内蒙古阿拉善左旗炭井沟井田水文地质特征分析

2015-11-23任国涛

河南科技 2015年14期

关键词：隔水层富水基岩

任国涛

（宁夏矿业开发勘查院，宁夏银川 750021）

勘查区位于内蒙古阿左旗嘉尔嘎勒赛汗镇距阿左旗巴彦浩特镇约140km，行政隶属阿左旗嘉尔嘎勒赛汗镇管辖。充分了解水文地质为矿权评估、转让及为矿井建设可行性研究和初步设计提供地质资料。

1 区域水文地质概况

1.1 地形地貌及地表水

区域地貌属高原区，分布有山地、丘陵、平原、山间洼地和沙漠，地形十分复杂。东南部黄河河谷地带是地势最低洼处，海拔高程为1 132～1 238m，西南部中卫南山最高处海拔为1 954m，其次是牛首山海拔为1 750m。总的地势特征是西南高，东北低，海拔高程均在1 000m以上。

区域上属黄河水系，黄河自北向南经东南向西流过。水系多流经干旱、半干旱区，有水量小、变化大、泥沙多、水质差等特点。最大的支流为清水河，至中宁山河桥注入黄河，流域面积14 481km2，多年平均径流量1.316亿m3。由于清水河中下游主要流经高盐分岩层分布区，而且上游低矿化度水大部分被利用，导致中、下游河水矿化度增高，最高达4.9g/L，水质差，不宜饮用。次级支流有红柳沟，河长104km，流域面积1 046km2，流量较小，年径流量990万m3。河水水质较差，矿化度4.0g/L，属Cl·SO4-Na型水，因水质差不能饮用。此外其他地区多无常年性径流，季节性沟流亦较少。见图1。

1.2 含（隔）水岩组类型及水文地质特征

区域属鄂尔多斯盆地西缘分区，赋存主要地层自下而上为古生界寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系和石炭系；中生界侏罗系和白垩系及新生界松散岩类。勘查区在内蒙古自治区阿左旗南部地区，属于中山、低山、低山丘陵水文地质区，地下水主要分为新生界孔隙潜水、中生界碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩裂隙溶洞水和古生界基岩裂隙水四类。

图1

1.2.1 松散层类孔隙水含（隔）水岩组

本类型主要包括第四系松散风积沙、冲洪积层、洪积层。

洪积层潜水含水层分布于各沟谷中，由砂、块石、碎石等组成；沙漠潜水分布于北部腾格里沙漠区，岩层松散，透水性强；黄河冲积层潜水分布于黄河一、二、三级阶地分布范围内。含水层岩性上部大部为黄土状砂黏土、黏砂土，局部夹黏土及淤泥，下部为砂砾石、卵砾石，其孔隙为粉细砂充填，是区域内主要的含水层组；第四系的黄土沉积，属亚黏土，是相对隔水层，由于厚度较薄，且变化大，分布不稳定，故只能是局部相对隔水层组，水文地质上作为其隔水层意义不大。

1.2.2 碎屑岩类裂隙孔隙水

碎屑岩类裂隙孔隙水主要分白垩系庙沟组裂隙孔隙水、古近系裂隙孔隙水和新近系裂隙孔隙水。

白垩系庙沟组岩性以砾岩、砂砾岩、砂岩为主，由于所处地貌条件的不同，反映在岩层的富水程度上有明显的差异，大部地区富水性弱，部分封闭与半封闭洼地中；古近系含水层岩性为含石膏的不等粒长石英砂岩、含砾砂岩，泥钙质胶结，透水性差，富水性弱；新近系含水层岩性主要为砾岩、含砾粗砂岩、细砂岩，成岩作用较差，多呈松散状及胶结、半胶结状。新近系岩层岩性分布的不均匀性和上覆含水层缺乏稳定连续的隔水层，使含水层多通过透水“天窗”接受上覆含水层中地下水的补给或垂直渗透补给，富水性较好。

1.2.3 碳酸盐岩裂隙溶洞水

分布于毛土坑山、牛首山一带。含水岩层为碳酸盐岩夹细粒碎屑岩，岩层构造裂隙较发育，沿裂隙多有石英岩脉及方解石脉充填。分布区水点出露稀少，毛土坑山一带无地下水露头分布，牛首山区水文网发育，地下水径流条件良好，所见水点均分布于现代沟床之上，为由基岩裂隙水补给的第四系沟谷潜水露头，地下水动态随季节变化明显。毛土坑山一带灰岩中岩溶现象不发育，富水性差。牛首山一带发现米钵山组灰岩夹层中有岩溶水的分布，且与地表连通性较好，但岩溶水仅分布于局部地段的一定深度内，分布具有局限性。

1.2.4 基岩裂隙水（包括断层脉状水）

基岩裂隙水主要分布于寒武系、泥盆系、石炭系地层中，主要分布于中卫南山、牛首山、马夫峡子、菊花台、新寺山、烟洞沟及新井沟一带。岩性为浅变质中细粒长石石英砂岩、长石砂岩、板岩、薄层灰岩、硅质白云岩—硅质岩、千枚岩状板岩钙质粉砂岩、页岩，砂砾岩、灰岩、泥岩、泥灰岩透镜体、含铜砂岩、粉砂岩，泥质粉砂岩等富水性差。

1.3 地下水的补给径流排泄条件

在地形地貌、地质构造、含水层岩性等诸多因素制约下，区域内各地下水循环带中，均可明显地分为补给区、径流区和排泄区三个部分。

1.3.1 基岩山区

基岩山区是水循环带中的补给区，本区包括卫宁北山、中卫南山及牛首山。在山前地带，地下水埋藏于新老第三系的砂岩、砂砾岩中，构成本区的孔隙层间水，在地下水循环带中属地下水的径流区。黄河冲积平原地带，相对上述二者而言是地下水的排泄区，但其特有的水文地质条件下，又独具补给、径流与排泄特征。黄河是外流水系，区内的常年流水沟、山水沟都属于黄河水系，因此它是区域内地下水的主要排泄途径，其次尚有一部分地下水消耗于蒸腾作用。

1.3.2 冲积平原

冲积平原相具有独特的补给、径流与排泄特征。它直接或间接的接受山区地下径流的测向补给，亦接受山前山洪渗失补给和大气降水垂直渗透补给。该区地下水主要排泄途径是以地下径流的形式通过黄河岸边水平排泄，此外是通过排水沟向黄河排泄，部分地下水消耗于蒸发等途径。

1.3.3 沙漠地区

沙漠地区地下水主要接受大气降水和沙丘凝结水的补给，并能过潜水的地表蒸发进行垂直排泄。在沙漠下伏古地形的控制下，各自形成局部范围的补给、径流和排泄系统。

2 勘查区水文地质条件

2.1 地形地貌及地表水

勘查区地形呈南北高、中间低的地形特征。南北为低山，山体走向呈近东西向展布，山脊和沟谷相间排列；中部地形切割较浅，谷地开阔，多被风成沙覆盖。勘查区地面海拔标高在1 390.0～1 580.0m之间，最高点为炭井子沟北，标高为1 574.9m，最低处为小井子东井，标高为1 399.0m，相对高差为175m。勘查区干旱少雨，无常年地表河流。

2.2 含（隔）水层组水文地质特征

2.2.1 松散岩类孔隙潜水含水层组

第四系全新统洪积层广泛分布于沟谷中，构成现代沟谷洪积层孔隙潜水，是勘查区畜牧业供水的主要水源地。其含水层均由砂、块石、碎石及砂砾石等洪积物组成，局部夹薄层粘砂土。

新近系中新统红柳沟组裂隙孔隙潜水出露于勘查区外广大地区，勘查区内只有两个钻孔揭露此含水层，ZK110孔厚7.80米，ZK114孔厚10.00m，均为半胶结状砂砾石层。据钻孔简易水文观测资料，在此层位无涌、漏水现象，结合岩性特征说明此含水层透水性好，富水性弱。

基岩风化裂隙潜水赋存于基岩出露区及第四系薄覆盖的石炭系岩层风化裂隙中。据野外实地观察，裂隙普遍存在于石英岩状砂岩、石英砂岩、长石石英砂岩等硬脆性岩层中，其外观呈微微张开状，裂隙面粗糙且延伸短，裂隙宽仅数毫米，大者几厘米至几十厘米。宽大者少见且为石英脉或者方解石填充。由于后期填充，裂隙的连通性差，富水性亦差。据钻孔揭露，50m以浅部位，自上而下岩芯破碎程度渐弱，上部风化裂隙较发育，基岩裂隙宽度1～5mm，至50以深岩芯基本完整。自钻孔简易水文地质资料显示，在此层位钻孔无涌、漏水情况，说明岩层风化裂隙勾通性差，富水性弱。

表1 矿区先期开采地段钻孔抽水试验综合表

表2 矿区南部四区ZK017钻孔抽水试验综合表

2.2.2 基岩裂隙承压水含水层组

本含水类型为古生代石炭系上统太原组层间裂隙水。含水层自煤系地层顶界至煤系地层底界，岩性主要为厚层、中厚层至薄层细—粗粒长石英砂岩、含泥质中、细粒石英砂岩、细砾岩。据野外钻孔岩芯描述，裂隙普遍存在于石英砂岩、长石石英砂岩等硬脆性岩层中。裂隙宽度一般仅为数mm，但几乎均被石英脉、方解石等填充，裂隙勾通性差。

据矿区先期开采地段钻孔ZK101号、ZK105号、ZK502号水文钻孔抽水试验结果：平均单位涌水量0.0015～0.0085L/s·m，小于 0.1L/s·m，渗透系数 0.0005～0.0045m/d，富水性弱。水矿化度3.90～16.07g/L，属半咸水-咸水，水质差。见表1。

据矿区南部四区水文钻孔ZK017孔钻孔抽水试验结果：平均单位涌水量0.0123L/s·m，小于0.1L/s·m，渗透系数0.0178m/d，富水性弱。水矿化度3.417g/L，属半咸水，水质差。见表2。

2.2.3 隔水岩组

隔水岩组主要分为4层

第一层位于第四系含水层中时有亚黏土沉积层，厚度较薄，且变化大，分布不稳定，故只能是局部相对隔水层，水文地质上作为其隔水层意义不大。

第二层位于太原组第五段（Ct5）地层中，泥质、粉砂质岩层，据ZK106-2等孔揭露的太原组底部地层资料，泥质、粉砂质岩类占地层厚大是勘查区煤系地层顶部稳定的隔水层。

第三层位于太原组第二段（Ct2）地层中，泥质、粉砂质岩层砂岩裂隙不发育，且裂隙多被后期充填。据补ZK012孔揭露的完整地层资料单层厚度较大，是勘查区内下煤组和底煤组之间稳定的隔水层。

第四层位于太原组（含煤地层）中，泥质、粉砂质岩组岩性致密，它们在煤层及含水层间呈互层状间互产出，一般厚度较大，构成相对隔水层。

2.3 地下水的补给径流排泄条件

勘查区松散层潜水及基岩风化带孔隙裂隙潜水，主要接受大气降水入渗补给。

基岩裂隙承压水主要接受区域侧向径流的补给，在区内外基岩露头处接受大气降水的入渗补给，它也接受上部地下水少量的越流补给，亦可接受其下部地下水的顶托越流补给，但量有限。

松散层潜水，主要沿相对隔水层（如土层、泥质岩等）顶面由高处向低凹处潜流运移。基岩裂隙水主要沿岩层倾斜方向顺层面，由高处向低处缓慢径流，并有少量顺裂隙及层理面等向岩层内微弱渗透。

松散层潜水排泄方式，其一为由高向低处运移，在勘查区外地势平坦的低凹区渗流汇集，因蒸发作用强烈，多形成季节性盐碱湖或盐碱地。其二，垂向蒸发作用，也是其主要排泄途径之一。

2.4 水文地质勘探类型

勘查区无常年地表水系，地下水的主要补给来源为大气降水的入渗补给。但因多年平均降水量约200mm，多年平均蒸发量大于2 000mm，为降雨量的10倍多，降雨又多以暴雨形式集中于7-9月份，降雨时空分布极为不均，补给量季节性变化明显，地下水补给来源贫乏。

勘查区断裂、褶曲构造较发育。褶皱构造为东西向炭井沟复式向斜，北部为南倾单斜、中部为紧密褶曲构造、南部北倾单斜。断裂构造较发育，有北西和北东向两组断裂，共发育断层24条，地表填图地层错断明显断层19条，钻探揭露和地表填图地层错断不很明显的断层5条。

3 矿床充水因素分析

3.1 老窑及采空区积水

勘查区内浅部有众多废弃井口。主要开采太原组一、三、四段的1、2、4、8、14、19等煤层，斜井开拓，所形成的采空区分散、范围小。据调查，矿井涌水量均较小，主要为顶板裂隙渗水，涌水量小于10m3/d，唯有24号矿井涌水量较大，每天2寸泵抽水4～5个小时，涌水量约30m3/d左右。

3.2 充水因素分析

依据勘查区水文地质条件及煤层覆岩结构类型，矿井充水方式分为直接充水和间接充水两种。它们分别受大气降水和地下水等因素的制约，又具有一定的水力联系，对未来矿井开采有不同程度的影响。

3.2.1 充水水源

因本区无地表水体，充水水源主要是大气降水和地下水两种。区内年降水量甚小，年平均降水量仅200mm，且降水多集中在7～9月，区内大部分面积有松散层潜水及基岩风化带潜水，富水性弱。

3.2.2 充水通道分析

由于第四系厚度较小，开采时，煤层与含水层直接接触，含水层中地下水直接进入矿坑。煤层采空后，顶板冒落，上覆岩层出现下沉，弯曲风化及次生裂隙发育，使大气降水及地下水沿裂隙进入巷道。从勘查区地质构造和含、隔水层特征分析，结合邻区煤矿生产情况，煤层顶、底板和大面积采空塌陷裂隙带是井下充水的主要途径。

3.2.3 充水强度分析

矿井充水强度主要取决于直接充水水源的富水程度及冒裂带发育高度，并受隔水层影响明显。

3.3 供水水源

结合区域及勘查区水文地质条件，经综合分析，黄河在宁夏是最宝贵、主要的水力资源，它多年平均年入境、出境水量分别达317及294亿m3。青铜峡水库平均矿化度仅0.48g/l。勘查区以北孪井滩镇已建成引黄供水站，距矿区仅20公里，它将黄河水引来于高处经沉淀过滤，再经供水管网引入站内，供水能力较强，水质较好。故直接引用该站水，解决供水水源，不失为一条简单易行经济实用的主要途径。