淮北礦區(qū)太原組灰?guī)r含水層富水性與埋深和構造的關系研究＊

許慶青 許進鵬

（中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，江蘇省徐州市，221116）

★ 煤炭科技·地質(zhì)與勘探 ★——兗州煤業(yè)股份有限公司協(xié)辦

淮北礦區(qū)太原組灰?guī)r含水層富水性與埋深和構造的關系研究＊

許慶青 許進鵬

（中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，江蘇省徐州市，221116）

分析了淮北礦區(qū)太原組灰?guī)r含水層特征以及礦區(qū)內(nèi)的5個水文地質(zhì)亞單元的太原組灰?guī)r含水層的富水性，經(jīng)分析表明，太原組灰?guī)r富水性與井田構造密切相關，并且其富水性具有隨著埋深的增加而減弱的規(guī)律。

淮北礦區(qū) 太原組 灰?guī)r含水層 富水性 構造 埋深

AbstractThe characteristics of Taiyuan formation limestone aquifer and the water abundance in five hydrogeologic subunits in Huaibei mining area were analyzed.The results showed that the water abundance of Taiyuan formation limestone was closely related with the geological structure of mine field，and would be weaken with the increase of buried depth.

Key wordsHuaibei mining area，Taiyuan formation，limestone aquifer，water abundance，geological structure，buried depth

淮北礦區(qū)10＃煤層是淮北礦區(qū)的主可采煤層之一，該煤層距太原組灰?guī)r20～40m。由淮北礦區(qū)及鄰近礦區(qū)各礦的生產(chǎn)實踐得知，太原組灰?guī)r溶裂隙水是本礦區(qū)10＃煤層礦井充水的主要隱患之一。

1 淮北礦區(qū)太原組灰?guī)r含水層總體特征

從區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)特征來看，礦區(qū)太原組灰?guī)r含水層具有以下特征：

（1）太原組灰?guī)r不同的巖段富水性差異性較大，太原組灰?guī)r一～四灰富水性較強，其它幾層灰?guī)r富水性較差，而在一～四灰中，又以太四灰的富水性最強。

（2）各井田的主采煤層底板距太灰水的距離較近，且厚度分布不均，淮北礦區(qū)主要礦井開采10＃煤層，底板距太灰頂間距、隔水效果和突水風險見表1。從表1看出，10＃煤層底板距太灰頂間距從16.11m（劉店礦）到68.31m（孫疃礦），距離變化大，并且不均勻。巖性主要以砂巖、泥巖為主，隔水效果較好，但是在局部地段由于受采動應力和構造的影響，存在突水的可能性。

（3）從整個區(qū)域資料看出，太灰的補徑排關系是：一方面，太原組灰?guī)r在區(qū)域內(nèi)出露面積不大，太原組灰?guī)r含水層依靠區(qū)域露頭補給量較少，而大部分水量，是從局部的露頭得到四含水的補給；另一方面，四含水與奧灰在局部露頭處也有水力聯(lián)系，這就造成了許多礦井四含水的水位和太灰水位標高一致，例如海孜礦、祁南礦、許疃礦和錢營孜礦等。但是，如果礦井斷層較為發(fā)育且為導水斷層，奧灰與太灰也有直接的水力聯(lián)系，淮北礦區(qū)主要含水層水位統(tǒng)計見表2。

（4）在詳細統(tǒng)計淮北及鄰近礦區(qū)太灰相關參數(shù)的基礎上可以看出，在淮北井田的太原組單位涌水量較小，但是其在局部井田較高，滲透系數(shù)差別較 大。

表1 淮北礦區(qū)主要礦井開采10＃煤層底板距太灰頂間距、隔水效果和突水風險

表2 淮北礦區(qū)主要含水層水位統(tǒng)計

2 太原組灰?guī)r含水層富水性與埋深和構造的關系

根據(jù)構造格局、補徑排條件和富水性強弱等對淮北南部礦區(qū)進行水文地質(zhì)亞單元劃分，從各個水文地質(zhì)亞單元具體分析淮北礦區(qū)太原組灰?guī)r含水層富水性與埋深和構造的關系。

2.1 宿東水文地質(zhì)亞單元

宿東水文地質(zhì)亞單元的主要構造為宿東向斜，宿東向斜較為緊閉，其構造形態(tài)決定了其處于一個相對獨立的水文地質(zhì)單元，淮北巖溶水文地質(zhì)單元的地下水進入宿東水文地質(zhì)單元受到了宿北斷層的阻隔，而且整個單元內(nèi)灰?guī)r受松散層覆蓋，垂直補給較差，因此無論是從垂向上還是徑向上，灰?guī)r補給條件都較差。

宿東礦區(qū)屬逆沖推覆構造上覆系統(tǒng)的鋒帶，斷裂構造以逆斷層為主，構造封閉條件較好，不利于地下水的流動。在宿東向斜的核部沒有地下水的排泄點，因此，在井田的深部，灰?guī)r水處于滯流環(huán)境，這種環(huán)境不利于巖溶的發(fā)育，從而會導致井田深部灰?guī)r水富水性較差。

根據(jù)宿東水文地質(zhì)亞單元的抽水實驗資料繪制了宿東水文地質(zhì)亞單元太灰?guī)r單位涌水量和滲透系數(shù)與埋深的散點圖，見圖1。宿東水文地質(zhì)亞單元太灰?guī)r淺部富水性強，在埋深大于300m以后富水性很弱。

圖1 宿東水文地質(zhì)亞單元太灰單位涌水量、滲透系數(shù)與埋深散點圖

以上資料表明，宿東水文地質(zhì)亞單元構造封閉條件較好，井田太灰?guī)r富水性差，淺部含水較豐富，300m埋深以下富水性變?nèi)酢?/p>

2.2 宿南水文地質(zhì)亞單元

本單元的主要構造為宿南向斜，宿南向斜處于徐－宿推覆構造的外緣，為一NE翼被逆沖斷層所破壞的不完整的向斜構造，構造變形程度弱于宿東向斜，并且在向斜轉(zhuǎn)折端正斷層較為發(fā)育，為地下水滲流提供了條件，地下水含量相對較高。

圖2 宿南水文地質(zhì)亞單元太灰單位涌水量、滲透系數(shù)與埋深散點圖

根據(jù)宿南水文地質(zhì)亞單元的抽水實驗資料繪制了宿南水文地質(zhì)亞單元太灰單位涌水量、滲透系數(shù)與埋深的散點圖，見圖2。宿南水文地質(zhì)亞單元太灰富水性有隨著埋深增加而減弱的趨勢，在部分點由于斷層等構造的存在富水性增強，引起太灰富水性不均一。

以上資料表明，本亞單元由于構造發(fā)育，并且存在灰?guī)r層位與第四系不整合接觸帶，第四系含水層必然與太原組灰?guī)r含水層發(fā)生水力聯(lián)系，所以，本亞單元灰?guī)r水富水性較強，但是其富水性仍然隨著埋深增大而減弱。

2.3 童亭北水文地質(zhì)亞單元

該亞單元為一相對封閉的水文地質(zhì)單元，周圍受到宿北、大劉家、楊柳和南坪斷層的制約，這些大的斷裂均具有一定的隔水能力，井田內(nèi)次一級構造展布形跡主要受控于四周邊界斷層。這種格局使得礦區(qū)形成了一個孤立的、較為封閉的斷塊，由于斷層的阻隔與外圍失去了水力聯(lián)系。本區(qū)范圍處于太灰地下水的排泄區(qū)，水流流速慢，水流補給不充分，地下水滯流時間長。因此本單元的太灰含水層富水性較弱。

根據(jù)童亭北水文地質(zhì)亞單元的抽水實驗資料繪制了童亭北水文地質(zhì)亞單元太灰單位涌水量、滲透系數(shù)與埋深的散點圖，見圖3。童亭北水文地質(zhì)亞單元太灰富水性整體較弱，并且有隨著埋深增加而減弱的趨勢。

以上資料表明，由于童亭北水文地質(zhì)亞單元邊界斷層具有一定的隔水能力，其為一相對封閉的水文地質(zhì)單元，失去了與外界的水力聯(lián)系，太灰富水性弱，且隨著埋深增加而減弱。

圖3 童亭北水文地質(zhì)亞單元太灰單位涌水量、滲透系數(shù)與埋深散點圖

2.4 南坪水文地質(zhì)亞單元

該亞單元與童亭北水文地質(zhì)單元接近。北為楊柳斷層、東為南坪斷層、南到板橋斷層，這些大的斷裂均具有一定的隔水能力，但與童亭北水文地質(zhì)單元相比，該單元比前者更為開闊，西部為童亭背斜，灰?guī)r與第四系松散層不整合接觸，灰?guī)r水與第四系水有一定的水力聯(lián)系，富水性較強。

根據(jù)南坪水文地質(zhì)亞單元的抽水實驗資料繪制了南坪水文地質(zhì)亞單元太灰單位涌水量和滲透系數(shù)與埋深的散點圖，見圖4。南坪水文地質(zhì)亞單元太灰富水性淺部較強，并且有隨著埋深增加而減弱的趨勢，但有個別鉆孔在導水斷層或者陷落柱等構造影響下太灰富水性為中等。

圖4 南坪水文地質(zhì)亞單元太灰單位涌水量、滲透系數(shù)與埋深散點圖

根據(jù)以上資料，南坪水文地質(zhì)亞單元由于童亭背斜影響，灰?guī)r與第四系松散層不整合接觸，灰?guī)r水與第四系水有一定的水力聯(lián)系，富水性較強，但是其富水性仍然隨著埋深增加而減弱。

2.5 五溝－界溝向斜水文地質(zhì)亞單元

位于童亭背斜西側的五溝—界溝向斜，東到童亭背斜核部，北到楊柳斷層，西到大劉家斷層，南到板橋斷層。該水文地質(zhì)亞單元主要被五溝斷層、界溝斷層等北東向的斷層切割，這些斷裂均具有一定的隔水能力。

根據(jù)五溝—界溝水文地質(zhì)亞單元的抽水實驗資料繪制了五溝—界溝水文地質(zhì)亞單元太灰單位涌水量和滲透系數(shù)與埋深的散點圖，見圖5。五溝—界溝水文地質(zhì)亞單元太灰富水性較弱，并且隨著埋深增加而減弱。

圖5 五溝－界溝水文地質(zhì)亞單元太灰單位涌水量、滲透系數(shù)與埋深散點圖

根據(jù)以上資料，五溝—界溝水文地質(zhì)亞單元由于斷裂構造具有隔水能力，太灰富水性弱，并且隨著埋深的增加而減弱。

3 結論

根據(jù)淮北礦區(qū)太原組灰?guī)r含水層總體特征以及淮北礦區(qū)5個水文地質(zhì)亞單元的具體情況得出淮北礦區(qū)太原組灰?guī)r含水層富水性與構造和埋深的關系：

（1）太原組灰?guī)r富水性與井田構造密切相關，淮北煤田構造復雜，各礦井往往處于不同的向斜構造內(nèi)，向斜的構造形態(tài)與規(guī)模、構造發(fā)育情況、淺部露頭面積和四含底部有無隔水層等，都對太原組灰?guī)r的富水性有較大影響。

（2）太原組含水層的富水性與埋深關系密切，多個礦井的資料表明，太原組巖溶一般在深100～ 300m最為發(fā)育，太原組的埋藏越深，則富水性越弱。

［1］ 李德彬，許進鵬，姚曹節(jié) .淮北礦區(qū)太原組灰?guī)r層掘進可行性研究［J］.中國煤炭，2011（8）

［2］ 鄭玉華，胥國富，崔麗茹.淮北礦區(qū)礦井水文地質(zhì)條件初探［J］.煤質(zhì)技術，2009（6）

［3］ 鄭世書，陳江中 .專門水文地質(zhì)學 ［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1999

［4］ 薛禹群，朱學愚，吳吉春 .地下水動力學 ［M］.北京：地質(zhì)出版社，1997

Study on relationship of water abundance of Taiyuan formation limestone with geological structure and buried depth in Huaibei mining area

Xu Qingqing，Xu Jinpeng
（School of Resources and Earth Science，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

A

許慶青 （1986－），男，山東菏澤人，碩士研究生，主要從事水文地質(zhì)方面的學習、研究工作。

（責任編輯 張毅玲）

國家自然科學基金項目（41002087）