岱庄井田第四系沉积环境与其含水层富水性浅谈

常文林

中化地质矿山总局陕西地质勘查院，陕西 西安 710065

岱庄井田第四系松散层的富水性不仅影响到矿井涌水量的预测[1-5]，还影响到煤层的开采上限及防水煤柱的留设[6-8]。原始沉积环境控制沉积物的特征，而沉积物的特征又直接影响含水层的富水性、渗透系数等相关水文参数。在沉积学理论指导下，本文对井田第四系沉积环境和富水性、渗透系数及水化学特征之间的关系进行了分析和探讨[9-10]。

1 井田概况

岱庄井田位于济宁市，井田面积为65.6253km2。井田地势平坦，为近代形成的冲积平原，地面标高为+36.24～+42.94m，平均在+39.25m左右，自然地形坡度为0.05%。井田属淮河流域南四湖水系，河流相对较少，水量受大气降水的影响，雨季有水。

井田以东有洸府河，以西有京杭大运河，均由北向南流入南阳湖，井田以北有一条人工分洪渠连接京杭大运河和洸府河。汛期洸府河的最高洪水位标高为+39.30m，最大流量为400m3/s；汛期京杭大运河的最高洪水位标高为+36.67m，最大流量为626m3/s，枯水季节河水减少甚至断流。矿井中心南距南阳湖20km，最高湖水位标高为+36.86m。

根据钻孔实际揭露并结合区域资料，区内地层发育由老到新依次有奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、第四系。井田主要含煤地层为山西组和太原组，平均总厚度为259.99m，共含煤28层，煤层平均总厚13.71m，含煤系数5.27%。山西组含煤层4层（2、3上1、3上、3下煤层），煤层平均总厚度4.97m；太原组含煤层为24层（由上而下依次为4、5、6、7、8上、8下、9、10上、10中、10下、11、12上、12中、12下、14、15上、15下、16、17、18上、18中、18下、19、20煤层），煤层平均总厚度为8.74m；其中以3上煤层最厚，最大厚4.33m，平均厚度2.28m，占煤层平均总厚的16.6%，是本矿井的主采煤层。

岱庄井田总体上为一走向北东、倾向南东的单斜构造，地层沿走向和倾向均有一定程度的波状起伏，地层倾角多在2°～14°，仅个别地段受构造影响达26°。地质构造以宽缓褶曲为主，发育有一定数量的断层，区域性大断裂对井田内的断层起着明显的控制作用，使断层不论是在方向上还是在形成时间、形成次序上均与区域断裂一致，具有区域断裂的特点；由于受区域性构造的控制，井田内发育北东向、近南北向及北西向三组高角度断层组，使含煤地层向西呈阶梯式下降。

井田内对矿井生产有影响的含水层自上而下主要有第四系砂及砂砾孔隙含水层、山西组3煤层顶、底板砂岩裂隙含水层（组）、三灰岩溶裂隙含水层、十下灰岩溶裂隙含水层、十三灰岩溶裂隙含水层、奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层。

井田内断裂构造是各含水层水力相互联系并在工作面开采过程中导致顶、底板突水的主要通道。井田内主要有北东向、近南北向及北西向三组断裂构造，断层大部分为高角度正断层，倾角70°左右。根据钻孔、地震及采掘工程揭露，井田内落差≥10m的断层64条（正断层60条，逆断层4条），断层密度达0.98条/km2。断层对采区的合理划分和采煤工作面的连续推进有一定影响。

2 第四系沉积环境特征

根据钻孔岩性特征及测井曲线特征，岱庄井田第四系分上组和下组，上组平均厚104.20m，下组平均厚65.90m；上组划分为2个层段，下组分4个层段。各层段沉积特征分析如下（图1）：

图1 井田第四系测井曲线特征Fig.1 Characteristics of the Quaternary logging curve of coalfield

上组第一段（Ⅰ1）：厚度44.00～74.80m，平均54.90m，岩性主要为暗黄色粘土质中粒-粗粒石英砂、砾，砂、砾层厚度占本层35%左右。分选性中等-好，大、中型交错层理为主。视电阻率测井曲线为平躺的U型，显示高阻特征，反映了高能量的河床沉积。

上组第二段（Ⅰ2）：厚度14.90～99.10m，平均49.30m，岩性主要为锈黄色中-粗粒石英砂层，夹暗黄色、灰绿色砂质粘土2～5层，砂层厚度占本段厚度的63%。分选性中等，中型交错层理为主。视电阻率测井曲线为锯齿状，总体显示高阻特征，反映了较高能量的边滩沉积。

下组第一段（Ⅱ1）：厚度20.13～80.21m，平均60.20m，岩性主要为灰白色含粘土长石、石英砂砾层，夹灰绿、灰白色粘土，粘土质砂砾层厚度占本段厚度的72%。分选性中等-好，中型交错层理为主。视电阻率测井曲线为锯齿状，总体显示较高阻特征，反映了较高能量的边滩沉积。

下组第二段（Ⅱ2）：厚度18.33～30.11m，平均20.21m，岩性主要为灰绿色含砂粘土，砂质粘土厚度占本段厚度的86%。分选性好，水平层理为主。视电阻率测井曲线为锯齿状，显示低阻特征，反映了低能量的湖泊沉积。

下组第三段（Ⅱ3）：厚度30.56～95.41m，平均70.32m，岩性主要为灰白色含粘土长石、石英砂砾层和砂质粘土互层，各层厚度占本段厚度的50%左右。分选性中等，小型交错层理及水平层理为主。视电阻率测井曲线为锯齿状，总体显示较高阻和低阻交替特征，反映了高、低能量交替变化的河漫滩沉积。

下组第四段（Ⅱ4）：厚度15.63～25.51m，平均18.73m，岩性主要为灰绿色含砂粘土，砂质粘土厚度占本段厚度的90.2%。分选性好，水平层理为主。视电阻率测井曲线为锯齿状，显示低阻特征，反映了低能量的湖泊沉积。

3 第四系富水性及水化学特征

井田第四系含水层为上组砂层和下组砂层，表1为抽水试验结果，据此可以总结出以下特征：

表1 井田第四系抽水试验成果表Table 1 Table of the Quaternary pumping test results of coalfield

（1）第四系上组砂层比下组砂层不仅富水性强，而且前者渗透系数远远高于后者。反映了上组砂层疏松性远远好于下组砂层。

（2）第四系上组砂层比下组砂层矿化度高。反映了上组地层比下组地层含有更多的易溶矿物，尽管下组地层比上组地层沉积时间早，但地下水中矿化度主要取决于易溶矿物质，而不是沉积时间长短。

（3）第四系上组砂层水质阴离子为碳酸氢根，下组砂层水质阴离子为硫酸根和碳酸氢根。反映了上组地层主要形成于氧化环境，而下组地层主要形成于还原环境[11]。

（4）第四系砂层水质钾、钠阳离子由浅部向深部含量增加。反映了第四系上组砂层水比下组的更适宜饮用。

（5）富水性、渗透系数及矿化度呈正相关关系。反映了第四系地下水流场不仅连通性好，而且动水力交换频繁。

4 沉积环境与富水性

井田的河流相含水层原始沉积环境为河床和河漫滩。河床环境沉积物以砾石成分为主，且砾石的粒度变化范围很宽，河床沉积物不仅孔隙度大，而且孔隙之间连通性好，导致其单位涌水量和渗透系数都很大；河漫滩环境沉积物以砂石成分为主，且砂石的粒度变化范围也很宽，河漫滩沉积物孔隙度较大，而且孔隙之间连通性较好，导致其单位涌水量和渗透系数都较大。

井田的湖泊相含水层原始沉积环境为浅湖。浅湖环境沉积物以粉砂质和泥质为主，且连续性好，这就导致其单位涌水量和渗透系数都很小。

5 结论

岱庄井田的原始沉积环境决定了其沉积相特征，从而控制了井田的含水层富水性和渗透性特征；第四系上组地层为河流相沉积，下组地层为湖泊相和河流相交替沉积；河流相砂层为强富水性，湖泊相砂层为弱富水性，且前者比后者渗透系数及矿化度高；第四系地下水由浅至深矿化度降低，含盐量增高，上组含水层比下组含水层更适合做饮用水。