淺談新疆大南湖煤田燒變巖水文地質(zhì)參數(shù)研究

■李鑫

（新疆地礦局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)新疆昌吉831100）

淺談新疆大南湖煤田燒變巖水文地質(zhì)參數(shù)研究

■李鑫

（新疆地礦局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)新疆昌吉831100）

新疆是我國重要的資源礦產(chǎn)地。燒變巖是煤層自然形成的一種特殊類型巖體，由于其良好的導(dǎo)水性和富水性，其中儲(chǔ)存的地下水往往對煤田開采造成危害，而其對于干旱區(qū)的供水意義也不容忽視，其水文地質(zhì)參數(shù)研究是燒變巖水文地質(zhì)特征的重要研究內(nèi)容。新疆吐哈地區(qū)大南湖煤礦區(qū)燒變巖分布廣泛，以其中某燒變巖帶為研究對象，利用群井大涌量抽水試驗(yàn)計(jì)算獲得了燒變巖導(dǎo)水系數(shù)和給水度分布，認(rèn)為導(dǎo)水系數(shù)計(jì)算值與抽水歷時(shí)有關(guān)，采用抽水試驗(yàn)求取水文地質(zhì)參數(shù)應(yīng)注意抽水歷時(shí)和燒變巖體的不規(guī)則形態(tài)造成的影響。

燒變巖大南湖煤田水文地質(zhì)參數(shù)地下水資源

煤層自然形成的燒變巖廣泛分布于我國新疆、陜西和內(nèi)蒙古等西北干旱地區(qū)。水資源特別是地下水資源是這些地區(qū)影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的主要制約因素［1～3］。燒變巖含水帶往往是相鄰煤層開采區(qū)的直接充水層，燒變巖由于裂隙發(fā)育、富水性好，一旦涌水直接威脅煤礦開采。燒變巖帶儲(chǔ)存量研究是煤田水文地質(zhì)研究中的重要課題，對其作為供水水源加以利用，對解決干旱區(qū)局部區(qū)供水問題也具實(shí)際意義。因此，水文地質(zhì)參數(shù)及其非均質(zhì)是燒變巖水文地質(zhì)特征的重要研究內(nèi)容。而對于我國西北燒變巖的水文地質(zhì)特征研究較少，已有的水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算多采用單孔抽水試驗(yàn)，所取得的參數(shù)偏少。針對某一抽水試驗(yàn)，計(jì)算所得參數(shù)能夠代表的含水層的范圍取決于含水層本身的水文地質(zhì)參數(shù) （滲透系數(shù)和貯水參數(shù)），以及抽水試驗(yàn)的設(shè)計(jì)（如抽水時(shí)間，抽水流量和觀測孔的位置等）。對于燒變巖來說，由于裂隙發(fā)育，往往水文地質(zhì)參數(shù)不均一，煤層火燒形成的小范圍燒變巖邊界也并不規(guī)則，都會(huì)影響水文地質(zhì)參數(shù)的求取。文章主要介紹新疆大南湖煤田某燒變巖帶開展的群井大涌量抽水試驗(yàn)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及水文地質(zhì)參數(shù)求取。

1　大南湖煤田燒變巖水文地質(zhì)特征

大南湖煤田北與哈密富水盆地相鄰，哈密盆地為大型沖洪積扇組成的山前盆地，北部天山山脈冰雪融水為其補(bǔ)給源，是一完整的第四系沖洪積砂礫石潛水、承壓水富水盆地型水文地質(zhì)區(qū)。大南湖煤田為山間盆地，屬中天山褶皺帶水文地質(zhì)區(qū)，其南部覺羅塔格山無固體冰川資源，極度干旱的氣象水文要素決定其是貧水區(qū)。大南湖煤田III號火燒區(qū)位于煤田東南部，地面標(biāo)高414.03～454.35m，地表面積4.55km2，地表出露面積2.07km2（圖1），造成本煤田東南部3～30煤層燒蝕。北露天煤礦及附近有16個(gè)鉆孔揭露該火燒區(qū)，上覆第四系厚度最大13.10m，最大揭露火燒深度226.42m，燒變巖最大厚度188.22m。燒變巖空間形態(tài)主要受南湖北背斜及起火前、后地面剝蝕影響：在背斜軸部處形成的隆起處燒蝕的煤層層位最低，背斜軸部一般燒蝕深度較大；在背斜軸部、隆起中心和地面相對低洼處燒蝕厚度較大；燒蝕地層厚度較薄處為先剝蝕部分地層后起火燒變，再部分被剝蝕而造成。燒變巖從巖心上看，多易破碎，巖塊呈蜂窩狀。與已有文獻(xiàn)報(bào)道的陜北煤礦區(qū)的燒變巖相比，大南湖煤田燒變巖單塊分布面積較小，但厚度較大。這也對利用傳統(tǒng)的單孔小涌量抽水試驗(yàn)分析方法造成了困難。

2　群井抽水試驗(yàn)及水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算

燒變巖前期勘察僅采用單孔抽水試驗(yàn)，以N10-14孔單孔抽水試驗(yàn)為例，抽水試驗(yàn)歷時(shí)37d，在實(shí)際涌水量達(dá)到23.60m3/h的條件下，含水層靜水位埋深由最初的13.38m（靜水位407.88m）降至14.95m（靜水位406.31m），計(jì)算滲透系數(shù)5.07m/d。這說明該區(qū)含水層富水性很強(qiáng)，但以靜儲(chǔ)量為主，補(bǔ)給條件差，在連續(xù)抽排條件下可以降低水位；同時(shí)隨著抽水強(qiáng)度加大，在反復(fù)抽洗作用下，含水層通道更暢通，出水能力增強(qiáng)。

3　水文地質(zhì)參數(shù)結(jié)果分析

抽水階段1及抽水階段2中各觀測孔產(chǎn)生的最大降深并不一致：抽水階段2結(jié)束時(shí)抽水最大降深發(fā)生在距抽水井最近的N10-13孔；而S2，S6，S7距抽水井均比S4遠(yuǎn)，但降深卻相對較大；S5，S8，S9三孔相比，距抽水井最遠(yuǎn)的S8孔降深反而較大。抽水階段1形成的最大降深情況也基本類似。說明燒變巖裂隙發(fā)育程度不一，具有非均質(zhì)或各向異性。因?yàn)閺默F(xiàn)有觀測數(shù)據(jù)分析無法確定降落漏斗是否已經(jīng)觸及燒變巖邊界，結(jié)合優(yōu)化算法計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)采用兩種方案進(jìn)行：方案1利用整個(gè)抽水試驗(yàn)獲得的降深歷時(shí)（s-t）數(shù)據(jù)；方案2則僅利用抽水階段1（Z1，Z2中途停機(jī)）和其后的暫時(shí)水位恢復(fù)階段的s-t數(shù)據(jù)。

4　結(jié)論

燒變巖作為煤礦區(qū)一種特殊類型巖體，裂隙發(fā)育程度不一，富水程度受地形、構(gòu)造和地下水補(bǔ)給排泄條件的影響。其水資源特征和供水意義不可忽視，有效加以利用避免煤炭開采過程中的水資源浪費(fèi)。利用抽水試驗(yàn)獲取燒變巖水文地質(zhì)參數(shù)的過程中，群井大涌量抽水試驗(yàn)比單井抽水試驗(yàn)，更能反映燒變巖的非均質(zhì)性。對于分布面積較小的燒變巖，在缺少燒變巖外圍地層中觀測井的情況下，需要較好控制抽水時(shí)間，避免降落漏斗擴(kuò)展到燒變巖邊界，而使s-t受到燒變巖邊界處地層參數(shù)差異的影響，造成數(shù)據(jù)分析困難。

［1］胡汝驥，樊自立，王亞俊等．中國西北干旱區(qū)的地下水資源及其特征［J］．自然資源學(xué)報(bào)，2002，17（3）：321～326.

［2］耿雷華，陳曉燕，賈健等．西北地區(qū)水資源數(shù)量、質(zhì)量及其分布規(guī)律［J］．自然資源學(xué)報(bào)，2003，18（3）：267～273.

［3］秦大庸，羅翔宇，陳曉軍等．西北干旱區(qū)水資源開發(fā)利用潛力分析［J］．自然資源學(xué)報(bào)，2004，19（2）：143～150.

X752［文獻(xiàn)碼］ B

1000-405X（2016）-8-20-1