淮南煤田構(gòu)造對(duì)灰?guī)r水賦存控制研究

傅先杰

(國(guó)投新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232001)

淮南煤田構(gòu)造對(duì)灰?guī)r水賦存控制研究

傅先杰

(國(guó)投新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232001)

為了研究淮南煤田斷裂構(gòu)造對(duì)灰?guī)r水賦存的控制特征，分析淮南煤田不同期次構(gòu)造的導(dǎo)水性差異，根據(jù)不同構(gòu)造對(duì)地下水的控制作用不同將淮南煤田構(gòu)造分為三個(gè)級(jí)別，詳細(xì)分析了這三個(gè)級(jí)別構(gòu)造的特征及其對(duì)灰?guī)r水的控制作用。根據(jù)第二級(jí)控水構(gòu)造特征將淮南煤田水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐譃槿齻€(gè)分區(qū)，重點(diǎn)分析了各區(qū)水文地質(zhì)特征，同時(shí)提出了相應(yīng)的水害防治對(duì)策，即在主要開(kāi)采區(qū)域中區(qū)，其防治水工作要以疏為主，疏堵結(jié)合，斷層和陷落柱是重點(diǎn)防治區(qū)域。

淮南煤田；構(gòu)造；灰?guī)r水；水文地質(zhì)；水害防治

灰?guī)r水，包括奧陶系灰?guī)r水和石炭系灰?guī)r水，對(duì)淮南煤田安全開(kāi)采影響較大[1]。研究淮南煤田區(qū)域斷裂構(gòu)造對(duì)地下水賦存的控制特征，掌握淮南煤田灰?guī)r水的賦存規(guī)律，科學(xué)、客觀、合理劃分水文地質(zhì)單元，對(duì)指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)建設(shè)和開(kāi)采水害防治意義重大。

1 淮南煤田概況

淮南煤田屬華北板塊東南緣、淮南復(fù)向斜。北以劉府?dāng)鄬訛榻?，與蚌埠隆起相鄰；南以潁上—定遠(yuǎn)斷層(壽縣-老人倉(cāng)斷層)為界，與中生代合肥坳陷盆地相接；東以新城口-長(zhǎng)豐斷裂為界，西以口孜集南照集斷層為界，主體構(gòu)造形態(tài)為NWW或是NEE向展布大型復(fù)式向斜。褶曲南北兩翼受逆沖推覆構(gòu)造作用，有低山出露新太古界五河雜巖、中元古界鳳陽(yáng)群、古生界寒武系～奧陶系地層，局部地層陡立、偶呈倒轉(zhuǎn)外，一般傾角10～20°。復(fù)式向斜內(nèi)，以石炭、二疊系含煤地層為主，產(chǎn)狀平緩，掩埋在新生界松散層下，自北向南有尚塘集-朱村集向斜、陳橋-潘集背斜、謝橋-古溝向斜等[2-3]。

2 淮南煤田構(gòu)造控水特征與分級(jí)

淮南煤田構(gòu)造形成大致經(jīng)過(guò)三個(gè)期次。第一期次構(gòu)造為受印支運(yùn)動(dòng)后期側(cè)向擠壓力作用形成一系列近EW～NWW向構(gòu)造，如尚塘集-朱村集向斜、陳橋-潘集背斜、謝橋-古溝向斜等褶曲和煤田北緣尚塘-明龍山斷層、南緣阜鳳斷層等逆沖推覆構(gòu)造及劉府?dāng)鄬?、潁上-定遠(yuǎn)斷層等；第二期次構(gòu)造為受燕山運(yùn)動(dòng)早期形成一系列NNE向壓扭性斷層(郯廬走滑斷層系)，如新城口-長(zhǎng)豐斷層、口孜集-南照集斷層、江口集斷層(F12)、陳橋斷層等；第三期次構(gòu)造為燕山中晚期形成一系列規(guī)模較小NW向張性斷層[4-5]，見(jiàn)圖1和圖2。

上述構(gòu)造中，對(duì)淮南煤田灰?guī)r水的控制作用級(jí)別是不同的，筆者根據(jù)不同構(gòu)造對(duì)地下水的控制作用不同，將其分為三級(jí)：第一級(jí)為控制水文地質(zhì)邊界構(gòu)造，第二級(jí)為控制灰?guī)r水區(qū)域補(bǔ)徑排的構(gòu)造，第三級(jí)為影響灰?guī)r水局部徑流條件和富水性構(gòu)造。

圖1 淮南煤田傾向(南北)剖面示意圖

圖2 淮南煤田走向(東西)剖面示意圖

2.1 第一級(jí)控水構(gòu)造(控制區(qū)域水文地質(zhì)邊界構(gòu)造)

淮南煤田北以劉府?dāng)鄬訛榻?，與蚌埠隆起相鄰；南以潁上-定遠(yuǎn)斷層(壽縣-老人倉(cāng)斷層)為界，東以新城口-長(zhǎng)豐斷裂為界，西以口孜集南照集斷層為界。這4條邊界斷層均為阻水性斷層，構(gòu)成本水文地質(zhì)單元的邊界。在這4條斷層的作用下，淮南煤田形成了一個(gè)獨(dú)立的水文地質(zhì)元。

2.2 第二級(jí)控水構(gòu)造(控制灰?guī)r水區(qū)域補(bǔ)徑排的構(gòu)造)

在邊界控水構(gòu)造的作用下，淮南煤田形成了一個(gè)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。在這個(gè)水文地質(zhì)單元中，又有一些構(gòu)造導(dǎo)致了地層的抬升，使局部灰?guī)r出露接受大氣降水和地下水的補(bǔ)給。這類控制灰?guī)r水補(bǔ)給的構(gòu)造包括尚塘-明龍山斷層(Fn1)和阜鳳斷層逆沖推覆構(gòu)造帶。

2.2.1 尚塘-明龍山斷層(Fn1)控水特征

此斷層帶東側(cè)上窯地段，斷層帶附近寒武、奧陶系灰?guī)r裸露地表，接受地表水及大氣降水的補(bǔ)給，是灰?guī)r水的重要來(lái)源之一。此斷層帶又與煤系地層直接接觸，使斷層成為地下水向淮南煤田內(nèi)補(bǔ)給通道。因此，該斷層帶成為控制區(qū)域補(bǔ)徑排重要構(gòu)造之一。

2.2.2 阜鳳斷層逆沖推覆構(gòu)造帶控水特征

位于阜鳳斷層與潁上-定遠(yuǎn)斷層間，西起阜陽(yáng)，向東經(jīng)潁上縣陳橋、鳳臺(tái)、淮南洞山，直到武店斷層，與其上盤NW、NNW向自北向南的舜耕山斷層、山王集斷層、阜李斷層等，組成淮南煤田南緣阜鳳斷層逆沖推覆構(gòu)造帶[6]，見(jiàn)圖1。

受舜耕山斷層作用，舜耕山附近灰?guī)r出露，而舜耕山地區(qū)該斷裂附近寒武系巖溶構(gòu)造和張性裂隙發(fā)育，徑流條件較好，是地下水良好補(bǔ)給和富水區(qū)位。見(jiàn)圖3。

山金家斷層，自山金家向西由下二疊統(tǒng)逐漸切入寒武系灰?guī)r；向東依次為二疊系、石炭系、奧陶系、石炭系和二疊系。該斷層形成大面積灰?guī)r補(bǔ)給區(qū)，見(jiàn)圖4。

山王集斷層為壓性斷層，斷層帶內(nèi)主要為灰?guī)r角礫巖，劉家山等地充填0.5～1.5 m方解石脈，后期主要以張性活動(dòng)為主，斷層帶內(nèi)物質(zhì)松散未膠結(jié)，斷層含(導(dǎo))水性均強(qiáng)，使西部山區(qū)成為灰?guī)r水補(bǔ)給良好區(qū)域。

以上兩大構(gòu)造，基本上控制了淮南水文地質(zhì)單元的補(bǔ)徑排關(guān)系，由于這兩大構(gòu)造影響下的八公山出露帶和明龍山出露帶，是灰?guī)r水的補(bǔ)給區(qū)域，灰?guī)r水在此得到補(bǔ)給，而礦區(qū)中部由于受第四系覆蓋，灰?guī)r水難以得到地表水或大氣降水補(bǔ)給，只能得到第四系松散層補(bǔ)給。2.3 第三級(jí)控水構(gòu)造(影響徑流和局部富水性的構(gòu)造)

第二級(jí)控水構(gòu)造決定了淮南礦區(qū)的總體補(bǔ)徑排關(guān)系，但灰?guī)r水徑流的過(guò)程中，還受到了第三級(jí)構(gòu)造控制。第三級(jí)構(gòu)造包括了區(qū)內(nèi)的中小型斷層、次級(jí)褶曲?；?guī)r水的徑流往往與斷層密切相關(guān)，一部分?jǐn)鄬佑捎诰哂凶杷再|(zhì)而阻礙了地下水徑流，另一部分?jǐn)鄬觿t成了強(qiáng)徑流。

圖3 淮南煤田過(guò)舜耕山斷層傾向(南北)剖面示意圖

2.3.1 隔水類構(gòu)造——以陳橋斷層(Fn25)為例

淮南礦區(qū)第一期次構(gòu)造以褶曲和推覆體為主，第二期次的斷層多為隔水?dāng)鄻?gòu)造，阻礙了區(qū)內(nèi)的地下水徑流。下面以陳橋斷層為例加以說(shuō)明。

陳橋斷層走向NE，傾向NW，傾角50-80°，落差大于400m。斷層西側(cè)太灰水位-80m左右，奧灰水位10m左右，水質(zhì)類型以HCO3-Cl-Na為主；東側(cè)太灰水一般大于80m，奧灰水一般小于5m，水質(zhì)類型以HCO3-Cl-SO4-Na、Cl-HCO3-Na為主。結(jié)合斷層性質(zhì)與兩盤對(duì)接基巖分析，陳橋斷層阻隔了其東西兩側(cè)地下水活動(dòng)，為淮南煤田內(nèi)二級(jí)阻水邊界[7]。

礦區(qū)與陳橋斷層同期次也多具有隔水作用。但對(duì)灰?guī)r水徑流的影響，還與其切割深度有關(guān)，有些中小型斷層未切割到奧灰，則對(duì)灰?guī)r水徑流影響較小，如圖2所示。

2.3.2 導(dǎo)水類斷層

燕山中晚期至喜山期阜陽(yáng)深斷裂強(qiáng)烈斷陷活動(dòng)，形成一系列規(guī)模較小NW向張性、導(dǎo)水性較好的斷層，切割至奧陶系灰?guī)r和寒武系灰?guī)r，呈雁型排列，自然成為地下水運(yùn)移通道，也是影響淮南煤田安全開(kāi)采的導(dǎo)水構(gòu)造。形成了NW向的巖溶構(gòu)造(巖溶陷落柱)分布帶。與之相對(duì)應(yīng)，也形成灰?guī)r水的局部富水區(qū)或強(qiáng)徑流帶[8]。

3 淮南煤田水文地質(zhì)分區(qū)及各區(qū)水文地質(zhì)特征

3.1 水文地質(zhì)分區(qū)

根據(jù)第二級(jí)控水構(gòu)造，可將淮南水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐?個(gè)分區(qū)(圖5)[8-9]，分別為：位于尚塘-明龍山斷層逆沖推覆構(gòu)造帶上及以北為北區(qū)，目前在北區(qū)沒(méi)有生產(chǎn)礦井。

圖5 淮南煤田一級(jí)水文地質(zhì)單元分區(qū)(北、中、南三區(qū))圖

位于阜鳳斷層逆沖推覆構(gòu)造帶上及以南為南區(qū)，位于南區(qū)主要煤田為淮南老礦區(qū)和新集礦區(qū)。

在阜風(fēng)斷層逆沖推覆構(gòu)造帶和尚塘-明龍山斷層逆沖推覆構(gòu)造帶這兩帶之間的廣大區(qū)域?yàn)橹袇^(qū)。中區(qū)包括潘謝礦區(qū)和阜東礦區(qū)。

3.2 各分區(qū)水文地質(zhì)特征

三個(gè)分區(qū)中，南區(qū)和北區(qū)有較大相似性，都距離地表補(bǔ)給源較近，地層傾角較大，斷層發(fā)育，地下水徑流相對(duì)較快。而中區(qū)只能松散層補(bǔ)給，又有斷層阻礙，徑流條件差。

南區(qū)的TDS(溶解性總固體，又稱總礦化度)不超過(guò)1000 mg/L，中區(qū)的TDS都超過(guò)了1000 mg/L(見(jiàn)表1)。地下水的TDS值反映了地下水的徑流條件，地下水的徑流條件也在一定程度上決定了地下水的富水性。淮南煤田中區(qū)的TDS高于南區(qū)，也表明其徑流條件差，其富性要弱于南區(qū)和北區(qū)。如南區(qū)新集三礦XI西2孔資料表明，太灰q值為0.3514l/s.m，為富水性中等含水層，而中區(qū)太灰均為富水弱的含水層。

表1 淮南煤田太原組灰?guī)r巖溶裂隙水化學(xué)特征統(tǒng)計(jì)表

3.3 各分區(qū)灰?guī)r水防治策略

淮南煤田的三個(gè)水文分區(qū)中，南區(qū)開(kāi)采歷史較長(zhǎng)，已積累了大量的防治水經(jīng)驗(yàn)。由于北區(qū)與南區(qū)水文地質(zhì)條件較為相似，在今后北區(qū)開(kāi)采中，可以參考南區(qū)的防治水經(jīng)驗(yàn)。而目前大規(guī)模的開(kāi)采的中區(qū)，其水文地質(zhì)條件有別于南區(qū)，其徑流條件更差，富水性更弱，但由于中區(qū)開(kāi)采埋深較大，地下水壓力較大，因此，在中區(qū)的防治水中，應(yīng)更多以疏為主，疏堵相結(jié)合的方法。

在中區(qū)內(nèi)，第二期次的斷層有較好的隔水性，而第三期次形成的斷層導(dǎo)水性較好，并且沿其走向方向陷落柱發(fā)育。因此，三期次斷層(NW向張性斷層)及其附近陷落柱是今后防治水的重點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

1)淮南煤田構(gòu)造對(duì)地下水賦存控制特征顯著，不同級(jí)別的構(gòu)造對(duì)灰?guī)r水的控制作用不同。其中一級(jí)斷裂構(gòu)造--邊界斷層導(dǎo)致淮南礦區(qū)成為一個(gè)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，二級(jí)斷裂構(gòu)造-推覆帶決定了區(qū)域灰?guī)r水的補(bǔ)徑排關(guān)系，三級(jí)斷裂構(gòu)造-區(qū)內(nèi)中小型斷層影響了灰?guī)r水的徑流條件。

2)根據(jù)第二級(jí)構(gòu)造及其所控制的區(qū)域補(bǔ)徑排關(guān)系，將淮南煤田一級(jí)水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐譃槟蠀^(qū)、北區(qū)和中區(qū)。其中，南區(qū)包括淮南礦區(qū)和新集礦區(qū)，中區(qū)包括潘謝礦區(qū)和阜東礦區(qū)。

3)淮南煤田的三個(gè)水文地質(zhì)分區(qū)中，南區(qū)和北區(qū)徑流條件較好，中區(qū)徑流條件相對(duì)較差，富水性相對(duì)較弱。

4)今后主要開(kāi)采區(qū)域?yàn)橹袇^(qū)，其防治水方法要以疏放水為主，疏堵相結(jié)合。區(qū)內(nèi)NW向張性斷層為地下水運(yùn)移通道和巖溶陷落柱(帶)發(fā)育區(qū)域，為水害防治重點(diǎn)區(qū)域。

[1] 李佩全，劉登憲，李永軍.淮南礦區(qū)礦井水害調(diào)研分析[J]．華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，5(1)：5-7．

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Study on the structure control actions to limestone water occurrence in Huainan coalfield

FU Xian-jie

(SDIC Xinji Energy Co.Ltd.，Huainan 232001，China)

In order to find out controlling features of structure to the limestone water occurrence in Huainan coalfield，the diversity of water conductivity in different tectonic periods was analyzed.Three different levels of the structure of Huainan coalfield were classified according to the controlling effects on underground water，and the three levels structure features and their control actions on limestone water were analyzed in detail.The Huainan coalfield hydrology geology units were divided into three different areas based on the second level structure features，and the hydrogeology features of these areas were analyzed.Finally，this paper proposed the corresponding water disaster prevention methods to coal mining，that is，in the central area (main mining area)，water disaster prevention mainly depends on dewatering，at the same time the dewatering should be combined with the plugging.And the fault and collapse column must be focused on.

Huainan coalfield；structure；limestone water；hydrogeology；water disaster prevention

2015-01-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(編號(hào)：51374203)

傅先杰(1967-)，男，安徽舒城人，高級(jí)工程師，主要從事煤礦地測(cè)防治水技術(shù)方面的研究，E-mail：hnfxj1987@sina.com。

P641.4

A

1004-4051(2015)06-0142-05