新巨龍煤礦五采區(qū)底部砂礫層成因的分析

王心玉

摘 要：本文基于新巨龍煤礦五采區(qū)勘探時(shí)發(fā)現(xiàn)的新近系底部砂礫層，通過分析其產(chǎn)狀、厚度、碎屑物成熟度等沉積特點(diǎn)，推測(cè)該砂礫層沉積的古地理、古環(huán)境，進(jìn)而分析其形成原因。并簡(jiǎn)要分析了該砂礫層對(duì)下部煤層開采的影響，為下部煤層開采提供了參考。

關(guān)鍵詞：新近系；砂礫層；沉積相；煤層開采

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.048

1 概況

新汶礦業(yè)集團(tuán)地質(zhì)勘探有限責(zé)任公司，于2014年3～8月對(duì)新巨龍煤礦五采區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘探，發(fā)現(xiàn)五采區(qū)新近系底部有一層含礫砂層，這是以往勘查過程中未發(fā)現(xiàn)的。該砂礫層離3煤較近，且與3煤頂?shù)装宕嬖诓徽辖佑|，因此研究該砂礫層的成因?qū)?煤安全開采存在很大影響。

2 地質(zhì)與水文

五采區(qū)位于洙趙新河上游，地表無大的天然水體，第四系新近系含水層富水性弱至中等；在煤層露頭附近新近系含水層與煤系含水層有一定的水力聯(lián)系。當(dāng)煤層開采后，地層中原有的應(yīng)力平衡被破壞，煤層上部的巖石冒落形成新的平衡，巖層中的裂隙擴(kuò)大，形成新的導(dǎo)水通道和儲(chǔ)水空間；隨著礦井開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，導(dǎo)水和儲(chǔ)水空間也在不斷延深，這會(huì)使得上部新近系底部含水層與煤層底板含水層導(dǎo)通。

新近系底部砂層一般5～10層，砂層厚度37.50～100.74m，含砂率18.79～54.16%，受古地形影響砂層厚度有一定變化，抽水試驗(yàn)表明該砂層水礦化度高，表明其徑流不暢。但在煤系地層剝蝕面附近與煤系含水層有一定的水力聯(lián)系。

五采區(qū)內(nèi)有6個(gè)鉆孔對(duì)新近系下部進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，水位標(biāo)高-7.24～+1.69m，單位涌水量0.0690～0.1841L/s.m，滲透系數(shù)0.1488～0.5349m/d，礦化度6.98～8.49g/L，M8.49，為SO4-Na型水，為屬富水性弱至中等的松散孔隙承壓含水層。區(qū)內(nèi)3煤層的隱伏露頭附近3砂與新近系底部的含礫砂層直接接觸，3砂與新近系底部含礫砂層有水力聯(lián)系。

電法探測(cè)在五采區(qū)新近系底部圈定3處富水異常區(qū)：XJX-1富水區(qū)位于西北部、XJX-2富水區(qū)位于東北部和XJX-3富水區(qū)位于東南部，其中XJX-3富水性相對(duì)較強(qiáng)。

五采區(qū)內(nèi)石盒子組地層發(fā)育較薄，局部剝蝕，巖性主要為雜色泥巖和粉砂巖，該隔水層性能良好，在隔水層發(fā)育區(qū)內(nèi)阻隔了上部含水層向煤系地層含水層的補(bǔ)給。

新近系以粘土、砂質(zhì)粘土為主，上部固結(jié)程度較差，由上而下固結(jié)程度漸增，局部鈣質(zhì)粘土層呈硬塑狀態(tài)。據(jù)區(qū)內(nèi)的鉆孔取樣測(cè)試，新近系底部粘土塑性指數(shù)9.86～26.10，平均15.32；凝聚力0.12～0.26MPa，平均0.19；為軟硬塑性具備的粘土、砂質(zhì)粘土隔水層。

區(qū)內(nèi)新近系粘土層分布廣泛，厚度穩(wěn)定，隔水層性能良好，從而使得新近系地層中各砂層間的水力聯(lián)系不暢。

新近系底部含礫砂層埋藏深度636.25～690.10m，根據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)資料，本含水層水礦化度高，水質(zhì)差，徑流循環(huán)條件不暢，除接受上部第四系水滲入補(bǔ)給外，在與基巖地層接觸的地方也會(huì)接受下伏地層的越流補(bǔ)給或補(bǔ)給下伏含水層。由于本含水層埋藏深，缺乏自然和人工排泄通道，將來煤層開采后的冒裂帶影響到新近系底部時(shí)，該含水層水會(huì)通過冒裂帶進(jìn)入礦井，參入礦井涌水，礦井排水是該含水層主要的排泄方式。

鉆探數(shù)據(jù)表明，若根據(jù)《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》（GB 12719-1991）中的經(jīng)驗(yàn)公式，五采區(qū)內(nèi)的所有塊段在煤層開采后都會(huì)導(dǎo)通新近系下部含水層；若根據(jù)山科大的研究成果，五采區(qū)內(nèi)除14-5、14-7、14-15鉆孔附近外，其他塊段在煤層開采后均能溝通新近系底部砂層含水層。

由于本區(qū)位于3煤層隱伏露頭附近，3煤層開采后導(dǎo)水裂縫帶能夠溝通新近系底部砂層含水層，使得新近系底部砂層水進(jìn)入礦井，參入礦井涌水；抽水試驗(yàn)資料顯示3砂巖含水層富水性弱，但由于3砂的賦存面積大，礦井開采過程中3砂的礦井涌水量較大，約占礦井涌水量的1/3；本區(qū)未對(duì)三灰進(jìn)行抽水試驗(yàn)，但由于張樓斷層的存在，使本區(qū)與礦井開拓開采區(qū)的水力聯(lián)系不密切，根據(jù)礦井開采經(jīng)驗(yàn)，本區(qū)三灰水也是礦井的重要充水水源。

3 成因與古地理、古環(huán)境

據(jù)鉆探資料五采區(qū)砂礫層底板呈向斜構(gòu)造，軸向?yàn)槟媳笔軓垬菙鄬拥臓恳绊?，使得褶皺東翼傾角明顯高于西翼。

據(jù)鉆探資料及五采區(qū)砂礫層厚度等值線圖，五采區(qū)砂礫層為南端（鉆孔14-8s）較厚向西、北、東放射性變薄的扇狀沉積體。此外，受張樓斷層下盤抬升的影響，使得張樓斷層的下盤標(biāo)高明顯高于上盤標(biāo)高。喜山期前張樓斷層已經(jīng)形成，喜山期開始后張樓斷層繼續(xù)錯(cuò)動(dòng)抬升下盤，被抬升的的下盤遭受剝蝕，而下降的上盤開始沉積。因而，張樓斷層下盤沒有沉積砂礫層。

據(jù)砂礫層沉積層理可推斷該砂礫層為河流沉積，古河流流向?yàn)樽阅舷虮狈派錉畎l(fā)散，由于河道變寬、河床短暫性增高，河流流速變緩，水動(dòng)力條件變?nèi)?，河流搬運(yùn)攜帶能力變?nèi)酰箢w粒碎屑物率先沉積。故14-8s、14-6s附近底部分選差，含較多的大粒徑礫石顆粒。隨著扇根處的沉積加厚，與周圍的標(biāo)高差也逐漸縮減，碎屑顆粒沉積開始向四周放射狀推進(jìn)，受水動(dòng)力條件的影響沉積的碎屑物由扇根處向四周逐漸變細(xì)。隨著沉積充填作用的進(jìn)行，最終形成了扇狀沉積體。

4 結(jié)論

本區(qū)砂礫層為張樓斷層形成后經(jīng)古河流沉積的陸源碎屑沉積物，沉積物搬運(yùn)距離較長(zhǎng)，沉積速度快，分選性差，附屬性較高。砂礫層水會(huì)通過張樓斷層或其他導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)入下伏基巖含水層中，也會(huì)通過不整合接觸面進(jìn)入下部含水層。該含水層對(duì)下伏煤系含水層的越流補(bǔ)給將是煤層開采時(shí)的重大隱患。

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