水文地質(zhì)剖面上斷層的研究

馬兆峰

（潞安礦業(yè)集團(tuán)，地質(zhì)工程公司，山西 長(zhǎng)治 046204）

水文地質(zhì)剖面上斷層的研究

馬兆峰

（潞安礦業(yè)集團(tuán)，地質(zhì)工程公司，山西 長(zhǎng)治 046204）

勘探工程布置在與煤層走向或主要構(gòu)造線基本垂直的鉛垂勘探剖面內(nèi)，從而在地表構(gòu)成一組相互平行（有時(shí)也不平行）的直線，這些直線稱(chēng)為勘探線，每條勘探線都可對(duì)應(yīng)一個(gè)剖面；水文地質(zhì)剖面能反映某地區(qū)在一定垂直深度內(nèi)的水文地質(zhì)條件，其剖面一般通過(guò)水文地質(zhì)試驗(yàn)孔或觀測(cè)孔，此剖面上標(biāo)示出斷層、地層、巖性、地層產(chǎn)狀、隔水層、含水層的水位及水位抽降、出水量、水質(zhì)等內(nèi)容[1]。本文研究水文地質(zhì)剖面上的斷層，探討斷層在剖面上的畫(huà)法和斷層的富水性。

勘探線；水文地質(zhì)剖面；斷層

1 水文地質(zhì)剖面的生成

首先選擇一條通過(guò)水文地質(zhì)試驗(yàn)孔或觀測(cè)孔的勘探線，并且記下勘探線上的鉆孔；其次從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)出這些鉆孔的數(shù)據(jù)，然后選取要提取的地層和比例尺，最后應(yīng)用軟件生成剖面。在生成的剖面上，把含水層的巖性、厚度，地下水的流向，含水層的承壓水位線等，見(jiàn)圖上表示出來(lái)。圖1為常村煤礦的一個(gè)水文地質(zhì)剖面圖。

2 斷層特性

2.1 斷層概念

巖石圈中的巖體在構(gòu)造應(yīng)力作用下發(fā)生破裂，兩側(cè)巖體沿破裂面發(fā)生明顯的位移，形成一種斷裂構(gòu)造。斷層使巖體失去連續(xù)性和完整性，在自然界里發(fā)育廣泛，是巖石圈中最重要的地質(zhì)構(gòu)造類(lèi)型[2]。

2.2 斷層產(chǎn)狀

斷層在空間的產(chǎn)出狀態(tài)，包括走向、傾向、傾角，見(jiàn)圖2。

2.3 斷層的類(lèi)型

圖1 常村煤礦水文地質(zhì)剖面圖

勘探中常會(huì)揭露到的斷層有三種典型的類(lèi)型[3]：

1）正斷層：沿?cái)鄬用鎯A斜線方向，上盤(pán)相對(duì)下降，下盤(pán)相對(duì)上升，上盤(pán)相對(duì)下盤(pán)沿?cái)鄬用嫦蛳禄瑒?dòng)的斷層稱(chēng)為正斷層，見(jiàn)圖3-a。

2）逆斷層：沿?cái)鄬用鎯A斜線方向，上盤(pán)相對(duì)上升，下盤(pán)相對(duì)下降，上盤(pán)相對(duì)下盤(pán)沿?cái)鄬用嫦蛏匣瑒?dòng)斷層稱(chēng)為逆斷層，見(jiàn)圖3-b。

3）平移斷層：平移斷層是斷層兩盤(pán)順斷層面走向相對(duì)移動(dòng)的斷層，見(jiàn)圖3-c。

圖2 斷層的產(chǎn)狀

圖3 斷層的類(lèi)型

3 斷層平面圖

斷層線：斷層面與地面的交線，也是斷層面在地表的出露線。斷層線隨著斷層面的傾斜、起伏及地形起伏情況會(huì)有不同，有時(shí)呈直線，有時(shí)呈曲線。斷層在平面上的表示方法有兩種，方法一是箭頭代表斷層的傾向，兩個(gè)短軸代表下降盤(pán)。正斷層的箭頭和兩個(gè)小短軸代表傾向和下降盤(pán)，也就是它的上盤(pán)；逆斷層反之。方法二是點(diǎn)和叉，點(diǎn)代表上盤(pán)，叉代表下盤(pán)。在煤層底板等高線圖上，斷層是用斷煤交線的水平投影來(lái)表示的[4]，斷煤交線是斷層面和煤層底面的交線，也是煤層底板等高線與同標(biāo)高斷層面等高線交點(diǎn)的連線。圖4為王莊礦勘探區(qū)煤層底板等高線圖的局部，從圖可見(jiàn)斷層F1在平面的畫(huà)法。

圖4 斷層平面圖

4 斷層剖面圖

勘探區(qū)內(nèi)，當(dāng)斷層走向線與勘探線的夾角并非90°時(shí)，斷層在勘探線剖面上的視傾角需要進(jìn)行計(jì)算。

4.1 真傾角和視傾角的關(guān)系（見(jiàn)圖5）

圖5 真傾角和視傾角的關(guān)系

4.2 使用公式（見(jiàn)圖4）

式中：β=arctg[tgα×sin（90°-ω）.h為落差（地層斷距）見(jiàn)圖6。β為斷層在勘探線剖面上視傾角。α為斷層的真傾角。ω為真傾向與視傾向間的夾角。（90°-ω）為走向線與勘探線間的夾角。α、β、ω關(guān)系，見(jiàn)圖5。AA＇為上下兩盤(pán)的斷煤交線在水平面投影的距離，見(jiàn)圖4。

1)斷距：斷層兩盤(pán)以相當(dāng)層測(cè)算的位移，斷層面兩側(cè)相當(dāng)層層面之間的垂直距離，相當(dāng)于兩相當(dāng)層之間重復(fù)的或缺失的那部分地層的厚度。地層斷距作為落差能客觀反映斷層規(guī)模,地層斷距在穿層巷道中可以量出(其方法如同量出層間距,沿著層理面分段量出)[5]。

2)相當(dāng)層：斷層面兩側(cè)的巖層，位移前同一個(gè)層當(dāng)位移后猶如兩個(gè)層位的地層。

3)數(shù)據(jù)取值：從圖4上可以得到，AA＇=32 m，α=75°，（90°-ω）=22°，使用公式（1）可以得到β=54°，h=119 m；所以在剖面上斷層F1表示為h=119m∠54°。斷層F1對(duì)應(yīng)的剖面圖，見(jiàn)圖6。

5 水文地質(zhì)剖面上的斷層

經(jīng)過(guò)三維地震勘探，會(huì)發(fā)現(xiàn)斷層，在斷層上布置鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)可以進(jìn)行抽水試驗(yàn)，這種孔可為水文地質(zhì)剖面圖提供有價(jià)值的水文地質(zhì)資料；通過(guò)水文地質(zhì)剖面圖可以直觀地對(duì)斷層的導(dǎo)水性進(jìn)行分析研究。

圖7為圖1中虛線矩形框部分的放大圖，從圖看到F2斷層將Ⅲ號(hào)、Ⅳ號(hào)、Ⅴ號(hào)、Ⅵ號(hào)、Ⅷ號(hào)含水層斷開(kāi)了，各個(gè)含水層的富水性不一致，煤層上部含水層的水可能通過(guò)斷層進(jìn)入煤層，煤層下部含水層的水由于是承壓的，也可能通過(guò)斷層進(jìn)入煤層。同一條斷層淺部和深部的導(dǎo)水性不同。當(dāng)淺部?jī)杀P(pán)都是脆性巖層，斷層導(dǎo)水；而深部?jī)杀P(pán)為塑性巖層，就變成隔水的了。

當(dāng)斷層的圍巖為細(xì)、粉砂巖且裂隙不發(fā)育，僅斷層帶局部破碎時(shí)，斷層角礫巖（空隙度可達(dá)百分之幾十）及裂隙增強(qiáng)帶（裂隙率可較圍巖大1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到百分之幾十幾），構(gòu)成局部的帶狀貯水空間，鉆孔揭露此類(lèi)斷層時(shí)，初期涌水量及水壓可能較大，但迅速衰減，以至干涸。

當(dāng)斷層的圍巖為透水性巖石，斷層帶不僅是貯水空間，還兼有集水廊道的功能。鉆孔揭露斷層帶某一部位時(shí)，水位下降迅速波及導(dǎo)水暢通的整個(gè)斷層帶，形成延展相當(dāng)長(zhǎng)的水位低槽，斷層帶就象集水廊道似的，匯集廣大范圍圍巖裂隙中的水，因此涌水量較大且穩(wěn)定。

當(dāng)導(dǎo)水?dāng)鄬訙贤ê畬踊颍埃┑乇硭w時(shí)，斷層帶兼有貯水空間、集水廊道、導(dǎo)水通道的功能。鉆孔揭露此類(lèi)斷層時(shí)，由于斷層帶貯存有水量，所以源源不斷地導(dǎo)入鉆孔，涌水量極大且長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。1935年3月，山東淄博煤田開(kāi)采石炭紀(jì)煤層的坑道接露大斷層，下伏奧陶紀(jì)灰?guī)r中豐富的巖溶水，迅速涌入，淹沒(méi)全礦。遠(yuǎn)在20km以外的巖溶大泉，也因其補(bǔ)給水轉(zhuǎn)入礦坑而斷流。

當(dāng)存在厚層隔水層、且斷層斷距較大的，原來(lái)連通的含水層可被切割成相對(duì)獨(dú)立的塊段。由于這種含水塊段與外界的水力聯(lián)系減弱，甚至斷絕，故有利于排水疏干而不利于供水。正是由于這種阻隔作用，大的斷層往往構(gòu)成地下含水系統(tǒng)的邊界，斷層的阻水作用，見(jiàn)圖8[6]。

圖6 斷層剖面圖

圖7 斷層剖面圖

圖8 斷層的阻水作用

[1]錢(qián)學(xué)溥.對(duì)固體礦產(chǎn)勘查規(guī)范開(kāi)采技術(shù)條件部分的解讀[D].北京:地質(zhì)出版社，2007.

[2]葉俊林.地質(zhì)學(xué)概論[M].北京:地質(zhì)出版社，2005.

[3]徐開(kāi)禮，朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)（第二版）[M].北京:地質(zhì)出版社，2006.

[4]龍榮生.礦井地質(zhì)學(xué)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，1991.

[5]宋振宇，趙世廣，周延明.斷層落差斷距的判定[J].黑龍江科技信息，2004(6):221.

[6]王大純.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:地質(zhì)出版社，2006.

Faults Study on Hydrogeological Cross-sections

MA Zhao-feng
(Geological Engineering Co.,Lu'an Mining Group,Changzhi Shanxi 046204)

Prospecting lines are a group of parallel lines (but sometimes non-parallel)on the surface ground caused by prospecting engineering in the cross-sections basically vertical to bearing or major construction line.Each prospecting line matches one cross-section.The sections could reflect the hydrogeological condition at certain vertical depth.Through the sections are usually hydrogeological test holes or observation holes. We can mark faults,strata,rock property,stratum attitude,aquiclude and the water level,drainage,yield and quality of aquifer on them.The paper studies the faults on hydrogeological cross-sections and discusses their drawing approach and water-bearing capacities.

prospecting lines;hydrogeological sections;faults

P641.72

A

1672-5050（2012）04-0059-04

2011-11-20

馬兆峰（1982—），男，山西晉中人，大學(xué)本科，工程師，從事地質(zhì)勘探工作。

劉新光