內(nèi)蒙古阿拉善左旗炭井溝井田水文地質(zhì)特征分析

任國濤

（寧夏礦業(yè)開發(fā)勘查院，寧夏 銀川 750021）

勘查區(qū)位于內(nèi)蒙古阿左旗嘉爾嘎勒賽汗鎮(zhèn)距阿左旗巴彥浩特鎮(zhèn)約140km，行政隸屬阿左旗嘉爾嘎勒賽汗鎮(zhèn)管轄。充分了解水文地質(zhì)為礦權(quán)評估、轉(zhuǎn)讓及為礦井建設(shè)可行性研究和初步設(shè)計提供地質(zhì)資料。

1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

1.1 地形地貌及地表水

區(qū)域地貌屬高原區(qū)，分布有山地、丘陵、平原、山間洼地和沙漠，地形十分復(fù)雜。東南部黃河河谷地帶是地勢最低洼處，海拔高程為1 132～1 238m，西南部中衛(wèi)南山最高處海拔為1 954m，其次是牛首山海拔為1 750m。總的地勢特征是西南高，東北低，海拔高程均在1 000m以上。

區(qū)域上屬黃河水系，黃河自北向南經(jīng)東南向西流過。水系多流經(jīng)干旱、半干旱區(qū)，有水量小、變化大、泥沙多、水質(zhì)差等特點。最大的支流為清水河，至中寧山河橋注入黃河，流域面積14 481km2，多年平均徑流量1.316億m3。由于清水河中下游主要流經(jīng)高鹽分巖層分布區(qū)，而且上游低礦化度水大部分被利用，導(dǎo)致中、下游河水礦化度增高，最高達(dá)4.9g/L，水質(zhì)差，不宜飲用。次級支流有紅柳溝，河長104km，流域面積1 046km2，流量較小，年徑流量990萬m3。河水水質(zhì)較差，礦化度4.0g/L，屬Cl·SO4-Na型水，因水質(zhì)差不能飲用。此外其他地區(qū)多無常年性徑流，季節(jié)性溝流亦較少。見圖1。

1.2 含（隔）水巖組類型及水文地質(zhì)特征

區(qū)域?qū)俣鯛柖嗨古璧匚骶壏謪^(qū)，賦存主要地層自下而上為古生界寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系和石炭系；中生界侏羅系和白堊系及新生界松散巖類。勘查區(qū)在內(nèi)蒙古自治區(qū)阿左旗南部地區(qū)，屬于中山、低山、低山丘陵水文地質(zhì)區(qū)，地下水主要分為新生界孔隙潛水、中生界碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖裂隙溶洞水和古生界基巖裂隙水四類。

圖1

1.2.1 松散層類孔隙水含（隔）水巖組

本類型主要包括第四系松散風(fēng)積沙、沖洪積層、洪積層。

洪積層潛水含水層分布于各溝谷中，由砂、塊石、碎石等組成；沙漠潛水分布于北部騰格里沙漠區(qū)，巖層松散，透水性強(qiáng)；黃河沖積層潛水分布于黃河一、二、三級階地分布范圍內(nèi)。含水層巖性上部大部為黃土狀砂黏土、黏砂土，局部夾黏土及淤泥，下部為砂礫石、卵礫石，其孔隙為粉細(xì)砂充填，是區(qū)域內(nèi)主要的含水層組；第四系的黃土沉積，屬亞黏土，是相對隔水層，由于厚度較薄，且變化大，分布不穩(wěn)定，故只能是局部相對隔水層組，水文地質(zhì)上作為其隔水層意義不大。

1.2.2 碎屑巖類裂隙孔隙水

碎屑巖類裂隙孔隙水主要分白堊系廟溝組裂隙孔隙水、古近系裂隙孔隙水和新近系裂隙孔隙水。

白堊系廟溝組巖性以礫巖、砂礫巖、砂巖為主，由于所處地貌條件的不同，反映在巖層的富水程度上有明顯的差異，大部地區(qū)富水性弱，部分封閉與半封閉洼地中；古近系含水層巖性為含石膏的不等粒長石英砂巖、含礫砂巖，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，透水性差，富水性弱；新近系含水層巖性主要為礫巖、含礫粗砂巖、細(xì)砂巖，成巖作用較差，多呈松散狀及膠結(jié)、半膠結(jié)狀。新近系巖層巖性分布的不均勻性和上覆含水層缺乏穩(wěn)定連續(xù)的隔水層，使含水層多通過透水“天窗”接受上覆含水層中地下水的補(bǔ)給或垂直滲透補(bǔ)給，富水性較好。

1.2.3 碳酸鹽巖裂隙溶洞水

分布于毛土坑山、牛首山一帶。含水巖層為碳酸鹽巖夾細(xì)粒碎屑巖，巖層構(gòu)造裂隙較發(fā)育，沿裂隙多有石英巖脈及方解石脈充填。分布區(qū)水點出露稀少，毛土坑山一帶無地下水露頭分布，牛首山區(qū)水文網(wǎng)發(fā)育，地下水徑流條件良好，所見水點均分布于現(xiàn)代溝床之上，為由基巖裂隙水補(bǔ)給的第四系溝谷潛水露頭，地下水動態(tài)隨季節(jié)變化明顯。毛土坑山一帶灰?guī)r中巖溶現(xiàn)象不發(fā)育，富水性差。牛首山一帶發(fā)現(xiàn)米缽山組灰?guī)r夾層中有巖溶水的分布，且與地表連通性較好，但巖溶水僅分布于局部地段的一定深度內(nèi)，分布具有局限性。

1.2.4 基巖裂隙水（包括斷層脈狀水）

基巖裂隙水主要分布于寒武系、泥盆系、石炭系地層中，主要分布于中衛(wèi)南山、牛首山、馬夫峽子、菊花臺、新寺山、煙洞溝及新井溝一帶。巖性為淺變質(zhì)中細(xì)粒長石石英砂巖、長石砂巖、板巖、薄層灰?guī)r、硅質(zhì)白云巖—硅質(zhì)巖、千枚巖狀板巖鈣質(zhì)粉砂巖、頁巖，砂礫巖、灰?guī)r、泥巖、泥灰?guī)r透鏡體、含銅砂巖、粉砂巖，泥質(zhì)粉砂巖等富水性差。

1.3 地下水的補(bǔ)給徑流排泄條件

在地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、含水層巖性等諸多因素制約下，區(qū)域內(nèi)各地下水循環(huán)帶中，均可明顯地分為補(bǔ)給區(qū)、徑流區(qū)和排泄區(qū)三個部分。

1.3.1 基巖山區(qū)

基巖山區(qū)是水循環(huán)帶中的補(bǔ)給區(qū)，本區(qū)包括衛(wèi)寧北山、中衛(wèi)南山及牛首山。在山前地帶，地下水埋藏于新老第三系的砂巖、砂礫巖中，構(gòu)成本區(qū)的孔隙層間水，在地下水循環(huán)帶中屬地下水的徑流區(qū)。黃河沖積平原地帶，相對上述二者而言是地下水的排泄區(qū)，但其特有的水文地質(zhì)條件下，又獨具補(bǔ)給、徑流與排泄特征。黃河是外流水系，區(qū)內(nèi)的常年流水溝、山水溝都屬于黃河水系，因此它是區(qū)域內(nèi)地下水的主要排泄途徑，其次尚有一部分地下水消耗于蒸騰作用。

1.3.2 沖積平原

沖積平原相具有獨特的補(bǔ)給、徑流與排泄特征。它直接或間接的接受山區(qū)地下徑流的測向補(bǔ)給，亦接受山前山洪滲失補(bǔ)給和大氣降水垂直滲透補(bǔ)給。該區(qū)地下水主要排泄途徑是以地下徑流的形式通過黃河岸邊水平排泄，此外是通過排水溝向黃河排泄，部分地下水消耗于蒸發(fā)等途徑。

1.3.3 沙漠地區(qū)

沙漠地區(qū)地下水主要接受大氣降水和沙丘凝結(jié)水的補(bǔ)給，并能過潛水的地表蒸發(fā)進(jìn)行垂直排泄。在沙漠下伏古地形的控制下，各自形成局部范圍的補(bǔ)給、徑流和排泄系統(tǒng)。

2 勘查區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 地形地貌及地表水

勘查區(qū)地形呈南北高、中間低的地形特征。南北為低山，山體走向呈近東西向展布，山脊和溝谷相間排列；中部地形切割較淺，谷地開闊，多被風(fēng)成沙覆蓋。勘查區(qū)地面海拔標(biāo)高在1 390.0～1 580.0m之間，最高點為炭井子溝北，標(biāo)高為1 574.9m，最低處為小井子?xùn)|井，標(biāo)高為1 399.0m，相對高差為175m。勘查區(qū)干旱少雨，無常年地表河流。

2.2 含（隔）水層組水文地質(zhì)特征

2.2.1 松散巖類孔隙潛水含水層組

第四系全新統(tǒng)洪積層廣泛分布于溝谷中，構(gòu)成現(xiàn)代溝谷洪積層孔隙潛水，是勘查區(qū)畜牧業(yè)供水的主要水源地。其含水層均由砂、塊石、碎石及砂礫石等洪積物組成，局部夾薄層粘砂土。

新近系中新統(tǒng)紅柳溝組裂隙孔隙潛水出露于勘查區(qū)外廣大地區(qū)，勘查區(qū)內(nèi)只有兩個鉆孔揭露此含水層，ZK110孔厚7.80米，ZK114孔厚10.00m，均為半膠結(jié)狀砂礫石層。據(jù)鉆孔簡易水文觀測資料，在此層位無涌、漏水現(xiàn)象，結(jié)合巖性特征說明此含水層透水性好，富水性弱。

基巖風(fēng)化裂隙潛水賦存于基巖出露區(qū)及第四系薄覆蓋的石炭系巖層風(fēng)化裂隙中。據(jù)野外實地觀察，裂隙普遍存在于石英巖狀砂巖、石英砂巖、長石石英砂巖等硬脆性巖層中，其外觀呈微微張開狀，裂隙面粗糙且延伸短，裂隙寬僅數(shù)毫米，大者幾厘米至幾十厘米。寬大者少見且為石英脈或者方解石填充。由于后期填充，裂隙的連通性差，富水性亦差。據(jù)鉆孔揭露，50m以淺部位，自上而下巖芯破碎程度漸弱，上部風(fēng)化裂隙較發(fā)育，基巖裂隙寬度1～5mm，至50以深巖芯基本完整。自鉆孔簡易水文地質(zhì)資料顯示，在此層位鉆孔無涌、漏水情況，說明巖層風(fēng)化裂隙勾通性差，富水性弱。

表1 礦區(qū)先期開采地段鉆孔抽水試驗綜合表

表2 礦區(qū)南部四區(qū)ZK017鉆孔抽水試驗綜合表

2.2.2 基巖裂隙承壓水含水層組

本含水類型為古生代石炭系上統(tǒng)太原組層間裂隙水。含水層自煤系地層頂界至煤系地層底界，巖性主要為厚層、中厚層至薄層細(xì)—粗粒長石英砂巖、含泥質(zhì)中、細(xì)粒石英砂巖、細(xì)礫巖。據(jù)野外鉆孔巖芯描述，裂隙普遍存在于石英砂巖、長石石英砂巖等硬脆性巖層中。裂隙寬度一般僅為數(shù)mm，但幾乎均被石英脈、方解石等填充，裂隙勾通性差。

據(jù)礦區(qū)先期開采地段鉆孔ZK101號、ZK105號、ZK502號水文鉆孔抽水試驗結(jié)果：平均單位涌水量0.0015～0.0085L/s·m，小于 0.1L/s·m，滲透系數(shù) 0.0005～0.0045m/d，富水性弱。水礦化度3.90～16.07g/L，屬半咸水-咸水，水質(zhì)差。見表1。

據(jù)礦區(qū)南部四區(qū)水文鉆孔ZK017孔鉆孔抽水試驗結(jié)果：平均單位涌水量0.0123L/s·m，小于0.1L/s·m，滲透系數(shù)0.0178m/d，富水性弱。水礦化度3.417g/L，屬半咸水，水質(zhì)差。見表2。

2.2.3 隔水巖組

隔水巖組主要分為4層

第一層位于第四系含水層中時有亞黏土沉積層，厚度較薄，且變化大，分布不穩(wěn)定，故只能是局部相對隔水層，水文地質(zhì)上作為其隔水層意義不大。

第二層位于太原組第五段（Ct5）地層中，泥質(zhì)、粉砂質(zhì)巖層，據(jù)ZK106-2等孔揭露的太原組底部地層資料，泥質(zhì)、粉砂質(zhì)巖類占地層厚大是勘查區(qū)煤系地層頂部穩(wěn)定的隔水層。

第三層位于太原組第二段（Ct2）地層中，泥質(zhì)、粉砂質(zhì)巖層砂巖裂隙不發(fā)育，且裂隙多被后期充填。據(jù)補(bǔ)ZK012孔揭露的完整地層資料單層厚度較大，是勘查區(qū)內(nèi)下煤組和底煤組之間穩(wěn)定的隔水層。

第四層位于太原組（含煤地層）中，泥質(zhì)、粉砂質(zhì)巖組巖性致密，它們在煤層及含水層間呈互層狀間互產(chǎn)出，一般厚度較大，構(gòu)成相對隔水層。

2.3 地下水的補(bǔ)給徑流排泄條件

勘查區(qū)松散層潛水及基巖風(fēng)化帶孔隙裂隙潛水，主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給。

基巖裂隙承壓水主要接受區(qū)域側(cè)向徑流的補(bǔ)給，在區(qū)內(nèi)外基巖露頭處接受大氣降水的入滲補(bǔ)給，它也接受上部地下水少量的越流補(bǔ)給，亦可接受其下部地下水的頂托越流補(bǔ)給，但量有限。

松散層潛水，主要沿相對隔水層（如土層、泥質(zhì)巖等）頂面由高處向低凹處潛流運移。基巖裂隙水主要沿巖層傾斜方向順層面，由高處向低處緩慢徑流，并有少量順裂隙及層理面等向巖層內(nèi)微弱滲透。

松散層潛水排泄方式，其一為由高向低處運移，在勘查區(qū)外地勢平坦的低凹區(qū)滲流匯集，因蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，多形成季節(jié)性鹽堿湖或鹽堿地。其二，垂向蒸發(fā)作用，也是其主要排泄途徑之一。

2.4 水文地質(zhì)勘探類型

勘查區(qū)無常年地表水系，地下水的主要補(bǔ)給來源為大氣降水的入滲補(bǔ)給。但因多年平均降水量約200mm，多年平均蒸發(fā)量大于2 000mm，為降雨量的10倍多，降雨又多以暴雨形式集中于7-9月份，降雨時空分布極為不均，補(bǔ)給量季節(jié)性變化明顯，地下水補(bǔ)給來源貧乏。

勘查區(qū)斷裂、褶曲構(gòu)造較發(fā)育。褶皺構(gòu)造為東西向炭井溝復(fù)式向斜，北部為南傾單斜、中部為緊密褶曲構(gòu)造、南部北傾單斜。斷裂構(gòu)造較發(fā)育，有北西和北東向兩組斷裂，共發(fā)育斷層24條，地表填圖地層錯斷明顯斷層19條，鉆探揭露和地表填圖地層錯斷不很明顯的斷層5條。

3 礦床充水因素分析

3.1 老窯及采空區(qū)積水

勘查區(qū)內(nèi)淺部有眾多廢棄井口。主要開采太原組一、三、四段的1、2、4、8、14、19等煤層，斜井開拓，所形成的采空區(qū)分散、范圍小。據(jù)調(diào)查，礦井涌水量均較小，主要為頂板裂隙滲水，涌水量小于10m3/d，唯有24號礦井涌水量較大，每天2寸泵抽水4～5個小時，涌水量約30m3/d左右。

3.2 充水因素分析

依據(jù)勘查區(qū)水文地質(zhì)條件及煤層覆巖結(jié)構(gòu)類型，礦井充水方式分為直接充水和間接充水兩種。它們分別受大氣降水和地下水等因素的制約，又具有一定的水力聯(lián)系，對未來礦井開采有不同程度的影響。

3.2.1 充水水源

因本區(qū)無地表水體，充水水源主要是大氣降水和地下水兩種。區(qū)內(nèi)年降水量甚小，年平均降水量僅200mm，且降水多集中在7～9月，區(qū)內(nèi)大部分面積有松散層潛水及基巖風(fēng)化帶潛水，富水性弱。

3.2.2 充水通道分析

由于第四系厚度較小，開采時，煤層與含水層直接接觸，含水層中地下水直接進(jìn)入礦坑。煤層采空后，頂板冒落，上覆巖層出現(xiàn)下沉，彎曲風(fēng)化及次生裂隙發(fā)育，使大氣降水及地下水沿裂隙進(jìn)入巷道。從勘查區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和含、隔水層特征分析，結(jié)合鄰區(qū)煤礦生產(chǎn)情況，煤層頂、底板和大面積采空塌陷裂隙帶是井下充水的主要途徑。

3.2.3 充水強(qiáng)度分析

礦井充水強(qiáng)度主要取決于直接充水水源的富水程度及冒裂帶發(fā)育高度，并受隔水層影響明顯。

3.3 供水水源

結(jié)合區(qū)域及勘查區(qū)水文地質(zhì)條件，經(jīng)綜合分析，黃河在寧夏是最寶貴、主要的水力資源，它多年平均年入境、出境水量分別達(dá)317及294億m3。青銅峽水庫平均礦化度僅0.48g/l。勘查區(qū)以北孿井灘鎮(zhèn)已建成引黃供水站，距礦區(qū)僅20公里，它將黃河水引來于高處經(jīng)沉淀過濾，再經(jīng)供水管網(wǎng)引入站內(nèi)，供水能力較強(qiáng)，水質(zhì)較好。故直接引用該站水，解決供水水源，不失為一條簡單易行經(jīng)濟(jì)實用的主要途徑。

4 結(jié)論

經(jīng)一系列的勘探手段對所掌握的水文地質(zhì)資料加以綜合研究分析，從地貌及地表水、含（隔）水巖組類型、地下水的補(bǔ)給徑流排泄、礦床充水因素分析、供水水源等方面充分了解阿拉善盟左旗炭井子溝煤礦區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)特征和井田水文地質(zhì)特征，為礦區(qū)井田建設(shè)、工地建設(shè)、開采技術(shù)條件提供了重要的依據(jù)。

［1］阿拉善左旗嘉爾嘎勒賽汗鎮(zhèn)炭井子溝煤礦區(qū)煤炭資源詳查報告［R］.銀川：寧夏礦業(yè)開發(fā)勘查院，2008.