1 四台煤矿酸性矿井水的地球化学特征 1
1.1 研究区概况 1
1.1.1 井田地质构造特征 1
1.1.2 含煤地层及煤质特征 2
1.1.3 水文地质特征 4
1.2 酸性矿井水分布 5
1.3 酸性矿井水的水化学特征 6
1.3.1 样品采集和样品测试 7
1.3.2 酸性矿井水的水化学类型 9
1.3.3 酸性矿井水的水质特征 10
1.3.4 酸性矿井水的pH和Eh及其关系 14
1.3.5 酸性矿井水的总酸度 14
1.4 酸性矿井水的地球化学演化 15
1.4.1 酸性矿井水中化学成分浓度的空间变化 16
1.4.2 酸性矿井水中主要矿物相的饱和指数特征 18
1.5 酸性矿井水中稀土元素的地球化学特征 19
2 永安煤矿酸性矿井水的地球化学特征 24
2.1 研究区概况 24
2.2 酸性矿井水的分布特征 25
2.3 样品采集与分析 28
2.4 酸性矿井水的水化学特征 29
2.4.1 酸性矿井水的水化学类型及常量组分 29
2.4.2 酸性矿井水中的微量组分 31
2.4.3 酸性矿井水的离子强度和活度系数 34
2.4.4 酸性矿井水的总酸度 36
2.4.5 酸性矿井水中的稀土元素 36
3 酸性矿井水中砷的形态分析 39
3.1 砷形态分析的意义 39
3.2 砷形态分析的进展 39
3.2.1 分光光度法 40
3.2.2 动力学光度法 40
3.2.3 原子荧光法 41
3.2.4 原子吸收光谱法 41
3.2.5 色谱法 41
3.2.6 联用技术 42
3.3 样品 44
3.4 酸性矿井水中形态砷的实验测定 44
3.4.1 水中砷的形态分析思路 44
3.4.2 实验试剂、标准溶液准备与仪器 45
3.4.3 水中有机胂和无机砷的分离与测定 46
3.4.4 氢化物发生－原子荧光法测定水中无机态砷 48
3.4.5 离子交换－原子荧光法测定矿井水中的形态砷 51
3.5 实验方法总结 55
3.6 实际样品测定结果与讨论 56
3.6.1 不同实验方法测定结果的比较 56
3.6.2 四台煤矿和永安煤矿矿井水中砷的形态分布 57
3.7 酸性矿井水中砷的污染防治 60
4 酸性矿井水的沉淀矿物Schwertmannite 61
4.1 样品与实验 61
4.2 结果与讨论 62
4.2.1 Schwertmannite矿物的结构与形貌 62
4.2.2 Schwertmannite矿物的化学组成 63
5 酸性矿井水水文地球化学模拟 68
5.1 水文地球化学模拟的理论基础 68
5.1.1 地球化学模拟中的基本概念 68
5.1.2 地球化学模拟中的数学方程 69
5.2 地球化学模拟的发展 70
5.2.1 地球化学模型的种类 71
5.2.2 热动力学数据库 71
5.2.3 常用地球化学模拟软件 72
5.3 水文地球化学模拟应用的现状 74
5.3.1 水体溶质化学形态（chemical species）计算 74
5.3.2 计算饱和指数 75
5.3.3 地下水的迁移演化过程模拟 76
5.4 酸性矿井水中金属的化学形态的模拟计算 76
5.4.1 水文地球化学模拟软件PHREEQC概述 76
5.4.2 主要金属元素的化学形态计算 77
6 煤系黄铁矿氧化动力学 93
6.1 化学反应动力学的表达 93
6.2 常用反应器类型 94
6.3 煤系黄铁矿氧化动力学实验 95
6.3.1 实验仪器及设备 95
6.3.2 实验参数的确定和实验液的配制 96
6.3.3 黄铁矿样品特征与前处理 97
6.3.4 黄铁矿氧化动力学实验 98
6.4 实验结果与讨论 99
6.4.1 煤系黄铁矿氧化反应的复杂性 99
6.4.2 pH、Eh以及电导率（EC）的变化规律 100
6.4.3 黄铁矿粒径对氧化速率的影响 103
6.4.4 Fe3＋浓度对黄铁矿氧化速率的影响 105
6.4.5 温度对黄铁矿氧化速率的影响 107
6.5 煤系黄铁矿氧化还原反应机理 109
7 煤系黄铁矿中有害元素在氧化反应中的迁移特性 112
7.1 样品 112
7.2 实验 114
7.2.1 实验设备及试液配制 114
7.2.2 实验 114
7.3 实验结果与讨论 116
7.3.1 电导率和pH的变化 116
7.3.2 反应体系中Fe、S组分行为 117
7.3.3 反应体系中微量元素的释放行为 120
7.3.4 K、Na、Ca、Mg、Cl的释放行为 124
7.3.5 反应体系中有害微量元素表观溶出率和释放速率 125
7.3.6 影响酸性矿井水中元素迁移的主要作用 126
7.3.7 黄铁矿在氧化还原反应中的物相及成分变化 128
8 水体同位素地球化学 135
8.1 同位素概述 135
8.1.1 同位素概念 135
8.1.2 同位素表达及其标准 135
8.1.3 同位素测定方法 136
8.1.4 同位素分馏理论 139
8.2 水的氢氧同位素 142
8.2.1 概述 142
8.2.2 大气降水线 142
8.2.3 氘过量参数（d值） 144
8.2.4 大气降水氢氧同位素的环境效应 146
8.2.5 氢氧同位素在水岩相互作用研究中的应用 150
8.2.6 氢氧同位素在地下水补给来源研究中的应用 150
8.2.7 氢氧同位素在水循环研究中的应用 151
8.2.8 氢氧同位素在地热水来源研究中的应用 151
8.2.9 氢氧同位素在工程地质中的应用 152
8.2.10 氢氧同位素在煤矿矿井水研究中的应用 153
8.2.11 水中氚及其应用 154
8.3 水中碳同位素 157
8.3.1 放射性同位素14C 158
8.3.2 稳定碳同位素 160
8.4 水中硫同位素 161
8.4.1 硫同位素的分馏效应 161
8.4.2 硫同位素地下水研究中的应用 163
8.4.3 大气降水、海水、湖水和河水中的硫同位素 164
8.5 水中氯同位素 165
8.5.1 氯同位素表示方法及其标准 165
8.5.2 水中氯同位素的测定方法 166
8.5.3 氯同位素分馏特征 166
8.5.4 氯同位素的应用 167
8.6 水中锶同位素 171
7.6.1 锶同位素表示方法及其标准 171
7.6.2 水中锶同位素测定方法 171
7.6.3 锶同位素的应用 172
8.7 水中硼同位素 177
8.7.1 硼同位素的测定方法及其标准 177
8.7.2 硼同位素的分馏机理 178
8.7.3 地下水的硼同位素 179
8.7.4 海洋及海底沉积物的硼同位素 179
8.7.5 盐湖卤水的硼同位素 181
8.7.6 热液流体及热液沉积物中的硼同位素 181
结论 183
参考文献 186