淮南礦區(qū)水文地質特征研究

劉 陽

1 區(qū)域地質概況

1.1 區(qū)域地層

淮南礦區(qū)處于黃淮平原的南部，地層全部被第三、四系覆蓋，唯有礦區(qū)南北兩翼邊緣的低山殘丘，出露前震旦系、震旦、寒武、奧陶系等古老地層。

1.2 區(qū)域構造

1.2.1 大地構造位置

淮南礦區(qū)位于華北板塊東南緣，北鄰蚌埠隆起，南靠合肥坳陷，東起郯廬斷裂，西止于商丘～麻城斷裂，東西長180km，南北寬15km ～25km，面積約3200km2。所處大地構造單元為華北地臺（Ⅰ）淮南坳陷（Ⅰ3）之淮南～謝橋凹褶帶（I23），淮南坳陷帶位于劉府斷裂以南，壽縣斷裂（或阜鳳推覆構造）以北，固鎮(zhèn)斷裂帶以西，經淮南市、鳳臺、穎上、阜陽市延伸至河南省境內,固鎮(zhèn)斷裂帶以西的淮南～謝橋凹褶帶是淮南礦區(qū)的主體部分。

1.2.2 區(qū)域構造特征

淮南礦區(qū)整體呈復向斜形態(tài)，主體構造線呈北西西走向，兩翼有低山出露太古界五河群、下元古界鳳陽群、上元古界青白口系八公山群和震旦系徐淮群、古生界寒武系、奧陶系。軸部具有次一級寬緩褶曲，以石炭、二疊系含礦地層為主，上覆新生界一般厚200m ～500m。南翼的舜耕山斷層、阜鳳斷層組成了舜耕山、八公山、口孜集由南向北的推覆體，北翼的劉府斷層兩側大幅度升降運動，為重力滑動提供了地形條件和重力勢能，形成了上窯山～明龍山重力滑動構造，滑體都分布在劉府斷層以南，迭置在二疊系之上，滑體前面表現(xiàn)為高角度向南擠壓逆沖，消失在劉府斷裂帶中。

區(qū)內影響地層賦存的構造運動主要發(fā)生在印支、燕山期。燕山運動不僅表現(xiàn)為褶皺、斷裂，并伴有巖漿運動。新華夏系構造在本區(qū)以斷裂為主，褶皺不發(fā)育，斷裂一般截接東西向構造。由于新華夏系構造復合干擾，而使主體構造形跡稍有變動，呈北西西～南東東向展布。這一緯向構造帶經過燕山運動的改造，形成了現(xiàn)在的構造輪廓。復向斜內部傾角平緩，一般10°～20°，為一系列寬緩褶皺，由南向北有謝橋～古溝向斜、陳橋背斜、潘集背斜，尚塘～耿村集向斜和朱集～唐集背斜，其中陳橋～潘集背斜隆起幅度最大，是復向斜內的主要構造。區(qū)域性走向逆斷層也較發(fā)育，同時，北北東向斜切正斷層亦很發(fā)育，主要有武店斷層、新城口～蔡城塘斷層、穎上～陳橋斷層、口孜集～南照集斷層、阜陽斷層等，是一組大致平行于郯廬斷裂，向西傾斜的階梯式構造。

2 井田地質

2.1 井田地層

2.1.1 奧陶系（O）

本系僅發(fā)育下統(tǒng)（O1）馬家溝組（O1m）。該組地層下部為灰色白云質灰?guī)r，夾泥質條帶和泥灰?guī)r，局部含燧石結核，泥灰?guī)r之上為灰色中厚層致密白云質灰?guī)r，局部夾泥灰?guī)r；中上部為棕灰、灰褐色中厚層狀白云質灰?guī)r，頂部有時為角礫狀灰?guī)r，夾灰綠色鋁土團塊，性致密，未見溶蝕。井田內揭露最大厚度58.34m。本系與上覆石炭系呈平行不整合接觸。

2.1.2 上石炭統(tǒng)（C3）

井田內有四個鉆孔完整揭露，平均厚度103m。主要由灰?guī)r、頁巖、砂巖和薄礦層組成。太原組中淺海相薄層灰?guī)r共13 層，總厚51.60m ～75.70m，占太原組總厚的48.8%～63.8%；頁巖為灰色至深灰色，一般位于礦層下部或夾于灰?guī)r或砂巖中，占本組總厚的20%左右；砂巖為灰色、中細粒結構，以石英為主，泥質膠結，不穩(wěn)定，有時被砂質頁巖所代替，占總厚的10%～20%；含薄礦層6 層～9 層。

2.1.3 二疊系（P）

二疊系地層較為發(fā)育，為淮南礦區(qū)的主要含礦地層，底部以海相泥巖與太原組分界，本系與下伏太原組為整合關系。厚度大于954m。其中山西組、上、下石盒子組含礦地層厚734m。本井田內揭露厚度約506.7m，含礦20 余層，礦層總厚27.68m，可分六個含礦段，現(xiàn)自下而上分組簡述如下。

山西組（P1s）：

即第一含礦段：厚69.60m，含礦1 層～2 層（1 礦組），平均厚6.99m，含礦系數(shù)10.04%。底部為灰黑色海相泥巖，其上有砂泥巖互層，富產動物化石，多菱鐵結核；中部以細中砂巖為主，局部含礫及泥質包體，頂部為泥巖。

下石盒子組（P1x）：

即第二含礦段：厚105.30m，含礦4 層～10 層（4 ～8 礦組），平均總厚9.65m，含礦系數(shù)9.32%。底部為中粗砂巖，具沖刷特征，其上有鮞狀花斑泥巖與鋁質泥巖，是礦層對比的標志。5 組頂部多砂泥巖互層，具渾濁層理與蟲跡。8 礦層、6-2 礦層、5-2 礦層頂板各有較厚的中細砂巖。

上石盒子組（P2s）

井田內揭露最大厚度331.8m，包括四個含礦段，含礦15 層～17 層，平均厚度11.04m，礦層以13-1 層為最厚，且穩(wěn)定。

2.1.4 新生界（Kz）

新生界厚390.35m ～509.10m,直接覆蓋在二疊紀上，東南薄，西北厚。

2.2 井田構造

構造單元劃分：

本井田位于陳橋背斜東翼與潘集背斜西部的銜接帶，總體構造形態(tài)為走向南北，向東傾斜的單斜構造，地層傾斜平緩，傾角5°～15°，并有發(fā)育不均的次級寬緩褶曲和斷層。根據(jù)次級褶曲和斷層的發(fā)育特征，可以劃分為3 個區(qū)：北部簡單單斜區(qū)；中南部“X”共軛剪切區(qū)；南部單斜構造區(qū)。

2.2.1 北部簡單單斜區(qū)

位于井田北部，在F86 ～F92-4、F92、SF74 斷層之間，該構造單元內構造簡單，斷層稀少，地層走向南部平直，呈近南北向。北部向東彎曲，呈北東向，傾角平緩，一般在5°以下。

2.2.2 中部斷層發(fā)育區(qū)

本單元位于井田的中部，大致相當于F92-4、F92、SF74 斷層～F104-1、F104、SF28 斷層之間，由北西、北北西向與北東向兩組斷層構成的“X”共軛剪切交叉斷裂帶，塊段內發(fā)育有次級的褶曲，地層產狀因次級褶曲和較多斷層的發(fā)育而變得復雜。

本區(qū)屬北西及北北西向的主要斷層有：F92、F94、F104、F104-1、SF28 等，斷層落差較大，一般大于50m；屬北東向主要斷層有：F93、FS23、FD4、FS16、FS252、F94-3等，斷層落差較小。

2.2.3 南部單斜構造區(qū)

本區(qū)位于井田南部，F(xiàn)104-1、F104、SF28 和南部邊界斷層F211 之間。主體為向東傾斜的單斜構造，傾角平緩，發(fā)育北西、北北西向的斷層，有F109、F110 和F211 斷層，斷層落差較大；北 東向 的 斷 層 有F93-1、FS146、FS142、FS315、FS466、FD11、FS167 等，斷層落差較小，在斷層交會部位，由于受斷層的影響，地層走向有一定的變化。

3 水文地質

3.1 區(qū)域水文地質概況

淮南礦區(qū)地處華北平原南緣，水文地質條件受區(qū)域構造和新構造運動的控制，深、淺層地下水存在明顯的差異。區(qū)內地貌景觀，由東南端基巖裸露的低山殘丘向北過渡到厚松散層覆蓋的黃淮沖積平原，地勢呈現(xiàn)西北高而東南略低。地表水系發(fā)育，淮河流經礦區(qū)的東南緣，其支流主要有潁河、西淝河，自西北流向東南注入淮河，流量受季節(jié)控制，排洪蓄水兼顧，對淺層地下水起補給作用。

三疊紀以后的印支、燕山運動，使本區(qū)地殼上升，巖層褶皺斷裂，形成了淮南復向斜東西向主體構造并迭加北東向斷裂的構造格局。在侏羅、白堊、早第三紀漫長的地質歷史時期中，除斷陷盆地接受沉積外，廣大區(qū)域全都處于剝蝕夷平狀態(tài)，形成了東南高西北低的地貌形態(tài)。一直到新近紀早期，地殼才普遍下沉，作西快東慢的不均衡振蕩性沉降，沉積了西厚東薄的第三系和第四系松散層，西部厚度普遍達到700m 以上，新城口斷層以東不足100m。第四紀以來的新構造運動，東西沉降速度倒置，造就了平原西北略高于東南的現(xiàn)代地貌景觀。

新生界第四系淺層地下水（120m 以淺）為潛水～承壓水，受大氣降水和地表水體的補給，水質為HCO3-Ca·Na 型淡水，水位標高18m ～21.87m。其下為深層承壓～自流水，水質為停滯帶的Cl-Na 微咸水，礦化度2g/L，與淺層水無水力聯(lián)系。

3.2 井田水文地質

顧北井田含水層（組）由新生界松散層砂層孔隙含水層、二疊系砂巖裂隙含水層和石灰?guī)r巖溶含水層三部分組成。

3.2.1 新生界松散層含隔水層（組）

本區(qū)新生界厚390.35m ～509.10m，直接覆蓋在二疊紀之上?？傮w上東南薄，西北厚。同時，沿著“X”共軛剪切帶的交叉處，向正北方向有一高低起伏的古潛山組成南北向分水嶺，在永幸河南的剪切帶內有一北西向高地，而剪切帶內的桂集向斜正位于北西向的古深溝，區(qū)內基巖面正是順著古分水嶺和古高地緩緩向西北、西南傾斜。另據(jù)三維地震勘探顯示沿F104 斷層走向發(fā)育一陡坡。區(qū)內松散層自上而下可分為四個含水層（組）、三個隔水層（組）。自上而下可分為一含、一隔、二含、二隔、三含、三隔和四含七大層組。

含水層（組）由淺灰色粉、細砂層為主間夾紫紅色砂礫層、礫石層、粘土礫石構成，礫石層間夾有薄層褐黃色粘土、砂質粘土分布。據(jù)區(qū)域抽水資料，水位標高26.18m ～26.45m，q=0.524 ～1.935L/（s.m），k=1.434m/d ～1.614m/d，富水性中等，礦化度2.39g/L ～2.69g/L，水質類型Cl - Na 型,水溫28℃～31℃。

3.2.2 二疊系砂巖裂隙含水層（組）和隔水層（組）

以中細砂巖為主，局部粗砂巖和石英質砂巖，分布在地層與泥質巖體之間。巖性變化大，厚度極不穩(wěn)定，多泥、鈣質膠結，少硅質膠結。裂隙發(fā)育程度不均，開啟程度不等，一般為鈣質充填。

3.2.3 石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層

石炭系灰?guī)r含水組屬巖溶裂隙承壓水，井田內共有65 個鉆孔見太原組灰?guī)r，其中4 個孔穿過全部太原組，該組地層厚81.48m ～114.00m，平均103.00m。由灰?guī)r、泥巖、粉砂巖和薄礦層組成，其中灰?guī)r12 層～13 層，灰?guī)r平均總厚48m，占該組地層總厚的44%～52%。

3.2.4 奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層

區(qū)域內見奧灰鉆孔14 個，最大揭露厚度109.16m，根據(jù)顧北礦顧桂異常體探查XLZJ1、XLZJ2、XLZE1、XLZE2 孔，揭露厚度為45.48m ～92.5m，巖性為灰～深灰色厚層狀白云質灰?guī)r及少量礫狀灰?guī)r，頂部夾灰綠色鋁土團塊，裂隙多呈閉合狀，局部裂隙面可見泥、鈣質薄膜或方解石脈，巖性致密，無溶蝕現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)鉆孔漏水。

3.2.5 斷層水及其導水性

本區(qū)地質、地震探查出斷層（≥5m）317 條，其中正斷層303條，占總數(shù)的96%。斷層帶一般被泥質巖和粉、細砂巖碎塊充填膠結，未見漏水。

斷層帶兩側巖層裂隙比較發(fā)育，構成了地下水的匯集帶，致使砂巖和太原組灰?guī)r漏水鉆孔一般都沿此帶分布。當?shù)貙右驍鄬影l(fā)生錯位造成斷層兩盤不同層位的含水層對口相接，斷層帶又無泥質和巖屑等充填時，可形成統(tǒng)一的含水層，斷層帶起導水作用，反之，若斷層兩側含水層與隔水層對口相接，則起相對隔水作用，尤其在太原組薄層灰?guī)r與泥巖相間地層中的斷層帶更為明顯。

4 礦井充水因素

顧北礦位于潘謝礦區(qū)中西部，與潘謝礦區(qū)顧橋、張集、丁集等礦井田的水文地質條件基本相同，礦井充水水源由新生界松散層砂層孔隙水、砂巖裂隙水和和石灰?guī)r巖溶裂隙水三部分組成。

4.1 新生界砂層孔隙水

本礦井新生界松散層直接覆蓋在地層上，天然條件下，下含水通過基巖風化帶垂直滲透補給，補給量大小與下含富水性及基巖風化帶巖性和滲透性大小有密切關系。

4.2 砂巖裂隙水

砂巖水是礦坑直接充水水源，區(qū)內主要礦層之間砂巖裂隙含水層分布于泥巖、砂質泥巖、粉砂巖之間，砂巖裂隙不發(fā)育，分布不穩(wěn)定，富水性差異較大，抽水試驗結果和生產礦井出水點水量變化趨勢，均表明砂巖裂隙含水層含水性弱，以儲存量為主，補給水源貧乏的特點。但在局部砂巖裂隙發(fā)育地段，井巷掘進中儲存量砂巖水可能瞬時突水，造成危害。

4.3 石灰?guī)r巖溶裂隙水

1 礦層底板距石炭系太原組第一層灰?guī)r平均距離17.84m，第一水平（-648m）灰?guī)r水頭壓力達6.70MPa，作用于1 礦層底板，在自然狀態(tài)下無水流補給礦坑。但在開采1 礦層時，由于開采深度大、灰?guī)r水頭高，1 號隔水層（段）礦石將會因超過極限強度而破裂，引起底鼓，導致灰?guī)r水突入坑道。尤其是斷層切割使1 號礦層與灰?guī)r間距變小，或使礦層與灰?guī)r直接對口，灰?guī)r水以斷層帶為突破口進入礦坑，所以，在開采1 礦層時，必須進行疏水降壓，以確保生產安全。

4.4 斷層水

本區(qū)斷層構造發(fā)育，受采動影響后，其壓力均衡遭到破壞,斷層裂隙可能活化成為突水通道，特別是在斷層切割堅硬脆性巖層地段，將會造成圍巖裂隙發(fā)育，特別是灰?guī)r與礦層對口部位是突水的主要誘發(fā)因素。突水事故，往往是以抗壓強度薄弱的斷層帶為突破口進入礦坑，一般由滲水現(xiàn)象逐漸增大到股流涌出。在生產中應予以高度重視，以預防突水事故發(fā)生。

4.5 老空水

顧北井田由于礦層埋藏較深，沒有小礦，不存在小型礦床老窯積水的可能。老空水為本礦已開采的采空區(qū)積水，其威脅巨大，是礦井主要充水水源。礦井生產中應對已采掘的工作面、包括各類巷道、小峒室、盲巷、封閉墻及水泱等進行全面調查，對老空積水區(qū)范圍和積水量進行分析預測，堅持“預測預報、有疑必探，先探后掘、先治后采”的水害防治原則，在水患消除后方可進行采掘。

4.6 鉆孔水

封閉不良鉆孔和受開采影響斷裂破損的瓦斯抽采鉆孔、水位動態(tài)觀測孔，是地表水、地下水和開采礦層間的導水通道。封閉不良鉆孔地面啟封檢查后要全孔封閉。地面瓦斯抽采孔、水位動態(tài)觀測孔在受開采影響破壞前，應對其全孔封閉。