哈拉溝煤礦廣場(chǎng)滑坡區(qū)水文地質(zhì)條件勘察及災(zāi)害預(yù)防

王肖鳳

(國(guó)能神東煤炭集團(tuán)地測(cè)公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

滑坡區(qū)頂部為神東生態(tài)示范基地,滑坡區(qū)坡積物主要為第四系風(fēng)積沙土,土質(zhì)松散,松散層及松散含水層、風(fēng)化基巖含水層厚度不清[1-5]。需查明滑坡地點(diǎn)周邊區(qū)域地形地貌、地層產(chǎn)狀、基巖出露、水文地質(zhì)條件等情況。根據(jù)勘察成果,提出合理的滑坡治理建議,為以后預(yù)防滑坡地質(zhì)災(zāi)害提供技術(shù)依據(jù)。

1 勘察區(qū)概況

1.1 位置

本次勘察區(qū)范圍為哈拉溝煤礦工業(yè)廣場(chǎng)與神東湖以西之間區(qū)域,面積約13.5萬(wàn)m3。滑坡區(qū)位于大石公路與變電站之間,寬約45 m,滑坡面積約920 m2,具體位置見(jiàn)圖1所示[6-8]。

圖1 滑坡區(qū)域地面建筑相關(guān)位置圖Fig.1 Related position of ground buildings in landslide area

1.2 自然地理

勘察區(qū)域位于神木市大柳塔鎮(zhèn),屬北溫帶半干旱大陸季風(fēng)性氣候,冬季嚴(yán)寒,夏季酷熱,春季風(fēng)頻,秋季涼爽,四季冷熱多變,日夜溫差懸殊。本區(qū)干旱少雨,蒸發(fā)強(qiáng)烈,7-10月降雨集中,全年無(wú)霜期較短,10月初上凍,次年3月解凍。

1.3 地形地貌

本區(qū)內(nèi)屬于梁卯地貌,大部分為風(fēng)積沙堆積區(qū),溝谷兩側(cè)基巖部分裸露。滑坡區(qū)及上游勘察區(qū)域位于烏蘭木倫河河谷東岸,自然地形呈東高西低的斜坡,低點(diǎn)位于坡底,標(biāo)高1 108.65 m;高點(diǎn)位于神東湖西側(cè),標(biāo)高1 184.51 m,最大高差75.86 m[9-10]。

2 勘察工作

2.1 地形測(cè)量

結(jié)合該區(qū)域地形較為復(fù)雜、地表植被較多的實(shí)際情況,同時(shí)根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備情況,利用無(wú)人機(jī)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行航測(cè),并使用RTK對(duì)相應(yīng)地物進(jìn)行實(shí)地調(diào)繪,完成該區(qū)域1∶500地形圖繪制,測(cè)圖面積0.31 km2,測(cè)量精度符合1∶500地形圖精度要求。

2.2 水文地質(zhì)鉆探

根據(jù)本次施工目的,具體在滑坡區(qū)以東、神東湖以西區(qū)域范圍內(nèi)布置16個(gè)水文觀測(cè)孔,孔號(hào)為S1-16,總進(jìn)尺589.24 m。本次勘察選用2臺(tái)XY-100型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行施工,采用機(jī)械鉆探施工工藝,要求全孔取芯。各孔以Φ113 mm孔徑施工至正常基巖內(nèi)2 m,擴(kuò)至Φ215 mm孔徑,全孔下Φ133 mm管(底部為花管,孔口為實(shí)管),采用活塞或鋼絲刷反復(fù)洗孔。Φ133 mm管高出地面0.5 m,管上口加工管蓋,以做長(zhǎng)期觀測(cè)之用,詳見(jiàn)表1所示。

表1 水文觀測(cè)孔鉆探工程鉆孔參數(shù)表Table 1 Parameters of hydrological observation boreholes and drilling engineering boreholes

續(xù)表1

3 勘察成果

3.1 地層

區(qū)內(nèi)地層由老至新分別為:中下統(tǒng)延安組(J1-2y),直羅組(J2z),第四系(Q)。

3.1.1侏羅系中下統(tǒng)延安組(J1-2y)

為區(qū)內(nèi)含煤地層,假整合于永坪組之上。巖性以灰-灰白色中-細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖,深灰-灰色粉砂巖為主,泥質(zhì)巖及煤層次之,炭質(zhì)泥巖含量較少,夾有膨潤(rùn)土、粘土礦層及泥灰?guī)r透鏡體。在橫向上巖性變化較大,但在垂向上具有明顯的層序韻律結(jié)構(gòu)。據(jù)巖、煤層組合特征、物性特征及古生物組合特征,可分為5個(gè)中級(jí)旋回巖段,自下而上為一至五段,每段含一個(gè)煤組,自上而下依次為1～5個(gè)煤組,煤層位于各段頂部。區(qū)內(nèi)最上部延安組第五段(J1-2y5)受古河流沖刷及新生界剝蝕,厚度變化很大,保留厚度6.8～47.6m,平均27.2 m。

3.1.2侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2Z)

假整合于延安組之上,由于新生界的剝蝕作用,僅殘存該組下部地層,厚度為0～13.2 m,平均8.5 m,區(qū)內(nèi)沿烏蘭木倫河河岸兩側(cè)有出露。主要為灰黃色、黃綠色中粒-粗粒砂巖,厚層狀,分選性差,磨圓度次圓-次棱角狀,局部夾炭化植物莖桿化石及黃鐵礦結(jié)核。直羅組頂部基巖大部分已風(fēng)化,結(jié)構(gòu)遭嚴(yán)重破壞,裂隙十分發(fā)育,巖體破碎,砂巖膠結(jié)疏松。

3.1.3第四系松散層(Q)

區(qū)內(nèi)第四系松散層主要由第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q3s)和第四系全新統(tǒng)(Q4)地層組成,厚度為0～51.1 m,平均25.8 m;主要沿鉆孔S1-S5-S8-S11一線(古沖溝區(qū)域)分布,并向兩側(cè)逐漸變薄,詳見(jiàn)圖2所示。

圖2 松散層厚度等值線圖Fig.2 Contour map of loose layer thickness

1)第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q3s)。與下伏地層呈不整合接觸,厚度6.5～39.7 m,平均20.9 m。區(qū)內(nèi)主要分布于溝谷兩側(cè)及溝掌一帶。巖性由灰黃、黃色細(xì)砂、砂礫石、亞砂土、淤泥質(zhì)亞砂土、亞黏土組成。局部含有礫石層,見(jiàn)于鉆孔S3、S5、S6、S7、S14、S16,礫石層厚度0.3～29.82 m,平均9.2 m,各鉆孔礫石層厚度差異較大,分布極不均勻。底部零星分布有黃土層,僅見(jiàn)于鉆孔S1、S3、S9、S10、S12,厚度2.2～6.3 m。

2)第四系全新統(tǒng)(Q4)。風(fēng)積沙層呈黃褐色,松散狀未固結(jié),以中細(xì)砂為主,區(qū)內(nèi)大面積分布,厚度0～12.6 m,一般5.5 m。質(zhì)地均一,遇風(fēng)飛揚(yáng)。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及以往地質(zhì)資料,滑坡區(qū)上游發(fā)育一條古沖溝,上游為兩條支溝,走向近東西向,長(zhǎng)度約300 m,寬約120～180 m,切割深度最大約50 m,揭露最低點(diǎn)標(biāo)高1 110.56 m,剝蝕深度接近22煤層頂板,詳見(jiàn)圖3。

圖3 基巖頂界面等高線圖Fig.3 Contour map of bedrock top interface

3.2 地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件

勘察區(qū)地層總體為向西北緩傾的單斜構(gòu)造,傾角小于1°。未發(fā)現(xiàn)斷層和較大破碎帶。

3.2.1地表水系

滑坡區(qū)西側(cè)緊鄰烏蘭木倫河,但烏蘭木倫河水位較低,且位于下游區(qū)域,為排泄區(qū),對(duì)滑坡區(qū)域水利影響甚微。滑坡區(qū)東側(cè)上游直線距離約410 m有人工水體“神東湖”,神東湖長(zhǎng)約240 m,寬約150 m,儲(chǔ)水面積約2.3萬(wàn)m2。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,神東湖水曾沿大象溝外排,流到S14號(hào)鉆孔附近區(qū)域發(fā)生斷流,經(jīng)分析全部滲漏入地下古沖溝含水層,約3～5萬(wàn)m3水全部滲漏,其次還有地表灌溉水源大量補(bǔ)給古沖溝流域。推斷為導(dǎo)致本次滑坡的間接水源。

3.2.2含隔水層

1)第四系松散含水層。第四系松散含水層主要包括第四系風(fēng)積沙層(Q4)和第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q3s)含水層,含水層厚度為2.21～31.28 m,平均12.54 m;含水層厚度較大區(qū)域位于鉆孔S1-S5-S13一線(古沖溝區(qū)域),并向兩側(cè)逐漸變薄,詳見(jiàn)圖4所示。

圖4 第四系松散含水層厚度等值線圖Fig.4 Thickness contour map of Quaternary loose aquifer

第四系風(fēng)積沙層(Q4)含水層:主要分布于古沖溝流域。巖性為為固結(jié)沙層,各地段相差較大,富水性中等到弱,水質(zhì)為HCO3-Ca·Na型水,礦化度為0.25～0.31 g/L。第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q3s)含水層:為本區(qū)主要含水層,主要分布于古沖溝流域,強(qiáng)富水性,含水層厚度局部達(dá)到29.82 m。局部含有礫石層,礫石層厚度0.30～29.82 m,平均9.17 m,各鉆孔礫石層厚度差異較大,分布極不均勻。

2)第四系中更新統(tǒng)Q3黃土隔水層。第四系中更新統(tǒng)Q3黃土,淺棕黃色亞黏土,含鈣質(zhì)結(jié)核層,在區(qū)內(nèi)零星分布,僅見(jiàn)于鉆孔S1、S3、S9、S10、S12,厚度2.20～6.27 m。位于上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組含水層下部,部分隔離第四系松散沙層、薩拉烏蘇組潛水含水層與下部承壓含水層之間的水力聯(lián)系。

3)直羅組裂隙承壓水。直羅組地層沿古沖溝兩側(cè)地表有出露。巖性為淺灰色-灰白色中-細(xì)粒砂巖、粉砂巖及泥巖,平均厚度32.58 m;含水層為中、細(xì)粒砂巖及粗砂巖,泥質(zhì)膠結(jié),平均厚度21.48 m。上部基巖風(fēng)化后易于軟化,孔隙發(fā)育,具有一定的富水性,風(fēng)化基巖厚度1.23～9.51 m,平均4.75 m,全區(qū)都有分布;下部巖石完整,裂隙不發(fā)育。單位涌水量0.006 81 L/(s·m),滲透系數(shù)0.036 7 m/d,富水性弱到極弱。

4)延安組裂隙承壓水。延安組厚度119.09～227.12 m,平均厚度174.93 m。含水層為灰白色中粗-細(xì)粒砂巖。井田內(nèi)該巖段抽水試驗(yàn)4層次,單位涌水量0.003～0.02 L/(s·m),滲透系數(shù)0.006 09～0.057 82 m/d,富水性弱至極弱,水質(zhì)為HCO3-Na型水,礦化度0.247～0.37 g/L。裂隙水不發(fā)育。區(qū)內(nèi)最上部延安組第五段(J1-2y5)受古河流沖刷及新生界剝蝕,上部基巖已風(fēng)化,風(fēng)化基巖厚度1.62～7.45 m,平均5.08 m。風(fēng)化基巖裂隙十分發(fā)育,巖體破碎,具有富水性。

3.2.3補(bǔ)徑排

本區(qū)降雨集中,地表松散砂層孔隙度大,極易接受大氣降水或地表水補(bǔ)給。大氣降水或地表水滲入砂層后,沿砂層底界即基巖面古地形側(cè)向運(yùn)移,造成地下水多向性流動(dòng),并最終以泉的形式排入烏蘭木倫河。地表、地下水流向由坡頂神東湖區(qū)域順著古沖溝向西流入烏蘭木倫河,滑坡區(qū)位于古沖溝下游靠近烏蘭木倫河出水口附近,為地表、地下水的補(bǔ)給徑流區(qū),極易受到上游含水層的影響;地下水的排泄基準(zhǔn)面為烏蘭木倫河,總體水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

神東湖外排地表水發(fā)生滲漏后,直接進(jìn)入松散含水層,松散層含水層和風(fēng)化基巖含水層已經(jīng)連通為一體,地下水沿砂層底界即基巖面古地形側(cè)向運(yùn)移,推斷為導(dǎo)致本次滑坡的直接水源。

3.3 水文孔觀測(cè)情況

根據(jù)以上16個(gè)水文孔水位觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示,水文孔S3、S5、S6、S7、S9、S12孔水位上漲,其中S6孔上漲最大0.148 m;初步判斷地下水水位上漲的可能性不大。分析原因?yàn)殂@孔經(jīng)過(guò)提水后,處于水位恢復(fù)期,逐漸上漲到含水層真實(shí)水位,然后進(jìn)入緩慢下降階段。其他孔水位都有下降,目前下降明顯的有S14、S11號(hào)孔,S14孔下降最大為6.55 m,S11孔下降最大為6.36 m;經(jīng)分析S14孔靠近神東湖水外排斷流滲漏處且處上游高點(diǎn),S11孔位置靠近神東湖處上游高點(diǎn)且位于古沖溝溝谷區(qū)域,以上兩孔地下水位受到前期滲漏補(bǔ)給影響較大,隨著下游區(qū)域的疏放,該區(qū)域水位下降明顯屬正常現(xiàn)象。而位于古沖溝下游的S1、S2、S4號(hào)孔及位于古沖溝溝谷中心線附近的S8、S10號(hào)孔,水位下降幅度均較小,說(shuō)明神東湖水體疏放完畢后,古沖溝流域含水層補(bǔ)給來(lái)源被切斷,古沖溝上游區(qū)域水位影響明顯,隨著下游滲水井及邊坡上導(dǎo)水渠的導(dǎo)流疏放,地下水水位總體呈現(xiàn)緩慢下降,最終將達(dá)到一個(gè)水力平衡的狀態(tài)。

4 結(jié)論

1)區(qū)內(nèi)松散層厚度為0～51.1 m,平均25.8 m;主要沿鉆孔S1-S5-S8-S11一線(古沖溝區(qū)域)分布,并向兩側(cè)逐漸變薄;局部含有礫石層,礫石層厚度0.3～29.8 m,平均9.2 m;底部零星分布有黃土層,厚度2.2～6.3 m。

2)區(qū)內(nèi)松散含水層厚度為2.21～31.28 m,平均12.54 m;含水層厚度較大區(qū)域位于鉆孔S1-S5-S13一線(古沖溝區(qū)域),并向兩側(cè)逐漸變薄。

3)滑坡區(qū)上游“神東湖”、地表灌溉水源大量補(bǔ)給古沖溝流域,推斷為導(dǎo)致滑坡的間接水源;松散層含水層和風(fēng)化基巖含水層已經(jīng)連通為一體,地下水沿砂層底界即基巖面古地形側(cè)向運(yùn)移,推斷為導(dǎo)致滑坡的直接水源。

4)神東湖地表水已基本疏放完畢,松散層含水層無(wú)補(bǔ)給源,16個(gè)水文孔水位觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示,地下水水位總體呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì),地下水最終將達(dá)到一個(gè)水力平衡的狀態(tài),總體上山體大規(guī)模滑動(dòng)可能性小。