析，化学组分包括：k

、na

、ca
2
、mg
2
、cl-、so
42-、hco
3-、co
32-，单位为mg/l。
30.步骤2：利用盆地地下水的化学组分以及化学组分含量的占比判别地下水的来源。
31.步骤21：将水样的化学组分投影到吉布斯(gibbs)水化学组成成因机制模板上；运用吉布斯水化学组成成因机制与结晶-蒸发作用机制、水-岩作用机制，依据化学组分含量在各种条件下的占比，将水样在吉布斯(gibbs)水化学组成成因机制模板上分别归类，归类包括：结晶-蒸发作用域、水-岩作用域、降水作用域；当水样的投点落到水-岩作用域，则判定水样为地下水；当水样的投点落到降水作用域或者结晶-蒸发作用域，则判定水样属于地表水；
32.步骤22：根据地球化学温标及地下水循环深度计算机理，得出地下水的埋藏深度和温度；
33.步骤23：根据地下水变质机理的变质系数判定地下水是否为沉积水或者混合水。
34.当变质系数(γna

/γcl-)小于0.75，则说明水样代表的地下水为沉积水。当水样投点都落在降水作用域或者结晶-蒸发作用域时，则可以判定盆地目的层砂体中的水来源于地表水的渗入；当γna

/γcl-≥0.75，则能够判定水样为地下水和地表渗入水的混合水。
35.利用盆地地下水的化学组分以及化学组分含量的占比能够判别地下水的来源，其理论依据如下：
36.一、吉布斯水化学组成成因机理。
37.吉布斯(gibbs)对全世界大量水质数据的统计分析认为，地球上自然水体主要化学组分的形成机制大致可分为三种类型，即降水主导型、水-岩作用主导型和蒸发-结晶作用主导型。并创建了水化学组成成因机制吉布斯(gibbs)投影模板。
38.如图1所示，是本发明中自然水体水化学成因机制gibbs图模版。
39.吉布斯(gibbs)投影模板的横坐标是：a图为b图为分式单位无量纲，离子单位为mg/l。gibbs模板的纵坐标为地下水矿化度，单位为mg/l。
40.作用域包括：结晶-蒸发作用域、水-岩作用域、降水作用域。
41.1、结晶-蒸发作用域
42.当水体为开放环境时，水体表面的水分子就会受日光照射、空气湿度、风等因素的作用而脱离水体蒸发到空气中去。水体的蒸发作用导致水中的化学组分浓度增高，当某些组分达到饱和浓度时，这些组分就会从水中结晶出来。结晶-蒸发作用的最大特点是水体的矿化度很高。
43.2、水-岩作用域
44.水与岩石发生了相互作用，岩石的组分被溶解在水里，水的组分被固定在岩石的分子里。根据前人的研究成果，地下水经历水-岩作用，其水的温度只有高于60℃，水与岩作用才能进行，水与岩交换反应的速度才明显加快，低于60℃的地下水，发生水与岩交换反应的速度极其缓慢，可达百万年之久而不发生变化。
45.3、降水作用域
46.降水作用域依靠大气降水做为补给源的水体。降水作用最大的特点是水的矿化度很低(请给出衡量的参数，以及化学组分)。
47.若进行盆地地下水的水样的吉布斯(gibbs)水化学组成成因机制分析时，首先进行吉布斯模板投影。当水样投点都落在降水作用域或者结晶-蒸发作用域时，则可以判定盆地目的层砂体中的水来源于地表水的渗入；当水样投点都落在水-岩作用域时，则可以判定
盆地目的层中的水来源于地下。
48.以上自然水体水化学组分组成的三个成因机制判定中，主要是利用了na

、ca
2
、cl-、hco
3-、等常规离子巧妙组合成两组比值关系，它们与矿化度(tds)的相关关系所包络的区域即是三个成因机制的从属区域。三个成因机制包络范围数值极值见表1。
49.表1自然水体水化学组分组成成因机制包络范围数值极值参数表
[0050][0051]
二、地下水变质机理。
[0052]
埋藏在地下含有一定水化学组份的地下水由于其所含的某些组份会产生吸附、沉淀和交换反应，使地下水水化学组份和组份含量发生了改变，这种改变称为地下水的变质。
[0053]
γna

/γcl-系数(γ代表离子的每升毫克当量)是表征地下水变质程度的重要参数，深部地层水的变质演化规律是：埋藏在深部的地层水如果封闭的越好、地下水就越浓缩，变质作用就越深，变质系数(γna

/γcl-)就越小。原因是地层水水化学组份中的cl-离子化学性质较为稳定，其水中含量长期保持不变，而na

离子则可能由于吸附、沉淀等化学反应而减少，总体上表现为γna

/γcl-比值的逐渐变小。根据博亚尔斯基的理论，变质系数(γna

/γcl-)小于0.75，说明地下水埋藏的封闭性较好，没有外来淡水的混合。变质系数(γna

/γcl-)大于(或等于)0.75，说明地下水的埋藏封闭性变差，有地表水的混合，深层地下水被稀释，遭到断裂构造的破坏。
[0054]
地下深处热水，变质系数(γna

/γcl-)小于0.75，则说明水样代表的地下水封存的好，没有与外来水混合，是沉积水的特征，可以判定盆地目的层砂体中的水是沉积水。
[0055]
结合变质系数(γna

/γcl-)，如果γna

/γcl-≥0.75，则能够判定盆地目的层地下水来源于地下深处热水和地表渗入水的混合水。
[0056]
三、地球化学温标及地下水循环深度计算机理。
[0057]ⅰ、地球化学温标
[0058]
地球化学温标可以刻度地下水的初始温度。地球化学温标就是利用水溶液在水与岩作用中溶解矿物趋于平衡状态下溶解组分比例的交换反应依赖于温度决定的，虽然随后地热流体温度持续降低，但以上“记忆”依旧会被保存，这种特性可以被用来预测地下水的温度，估算地下水初始温度，采用的地球化学温标法有na-k法、k-mg法、na-k-ca法、na-k-mg法等。
[0059]
本发明在对各个温标法进行大量计算对比的基础上认为采用na-k-ca法，采用公式1估算地下水的初始温度比较合理。
[0060][0061]
式中：t代表地下温度(℃)；na、k、ca代表水中钠离子、钾离子、钙离子的含量(mg/l)；β代表调节系数，用公式计算时先将β代入当t《140℃时,当t》140℃时,
[0062]
采用公式(1)估算的地下水初始温度普遍高于100℃，根据热工水力学，在蒸汽产生的压力作用下，热水的沸点是压强的函数，地下深处几千米的静水压力要大于1个大气压，要想使地下深处热水涌到地下浅部，热水蒸汽的压强必须大于大气压，热水的温度必须高于100℃。
[0063]ⅱ、地下水循环深度计算：
[0064]
地下深部热水涌升到地表浅部的循环深度称为深层热水的埋藏深度。
[0065]
可由公式(2)估算出来：
[0066]
h＝ho (t
r-to)/grad t
…………………………
(2)
[0067]
式中：h为循环深度(m)；ho为常温带深度(m)；tr为热储温度(℃)；to为常温带温度(℃)；grad t为地温梯度(℃/l00m)。
[0068]
当无工作区域常温带和地温梯度资料时，可设常温带深度为20m、常温带温度为11.5℃、地温梯度为2.5℃/l00m。
[0069]
如图2所示，是本发明中研究区目标层序地下水水化学组成成因机制gibbs图。如图3a所示，是本发明中鄂尔多斯盆地北部下白垩统志丹群主要含水层水化学参数分析测试结果一览表；如图3b所示，是本发明中图3a测试结果。
[0070]
在研究鄂尔多斯盆地北部下白垩统志丹群是否有砂岩型铀成矿可能的过程中，收集到了盆地目的层水化组分分析资料(图3a所示)，运用吉布斯水化学组成成因机制、水-岩作用理论、地球化学温标及地下水循环深度对资料进行验证本发明。
[0071]
由于水样绝大部分都投影在水-岩作用域，因此认为鄂尔多斯盆地目的层地下水来自地下6209.60米深的热水储层，水的初始温度高达165.49℃,是经过断裂构造上涌到地表浅部的。此外，在分析了铀成矿条件的基础上圈定了热水型砂岩铀成矿远景区。
[0072]
本发明还可以与同位素分析方法配合使用，能够进一步提高地下水分析的准确性，同时还可以修正同位素分析的缺陷。
[0073]
根据水样的锶同位素分析，水样
87
sr/
86
sr比值(0.709871～0.711792)与含水介质的硅酸盐矿物、碳酸盐矿物和硫酸盐矿物的
87
sr/
86
sr比值变化范围((0.709717～0.719874)具有较大重叠，反映了鄂尔多斯盆地北部下白垩统志丹群主要含水层地下水中sr是受到水-岩作用的影响。这一结论说明地下水化学组分、组分含量之间的比值与同位素之间有很好的对应关系。
[0074]
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或
其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。