陽城井田水文地質(zhì)特點(diǎn)探析論文
1 區(qū)域水文地質(zhì)特征
陽城井田在區(qū)域構(gòu)造位置上處于魯西南棋盤格式構(gòu)造的東北部,東為孫氏店斷層,西為嘉祥斷層,南為鄆城斷層,北為汶泗大斷層所圍截。據(jù)石油部門的資料,該井田處于汶上凹陷內(nèi),汶上凹陷的東邊是寧陽凹陷,西邊是布山凸起,拳鋪凹陷,南邊自東往西是兗州凸起,濟(jì)寧凹陷和嘉祥凸起。汶上凹陷的北邊是東平凸起,再往北就是泰山凸起帶,因此汶上凹陷在區(qū)域上是一個半封閉的水文地質(zhì)單元。見圖 1.
2 井田水文地質(zhì)特征
陽城井田處于汶上凹陷區(qū)的西北角,北面、東面、和南面為汶泗支斷層F2及F1、F3所圍截,西面是煤系地層露頭。
F2斷層落差> 500m,F3斷層落差> 2000m,可能為嘉祥斷層或嘉祥支斷層。F1斷層為井田東部邊界斷層,落差> 1000m,東盤上升,新生界以下下古生界地層出露。井田的北邊、東邊、南邊邊界以外推測均為下古生界寒武、奧陶系地層。就地下水的徑流補(bǔ)給特征而言,井田基巖含水層系統(tǒng)在水平方向上具有較好的側(cè)向補(bǔ)給條件。
3 含水層及隔水層
3.1 第四系
井 田 內(nèi) 鉆 孔 揭 露 厚 度 197.30~337.10m, 平均 225m. 結(jié) 合 地 震 資 料, 第 四 系 松 散 層 厚 度150~350m,一般厚度 250m.依據(jù)巖性組合及含隔水特征,自上而下可分為上、中、下三組。陽城井田內(nèi)第四系松散層中均有多層穩(wěn)定的黏土隔水層,這就有效地隔絕了地表水、大氣降水對基巖含水層的直接補(bǔ)給,也隔絕了第四系松散層上、中、下各組之間的水力聯(lián)系。
3.2 石盒子組
孝婦河泥巖段和奎山砂巖段厚 0~455.00m,由雜色泥巖、灰色粉砂巖等隔水層與灰綠色細(xì)砂巖含水層組成。砂巖含水層 1~27層,平均砂泥巖厚度比為 0.53;底部“奎山砂巖段”的中細(xì)粒砂巖、中粗砂巖及含礫粗砂巖,厚度2.80~25.65m,平均 10.17m.“奎山砂巖段”為弱含水層,距 3 煤層平均 278m,一般不會對 3 煤層開采產(chǎn)生直接影響。
萬山泥巖段與黑山砂巖段厚 0~226.00m,上部萬山泥巖段為厚層雜色泥巖,灰綠色、灰紫色粉砂巖等,其中夾中細(xì)粒砂巖;下部淺灰色中粗粒砂巖、中厚層雜色泥巖、灰至灰綠色粉砂巖、泥巖等。全組砂巖含水層與泥巖、粉砂巖隔水層不等距相間,砂巖含水層有 10 層左右。底部黑山砂巖段分選性較差,灰至灰綠色中粗砂巖或含礫粗砂巖(分界砂巖),厚 1.27~17.50m,平均 5.29m,該段砂巖屬弱含水裂隙含水層。黑山砂巖段下距 3 煤層 42.73~92.43m,平均 65.00m.
3.3 山西組
厚 66.00~110.00m,平均 92.00m.由砂巖、粉砂巖、泥巖及煤層組成。砂巖含水層與泥巖粉砂巖隔水層相間,全組砂巖一般 6 層,砂巖、泥巖厚度比 0.54.對 3 煤層開采有影響的直接充水含水層是3 煤頂板砂巖,統(tǒng)計(jì) 3 煤層頂部 80m 以內(nèi)的砂巖有3~12 層,平均 6 層,總厚度 13.80~48.10m,平均厚度 31.69m.山西組 3 煤層頂板砂巖含水性弱,有一定的動儲量,但補(bǔ)給較差。
3.4 太原組
厚度 160.00~175.00m,平均 165.00m,由多層薄層石灰?guī)r溶裂隙含水層,細(xì)砂巖裂隙含水層及粉砂巖、黏土巖隔水層以及多層薄煤層組成。其中對開采3煤、16煤、17煤有影響是三灰、十下灰和十一灰。
三灰厚2.21~5.00m,平均4.01m,富水性不均一,距 3 煤層 49.00~58.00m,平均 54.00m,其間含水層不發(fā)育,含隔水層厚度比 0.18~0.43,平均 0.29m.
十下灰和十一灰分別是 16 煤和 17 煤的頂板。十下灰平均厚度 5.50m, 十一層灰?guī)r平均厚度 1.26m.這兩層灰?guī)r富水性均為弱 ~ 較弱,其本身在開采 16 煤、17 煤時充水影響不大,真正對開采 16 煤、17 煤造成威脅的是下伏區(qū)域性強(qiáng)含水層奧陶系灰?guī)r。
3.5 本溪組
厚度 25.00~30.00m.上部為薄層石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,下部為泥巖、黏土巖、鐵質(zhì)泥巖。鉆孔簡易水文消耗量 0~0.12m3/h,井田內(nèi)未見漏水鉆孔,結(jié)合區(qū)域資料,正常情況下,本溪組可視為相對隔水層段。
3.6 奧陶紀(jì)馬家溝組
為中厚層狀石灰?guī)r等,奧陶系灰?guī)r是區(qū)域性強(qiáng)含水層,但富水性不均一。
4 斷層導(dǎo)水性
斷層導(dǎo)水性取決于諸多因素,主要是斷層的性質(zhì)、落差、斷距大小、斷層帶的物質(zhì)組成、破碎程度及膠結(jié)狀態(tài)等。其次是斷層兩盤的巖性,主要含水層的富水性,水頭值的大小;另外,采掘活動也能改變斷層的導(dǎo)水性。
陽城井田構(gòu)造復(fù)雜程度中等,地震解釋斷層124 條,地質(zhì)綜合采用 67 條,其中落差大于 50m的 45 條,落差小于 50m 的 22 條(見圖 2)。按斷層的走向可分為三組,NE 向、NW 向及 EW 向,其中 NE 向最為發(fā)育,如井田內(nèi)的 F1、季莊斷層、陽城壩斷層,延展距離長,落差大。根據(jù)區(qū)域性的斷層力學(xué)特征,NE、NW 走向的斷層多為壓扭性或張扭性,而壓性、壓扭性斷層往往具有阻水性質(zhì),張扭性斷層雖具有導(dǎo)水性質(zhì),但主要還是決定于斷層兩盤的巖性。當(dāng)斷層呈階梯狀同向排列時,位于斷層上盤的 3 煤層就與下盤的太原組灰?guī)r,奧陶系灰?guī)r相接近或?qū)诮佑|。當(dāng)斷層相向及相背組合成地塹或地壘時,位于地塹內(nèi)的 3 煤層及位于地壘外側(cè)的 3 煤層,在斷層落差大于 50m 時,其與煤層對口相接的即為太原組灰?guī)r或奧陶系灰?guī)r含水層。
5 充水因素分析
陽城井田裂隙發(fā)育程度有由淺向深部逐步減弱的.規(guī)律,同一含水層的富水性在垂直方向上同樣存在著淺強(qiáng)深弱的分帶特點(diǎn)。
對開采 3 煤層的直接充水含水層是 3 煤層頂板砂巖,就砂巖層本身而言,含水性較弱。當(dāng)通過基巖風(fēng)化帶,采掘活動后的導(dǎo)水裂隙帶從第四系下組古河道砂礫層和其它含水層獲得補(bǔ)給,這取決于滲透途徑的長短,砂巖裂隙的發(fā)育程度。通常情況下,工作面水量很小,有時頂板砂巖還賦有少量脈狀裂隙水,少數(shù)工作面開采時引起頂板脫落,脈狀裂隙水泄出,造成工作面充水,因無水源補(bǔ)給而易于疏干。
地質(zhì)構(gòu)造對礦井涌水的影響是復(fù)雜的,是由多種因素決定的,當(dāng) 3 煤頂?shù)装迳皫r與灰?guī)r含水層因斷層對接,則形成以砂巖為導(dǎo)水通道,以灰?guī)r水為側(cè)向補(bǔ)給源的充水因素。當(dāng)斷層斷薄 3 煤層與三灰的正常間距,三灰水頭值超過“安全水頭值”,巖溶水就直接被導(dǎo)通而造成突水。3 煤底到 3 灰之間多為粉砂巖及泥巖,開采 3 煤層,-750m 水平時,三灰水對 3 煤底板的水頭壓力為 7.8MPa,當(dāng)其它不利因素(巖體完整性,間距等)同時具備時,這種情況下是較容易突水的。3煤底板到三灰間距正常,但底板下有隱伏巖溶陷落柱時,發(fā)生突水往往不易察覺。通過頂板砂巖段的斷層,一定條件下也可造成第四系下組砂礫層水對頂板砂巖的直接充水。
6 結(jié)論
陽城井田處于一個半封閉的水文地質(zhì)單元內(nèi)有側(cè)向補(bǔ)給的開放塊段。第四系松散層中有多層穩(wěn)定的厚層黏土層;煤系地層又由多層含隔水層相間組成,含水層總厚度小于隔水層,地下水垂直方向滲流差,徑流滯緩。地下水徑流不暢,補(bǔ)給不良。開采 3 煤層直接充水水源為頂板砂巖裂隙水,主要補(bǔ)給來源是奧陶系石灰?guī)r水、太原組石灰?guī)r水及第四系下組砂礫層水,途徑是通過基巖風(fēng)化帶以及斷層帶使上下含水層對口相接或相近,滲透補(bǔ)給煤層頂板砂巖含水層。結(jié)合 3 煤層頂板砂巖漏水情況和水文地質(zhì)試驗(yàn)資料,在開采 3 煤文地質(zhì)條件應(yīng)屬裂隙水礦床簡單 ~ 中等類型。十下灰和十一灰分別是 16煤和 17 煤的頂板,其富水性均為弱-較弱,本身對開采 16 煤和 17 煤時充水影響不大,兩層煤的直接底板均以泥巖為主,隔水性較好。真正對開采 16煤和 17 煤造成威脅的是下伏富水性強(qiáng)的奧陶系灰?guī)r,其距 17 煤約 50m.因此,開采 16 煤和 17 煤水文地質(zhì)條件應(yīng)屬裂隙巖溶水礦床中等類型。
【參考文獻(xiàn)】
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