淮北矿区太原组灰岩含水层富水性与埋深和构造的关系研究＊

许庆青 许进鹏

（中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏省徐州市，221116）

★ 煤炭科技·地质与勘探 ★——兖州煤业股份有限公司协办

淮北矿区太原组灰岩含水层富水性与埋深和构造的关系研究＊

许庆青 许进鹏

（中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏省徐州市，221116）

分析了淮北矿区太原组灰岩含水层特征以及矿区内的5个水文地质亚单元的太原组灰岩含水层的富水性，经分析表明，太原组灰岩富水性与井田构造密切相关，并且其富水性具有随着埋深的增加而减弱的规律。

淮北矿区 太原组 灰岩含水层 富水性 构造 埋深

AbstractThe characteristics of Taiyuan formation limestone aquifer and the water abundance in five hydrogeologic subunits in Huaibei mining area were analyzed.The results showed that the water abundance of Taiyuan formation limestone was closely related with the geological structure of mine field，and would be weaken with the increase of buried depth.

Key wordsHuaibei mining area，Taiyuan formation，limestone aquifer，water abundance，geological structure，buried depth

淮北矿区10＃煤层是淮北矿区的主可采煤层之一，该煤层距太原组灰岩20～40m。由淮北矿区及邻近矿区各矿的生产实践得知，太原组灰岩溶裂隙水是本矿区10＃煤层矿井充水的主要隐患之一。

1 淮北矿区太原组灰岩含水层总体特征

从区域内的水文地质特征来看，矿区太原组灰岩含水层具有以下特征：

（1）太原组灰岩不同的岩段富水性差异性较大，太原组灰岩一～四灰富水性较强，其它几层灰岩富水性较差，而在一～四灰中，又以太四灰的富水性最强。

（2）各井田的主采煤层底板距太灰水的距离较近，且厚度分布不均，淮北矿区主要矿井开采10＃煤层，底板距太灰顶间距、隔水效果和突水风险见表1。从表1看出，10＃煤层底板距太灰顶间距从16.11m（刘店矿）到68.31m（孙疃矿），距离变化大，并且不均匀。岩性主要以砂岩、泥岩为主，隔水效果较好，但是在局部地段由于受采动应力和构造的影响，存在突水的可能性。

（3）从整个区域资料看出，太灰的补径排关系是：一方面，太原组灰岩在区域内出露面积不大，太原组灰岩含水层依靠区域露头补给量较少，而大部分水量，是从局部的露头得到四含水的补给；另一方面，四含水与奥灰在局部露头处也有水力联系，这就造成了许多矿井四含水的水位和太灰水位标高一致，例如海孜矿、祁南矿、许疃矿和钱营孜矿等。但是，如果矿井断层较为发育且为导水断层，奥灰与太灰也有直接的水力联系，淮北矿区主要含水层水位统计见表2。

（4）在详细统计淮北及邻近矿区太灰相关参数的基础上可以看出，在淮北井田的太原组单位涌水量较小，但是其在局部井田较高，渗透系数差别较 大。

表1 淮北矿区主要矿井开采10＃煤层底板距太灰顶间距、隔水效果和突水风险

表2 淮北矿区主要含水层水位统计

2 太原组灰岩含水层富水性与埋深和构造的关系

根据构造格局、补径排条件和富水性强弱等对淮北南部矿区进行水文地质亚单元划分，从各个水文地质亚单元具体分析淮北矿区太原组灰岩含水层富水性与埋深和构造的关系。

2.1 宿东水文地质亚单元

宿东水文地质亚单元的主要构造为宿东向斜，宿东向斜较为紧闭，其构造形态决定了其处于一个相对独立的水文地质单元，淮北岩溶水文地质单元的地下水进入宿东水文地质单元受到了宿北断层的阻隔，而且整个单元内灰岩受松散层覆盖，垂直补给较差，因此无论是从垂向上还是径向上，灰岩补给条件都较差。

宿东矿区属逆冲推覆构造上覆系统的锋带，断裂构造以逆断层为主，构造封闭条件较好，不利于地下水的流动。在宿东向斜的核部没有地下水的排泄点，因此，在井田的深部，灰岩水处于滞流环境，这种环境不利于岩溶的发育，从而会导致井田深部灰岩水富水性较差。

根据宿东水文地质亚单元的抽水实验资料绘制了宿东水文地质亚单元太灰岩单位涌水量和渗透系数与埋深的散点图，见图1。宿东水文地质亚单元太灰岩浅部富水性强，在埋深大于300m以后富水性很弱。

图1 宿东水文地质亚单元太灰单位涌水量、渗透系数与埋深散点图

以上资料表明，宿东水文地质亚单元构造封闭条件较好，井田太灰岩富水性差，浅部含水较丰富，300m埋深以下富水性变弱。

2.2 宿南水文地质亚单元

本单元的主要构造为宿南向斜，宿南向斜处于徐－宿推覆构造的外缘，为一NE翼被逆冲断层所破坏的不完整的向斜构造，构造变形程度弱于宿东向斜，并且在向斜转折端正断层较为发育，为地下水渗流提供了条件，地下水含量相对较高。

图2 宿南水文地质亚单元太灰单位涌水量、渗透系数与埋深散点图

根据宿南水文地质亚单元的抽水实验资料绘制了宿南水文地质亚单元太灰单位涌水量、渗透系数与埋深的散点图，见图2。宿南水文地质亚单元太灰富水性有随着埋深增加而减弱的趋势，在部分点由于断层等构造的存在富水性增强，引起太灰富水性不均一。

以上资料表明，本亚单元由于构造发育，并且存在灰岩层位与第四系不整合接触带，第四系含水层必然与太原组灰岩含水层发生水力联系，所以，本亚单元灰岩水富水性较强，但是其富水性仍然随着埋深增大而减弱。

2.3 童亭北水文地质亚单元

该亚单元为一相对封闭的水文地质单元，周围受到宿北、大刘家、杨柳和南坪断层的制约，这些大的断裂均具有一定的隔水能力，井田内次一级构造展布形迹主要受控于四周边界断层。这种格局使得矿区形成了一个孤立的、较为封闭的断块，由于断层的阻隔与外围失去了水力联系。本区范围处于太灰地下水的排泄区，水流流速慢，水流补给不充分，地下水滞流时间长。因此本单元的太灰含水层富水性较弱。

根据童亭北水文地质亚单元的抽水实验资料绘制了童亭北水文地质亚单元太灰单位涌水量、渗透系数与埋深的散点图，见图3。童亭北水文地质亚单元太灰富水性整体较弱，并且有随着埋深增加而减弱的趋势。

以上资料表明，由于童亭北水文地质亚单元边界断层具有一定的隔水能力，其为一相对封闭的水文地质单元，失去了与外界的水力联系，太灰富水性弱，且随着埋深增加而减弱。

图3 童亭北水文地质亚单元太灰单位涌水量、渗透系数与埋深散点图

2.4 南坪水文地质亚单元

该亚单元与童亭北水文地质单元接近。北为杨柳断层、东为南坪断层、南到板桥断层，这些大的断裂均具有一定的隔水能力，但与童亭北水文地质单元相比，该单元比前者更为开阔，西部为童亭背斜，灰岩与第四系松散层不整合接触，灰岩水与第四系水有一定的水力联系，富水性较强。

根据南坪水文地质亚单元的抽水实验资料绘制了南坪水文地质亚单元太灰单位涌水量和渗透系数与埋深的散点图，见图4。南坪水文地质亚单元太灰富水性浅部较强，并且有随着埋深增加而减弱的趋势，但有个别钻孔在导水断层或者陷落柱等构造影响下太灰富水性为中等。

图4 南坪水文地质亚单元太灰单位涌水量、渗透系数与埋深散点图

根据以上资料，南坪水文地质亚单元由于童亭背斜影响，灰岩与第四系松散层不整合接触，灰岩水与第四系水有一定的水力联系，富水性较强，但是其富水性仍然随着埋深增加而减弱。

2.5 五沟－界沟向斜水文地质亚单元

位于童亭背斜西侧的五沟—界沟向斜，东到童亭背斜核部，北到杨柳断层，西到大刘家断层，南到板桥断层。该水文地质亚单元主要被五沟断层、界沟断层等北东向的断层切割，这些断裂均具有一定的隔水能力。

根据五沟—界沟水文地质亚单元的抽水实验资料绘制了五沟—界沟水文地质亚单元太灰单位涌水量和渗透系数与埋深的散点图，见图5。五沟—界沟水文地质亚单元太灰富水性较弱，并且随着埋深增加而减弱。

图5 五沟－界沟水文地质亚单元太灰单位涌水量、渗透系数与埋深散点图

根据以上资料，五沟—界沟水文地质亚单元由于断裂构造具有隔水能力，太灰富水性弱，并且随着埋深的增加而减弱。

3 结论

根据淮北矿区太原组灰岩含水层总体特征以及淮北矿区5个水文地质亚单元的具体情况得出淮北矿区太原组灰岩含水层富水性与构造和埋深的关系：

（1）太原组灰岩富水性与井田构造密切相关，淮北煤田构造复杂，各矿井往往处于不同的向斜构造内，向斜的构造形态与规模、构造发育情况、浅部露头面积和四含底部有无隔水层等，都对太原组灰岩的富水性有较大影响。

（2）太原组含水层的富水性与埋深关系密切，多个矿井的资料表明，太原组岩溶一般在深100～ 300m最为发育，太原组的埋藏越深，则富水性越弱。

［1］ 李德彬，许进鹏，姚曹节 .淮北矿区太原组灰岩层掘进可行性研究［J］.中国煤炭，2011（8）

［2］ 郑玉华，胥国富，崔丽茹.淮北矿区矿井水文地质条件初探［J］.煤质技术，2009（6）

［3］ 郑世书，陈江中 .专门水文地质学 ［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1999

［4］ 薛禹群，朱学愚，吴吉春 .地下水动力学 ［M］.北京：地质出版社，1997

Study on relationship of water abundance of Taiyuan formation limestone with geological structure and buried depth in Huaibei mining area

Xu Qingqing，Xu Jinpeng
（School of Resources and Earth Science，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

A

许庆青 （1986－），男，山东菏泽人，硕士研究生，主要从事水文地质方面的学习、研究工作。

（责任编辑 张毅玲）

国家自然科学基金项目（41002087）