川南某礦產(chǎn)勘查區(qū)二疊系陽新統(tǒng)灰?guī)r水文地質(zhì)特征研究

黃繼，楊磊，李寶玉，司曉芳，王俊

（1.四川省地質(zhì)調(diào)查研究院，成都 610072；2.四川省能源地質(zhì)調(diào)查研究所，成都 610072）

勘查區(qū)位于古藺縣大村鎮(zhèn)、土城鄉(xiāng)、二郎鎮(zhèn)境內(nèi)，屬川南煤田古敘礦區(qū)，筠連凹褶束東段二郎壩向斜，面積32.24 km2。上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M賦存煤、煤層氣、硫鐵礦，深部賦存頁巖氣。

陽新統(tǒng)石灰?guī)r為煤礦層底板，上距C25煤層0.20～9.48 m，平均3.19 m，中間為粘土巖及硫鐵礦層，受采動影響，難起隔水作用，會直接充水。據(jù)調(diào)查訪問，大村偏巖子71 號老窯開采C25煤層，1980 年洪水季節(jié)發(fā)生底板突水死亡3 人。開采C25煤層礦井涌水量20～96 m3/d，最大達(dá)150 m3/d?？辈橹形唇衣蛾栃陆y(tǒng)灰?guī)r溶隙和暗河，陽新統(tǒng)灰?guī)r厚度大，補(bǔ)給廣，礦井運(yùn)輸巷道設(shè)在此層，為礦井直接充水含水層;對未來煤礦生產(chǎn)安全、煤炭地下氣化選址以及煤層氣開發(fā)造成影響。

1 勘查區(qū)相關(guān)地層概況

勘查區(qū)出露第四系外，出露侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組-志留系中統(tǒng)韓家店組，地層總厚2 500 m 以上，陽新統(tǒng)灰?guī)r及其上覆地層介紹如下:

1.1 二疊系龍?zhí)督M（P3l）

厚65.60～118.05 m，平均厚82.97 m。為淺灰、灰、深灰、灰黑色薄至中厚層狀泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖和煤、炭質(zhì)泥巖等互層組成。為隔水層，含煤8～28 層，可采煤層7 層。底部為灰色塊狀硬質(zhì)高嶺石粘土巖，巖石較均一，斷口較平整或成貝殼狀，致密堅硬，含大量黃鐵礦細(xì)晶及結(jié)核，為硫鐵礦層，其下偶見有茅口灰?guī)r風(fēng)化后殘積角礫巖，與下伏茅口組假整合接觸。地表出露泉45 個，標(biāo)高707～1 214 m，流量0.04～0.454 L/s，平均流量0.196 L/s，地下水徑流模數(shù)1.635 L/（s·km2），鉆孔單位涌水量小于0.01 L/（s·m）。

1.2 二疊系陽新統(tǒng)

1.2.1 茅口石灰?guī)r

厚196.71～249.67 m，平均228.77 m。為淺灰、灰色厚層-塊狀細(xì)-粗晶石灰?guī)r，層中見燧石結(jié)核及似層狀硅質(zhì)條帶。底部為深灰、灰黑色中厚層透鏡狀石灰?guī)r，夾含砂泥質(zhì)灰?guī)r，越靠近底部其泥質(zhì)灰?guī)r愈多。

1.2.2 棲霞石灰?guī)r

厚96.66～125.02 m，平均111.43 m。為灰、深灰色厚層狀—塊狀生物碎屑亮晶灰?guī)r，夾泥質(zhì)灰?guī)r，含燧石結(jié)核，巖石顏色自上而下由淺變深。頂部厚25 m 淺灰色、灰白色塊狀亮晶灰?guī)r，底部為深灰色、灰黑色中厚層透鏡狀石灰?guī)r，夾含砂泥質(zhì)灰?guī)r，靠底部泥質(zhì)灰?guī)r多，與下伏梁山組呈整合接觸。

2 勘查區(qū)水文地質(zhì)單元

勘查區(qū)位于二郎壩向斜，“赤水河至二郎壩向斜”水文地質(zhì)單元，向斜軸兩端揚(yáng)起角5°～20°，中部在桑木壩—赤水河—二郞壩，埋深較大。

赤水河分支的九溪河成樹枝狀水系。赤水河從向斜中部將北東向展布二郎壩向斜深切成北東段和南西段兩個次級水文地質(zhì)單元。

勘查區(qū)南部二郎壩向斜與石寶向斜銜接段“新屋基-蘇家壩”一線為分水嶺；北部赤水河標(biāo)高322.7 m，為最低排泄面，地下水、地表水由南向北徑流。

勘查區(qū)中部九溪河為局部排泄基準(zhǔn)面，標(biāo)高480～780 m。二郎壩向斜東翼大尖山標(biāo)高1 225.9 m、中部雞公嶺標(biāo)高1 144.7 m、北西部瀘家山1 233.9 m）為次級分水嶺。地表水、地下水直接排泄進(jìn)入赤水河；次級水文地質(zhì)單元分水嶺以南地表水、地下水排泄進(jìn)入九溪河（九溪河水文地質(zhì)單元），于九溪口匯入赤水河。

3 區(qū)內(nèi)陽新統(tǒng)巖溶發(fā)育特征

該層頂部巖溶發(fā)育（圖2），發(fā)生在距陽新灰?guī)r頂面200 m 內(nèi)鉆具放空數(shù)量占總數(shù)91.66%，距離大于200 m 放空占8.34%左右。至陽新灰?guī)r頂面距離小于200 m，溶孔、溶洞、溶蝕裂隙發(fā)育，大于200 m 時明顯減少。

圖2 蜀南地區(qū)二疊系陽新統(tǒng)古巖溶洞穴頻率分布

該層在勘查區(qū)發(fā)育地下暗河13 條。對觀音巖、龍洞塘、杜家漁洞、棺材洞共4 條暗河做連通試驗，驗證觀音巖、龍洞塘、棺材洞連通，杜家漁洞暗河連通不明顯。連通試驗表明暗河及巖溶管道沿走向發(fā)育，大多接近陽新統(tǒng)頂部發(fā)育。

據(jù)對勘查區(qū)有影響的泉點標(biāo)高和18 個鉆孔觀測，水位標(biāo)高411.70～1 101.76 m，總體南東高北西低。出露泉水72 個，流量0.1～0.2 L/s，泉水多在谷坡或溶洼邊緣出露。

勘查施工揭露陽新統(tǒng)76 個鉆孔簡易水文觀測，揭穿該層50 m 以內(nèi)，28%鉆孔井液出現(xiàn)嚴(yán)重漏失（井液消耗量大于1 m3/h）或涌水現(xiàn)象，49-177 號鉆孔在孔深333.70 m（標(biāo)高446.41 m）涌水，涌水量0.24 L/s，水壓0.10 MPa（水位標(biāo)高789.87 m），水溫16℃。抽水試驗單位涌水量2.7×10-5～0.105 L/(s·m)；滲透系數(shù)2×10-5～0.125 m/d。

4 茅口組地下水化學(xué)特征

從表1 看出，地下水呈現(xiàn)低礦化度，PH 呈中偏堿性。地下水中SO42-濃度普遍較大，其來源于煤系地層底板硫鐵礦層氧化作用下釋放H+和SO42-，由于埋深大部大于200 m，處于還原環(huán)境，水質(zhì)PH 呈中偏堿性，更多考慮地下水運(yùn)移時不斷溶解鹽類，水中易溶鹽類增加，礦化度增高，Na+增加是因SO42-·HCO3--Ca2+型水在流經(jīng)途中，由于Ca2+的吸附能力大于Na+，水中Ca2+要與巖石中Na+進(jìn)行陽離子交替吸附作用，使水中Ca2+被吸附在巖石表面，Na+進(jìn)入水中，Na+增加。

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鉆孔56-193 與56-194，9-2 與9-3，23-146 與23-147 為同一條勘查線相鄰兩孔（圖3），相距500 m左右，兩個鉆孔地下水化學(xué)類型相差大，礦化度相差3 倍以上（23-146 與23-147），SO42-離子濃度相差10 倍以上（56-193 與56-194）情況，體現(xiàn)了陽新統(tǒng)巖溶發(fā)育不均質(zhì)性，反映沿巖層傾向方向水力聯(lián)系弱。

圖3 勘查區(qū)水文地質(zhì)鉆孔位置示意圖

大氣成因指數(shù)（MGI） 對地下水來源有一定指向性，計算公式為（Na++K+-Cl-）/SO2-4，采用的離子濃度單位meq/L。

當(dāng)MGI＜1 時，表示地下水來源于大氣降水深層滲流，當(dāng)MGI＞1 時，表示地下水來源于大氣降水淺層滲流。MGI 結(jié)果顯示，勘查區(qū)中北部陽新統(tǒng)地下水大部分來源于大氣降水深層滲流補(bǔ)給。

鉆孔陽新統(tǒng)地下水（Ca2++Mg2+）/HCO3-（各離子濃度單位為meq/L）)值大部分大于1，表明地下水補(bǔ)給來源較遠(yuǎn)，不是新鮮大氣降水或者近距離地下水補(bǔ)給，是經(jīng)過較強(qiáng)水巖作用。

以上水化學(xué)特征顯示，勘查區(qū)中北部處于地下水徑流——排泄區(qū)域，與中北部靠近區(qū)域排泄基準(zhǔn)面（赤水河）有關(guān)，初步推測鉆孔揭露陽新統(tǒng)灰?guī)r地下水補(bǔ)給區(qū)在勘查區(qū)南部二郎壩向斜南揚(yáng)起端，距離10 km 以上，埋深在500 m 以內(nèi)，與補(bǔ)給區(qū)高程（約1 100m）相差174～550 m，地下水升溫不明顯，水溫與多年平均氣溫（18℃）相近。

5 結(jié)論

（1）區(qū)內(nèi)地下暗河及巖溶管道沿地層走向接近陽新頂部灰?guī)r發(fā)育。

（2）區(qū)內(nèi)陽新灰?guī)r地下水沿傾向徑流可能性小，沿巖層傾向水力聯(lián)系弱。

（3）推測鉆孔揭露的深部地下水補(bǔ)給區(qū)在勘查區(qū)南部，二郎壩向斜南端揚(yáng)起端，地下水在九溪河和赤水河沿岸排泄。

陽新統(tǒng)灰?guī)r地下水發(fā)育規(guī)律和特征，關(guān)系到該區(qū)各類礦產(chǎn)資源利用選區(qū)選址，關(guān)系到煤炭開發(fā)的生產(chǎn)安全和環(huán)保安全，對煤層氣儲層安全有影響，本文供古敘礦區(qū)地質(zhì)條件利用和水患防治工作參考。