准东煤电二矿地下水含水层结构特征分析

郝晨亮

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)



准东煤电二矿地下水含水层结构特征分析

郝晨亮

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

随着准东煤田基地的发展，根据矿区开采影响半径并结合项目建设区附近的地下水保护区和敏感点，急需对煤矿开采可能造成的地下水影响的区域进行评估。在对研究区自然地理、地质条件详查的基础上，查明了研究区地下水含水层的结构及富水性特征、埋深以及流量等参数，进而为后期该地区地下地下水资源的开发利用提供理论基础和科学依据。

地下水；地质条件；含水层特征；准东煤电

准东煤电二矿位于准东煤田的中北部，奇台县城以北，距奇台县城140 km，距吉木萨尔县城100 km，主体隶属奇台县管辖，交通方便。准东煤田大井矿区二号井田为一多边形，北与一号井田为邻，南到乌准铁路北线，以保护煤柱及产业带公路为界，南北长12.3～13.5 km，东与三号井田为邻，西部与南、北两个露天煤矿相邻。矿区距离区域断裂约有14.26 km，根据矿区开采影响半径并结合项目建设区附近的地下水保护区和敏感点，以及煤矿开采可能造成的地下水影响的区域。因此，为了解决煤田开发对水资源的需求，本文在在参考相关研究成果的基础上[1-5]，选取准东煤电二矿地下水系统为研究对象，对研究区内地下水的含水层结构特征进行了研究，进而为后期煤田的开发提供水文地质依据。

1 研究区自然地理概况

1.1 地形地貌

研究区区域范围处于准噶尔盆地腹地偏东位置，卡拉麦里山南麓山前一带，地貌形态为残丘状剥蚀准平原与戈壁。海拔549～840 m，相对高差291 m，地势总趋势北高南低，平均地形坡度2°，除个别孤零山丘外，地形较平坦。

1.2 气象水文

研究区属大陆干旱荒漠气候，年温差和昼夜温差较大，6-8月为夏季，气候炎热，白天气温常在40℃以上；11月～次年2月为冬季，气候严寒。年平均降水量106 mm，年蒸发量1 202～2 382 mm，全年日照3 053 h，5～8月偶有雷阵雨，冬季积雪稀少。

研究区内地表无常年水流，夏季降雨形成的暂时性水流向井田以南的凹陷盆地低洼处排泄。整个准东矿区所在区域亦无常年地表水体存在，也未有较大的河流穿越，但由于北部新近系地层出露，使地下水位在此壅高，地下水蒸发较为强烈，形成低洼盐碱地。此外，准东煤电煤化工产业带工业用水和部分生活用水主要由“500”水库及输水工程供水。

2 研究区地质概况

2.1 地层岩性

研究区内第四系广泛分布，多处有白垩系下统吐谷鲁群地层出露。由前期煤田勘探阶段资料可知，勘查区内含煤地层为下侏罗统八道湾组、中侏罗统西山窑组和中-上侏罗统石树沟群。现由老至新分述如下。

2.1.1 侏罗系

1)下侏罗统八道湾组

地表未出露，为一套河湖相—湖沼相沉积，以灰、深灰、灰绿色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、细砂岩、粗砂岩为主，含煤1层，为A1煤层。控制地层厚64.34 m，煤层厚0.30 m。底部以一层中厚层状砾岩与下伏小泉沟群呈不整合接触。

2)下侏罗统三工河组

地表未出露，为一套河流—湖泊相碎屑岩沉积，岩性以灰、浅灰绿色粉砂质泥岩、细砂岩、泥岩、细砂岩为主，夹中砂岩、粗砂岩、砂砾岩。底部以一层中厚层砂砾岩与八道湾组呈平行不整合接触，地层厚度88.14 m。

3)中侏罗统西山窑组

地表未出露，以沼泽相为主，岩性以灰白、浅灰、灰色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、细砂岩、中砂岩、泥岩和煤层为主，夹少量泥岩、含炭泥岩、砂砾岩，含一层巨厚煤层B1。地层厚度54.63～150.59 m，平均厚度85.95 m，总体呈由西向东北变薄的变化规律。与下伏三工河组地层为不整合接触，其接触部位多为一层中厚层状砂砾岩、中砂岩。

4)中—上侏罗统石树沟群

地表未出露，厚度368.08～563.66 m，平均447.54 m，根据其岩石特征、沉积环境不同而划分为上、下两个亚群。

2.1.2 白垩系

研究区内多处有出露，主要由一套河湖相沉积的碎屑岩组成。底部为厚—巨厚层状砾岩层，其上岩性以灰黄色泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩为主。钻孔控制厚度5.65～214.88 m，平均49.71 m。总体呈现南厚北薄特征。底部以巨厚砾岩与下伏石树沟群上亚群地层呈不整合接触。

2.1.3 第四系

该地层在研究区内分布广泛，控制厚度1.04～11.25 m，平均6.20 m。

1)上更新统—全新统冲洪积砂砾石层

主要分布于研究区内地表和北部斜坡、戈壁平原处，由砂土、砾石混合堆积组成，其砾石含量常少于50%，砾石分选性差，由于风蚀地表仅余戈壁砾石，且可见到风棱石。

2)全新统洪积层

分布于勘查区北部冲沟中，以砂和大小不一砾石为主，混合有粘土、粉质粘土和粉土。

2.2 地质构造

研究区所在的大井矿区位于大井凹陷构造单元(Ⅳ级构造单元)中。

2.2.1 褶皱

研究区整体为一近似呈北西西走向，向南南西倾伏的单斜构造，局部发育着次一级褶曲，处于次一级褶曲相对较发育地段，据《新疆准东煤田奇台县大井矿区二井田勘探报告》东部ZK0803、ZK0610、ZK0614号孔联线位置发育一个幅度较小的背斜，北北东走向，向南西方向倾覆，幅度约100 m，延伸长度15 km；西北部ZK0006、ZK0010号孔联线位置发育有一向斜，近北东走向，向南西方向倾覆，幅度约100 m，在勘查区内延伸长度8.6 km，向斜轴经ZK0415(南露天)以西南走向进入大井南露天煤矿区。地层倾角较缓，仅1°～3°，局部在ZK0210号孔附近较陡，最大为6°。

2.2.2 断层

依据钻探和二维地震控制成果，查明了先期开采地段范围内没有落差15 m以上的断层，测线上没有落差10 m以上的断点；在先期开采地段外围，没有发现落差30 m以上的断层，测线上没有发现落差10 m以上的断点。因此，本区断裂构造不发育。

2.2.3 岩浆岩

本区含煤岩系内未见岩浆岩分布。依据钻孔与二维地震勘探解释成果，勘查区范围内构造属简单类型。

3 含水层结构特征

根据地形地貌、地层岩性、地质构造、古地理环境等因素控制，研究区内地下水类型主要为中新生代碎屑岩类层间裂隙孔隙水，含水层主要为白垩系下统吐谷鲁群裂隙孔隙弱含水层、侏罗系中-上统石树沟群裂隙孔隙弱含水层、侏罗系中统西山窑组裂隙孔隙弱含水层，含水层顶板为一套白垩系下统吐谷鲁群灰黄色泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩相对隔水层。第四系地层为包气带层。根据研究区内钻孔资料，可将研究区地层划分为5个含(隔)水层(段)，见表1。

3.1 第四系透水不含水层(Ⅰ)

在研究区地表广泛分布，由上更新统-全新统洪冲积的细砂和砾石混杂堆积而成，其砾石含量小于50%，由于风蚀作用地表仅余黑色角砾，且可见较多的风棱石。这些松散堆积层厚薄不一，控制厚度为1.04～11.25 m，平均为6.20 m。这些堆积物虽透水性较好，但不具储水条件，为透水不含水层。

3.2 白垩系下统吐谷鲁群碎屑岩类裂隙孔隙弱含水层(Ⅱ)

研究区内多处有出露，主要由一套陆相河湖沉积的碎屑岩组成。底部为厚—巨厚层状的砾岩层，其上岩性以灰黄色泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩为主，总体呈现南厚北薄的特征，底部以巨厚的砾岩与下伏的石树沟群上亚群地层呈不整合接触。含水层顶板岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，顶板埋深42.49～42.54 m，厚度34.74～36.14 m。底板岩性主要为石树沟群上亚群粉砂质泥岩、泥岩，底板埋深45.93～49.18 m，厚度26.04～50.70 m。含水层岩性主要为砾岩，含水层厚度3.44～6.64 m。据冒落带及导水裂隙带计算值，判定该含水层为间接充水含水层。

表1 含(隔)水层(段)划分一览表

3.3 侏罗系中-上统石树沟群碎屑岩类裂隙孔隙弱含水层(Ⅲ)

地表未出露，为一套杂色河湖相沉积。岩性主要为泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩，细砂岩、中砂岩、砂砾岩较少，可见硅化木。底部以一层灰色、灰绿色和紫红色相混合的杂色砂砾岩或中细砂岩与下伏的西山窑组地层呈超覆不整合接触。钻孔控制厚度为368.08～563.66 m，平均厚度为447.54 m。含水层顶板岩性主要为粉砂质泥岩、泥岩，顶板埋深71.97～99.88 m，厚度26.04～50.70 m。石树沟群裂隙孔隙弱含水层与下伏西山窑组裂隙孔隙弱含水层之间无明显的隔水底板。含水层岩性主要为细砂岩、中砂岩、砂砾岩，含水层厚度221.38～301.91 m。

据新疆豫煤煤炭地质勘察有限责任公司及新疆地矿局第九地质大队提供的《鲁能准东煤田大井矿区二号矿井井筒检查钻孔地质报告》井检钻1、2、5孔石树沟群上、下亚群抽水试验成果，钻孔单位涌水量(q)0.005 6～0.008 1 L/s·m，渗透系数(K)0.006 2～0.012 5 m/d。据冒落带及导水裂隙带计算值，判定该含水层为直接充水含水层。

地下水的水化学类型为Cl·SO4-Na型，溶解性总固体1 863.0～6 861.8 mg/l，pH值7.90～8.75，水质较差。

3.4 侏罗系中统西山窑组裂隙孔隙弱含水层(Ⅳ)

地表未出露，为一套以沼泽相为主的地层，岩性以灰白色、浅灰色、灰色的粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩和煤层为主，夹少量泥岩、含炭泥岩、中砂岩、细砂岩，含一层巨厚煤层B1煤层。与下伏三工河组地层为不整合接触，其接触部位多为一层中厚层状砾岩、中砂岩。钻孔控制地层厚度为54.63～150.59 m，平均厚度为85.95 m。总体呈西厚向东北变薄的变化规律。西山窑组裂隙孔隙弱含水层与上覆石树沟群裂隙孔隙弱含水层之间无明显隔水顶板。底板岩性为三工河组粉砂岩，底板埋深604.21 m，厚度9.29 m。

据研究区ZK0410、ZK0412孔混合抽水试验的成果，钻孔单位涌水量(q)0.003 12～0.005 29 L/s·m，渗透系数(K)0.003 04～0.004 67 m/d。据冒落带及导水裂隙带计算值，判定该含水层为直接充水含水层。

地下水的水化学类型为Cl·SO4-Na型，溶解性总固体1 863.0～6 861.8 mg/L，pH值7.90～8.75，水质较差。

3.5 下侏罗统三工河组相对隔水层(Ⅴ)

地表未出露，为一套河流相—湖泊相碎屑岩沉积，岩性以灰色、灰绿色的泥质粉砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、细砂岩为主，夹中砂岩、粗砂岩、炭质泥岩、煤线、砂砾岩。底部以一层中厚层砾岩与八道湾组呈平行不整合接触。根据勘查区钻孔资料，结合区域水文地质资料，将该地层划分为相对隔水层。由于此层的存在，阻隔了北部山区地下水的径流补给，并切断了其上西山窑组与其下八道湾组弱含水层的水力联系。

研究区内个别钻孔控制到下侏罗统八道湾组及上三叠统小泉沟群地层，据区域水文资料，并结合普查阶段钻孔简易水文观测成果，此地层富水性均较弱。因该两组地层均下伏于赋煤地层西山窑组弱含水层及三工河组相对隔水层之下，对勘查区的水文地质意义不大，故不进行单独的水文地质分区。

4 结语

(1)研究区区域处于准噶尔盆地腹地偏东位置，卡拉麦里山南麓山前一带，位于准东煤田的中北部，区内第四系广泛分布，多处有白垩系下统吐谷鲁群地层出露，其中区内含煤地层为下侏罗统八道湾组、中侏罗统西山窑组和中-上侏罗统石树沟群；研究区整体为一近似呈北西西走向，向南南西倾伏的单斜构造，局部发育着次一级褶曲，处于次一级褶曲相对较发育地段，区内断裂构造不发育，同时也未见岩浆岩分布。

(2)根据地形地貌、地层岩性、地质构造、古地理环境等因素控制，研究区内地下水含水层结构主要划分为5个含(隔)水层(段)，即：第四系透水不含水层、白垩系下统吐谷鲁群碎屑岩类裂隙孔隙弱含水层、侏罗系中-上统石树沟群碎屑岩类裂隙孔隙弱含水层、侏罗系中统西山窑组碎屑岩类裂隙孔隙弱含水层和侏罗系下统三工河组相对隔水层。

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P641.1

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1004-1184(2016)06-0255-03

2016-08-14

郝晨亮(1985-)，男，工程师，陕西西安人，工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质工作。