四川省高縣慶嶺地區(qū)水文地質(zhì)特征及充水因素分析

牛 磊, 楊 磊, 紀(jì)洪磊

(1.天津華北地質(zhì)勘查局 地質(zhì)研究所,天津 300170; 2.四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院,四川 成都 610045; 3.山東省魯北地質(zhì)工程勘察院,山東 德州 253015)

慶嶺地區(qū)位于四川省高縣縣城北偏東方向,直線距離約9 km,行政區(qū)劃隸屬高縣賈村鎮(zhèn)慶嶺鄉(xiāng),面積約28 km2。以往對(duì)該區(qū)的地質(zhì)工作多以找礦為目的,對(duì)地下水的相關(guān)研究和專項(xiàng)研究很少涉及。上世紀(jì)90年代,四川省煤田地質(zhì)測量隊(duì)曾在賈村礦區(qū)開展找煤地質(zhì)工作,2010年四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院對(duì)該區(qū)進(jìn)行了煤炭普查工作。本次工作通過對(duì)以往資料的綜合分析,對(duì)慶嶺地區(qū)的水文地質(zhì)條件及充水因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究,查明含、隔水水層分布規(guī)律和特征與充水水源、充水通道等礦床充水因素,為礦井做好防水工作、安全開采煤炭資源提供了依據(jù)。

1 自然地理概況

研究區(qū)地處四川盆地南緣低山丘陵地帶,為切割中等的低山丘陵區(qū),地勢中部高兩側(cè)低[1],海拔最高處石頭坳為512.6 m,最低處賈村南廣河為300 m,區(qū)內(nèi)一般高程400～500 m。地貌類型為典型的褶皺山地地貌,兩翼須家河組砂巖組成單面山脊,嘉陵江組、雷口坡組灰?guī)r形成溶蝕槽谷,中間的飛仙關(guān)組為脈狀山脊,橫向上呈“三山兩谷”地形。區(qū)內(nèi)氣候?qū)賮啛釒貪櫦撅L(fēng)氣候,全年溫暖潮濕,雨量充沛。年均降水量為1 142 mm,最大可達(dá)1 515.9 mm,最小為799.5 mm。本區(qū)屬長江支流南廣河水系,區(qū)內(nèi)主要支流是一條由東北向西南的小河,該支流起源于龍洞場北,向南流經(jīng)慶嶺(黃沙漕),在賈村匯入南廣河,全長近10 km。研究區(qū)地質(zhì)地貌災(zāi)害有滑坡、泥石流、蠕變體和地裂縫等[2]。

2 地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

研究區(qū)出露地層有:三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組、嘉陵江組,中統(tǒng)雷口坡組,上統(tǒng)須家河組;第四系。地層總厚約1 700 m,鉆孔揭露最老地層為二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組,具體可見表1。主要含煤層為二疊系上統(tǒng)宣威組(P3x),屬海陸交互相碎屑含煤建造沉積,含煤10余層[3]。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)主體構(gòu)造為北西翼陡、南東翼緩的緊湊不對(duì)稱NE向賈村背斜,并伴有一定數(shù)量的斷裂和層間褶曲,以及極小規(guī)模的斷層牽引褶曲,呈北東向分布于研究區(qū)南東部;斷層主要發(fā)育在背斜兩翼,以壓扭性逆斷層為主,扭性平推斷層次之,大部分?jǐn)鄬游雌茐牡缴畈棵簩覽注]陳志文、張劍、張旭平,四川省高縣賈村礦區(qū)煤層對(duì)比工作的探討,四川省2014年度煤炭學(xué)術(shù)年會(huì),2014。。地層走向與研究區(qū)基本構(gòu)造線方向一致,賈村背斜(S1)走向N50°～68°E,北西翼傾角15°～75°,南東翼傾角9°～52°。S12、S13及S14、S15為兩組發(fā)育在S1背斜南東翼的層間小褶皺,走向與S1背斜基本一致[4],走向長度1 km左右(圖1)。

表1 地層巖性特征表Table 1 Feature table of stratum lithology

圖1 研究區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structural outline map of the study area1.背斜;2.向斜;3.正斷層;4.逆斷層;5.采石場;6.工作區(qū)。

3 水文地質(zhì)特征

3.1 水文地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)以東部天臺(tái)山(標(biāo)高434.80 m)、李子灣(標(biāo)高476.80 m)、泡桐咀(標(biāo)高555.70 m)、石頭坳(標(biāo)高512.00 m)一線為地表分水嶺,方向呈近南北向,將研究區(qū)分為東、西兩個(gè)水文地質(zhì)單元(見圖2),分水嶺以東和以西地表、地下水均有相對(duì)獨(dú)立的補(bǔ)給、逕流、排泄系統(tǒng),各為一完整的水文地質(zhì)單元。分水嶺以東地表及地下水沿巖層走向向北東徑流經(jīng)三勝地區(qū)后在兩江河泄出,進(jìn)入南廣河,最后匯入長江;分水嶺以西地表及地下水則順巖層走向流向南西,最終在南廣河泄出。南廣河賈村處標(biāo)高300 m,為本區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面。

該水文地質(zhì)單元內(nèi)地表、地下水主要受大氣降水補(bǔ)給。均由北東向南西徑流,最終在本區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面南廣河排泄,補(bǔ)給地表河流。

賈村背斜構(gòu)造中等偏復(fù)雜,本區(qū)主采煤層均在侵蝕基準(zhǔn)面以下。研究區(qū)位于賈村背斜北東部,含煤地層及對(duì)礦井開采有充水影響的含水層均為隱伏地層,地下水主要由區(qū)域內(nèi)地表水補(bǔ)給。煤層頂板充水含水層為飛仙關(guān)組地層中的砂巖裂隙含水層,其底板充水含水層是宣威組一段弱含水層。區(qū)內(nèi)隱伏斷層較多,鉆孔揭露煤層均遇到斷層,水文地質(zhì)類型屬于以頂?shù)装辶严逗畬映渌疄橹鞯牡V床,即二類一型。

3.2 主要含水層特征

研究區(qū)碳酸鹽巖為主體含水層,巖溶發(fā)育,含水量豐富,泥巖為相對(duì)隔水層,含、隔水層相間出現(xiàn),總體富水性中等—強(qiáng),水質(zhì)類型以HCO3—Ca為主。根據(jù)地下水的含水層特征,將該區(qū)地下水分為松散堆積層孔隙水、碎屑巖類及巖漿巖類裂隙水、碳酸鹽巖巖溶裂隙水三大類。

3.2.1 松散堆積層孔隙水

圖2 研究區(qū)水文地質(zhì)簡圖Fig.2 Hydrogeological sketch of the study area1.落水洞;2.暗河出口;3.地表分水嶺;4.工作區(qū)邊界;5.泉點(diǎn);6.暗河入口;7.河流;8.地下水流向。

主要賦存于第四系坡殘積及沖洪積松散堆積物中,區(qū)域中第四系地層不發(fā)育,主要分布在巖溶槽谷及河流兩岸。結(jié)構(gòu)松散,厚度因地而異,厚0～12.06 m,一般厚3 m。透水性良好,儲(chǔ)水條件差,水量受降雨的控制。富水性弱。

3.2.2 碎屑巖類及巖漿巖類裂隙水

一般碎屑巖裂隙水,主要賦存于二疊系上統(tǒng)宣威組下段(P3x1)、三疊系飛仙關(guān)組(T1f)和須家河組(T3xj)。宣威組下段含水層在區(qū)內(nèi)隱伏未出露,厚約86.50～115.29 m,平均101.13 m。巖性為灰色薄層、中厚層細(xì)粒巖屑砂巖與粉砂巖,夾薄層泥巖、粘土質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖及透鏡狀菱鐵礦,上部夾煤線,富水性較弱。宣威組裂隙水可能成為開采煤層的直接充水水源,其他含水層可能為間接充水層,對(duì)礦山開采影響不大。飛仙關(guān)組以砂巖、泥質(zhì)砂巖為主,夾泥巖,厚222～328 m,地形多為寬緩的低矮山丘,植被較發(fā)育。大氣降水為地下水主要補(bǔ)給源,下滲的降水部分儲(chǔ)集于淺部裂隙和溶蝕孔隙中,部分就地排泄,泉流量多<1 L/s,并明顯受降雨影響。此含水巖組主要是構(gòu)造裂隙含水,裂隙以薄層砂泥巖較為發(fā)育,其發(fā)育程度隨深度而減弱,富水性弱。須家河組以灰黃、灰色厚層狀細(xì)—中粒巖屑長石石英砂巖為主,夾粉砂質(zhì)泥巖和煤線,厚330～680 m,分布于背斜兩翼山脊,地形多為陡峭山體,植被較發(fā)育。該巖組中風(fēng)化裂隙較發(fā)育,泉水流量一般0～0.8 L/s,以大氣降水為主要補(bǔ)給源,富水性弱。

巖漿巖裂隙水,主要賦存在峨眉山玄武巖組(P3β)淺部風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中,厚度25～255 m,呈緩坡地貌。地下水以小泉及散流方式排泄于當(dāng)?shù)睾庸?泉流量大多在0．1～1 L/s之間,季節(jié)性變化明顯。

3.2.3 碳酸鹽巖巖溶裂隙水

主要由三疊系中統(tǒng)雷口坡組及下統(tǒng)嘉陵江組組成。在寬緩的連續(xù)褶皺地區(qū)則多形成巖溶石丘山地、洼地等。雷口坡組,分布于背斜兩翼陡坡上,厚0～42 m,由西南向東北厚度變薄至消失。巖性為灰色、黃灰色薄—厚層白云質(zhì)灰?guī)r夾泥灰?guī)r,局部為巖溶角礫巖,底部為厚0.4～1.9 m的水云母粘土巖,富水性較弱。嘉陵江組,出露于背斜兩翼槽谷,呈長條狀,厚36～107 m,主要巖性為灰?guī)r、白云巖,夾角礫巖、泥巖。巖溶較發(fā)育,主要形態(tài)為干溶洞、落水洞等。低洼地帶有泉水及暗河出口,泉水流量0.05～2.5 L/s,富水性較強(qiáng)。

3.3 礦坑充水因素

本區(qū)含煤地層隱伏未現(xiàn),構(gòu)造較復(fù)雜,斷層較發(fā)育[5]。大氣降水是地下水的直接補(bǔ)給來源,含水層通過風(fēng)化裂隙接受降雨補(bǔ)給。對(duì)礦井充水有影響的因素主要有大氣降水、地表水、含水層水,充水通道包括風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙及斷層破碎帶等。

3.3.1 充水水源

礦坑充水來源包括大氣降水、地表水、斷層導(dǎo)水和地下水。大氣降水是地表水的補(bǔ)給水源,同時(shí)通過風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙及斷層破碎帶補(bǔ)給地下水,從而進(jìn)入礦坑中,所以充足的雨水是礦井充水的主要補(bǔ)給源。

根據(jù)高縣多年氣象資料:年均降水量1 142 mm,最大1 515.9 mm,最小799.5 mm,降雨多集中在4—9月,常為大雨或暴雨,10—12月為霪雨季,在礦井開采中應(yīng)加強(qiáng)礦區(qū)雨季疏排工作。從調(diào)查的地表河流流量來看,7—9月為豐水期,豐水期地表河流流量是枯水期的5～14倍。本區(qū)地表水體主要為南廣河及其一條支流,均分布于煤系上覆的三疊系地層中,離煤系地層較遠(yuǎn),但建井及開采過程中應(yīng)加強(qiáng)頂板管理,防范河水通過風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙補(bǔ)給飛仙關(guān)組含水層進(jìn)入礦井。礦區(qū)斷層發(fā)育,煤礦開采隨著自然狀態(tài)被破壞,斷層導(dǎo)水性有可能增強(qiáng),導(dǎo)致地下水與地表水涌入礦井,在其附近開采時(shí)應(yīng)特別注意。

3.3.2 充水通道

充水通道主要包括斷層破碎帶、風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙。研究區(qū)內(nèi)斷層較發(fā)育,共發(fā)育斷層22條,其中隱伏斷層12條、逆斷層13條、正斷層3條、平移斷層6條。僅切割煤層的斷層12條,斷距4～16 m。通過調(diào)查對(duì)礦井充水有影響的有3條,分別為F51逆斷層、F28逆斷層、F69逆斷層,其中F51切割T1j3～ P3x2,F28切割T1j3～T1f1,F69切割T1f4～P3β。三斷層均切割煤層頂部飛仙關(guān)組弱含水層,F51和F28還切割嘉陵江組含水層,增強(qiáng)了嘉陵江組和飛仙關(guān)組之間的水力聯(lián)系,使飛仙關(guān)組弱含水層的富水性加強(qiáng)。由于斷層帶巖性破碎,在建井及開采過程中地表水可能沿?cái)鄬訋нM(jìn)入礦井中。另外本區(qū)風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙在二疊系上統(tǒng)宣威組下段、三疊系飛仙關(guān)組和須家河組中較發(fā)育,采礦期間產(chǎn)生的頂板冒落裂隙,以及不良鉆孔(封堵不良)可能成為聯(lián)通各水源涌入礦坑的直接通道,及今后開采的重大隱患,應(yīng)注意防范處理。

4 結(jié)論

研究區(qū)地表水、地下水受大氣降水補(bǔ)給為主,含煤地層及對(duì)礦井開采有充水影響的含水層均為隱伏地層,煤層頂板充水含水層為飛仙關(guān)組地層中的砂巖裂隙含水層,底板充水含水層是宣威組一段弱含水層。煤層頂、底板充水含水層富水性弱—中等,水文地質(zhì)類型屬于以頂?shù)装辶严逗畬映渌疄橹鞯牡V床,即二類一型。建井及開采過程中要防范大氣降水和地表水通過風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙和斷層帶進(jìn)入礦井中,同時(shí)采取相應(yīng)的措施保證安全。