韓城礦區下峪口井田奧灰含水層水文地質條件分析

羅壽濤，張 歡，祁云望，余文鑫，彭道銀

(1.陜西陜煤韓城礦業有限公司地質測量部，陜西 韓城 715400；2.西安科技大學地質與環境學院，陜西 西安 710054；3.陜西陜煤韓城礦業有限公司桑樹坪二號井，陜西 韓城 715400)

奧陶系石灰巖含水層作為韓城礦區其煤系地層基底，是煤層開采中的主要致災因素之一，尤其是上覆煤層中11號煤層距其最近，影響最大。因此以11號煤層為主采煤層的下峪口井田煤層開采過程中奧陶系灰巖含水層水文地質條件是礦井生產必須首要解決的重點問題。開展奧灰含水層水文地質條件特征分析研究對指導礦井安全生產具有重大意義[1]。本文將從奧灰含(隔)水層特征、水文地質邊界條件、補給、徑流、排泄條件、水層賦存特征和富水性對下峪口井田奧灰含水層水文地質條件進行分析，最終服務和指導煤炭資源綠色、安全、高效開采。

1 井田地質特征

韓城礦區位于鄂爾多斯盆地東南緣晉西褶皺帶與渭北隆起的交匯地帶，以文間嶺隆起為界，劃分為北區與南區[2]，礦區內煤炭資源豐富，主要含煤地層為石炭～二疊系，其中2、3、5、11號煤層為本區主要開采煤層[3]。下峪口井田位于韓城礦區北區，南端與燎原井田接壤，北端與桑樹坪井田相鄰，東至邊淺部煤層露頭線。井田內地層總體呈北東-南西向展布，東南邊淺部因受強烈擠壓，下古生界地層有逆沖現象，含煤地層翹起，呈現直立微倒轉狀，但由煤層露頭向下，煤巖層傾角急劇變緩在15度以下，總體構造框架為一寬緩的向北西方向緩傾的單斜構造，主要構造變形帶集中在礦區東南邊緣地帶多為斷裂型的層滑構造、走向近EW向的褶皺、NW向和NE向的小型斷裂。地層從老到新有太古界涑水群、元古界震旦系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系及新生界第四系。下峪口井田主要開采二疊系山西組的2#、3#煤層及石炭系太原組的5#、11#煤層[4]。奧陶系石灰巖含水層作為煤系基底，對上覆煤層的安全開采具有很大威脅，是礦井生產過程中的主要致災因素。

2 奧灰含(隔)水層特征

奧陶系石灰巖層在井田邊淺部出露，該巖層歷經多次構造破壞作用，直立、倒轉、褶曲、斷裂(圖1)，巖溶裂隙發育，為地下水的儲存運移創造了良好條件，地下水以動儲量和靜儲量并存為特征，在礦區邊淺部徑流帶范圍內形成了統一的含水體，向井田的中深部，巖層平緩，斷裂稀少，巖溶裂隙不發育，富水性變弱，地下水以靜儲量為主。據鉆孔資料分析，奧陶系石灰巖縱向上巖溶裂隙發育具分帶性，表現在奧陶系石灰巖巖溶裂隙承壓強含水層組由相對隔水層段與幾個含水層段復合而成，具有統一的水位高程，是一個非均質的具有多層段結構的復合承壓含水體。

圖1 韓城礦區地層剖面圖[5]

根據井田東南邊部的龍王寺溝及禹門口奧灰巖露頭、井田內及鄰近礦井奧灰巖鉆孔揭露的奧灰巖巖性組合、結構特征、裂隙巖溶發育程度，結合鄰近礦井抽水試驗與井下涌水等資料，將奧陶系石灰巖含(隔)水層共劃分為四個組九個段(表1)。其中含水層段分別為峰峰組二段、上馬家溝組二、三段，下馬家溝組二段，冶里-亮甲山組二段。

表1 韓城北區奧灰系石灰巖含、隔水層段劃分一覽表

圖2 下峪口井田奧灰水文地質圖

3 奧灰井田水文地質邊界條件

已有研究表明，韓城礦區奧灰含水層的區域徑流方向為NEE向，其主要徑流條帶為邊淺部的構造裂隙帶，淺部徑流條件好，接受的補給量相對豐富。井田西南邊界成為井田接受側向徑流補給的導水邊界；西北部邊界區屬于煤層埋藏深部，深部區域徑流條件差，地下水流緩慢或滯留，巖溶發育可能較弱；東南部邊界雖為人為劃定邊界，卻處于煤層露頭帶附近，邊界外灰巖出露地表，可接受大氣降水補給；同時受到斷層以及邊淺部多個老窯和小煤窯的影響，因此還可能接受老空區積水的補給。因此，東南邊界應屬于補給進水邊界。東北部邊界雖然為人為邊界，結合區域徑流條件的影響(圖2)，可認為東北邊界為下峪口井田奧灰含水層水補給邊界，通過構造斷裂帶沿NE-SW方向運移。

4 下峪口煤礦奧灰補給、徑流與排泄

4.1 補給條件

4.1.1 大氣降雨與地表水的補給條件

下峪口井田地下水的主要補給來源為大氣降水與地表水體的補給。井田內黃土覆蓋厚度較大且分布面積廣，加之地形復雜，地表徑流條件好，大氣降水以面流和片流的形式很快排泄到溝谷流走，僅在基巖露頭與裂隙發育段有補給較多，其余地段滲透很小，對地下含水層的補充有限。

下峪口井田內有大小河流2條，其流向大致與地層走向垂直，河流在流經基巖露頭處的裂隙和構造裂隙發育段均產生滲漏補給。

4.1.2 奧灰含水層補給條件

井田東南邊淺部因受強烈的構造運動擠壓，下古生界地層有逆沖現象，地層產狀傾角較大，奧陶系灰巖地層由于構造運動大面積出露地表，裸露面積約14.1 km2，是奧灰含水層接收大氣降水和地表水補給的主要補給區。由于受NE向斷裂和褶皺的影響，山區發育兩組傾角大于70°的共軛剪節理，這些縱橫交錯的節理系統構成大氣降水垂直入滲補給山區裸露奧陶系灰巖的通道和儲水空間。下峪口井田東部邊界外臨近黃河側，地層由于受到構造運動的改造，使奧陶系地層裸露于黃河河谷兩側，在黃河流經奧灰巖出露地段，區內地表水在流經基巖地段有明顯的水量漏失，為區內奧灰地下水主要補給途徑之一。下峪口井田內無較大河流，但溝谷發育，為河流在流經井田基巖露頭處的裂隙和構造裂隙發育段產生滲漏對奧灰含水層進行補給創造了有利條件。因此，下峪口井田奧灰地下水主要補給來源為井田邊界東南處F1大斷裂處的大氣降水的滲入、河流流經灰巖出露地段的滲漏補給和黃河在流經奧陶系地層裸露處的側向補給。

4.2 徑流條件

下峪口井田內奧陶系灰巖含水層中的地下水，徑流帶位于井田邊淺部的地層產狀變化最為劇烈的部位，即在構造運動作用下所形成的褶皺破碎帶，使層理、節理和斷層相互連通，且由于地層產狀的劇烈變化，相鄰含水層之間可能發生錯位，進而相互連通，整個區域內形成了統一的水位(+380 m)。

地下水徑流，在淺部運動時，以管道流的形式在巖溶作用形成的通道中運移，滲透系數較大，在中深部運動時，由于水壓的作用，徑流逆著巖層傾向通過構造運動所產生的裂隙中向邊淺部運移，滲透系數較小。

圖3 下峪口井田奧灰含水層地下水運動示意圖[3]

奧灰含水層抽水試驗結果顯示，降落漏斗的影響范圍于二維平面上，顯示為一個長軸方向為南北方向，且長軸遠遠大于短軸的的橢圓形，表明奧灰含水層在南北方向上的導水性遠遠強于東西方向，反映出沿下峪口井田奧灰地下水來水方向和導水通道主要為邊淺部斷層走向方向。

4.3 排泄條件

4.3.1 地下水的排泄

受地形的風化切割，地下水在溝谷地帶形成泉水。在采礦疏干含水層之前，地下水主要通過溝谷中泉水進行排泄。由于長期采礦活動，目前采掘影響區內含水層已慢慢被疏干，泉水也逐漸枯竭。

在基巖出露的邊淺部，含水層與地表水之間互為補排關系，在雨季這些地方為地下水的補給區，而旱季這些地方會成為地下水的排泄區。采礦過程中井巷、工作面的疏干作用已經成為地下水的另一個重要排泄方式。

4.3.2 奧陶系灰巖含水層的排泄

下峪口井田奧灰地下水無明顯的地下水排泄點，分析認為奧灰地下水通過兩種途徑徑流排泄，一為經F1斷層在地表河流河谷豁口排于第四系松散層，二是由深部向淺部側向滲流。近年來對奧灰地下水的開采逐年增大，人工開采地下水成為井田地下水的主要排泄方式，造成下峪口井田奧灰水位的持續下降。

下峪口井田20世紀80年代以前奧灰水主要向黃河排泄，之后由于韓城電廠于70年代末開始投產后，因生產需要，持續以1 000～1 400 m3/h的流量抽取奧灰含水層地下水，由于補給量小于抽水量，致使井田奧灰水位逐年下降，以抽水井群為中心形成降落漏斗。奧灰水位有較大的升幅是由于2011年底韓城電廠停產后，對于奧灰地下水水抽取減少所致，井田的奧灰地下水水位處于恢復之中。

5 奧灰含水層賦存特征

5.1 奧灰含水層分布特征

根據各階段勘探資料，下峪口井田奧灰整體呈NNW傾斜的單斜構造，僅在井田一采區西南部出現陡立的翹起構造。下峪口井田內鉆探普遍揭露中奧陶系統上馬家溝組三段，僅部分區域揭露中奧陶統峰峰組二段和峰峰組一段。上馬家溝組三段屬弱含水層，主要分布于井田邊部，且分布面積將最大。峰峰組二段為強含水層，主要分布于井田中部和西北邊部。但因在區內缺失嚴重，連續性和穩定性較差，均不構成主要含水層。

5.2 奧灰含水層水文動態變化情況和滲透性特征

韓城礦區南區和北區之間有天然的阻水構造，是兩個相對獨立的水文地質單元，兩者互不干擾，黃河水不能直接補給到南區奧灰水，但南、北區的水位基本一致。因為南北區的特性，下峪口井田奧灰水水位總體呈現隨時間變化穩定-下降-上升-穩定的一個循環過程。井田近年來受到煤礦開采和發電用水等對奧灰含水層的人工影響， 2010年以前，奧灰水平均靜水位不斷下降至最低約+367 m，2010年之后，奧灰水平均靜水位開始上升。

根據下峪口井田水文鉆孔的抽水資料，結合井田內奧陶系灰巖分布情況分析可知，隨著奧灰埋深的增大，奧灰含水層的滲透性急劇減小。

6 結語

(1)奧灰含水層是一個非均質的具有多層段結構的復合承壓水體，含水層段主要為峰峰組二段、上馬家溝組二、三段，下馬家溝組二段，冶里-亮甲山組二段。

(2)補給來源主要為井田邊界東南處的大氣降水的滲入和河流流經灰巖出露地段的滲漏補給，沿礦區邊淺部斷層走向方向是主要的來水方向與主要的導水通道。

(3)含煤地層的隔水層巖性以各類泥巖為主，并夾有弱富水的砂巖、煤層。

(4)隨著埋深的增大，奧灰含水層的滲透性急劇減小。