新巨龙煤矿五采区底部砂砾层成因的分析

王心玉

摘 要：本文基于新巨龙煤矿五采区勘探时发现的新近系底部砂砾层，通过分析其产状、厚度、碎屑物成熟度等沉积特点，推测该砂砾层沉积的古地理、古环境，进而分析其形成原因。并简要分析了该砂砾层对下部煤层开采的影响，为下部煤层开采提供了参考。

关键词：新近系；砂砾层；沉积相；煤层开采

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.048

1 概况

新汶矿业集团地质勘探有限责任公司，于2014年3～8月对新巨龙煤矿五采区进行地质勘探，发现五采区新近系底部有一层含砾砂层，这是以往勘查过程中未发现的。该砂砾层离3煤较近，且与3煤顶底板存在不整合接触，因此研究该砂砾层的成因对3煤安全开采存在很大影响。

2 地质与水文

五采区位于洙赵新河上游，地表无大的天然水体，第四系新近系含水层富水性弱至中等；在煤层露头附近新近系含水层与煤系含水层有一定的水力联系。当煤层开采后，地层中原有的应力平衡被破坏，煤层上部的岩石冒落形成新的平衡，岩层中的裂隙扩大，形成新的导水通道和储水空间；随着矿井开采规模的不断扩大，导水和储水空间也在不断延深，这会使得上部新近系底部含水层与煤层底板含水层导通。

新近系底部砂层一般5～10层，砂层厚度37.50～100.74m，含砂率18.79～54.16%，受古地形影响砂层厚度有一定变化，抽水试验表明该砂层水矿化度高，表明其径流不畅。但在煤系地层剥蚀面附近与煤系含水层有一定的水力联系。

五采区内有6个钻孔对新近系下部进行了抽水试验，水位标高-7.24～+1.69m，单位涌水量0.0690～0.1841L/s.m，渗透系数0.1488～0.5349m/d，矿化度6.98～8.49g/L，M8.49，为SO4-Na型水，为属富水性弱至中等的松散孔隙承压含水层。区内3煤层的隐伏露头附近3砂与新近系底部的含砾砂层直接接触，3砂与新近系底部含砾砂层有水力联系。

电法探测在五采区新近系底部圈定3处富水异常区：XJX-1富水区位于西北部、XJX-2富水区位于东北部和XJX-3富水区位于东南部，其中XJX-3富水性相对较强。

五采区内石盒子组地层发育较薄，局部剥蚀，岩性主要为杂色泥岩和粉砂岩，该隔水层性能良好，在隔水层发育区内阻隔了上部含水层向煤系地层含水层的补给。

新近系以粘土、砂质粘土为主，上部固结程度较差，由上而下固结程度渐增，局部钙质粘土层呈硬塑状态。据区内的钻孔取样测试，新近系底部粘土塑性指数9.86～26.10，平均15.32；凝聚力0.12～0.26MPa，平均0.19；为软硬塑性具备的粘土、砂质粘土隔水层。

区内新近系粘土层分布广泛，厚度稳定，隔水层性能良好，从而使得新近系地层中各砂层间的水力联系不畅。

新近系底部含砾砂层埋藏深度636.25～690.10m，根据钻孔抽水试验资料，本含水層水矿化度高，水质差，径流循环条件不畅，除接受上部第四系水渗入补给外，在与基岩地层接触的地方也会接受下伏地层的越流补给或补给下伏含水层。由于本含水层埋藏深，缺乏自然和人工排泄通道，将来煤层开采后的冒裂带影响到新近系底部时，该含水层水会通过冒裂带进入矿井，参入矿井涌水，矿井排水是该含水层主要的排泄方式。

钻探数据表明，若根据《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB 12719-1991）中的经验公式，五采区内的所有块段在煤层开采后都会导通新近系下部含水层；若根据山科大的研究成果，五采区内除14-5、14-7、14-15钻孔附近外，其他块段在煤层开采后均能沟通新近系底部砂层含水层。

由于本区位于3煤层隐伏露头附近，3煤层开采后导水裂缝带能够沟通新近系底部砂层含水层，使得新近系底部砂层水进入矿井，参入矿井涌水；抽水试验资料显示3砂岩含水层富水性弱，但由于3砂的赋存面积大，矿井开采过程中3砂的矿井涌水量较大，约占矿井涌水量的1/3；本区未对三灰进行抽水试验，但由于张楼断层的存在，使本区与矿井开拓开采区的水力联系不密切，根据矿井开采经验，本区三灰水也是矿井的重要充水水源。

3 成因与古地理、古环境

据钻探资料五采区砂砾层底板呈向斜构造，轴向为南北受张楼断层的牵引影响，使得褶皱东翼倾角明显高于西翼。

据钻探资料及五采区砂砾层厚度等值线图，五采区砂砾层为南端（钻孔14-8s）较厚向西、北、东放射性变薄的扇状沉积体。此外，受张楼断层下盘抬升的影响，使得张楼断层的下盘标高明显高于上盘标高。喜山期前张楼断层已经形成，喜山期开始后张楼断层继续错动抬升下盘，被抬升的的下盘遭受剥蚀，而下降的上盘开始沉积。因而，张楼断层下盘没有沉积砂砾层。

据砂砾层沉积层理可推断该砂砾层为河流沉积，古河流流向为自南向北放射状发散，由于河道变宽、河床短暂性增高，河流流速变缓，水动力条件变弱，河流搬运携带能力变弱，大颗粒碎屑物率先沉积。故14-8s、14-6s附近底部分选差，含较多的大粒径砾石颗粒。随着扇根处的沉积加厚，与周围的标高差也逐渐缩减，碎屑颗粒沉积开始向四周放射状推进，受水动力条件的影响沉积的碎屑物由扇根处向四周逐渐变细。随着沉积充填作用的进行，最终形成了扇状沉积体。

4 结论

本区砂砾层为张楼断层形成后经古河流沉积的陆源碎屑沉积物，沉积物搬运距离较长，沉积速度快，分选性差，附属性较高。砂砾层水会通过张楼断层或其他导水裂隙带进入下伏基岩含水层中，也会通过不整合接触面进入下部含水层。该含水层对下伏煤系含水层的越流补给将是煤层开采时的重大隐患。

参考文献：

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