某礦井水文補充勘探及洛河組含水層垂向差異性淺析

李 陽

（甘肅礦田地質局一四六隊，甘肅 平涼 744000 ）

某礦產地處隴東礦田，礦井含礦地層為侏羅系延安組，礦層埋藏深、厚度大（平均16m），礦層頂板賦存有多個含水層，在前期建井中受地下水水害威脅較為嚴重，特別是白堊系洛河組承壓含水層是對礦井威脅最為嚴重的充水含水層，其分布范圍廣、厚度大（均厚達400m）、承壓水頭高、富水性強、距離主采8礦層近。

在礦田勘探期間與建礦初期一直將白堊系下，統洛河組作為一個內部具有統一水位、上下水力聯系密切的巨厚砂巖含水層整體進行研究；隨著鄰近礦區開采實際情況，以及對洛河組含水層進一步的探查中，認識的洛河組含水層在垂向上存在一定的差異性，并且礦層采動導水裂隙帶已穿透洛河組下段含水層，波及到洛河組上段含水層，是下伏礦層開采的主要水害威脅。

1 概況

本文以某礦礦首采工作面白堊系洛河組含水層水文補充勘探為例，通過施工兩個水文地質鉆孔的施工，并完成取芯、巖樣力學測試、抽水與水力連通試驗、水文地質測井、流量測井、水質分析、水文長觀系統建立等工作，獲取得洛河組含水層水文地質參數；分析白堊系洛河組含水層的巖性構成與水文地質特征，研究洛河組含水層垂向差異性、垂向水力聯系等問題，為礦井防治水技術對策制定提供重要依據。

2 水文地質勘探工作

見表1。

1#、2#鉆孔的結構參數見表2。

表1 實際完成工作量

表2 鉆孔孔徑和套管設計參數

3 洛河組含水層精細劃分

本次重點是探查白堊系洛河組含水層，各含水段的水文地質特征及其垂向水力聯系。為此，參照中礦科工集團西安研究院有限公司在彬長礦區對洛巨厚河組含水層的研究提出的“二分法”劃分，結合本次施工的1#采取的巖芯情況及兩口井測井曲線，對照以往鉆孔測井資料，將洛河組含水層劃分為中上段和下段。

3.1 巖芯鑒定分段

通過巖心鑒定分析，鉆孔中423.00～692.67m層段巖性以巨厚層狀中、粗砂巖為主，細砂巖次之，局部夾少量薄層泥巖，為富水性較強，將此段劃分為洛河組中上段；692.67～802.00m層段巖性為砂、泥巖互層，以薄層砂巖為主，泥巖層明顯增多，且砂巖類泥質膠結含量增多，砂巖富水性弱。

3.2 1#、2#鉆孔測井曲線分析

經過對2口井測井曲線中自然γ曲線對比分析，洛河組中上段與下段自然γ平均值所反映結果有較為明顯的變化，即洛河組下段地層自然γ平均值偏大于其上一段地層平均測值，約高出20%～25%，與鉆孔巖心鑒定結果基本一致。1#、2#鉆孔洛河組上下段測井曲線對比見圖1。

圖1 1#(左)、2#(右)鉆孔洛河組上、下段測井曲線對比圖

3.3 以往測井資料分析

由于施工了2口井，不能充分反映洛河組中上段與下段在自然γ曲線可以作為劃分依據；為此，收集本次施工的2口井附近以往施工的K44、K41、K40、K39、K33、K32、201等7個鉆孔測井資料，并對測井資料進行對比分析，在洛河組下段測井曲線自然γ平均值均偏大于其上段地層自然γ平均值，進一步說明在1#、2#號鉆孔區域附近的洛河組地層上下段巖性在垂向上還是存在一定差異性，雖沒有明顯的區域隔水層，但下段地層泥質巖類地層增多，砂巖類地層泥質含量明顯增多，劃分為弱富水性地層。具體曲線對比情況見圖2。

圖2 首采工作面鉆孔洛河組上、下段測井曲線對比圖

4 洛河組含水層抽水和水力連通試驗

為了獲得洛河組含水層水文地質特征及垂向差異性，本次施工的2個鉆孔共完成7層次的抽水試驗（4次單孔抽水試驗和3次水力連通試驗），抽水層段為洛河組含水層全段、中上段及下段。

4.1 洛河組全段單孔抽水試驗

1#、2#孔分別進行洛河組全段單孔抽水試驗，并同步進行了流量測井；最大單位用水量為：0.413l/s·m，最大滲透系數為：0.086m/d，富水性中等。

4.2 洛河組中上段單孔抽水試驗

1#孔進行洛河組中上段單孔抽水試驗，最大單位用水量為：0.420l/s·m，最大滲透系數為：0.153m/d，富水性中等。

4.3 洛河組下段單孔抽水試驗

2#孔進行洛河組下段單孔抽水試驗，最大單位用水量為：0.0169l/s·m，最大滲透系數為：0.010m/d，富水性較弱。

4.4 1#孔洛河組中上段抽水試驗（含2#孔洛河組中上段水位觀測）

1#孔分三次降深抽洛河組中上段水，降深依次由大到小，最大抽水量為9.202l/s，最大降深22.24m。2#孔同步觀測洛河組中上段水位，觀測孔水位呈現出與抽水孔一致的水位降深、恢復趨勢，分析認為1#、2#號井洛河組中上段同層之間水力聯系較為密切。

圖3 洛河組中上段多孔抽水試驗Q—t、s—t曲線圖

4.5 1#孔洛河組中上段抽水連通試驗（含2#孔洛河組下段水位觀測）

1#孔分三次降深抽洛河組中上段水，降深依次由大到小，最大抽水量為8.531l/s，最大降深22.50m。2#孔同步觀測洛河組下段水位，觀測結果水位變化不大（-0.06～0.50m），這表明洛河組中上段與下段的水力聯系很微弱。

圖4 1#孔洛河組中上段抽水連通試驗Q—t、s—t曲線圖

5 結論

本文結合某礦礦洛河組含水層水文補充勘探施工實踐，主要有以下體會。

（1）參照彬長礦區對于洛河組含水層“二分法”劃分方法，結合實物巖芯鑒定，分析測井曲線自然γ平均值變化，通過尋找其中的共性，將洛河組含水層劃分為中上段和下段，并通過抽水試驗驗證了劃分的合理性。

（2）通過本次水文補充勘探，巨厚洛河組含水層是可以劃分為中上段、下段，且通過抽水水力連通試驗驗證中上段與下段之間無明顯水力聯系，巨厚洛河組含水層在垂向上存在差異性。

（3）根據洛河組下段抽水試驗結果顯示下段地層富水性較弱，可作為阻隔中上段含水層水進入礦井的相對隔水層。

（4）本次只施工了2口水文勘探井，獲取的水文地質特征及參數具有片面性，不能以點概面，建議在今后礦礦開采過程中進一步開展水文地質勘探，進一步研究巨厚洛河組含水層垂向差異性，為礦礦防治水提供技術支撐。