我国西南地区金属矿产资源丰富,其中滇川地区是全国五大铅锌矿采选冶生产基地之一,位于云南省昭通市彝良县的毛坪铅锌矿区作为该区域典型代表矿床品位高、储量大,且开采历史长、开采深度大。随着矿区的延深开采,矿区地下水位显著下降,涌排水量不断增大,成为制约矿山安全开发的主要因素,也构成了典型的人类活动影响下的地下水系统。因此,系统地、准确地辨识矿区充水水源及径流通道显得十分迫切,是矿区地下水防治工作的基础和重点,也帮助认识人类活动影响下复杂岩溶水系统的响应与表征。毛坪铅锌矿区以石炭系、泥盆系碳酸盐岩地层为主要赋矿地层,矿区外围以二叠系灰岩、峨眉山组玄武岩为主,而二叠系、石炭系、泥盆系这三套主要岩溶含水层则分别为二叠系下统梁山组、石炭系下统万寿山组组成的相对隔水层所间隔。矿区区域构造活动强烈、岩溶含水层结构复杂,属于水文地质条件复杂的岩溶裂隙充水矿床,其充水来源与通道问题复杂且一直未有定论:虽然矿区充水以大气降水补给为主,但其主要充水岩层、补给区域、径流方向有待商榷;矿区延深开采中不断揭露深层低温热水,其来源与成因尚未明确,贯穿矿区的洛泽河渗漏是否构成矿区主要补给来源也仍存疑。水文地球化学方法是岩溶水系统补给来源与径流通道认识的重要、有效的工具。本文以地下水系统理论为基础,基于不同路径、不同深度、不同时期的矿区水化学取样及分析工作,针对性地综合利用多种水化学指标对矿区主要充水水源与径流通道等进行系统辨识,并结合水文动态监测的系列数据加以论证,同时拓宽了若干地下水水化学组分指标对于充水条件研究的指示意义。结合历史时期数据,分析总结了矿区在长期开采过程影响下的地下水水化学组分演化特征与规律,及其反映出的矿区充水条件变化。本文取得以下主要研究结论和认识:（1）基于硝酸盐组分总结了矿区浅层水源的补给来源与径流通道。矿区岩溶含水层受到不同程度的硝酸盐污染,这种硝酸盐污染通常伴随着低水温、富集重同位素等特征,指示了来自东侧洼地区的浅层水源补给。地下水硝酸盐浓度的空间分布特征指示了矿区岩溶含水层的优先径流通道,并帮助揭示了石炭系、泥盆系岩溶含水层间由断层控制的北东向或北东向的直接的水力联系通道。尽管并未发现地下水中的硝酸盐浓度随深度增大而增大的趋势,但矿区地下水受硝酸盐污染影响深度之大,揭示了随矿区不断延深开采浅层地下水径流深度加大的结果。同时,矿区地下水中的硝酸盐浓度表现出明显的季节性特征,且在各次降雨事件中反映出的先升高后下降的动态特征表现为淋滤作用控制,结合地下水的其他物理化学指标,可以很好说明矿区所处的岩溶水系统的含水介质仍是以裂隙介质控制为主。总的来说,硝酸盐组分是矿区地下水补给来源、径流通道、滞留时间的良好示踪剂。（2）基于热储系统研究认识了矿区深层热水的补给来源与循环特征。矿区所揭露的深部低温热水氢氧同位素组成比当地泉水或冷水异常偏负,普遍适用的高程效应理论难以解释其偏负的组成特征,反映其主要接受古气候环境下偏冷时期的大气降水补给。该类低温热水属未成熟水,阳离子温标基本不适用,K-Mg温标和石英温标最为合适估算该类热储系统平衡温度,计算所得热储温度为50～65℃,循环深度约1900m,矿区低温热水主要是降水入渗后深循环过程中受地温增温梯度控制而形成。偏重的硫、碳同位素等数据及其表现出的p H降低,HCO3-、SO42-等浓度显著升高的特征,指示了与成矿背景相关的深部CO2、H2S等来源影响,从而使得碳酸盐岩继续溶解、硫化矿物氧化生成硫酸盐。深部地下水与围岩的长期水岩相互作用使得深部低温热水富集了放射性成因锶,并为深部水源贡献比例评价提供了更为适宜的混合模型。综上,矿区深层低温热水水化学组成特征与成矿地球化学背景密切相关。（3）基于低电导率背景揭示了地表水渗漏补给矿区的模式与程度。长期采矿活动影响下地下水位持续下降,导致矿区主要地表水系—洛泽河目前属于亏水河状态,构成了河流渗漏补给地下水的客观条件。地表水直接入渗补给河床下部孔隙水后,主要是在松散含水层中沿平行河流的方向快速径流,因此上下游监测孔对河床扰动试验表现出即时、同步的水位响应;受第四系下部粘土层的控制,孔隙水向下伏岩溶水垂向补给河床扰动后需经数天达到新的平衡状态,并在阳离子交换过程下形成极低电导率,这种低电导率背景指示了孔隙水与下伏岩溶水之间垂向补给过程之缓慢;钻孔稀释试验证明,河床下部岩溶含水层周边存在径流滞缓带,经多方法估算地下水流速在10-2m/d数量级,指示投入示踪剂后需数月才可消减迁移。总体而言,受控于河床沉积结构,地表水渗漏补给并不构成矿区主要充水水源。（4）基于矿区地下水化学时空演化规律阐明了开采影响下充水条件变化。在长期开采影响下,矿区岩溶水系统演化特征主要表现在:矿区涌排水量逐渐增大,水位下降的同时形成明显的降落漏斗,石炭系、泥盆系岩溶含水层间水力联系增强,且泥盆系岩溶含水层的补给来源和径流方向则明显改变;石炭系、泥盆系岩溶含水层在矿区开采影响下的水化学演化模式不同,前者水化学组成变化较小,而后者包括硫酸盐浓度在内的离子组分、矿化度大幅减少,SO4型、SO4·HCO3型向HCO3型、HCO3·SO4型转化;黄铁矿等硫化矿物氧化过程仍是矿区岩溶水硫酸盐组成的主要来源之一,这是集中开采前期异常偏高SO42-组成及当前南部深层热水SO42-浓度较高的主要原因;泥盆系岩溶含水层水化学变化主要得益于北部石炭系浅层水源的跨层补给、南部泥盆系深层水源托顶补给及其两者的混合过程。综上,地下水径流条件变化越大,水化学组成变化程度也就越大,长期开采活动下的径流条件变化是矿区水化学演化的主要控制过程。本文研究的主要特色在于:（1）基于水化学、同位素的方法全面地讨论了毛坪铅锌矿可能的充水来源及其贡献,包括浅层大气降水补给、深层低温热水补给及地表河水渗漏补给,这些水源问题在滇川铅锌矿集区具有共性,可以为研究区其他复杂岩溶金属矿区的防治水研究提供借鉴,具有重要的实践意义;（2）在传统水文地球化学方法解析水文地质条件的基础上,进一步拓宽了相关水化学指标的指示意义,如硝酸盐组分对于补给来源与通道的示踪、锶同位素混合模型较之氢氧同位素混合模型的优势等;（3）矿区作为典型的人类活动影响下的岩溶水系统,本研究结合历史数据分析了长期开采活动对地下水径流条件的改造,及其径流条件变化控制下的水化学演化特征与规律,是后续进一步探讨水动力场与水化学场耦合演化规律的基础。