淮南煤田构造对灰岩水赋存控制研究

傅先杰

(国投新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232001)

淮南煤田构造对灰岩水赋存控制研究

傅先杰

(国投新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232001)

为了研究淮南煤田断裂构造对灰岩水赋存的控制特征，分析淮南煤田不同期次构造的导水性差异，根据不同构造对地下水的控制作用不同将淮南煤田构造分为三个级别，详细分析了这三个级别构造的特征及其对灰岩水的控制作用。根据第二级控水构造特征将淮南煤田水文地质单元划分为三个分区，重点分析了各区水文地质特征，同时提出了相应的水害防治对策，即在主要开采区域中区，其防治水工作要以疏为主，疏堵结合，断层和陷落柱是重点防治区域。

淮南煤田；构造；灰岩水；水文地质；水害防治

灰岩水，包括奥陶系灰岩水和石炭系灰岩水，对淮南煤田安全开采影响较大[1]。研究淮南煤田区域断裂构造对地下水赋存的控制特征，掌握淮南煤田灰岩水的赋存规律，科学、客观、合理划分水文地质单元，对指导煤矿生产建设和开采水害防治意义重大。

1 淮南煤田概况

淮南煤田属华北板块东南缘、淮南复向斜。北以刘府断层为界，与蚌埠隆起相邻；南以颍上—定远断层(寿县-老人仓断层)为界，与中生代合肥坳陷盆地相接；东以新城口-长丰断裂为界，西以口孜集南照集断层为界，主体构造形态为NWW或是NEE向展布大型复式向斜。褶曲南北两翼受逆冲推覆构造作用，有低山出露新太古界五河杂岩、中元古界凤阳群、古生界寒武系～奥陶系地层，局部地层陡立、偶呈倒转外，一般倾角10～20°。复式向斜内，以石炭、二叠系含煤地层为主，产状平缓，掩埋在新生界松散层下，自北向南有尚塘集-朱村集向斜、陈桥-潘集背斜、谢桥-古沟向斜等[2-3]。

2 淮南煤田构造控水特征与分级

淮南煤田构造形成大致经过三个期次。第一期次构造为受印支运动后期侧向挤压力作用形成一系列近EW～NWW向构造，如尚塘集-朱村集向斜、陈桥-潘集背斜、谢桥-古沟向斜等褶曲和煤田北缘尚塘-明龙山断层、南缘阜凤断层等逆冲推覆构造及刘府断层、颍上-定远断层等；第二期次构造为受燕山运动早期形成一系列NNE向压扭性断层(郯庐走滑断层系)，如新城口-长丰断层、口孜集-南照集断层、江口集断层(F12)、陈桥断层等；第三期次构造为燕山中晚期形成一系列规模较小NW向张性断层[4-5]，见图1和图2。

上述构造中，对淮南煤田灰岩水的控制作用级别是不同的，笔者根据不同构造对地下水的控制作用不同，将其分为三级：第一级为控制水文地质边界构造，第二级为控制灰岩水区域补径排的构造，第三级为影响灰岩水局部径流条件和富水性构造。

图1 淮南煤田倾向(南北)剖面示意图

图2 淮南煤田走向(东西)剖面示意图

2.1 第一级控水构造(控制区域水文地质边界构造)

淮南煤田北以刘府断层为界，与蚌埠隆起相邻；南以颍上-定远断层(寿县-老人仓断层)为界，东以新城口-长丰断裂为界，西以口孜集南照集断层为界。这4条边界断层均为阻水性断层，构成本水文地质单元的边界。在这4条断层的作用下，淮南煤田形成了一个独立的水文地质元。

2.2 第二级控水构造(控制灰岩水区域补径排的构造)

在边界控水构造的作用下，淮南煤田形成了一个独立的水文地质单元。在这个水文地质单元中，又有一些构造导致了地层的抬升，使局部灰岩出露接受大气降水和地下水的补给。这类控制灰岩水补给的构造包括尚塘-明龙山断层(Fn1)和阜凤断层逆冲推覆构造带。

2.2.1 尚塘-明龙山断层(Fn1)控水特征

此断层带东侧上窑地段，断层带附近寒武、奥陶系灰岩裸露地表，接受地表水及大气降水的补给，是灰岩水的重要来源之一。此断层带又与煤系地层直接接触，使断层成为地下水向淮南煤田内补给通道。因此，该断层带成为控制区域补径排重要构造之一。

2.2.2 阜凤断层逆冲推覆构造带控水特征

位于阜凤断层与颍上-定远断层间，西起阜阳，向东经颍上县陈桥、凤台、淮南洞山，直到武店断层，与其上盘NW、NNW向自北向南的舜耕山断层、山王集断层、阜李断层等，组成淮南煤田南缘阜凤断层逆冲推覆构造带[6]，见图1。

受舜耕山断层作用，舜耕山附近灰岩出露，而舜耕山地区该断裂附近寒武系岩溶构造和张性裂隙发育，径流条件较好，是地下水良好补给和富水区位。见图3。

山金家断层，自山金家向西由下二叠统逐渐切入寒武系灰岩；向东依次为二叠系、石炭系、奥陶系、石炭系和二叠系。该断层形成大面积灰岩补给区，见图4。

山王集断层为压性断层，断层带内主要为灰岩角砾岩，刘家山等地充填0.5～1.5 m方解石脉，后期主要以张性活动为主，断层带内物质松散未胶结，断层含(导)水性均强，使西部山区成为灰岩水补给良好区域。

以上两大构造，基本上控制了淮南水文地质单元的补径排关系，由于这两大构造影响下的八公山出露带和明龙山出露带，是灰岩水的补给区域，灰岩水在此得到补给，而矿区中部由于受第四系覆盖，灰岩水难以得到地表水或大气降水补给，只能得到第四系松散层补给。2.3 第三级控水构造(影响径流和局部富水性的构造)

第二级控水构造决定了淮南矿区的总体补径排关系，但灰岩水径流的过程中，还受到了第三级构造控制。第三级构造包括了区内的中小型断层、次级褶曲。灰岩水的径流往往与断层密切相关，一部分断层由于具有阻水性质而阻碍了地下水径流，另一部分断层则成了强径流。

图3 淮南煤田过舜耕山断层倾向(南北)剖面示意图

2.3.1 隔水类构造——以陈桥断层(Fn25)为例

淮南矿区第一期次构造以褶曲和推覆体为主，第二期次的断层多为隔水断构造，阻碍了区内的地下水径流。下面以陈桥断层为例加以说明。

陈桥断层走向NE，倾向NW，倾角50-80°，落差大于400m。断层西侧太灰水位-80m左右，奥灰水位10m左右，水质类型以HCO3-Cl-Na为主；东侧太灰水一般大于80m，奥灰水一般小于5m，水质类型以HCO3-Cl-SO4-Na、Cl-HCO3-Na为主。结合断层性质与两盘对接基岩分析，陈桥断层阻隔了其东西两侧地下水活动，为淮南煤田内二级阻水边界[7]。

矿区与陈桥断层同期次也多具有隔水作用。但对灰岩水径流的影响，还与其切割深度有关，有些中小型断层未切割到奥灰，则对灰岩水径流影响较小，如图2所示。

2.3.2 导水类断层

燕山中晚期至喜山期阜阳深断裂强烈断陷活动，形成一系列规模较小NW向张性、导水性较好的断层，切割至奥陶系灰岩和寒武系灰岩，呈雁型排列，自然成为地下水运移通道，也是影响淮南煤田安全开采的导水构造。形成了NW向的岩溶构造(岩溶陷落柱)分布带。与之相对应，也形成灰岩水的局部富水区或强径流带[8]。

3 淮南煤田水文地质分区及各区水文地质特征

3.1 水文地质分区

根据第二级控水构造，可将淮南水文地质单元划分3个分区(图5)[8-9]，分别为：位于尚塘-明龙山断层逆冲推覆构造带上及以北为北区，目前在北区没有生产矿井。

图5 淮南煤田一级水文地质单元分区(北、中、南三区)图

位于阜凤断层逆冲推覆构造带上及以南为南区，位于南区主要煤田为淮南老矿区和新集矿区。

在阜风断层逆冲推覆构造带和尚塘-明龙山断层逆冲推覆构造带这两带之间的广大区域为中区。中区包括潘谢矿区和阜东矿区。

3.2 各分区水文地质特征

三个分区中，南区和北区有较大相似性，都距离地表补给源较近，地层倾角较大，断层发育，地下水径流相对较快。而中区只能松散层补给，又有断层阻碍，径流条件差。

南区的TDS(溶解性总固体，又称总矿化度)不超过1000 mg/L，中区的TDS都超过了1000 mg/L(见表1)。地下水的TDS值反映了地下水的径流条件，地下水的径流条件也在一定程度上决定了地下水的富水性。淮南煤田中区的TDS高于南区，也表明其径流条件差，其富性要弱于南区和北区。如南区新集三矿XI西2孔资料表明，太灰q值为0.3514l/s.m，为富水性中等含水层，而中区太灰均为富水弱的含水层。

表1 淮南煤田太原组灰岩岩溶裂隙水化学特征统计表

3.3 各分区灰岩水防治策略

淮南煤田的三个水文分区中，南区开采历史较长，已积累了大量的防治水经验。由于北区与南区水文地质条件较为相似，在今后北区开采中，可以参考南区的防治水经验。而目前大规模的开采的中区，其水文地质条件有别于南区，其径流条件更差，富水性更弱，但由于中区开采埋深较大，地下水压力较大，因此，在中区的防治水中，应更多以疏为主，疏堵相结合的方法。

在中区内，第二期次的断层有较好的隔水性，而第三期次形成的断层导水性较好，并且沿其走向方向陷落柱发育。因此，三期次断层(NW向张性断层)及其附近陷落柱是今后防治水的重点。

4 结束语

1)淮南煤田构造对地下水赋存控制特征显著，不同级别的构造对灰岩水的控制作用不同。其中一级断裂构造--边界断层导致淮南矿区成为一个独立的水文地质单元，二级断裂构造-推覆带决定了区域灰岩水的补径排关系，三级断裂构造-区内中小型断层影响了灰岩水的径流条件。

2)根据第二级构造及其所控制的区域补径排关系，将淮南煤田一级水文地质单元划分为南区、北区和中区。其中，南区包括淮南矿区和新集矿区，中区包括潘谢矿区和阜东矿区。

3)淮南煤田的三个水文地质分区中，南区和北区径流条件较好，中区径流条件相对较差，富水性相对较弱。

4)今后主要开采区域为中区，其防治水方法要以疏放水为主，疏堵相结合。区内NW向张性断层为地下水运移通道和岩溶陷落柱(带)发育区域，为水害防治重点区域。

[1] 李佩全，刘登宪，李永军.淮南矿区矿井水害调研分析[J]．华北科技学院学报，2008，5(1)：5-7．

[2] 姜松，朱文伟，苏永荣，等.安徽省两淮地区煤炭资源地质条件分区、分等初步研究[J].中国煤炭地质，2009，21(12)：64-67．

[3] 朱文伟，张品刚，张继坤，等.安徽省两淮煤田控煤构造样式总结[J]，中国煤炭地质，2011，23(8)：49-52．

[4] 王桂梁，曹代勇，姜波，等.华北南部的逆冲推覆伸展滑覆与重力滑动构造-兼论滑脱构造的研究方法[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992．

[5] 宋传中，朱光，刘国生，等.淮南煤田的构造厘定及动力学控制[J].煤田地质与勘探，2005,33(1)：11-15．

[6] 张泓，郑玉柱，郑高升，等.安徽淮南煤田阜凤推覆体之下的伸展构造及其形成机制[J]，煤田地质与勘探，2003，31(3)：1-4．

[7] 杨为民，黄文辉，等.安徽淮南煤田南北缘断裂带构造地球化学特征[J].现代地质，2002，16(3)：251-255．

[8] 程广琪，刘登宪，傅先杰，等.淮南煤田北西向断裂与岩溶陷落柱关系研究[J].煤炭科学技术.2013(10)：108-110．

[9] 周士荣.淮南煤田地下水类型及其特征[J]，安徽地质，2008，18(3)：221-224．

Study on the structure control actions to limestone water occurrence in Huainan coalfield

FU Xian-jie

(SDIC Xinji Energy Co.Ltd.，Huainan 232001，China)

In order to find out controlling features of structure to the limestone water occurrence in Huainan coalfield，the diversity of water conductivity in different tectonic periods was analyzed.Three different levels of the structure of Huainan coalfield were classified according to the controlling effects on underground water，and the three levels structure features and their control actions on limestone water were analyzed in detail.The Huainan coalfield hydrology geology units were divided into three different areas based on the second level structure features，and the hydrogeology features of these areas were analyzed.Finally，this paper proposed the corresponding water disaster prevention methods to coal mining，that is，in the central area (main mining area)，water disaster prevention mainly depends on dewatering，at the same time the dewatering should be combined with the plugging.And the fault and collapse column must be focused on.

Huainan coalfield；structure；limestone water；hydrogeology；water disaster prevention

2015-01-09

国家自然科学基金项目资助(编号：51374203)

傅先杰(1967-)，男，安徽舒城人，高级工程师，主要从事煤矿地测防治水技术方面的研究，E-mail：hnfxj1987@sina.com。

P641.4

A

1004-4051(2015)06-0142-05