四川省高县庆岭地区水文地质特征及充水因素分析

牛 磊, 杨 磊, 纪洪磊

(1.天津华北地质勘查局 地质研究所,天津 300170; 2.四川省煤田地质工程勘察设计研究院,四川 成都 610045; 3.山东省鲁北地质工程勘察院,山东 德州 253015)

庆岭地区位于四川省高县县城北偏东方向,直线距离约9 km,行政区划隶属高县贾村镇庆岭乡,面积约28 km2。以往对该区的地质工作多以找矿为目的,对地下水的相关研究和专项研究很少涉及。上世纪90年代,四川省煤田地质测量队曾在贾村矿区开展找煤地质工作,2010年四川省煤田地质工程勘察设计研究院对该区进行了煤炭普查工作。本次工作通过对以往资料的综合分析,对庆岭地区的水文地质条件及充水因素进行了系统研究,查明含、隔水水层分布规律和特征与充水水源、充水通道等矿床充水因素,为矿井做好防水工作、安全开采煤炭资源提供了依据。

1 自然地理概况

研究区地处四川盆地南缘低山丘陵地带,为切割中等的低山丘陵区,地势中部高两侧低[1],海拔最高处石头坳为512.6 m,最低处贾村南广河为300 m,区内一般高程400～500 m。地貌类型为典型的褶皱山地地貌,两翼须家河组砂岩组成单面山脊,嘉陵江组、雷口坡组灰岩形成溶蚀槽谷,中间的飞仙关组为脉状山脊,横向上呈“三山两谷”地形。区内气候属亚热带温润季风气候,全年温暖潮湿,雨量充沛。年均降水量为1 142 mm,最大可达1 515.9 mm,最小为799.5 mm。本区属长江支流南广河水系,区内主要支流是一条由东北向西南的小河,该支流起源于龙洞场北,向南流经庆岭(黄沙漕),在贾村汇入南广河,全长近10 km。研究区地质地貌灾害有滑坡、泥石流、蠕变体和地裂缝等[2]。

2 地质条件

2.1 地层岩性

研究区出露地层有:三叠系下统飞仙关组、嘉陵江组,中统雷口坡组,上统须家河组;第四系。地层总厚约1 700 m,钻孔揭露最老地层为二叠系上统峨眉山玄武岩组,具体可见表1。主要含煤层为二叠系上统宣威组(P3x),属海陆交互相碎屑含煤建造沉积,含煤10余层[3]。

2.2 地质构造

研究区主体构造为北西翼陡、南东翼缓的紧凑不对称NE向贾村背斜,并伴有一定数量的断裂和层间褶曲,以及极小规模的断层牵引褶曲,呈北东向分布于研究区南东部;断层主要发育在背斜两翼,以压扭性逆断层为主,扭性平推断层次之,大部分断层未破坏到深部煤层[注]陈志文、张剑、张旭平,四川省高县贾村矿区煤层对比工作的探讨,四川省2014年度煤炭学术年会,2014。。地层走向与研究区基本构造线方向一致,贾村背斜(S1)走向N50°～68°E,北西翼倾角15°～75°,南东翼倾角9°～52°。S12、S13及S14、S15为两组发育在S1背斜南东翼的层间小褶皱,走向与S1背斜基本一致[4],走向长度1 km左右(图1)。

表1 地层岩性特征表Table 1 Feature table of stratum lithology

图1 研究区构造纲要图Fig.1 Structural outline map of the study area1.背斜;2.向斜;3.正断层;4.逆断层;5.采石场;6.工作区。

3 水文地质特征

3.1 水文地质概况

区内以东部天台山(标高434.80 m)、李子湾(标高476.80 m)、泡桐咀(标高555.70 m)、石头坳(标高512.00 m)一线为地表分水岭,方向呈近南北向,将研究区分为东、西两个水文地质单元(见图2),分水岭以东和以西地表、地下水均有相对独立的补给、迳流、排泄系统,各为一完整的水文地质单元。分水岭以东地表及地下水沿岩层走向向北东径流经三胜地区后在两江河泄出,进入南广河,最后汇入长江;分水岭以西地表及地下水则顺岩层走向流向南西,最终在南广河泄出。南广河贾村处标高300 m,为本区最低侵蚀基准面。

该水文地质单元内地表、地下水主要受大气降水补给。均由北东向南西径流,最终在本区最低侵蚀基准面南广河排泄,补给地表河流。

贾村背斜构造中等偏复杂,本区主采煤层均在侵蚀基准面以下。研究区位于贾村背斜北东部,含煤地层及对矿井开采有充水影响的含水层均为隐伏地层,地下水主要由区域内地表水补给。煤层顶板充水含水层为飞仙关组地层中的砂岩裂隙含水层,其底板充水含水层是宣威组一段弱含水层。区内隐伏断层较多,钻孔揭露煤层均遇到断层,水文地质类型属于以顶底板裂隙含水层充水为主的矿床,即二类一型。

3.2 主要含水层特征

研究区碳酸盐岩为主体含水层,岩溶发育,含水量丰富,泥岩为相对隔水层,含、隔水层相间出现,总体富水性中等—强,水质类型以HCO3—Ca为主。根据地下水的含水层特征,将该区地下水分为松散堆积层孔隙水、碎屑岩类及岩浆岩类裂隙水、碳酸盐岩岩溶裂隙水三大类。

3.2.1 松散堆积层孔隙水

图2 研究区水文地质简图Fig.2 Hydrogeological sketch of the study area1.落水洞;2.暗河出口;3.地表分水岭;4.工作区边界;5.泉点;6.暗河入口;7.河流;8.地下水流向。

主要赋存于第四系坡残积及冲洪积松散堆积物中,区域中第四系地层不发育,主要分布在岩溶槽谷及河流两岸。结构松散,厚度因地而异,厚0～12.06 m,一般厚3 m。透水性良好,储水条件差,水量受降雨的控制。富水性弱。

3.2.2 碎屑岩类及岩浆岩类裂隙水

一般碎屑岩裂隙水,主要赋存于二叠系上统宣威组下段(P3x1)、三叠系飞仙关组(T1f)和须家河组(T3xj)。宣威组下段含水层在区内隐伏未出露,厚约86.50～115.29 m,平均101.13 m。岩性为灰色薄层、中厚层细粒岩屑砂岩与粉砂岩,夹薄层泥岩、粘土质泥岩、砂质泥岩及透镜状菱铁矿,上部夹煤线,富水性较弱。宣威组裂隙水可能成为开采煤层的直接充水水源,其他含水层可能为间接充水层,对矿山开采影响不大。飞仙关组以砂岩、泥质砂岩为主,夹泥岩,厚222～328 m,地形多为宽缓的低矮山丘,植被较发育。大气降水为地下水主要补给源,下渗的降水部分储集于浅部裂隙和溶蚀孔隙中,部分就地排泄,泉流量多<1 L/s,并明显受降雨影响。此含水岩组主要是构造裂隙含水,裂隙以薄层砂泥岩较为发育,其发育程度随深度而减弱,富水性弱。须家河组以灰黄、灰色厚层状细—中粒岩屑长石石英砂岩为主,夹粉砂质泥岩和煤线,厚330～680 m,分布于背斜两翼山脊,地形多为陡峭山体,植被较发育。该岩组中风化裂隙较发育,泉水流量一般0～0.8 L/s,以大气降水为主要补给源,富水性弱。

岩浆岩裂隙水,主要赋存在峨眉山玄武岩组(P3β)浅部风化裂隙及构造裂隙中,厚度25～255 m,呈缓坡地貌。地下水以小泉及散流方式排泄于当地河谷,泉流量大多在0．1～1 L/s之间,季节性变化明显。

3.2.3 碳酸盐岩岩溶裂隙水

主要由三叠系中统雷口坡组及下统嘉陵江组组成。在宽缓的连续褶皱地区则多形成岩溶石丘山地、洼地等。雷口坡组,分布于背斜两翼陡坡上,厚0～42 m,由西南向东北厚度变薄至消失。岩性为灰色、黄灰色薄—厚层白云质灰岩夹泥灰岩,局部为岩溶角砾岩,底部为厚0.4～1.9 m的水云母粘土岩,富水性较弱。嘉陵江组,出露于背斜两翼槽谷,呈长条状,厚36～107 m,主要岩性为灰岩、白云岩,夹角砾岩、泥岩。岩溶较发育,主要形态为干溶洞、落水洞等。低洼地带有泉水及暗河出口,泉水流量0.05～2.5 L/s,富水性较强。

3.3 矿坑充水因素

本区含煤地层隐伏未现,构造较复杂,断层较发育[5]。大气降水是地下水的直接补给来源,含水层通过风化裂隙接受降雨补给。对矿井充水有影响的因素主要有大气降水、地表水、含水层水,充水通道包括风化裂隙、构造裂隙及断层破碎带等。

3.3.1 充水水源

矿坑充水来源包括大气降水、地表水、断层导水和地下水。大气降水是地表水的补给水源,同时通过风化裂隙、构造裂隙及断层破碎带补给地下水,从而进入矿坑中,所以充足的雨水是矿井充水的主要补给源。

根据高县多年气象资料:年均降水量1 142 mm,最大1 515.9 mm,最小799.5 mm,降雨多集中在4—9月,常为大雨或暴雨,10—12月为霪雨季,在矿井开采中应加强矿区雨季疏排工作。从调查的地表河流流量来看,7—9月为丰水期,丰水期地表河流流量是枯水期的5～14倍。本区地表水体主要为南广河及其一条支流,均分布于煤系上覆的三叠系地层中,离煤系地层较远,但建井及开采过程中应加强顶板管理,防范河水通过风化裂隙及构造裂隙补给飞仙关组含水层进入矿井。矿区断层发育,煤矿开采随着自然状态被破坏,断层导水性有可能增强,导致地下水与地表水涌入矿井,在其附近开采时应特别注意。

3.3.2 充水通道

充水通道主要包括断层破碎带、风化裂隙及构造裂隙。研究区内断层较发育,共发育断层22条,其中隐伏断层12条、逆断层13条、正断层3条、平移断层6条。仅切割煤层的断层12条,断距4～16 m。通过调查对矿井充水有影响的有3条,分别为F51逆断层、F28逆断层、F69逆断层,其中F51切割T1j3～ P3x2,F28切割T1j3～T1f1,F69切割T1f4～P3β。三断层均切割煤层顶部飞仙关组弱含水层,F51和F28还切割嘉陵江组含水层,增强了嘉陵江组和飞仙关组之间的水力联系,使飞仙关组弱含水层的富水性加强。由于断层带岩性破碎,在建井及开采过程中地表水可能沿断层带进入矿井中。另外本区风化裂隙及构造裂隙在二叠系上统宣威组下段、三叠系飞仙关组和须家河组中较发育,采矿期间产生的顶板冒落裂隙,以及不良钻孔(封堵不良)可能成为联通各水源涌入矿坑的直接通道,及今后开采的重大隐患,应注意防范处理。

4 结论

研究区地表水、地下水受大气降水补给为主,含煤地层及对矿井开采有充水影响的含水层均为隐伏地层,煤层顶板充水含水层为飞仙关组地层中的砂岩裂隙含水层,底板充水含水层是宣威组一段弱含水层。煤层顶、底板充水含水层富水性弱—中等,水文地质类型属于以顶底板裂隙含水层充水为主的矿床,即二类一型。建井及开采过程中要防范大气降水和地表水通过风化裂隙、构造裂隙和断层带进入矿井中,同时采取相应的措施保证安全。