印度贾坎德邦云母矿区地下水主要离子化学特征及不同用途适宜性研究

为探究云母矿区地下水质量，研究人员分析贾坎德邦矿区地下水 pH、EC、TDS 及主要阴（如 HCO??、Cl?、F?等）阳离子（如 Ca2?、Mg2?等）浓度，结合 WQI、PCA 等评估饮用及灌溉适宜性，发现部分区域离子超标，为矿区水管理提供依据。

　　

地下水是全球半数人口的饮用水源，在印度农业和经济发展中更是占据关键地位，约 85% 的农村和 50% 的城市供水都依赖地下水。然而，在云母开采等人类活动影响下，地下水面临着离子污染等严峻问题。例如，氟化物（F?）、硝酸盐（NO??）等污染物不仅威胁人类健康，还会影响农业生产。但以往针对非金属污染物的研究较少，尤其在云母矿区，其开采可能通过释放氟离子等污染地下水，而相关水质研究却较为匮乏。此外，季风等季节性因素对地下水质量的影响以及污染来源的精准识别也亟待深入探究。

为填补这些研究空白，来自印度南比哈尔中央大学、贾瓦哈拉尔?尼赫鲁大学等国内机构的研究人员，以印度贾坎德邦云母矿区为研究区域，开展了地下水主要离子化学特征及不同用途适宜性的研究。该研究成果发表在《Geochemical Transactions》。

研究采用了系统随机采样、实验室化学分析、水质量指数（WQI）计算、主成分分析（PCA）等技术方法。在采样环节，研究人员在贾坎德邦的柯达 erma、Giridih 和 Hazaribagh 等核心矿区，按季节（季风前、季风期、季风后）从井、钻孔和手泵采集了 37 个地下水样本。实验室分析则涵盖 pH、电导率（EC）、总溶解固体（TDS）以及主要阴、阳离子浓度等指标，其中阴离子（F?、Cl?、NO??、SO?2?）和阳离子（Na?、K?、Ca2?、Mg2?）通过离子色谱仪定量测定。

地下水化学特征与饮用适宜性

研究发现，矿区地下水 pH 值在 5.5-8.0 之间，呈微酸性至碱性。部分季节中，32%-35% 的样本 pH 低于印度标准（6.5）。TDS、F?、Cl?、NO??、Ca2?、Mg2?等指标在部分点位超过印度标准（BIS）或世界卫生组织（WHO）标准。例如，F?浓度最高达 3.7 mg/L，32%-38% 的样本超标，这与矿区富含氟的云母矿物（如白云母、黑云母）开采释放有关，长期饮用可能导致氟斑牙和骨骼氟中毒。NO??浓度在季风期显著升高，最高达 378.3 mg/L，27%-43% 的样本超标，主要与农业氮肥使用和采矿区污水排放相关，可能引发婴儿高铁血红蛋白血症等健康问题。

WQI 评估显示，38%-35% 的样本属于 “很好” 等级，35%-41% 为 “好”，但 27%-33% 处于 “差” 等级，表明部分地下水需处理后饮用。

灌溉适宜性分析

通过钠吸附比（SAR）、钠百分比（% Na）、残余碳酸钠（RSC）等指标评估灌溉适宜性发现，SAR 值均低于 6，属于低碱度类别，适合灌溉。但 EC 值显示 43%-38% 的样本为高盐度水，需配合排水措施用于耐盐作物。部分样本的镁危害（MH）和凯利指数（KI）超标，如季风后 19% 的样本 MH 超过 50%，可能影响土壤结构，需针对性管理。

离子来源与地球化学过程

PCA 表明，第一主成分（PC1）与岩石风化相关，钙（Ca2?）、镁（Mg2?）、碳酸氢盐（HCO??）等主要来自长石、白云石等矿物溶解；第二主成分（PC2）与农业活动相关，硝酸盐（NO??）、钠（Na?）等源自化肥使用；第三主成分（PC3）与氟化物（F?）和碱性 pH 相关，受含氟矿物风化及采矿影响。吉布斯图（Gibbs diagram）进一步确认岩石风化是离子的主要来源，而人类活动（采矿、农业）对污染有叠加作用。

结论与意义

该研究系统揭示了贾坎德邦云母矿区地下水的化学特征及污染状况，证实岩石风化是主要离子来源，采矿和农业活动加剧了氟、硝酸盐等污染。尽管多数地下水适合灌溉，但部分区域需警惕高盐度和镁危害；饮用水方面，约 29% 的样本质量差，存在健康风险。研究强调了可持续水管理和定期监测的重要性，为矿区地下水污染防控、政策制定及类似地质条件地区的水质研究提供了科学依据。