川南某矿产勘查区二叠系阳新统灰岩水文地质特征研究

2024-01-08黄继杨磊李宝玉司晓芳王俊

四川地质学报 2023年4期

黄继，杨磊，李宝玉，司晓芳，王俊

（1.四川省地质调查研究院，成都 610072；2.四川省能源地质调查研究所，成都 610072）

勘查区位于古蔺县大村镇、土城乡、二郎镇境内，属川南煤田古叙矿区，筠连凹褶束东段二郎坝向斜，面积32.24 km2。上二叠统龙潭组赋存煤、煤层气、硫铁矿，深部赋存页岩气。

阳新统石灰岩为煤矿层底板，上距C25煤层0.20～9.48 m，平均3.19 m，中间为粘土岩及硫铁矿层，受采动影响，难起隔水作用，会直接充水。据调查访问，大村偏岩子71 号老窑开采C25煤层，1980 年洪水季节发生底板突水死亡3 人。开采C25煤层矿井涌水量20～96 m3/d，最大达150 m3/d。勘查中未揭露阳新统灰岩溶隙和暗河，阳新统灰岩厚度大，补给广，矿井运输巷道设在此层，为矿井直接充水含水层;对未来煤矿生产安全、煤炭地下气化选址以及煤层气开发造成影响。

1 勘查区相关地层概况

勘查区出露第四系外，出露侏罗系中统沙溪庙组-志留系中统韩家店组，地层总厚2 500 m 以上，阳新统灰岩及其上覆地层介绍如下:

1.1 二叠系龙潭组（P3l）

厚65.60～118.05 m，平均厚82.97 m。为浅灰、灰、深灰、灰黑色薄至中厚层状泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩和煤、炭质泥岩等互层组成。为隔水层，含煤8～28 层，可采煤层7 层。底部为灰色块状硬质高岭石粘土岩，岩石较均一，断口较平整或成贝壳状，致密坚硬，含大量黄铁矿细晶及结核，为硫铁矿层，其下偶见有茅口灰岩风化后残积角砾岩，与下伏茅口组假整合接触。地表出露泉45 个，标高707～1 214 m，流量0.04～0.454 L/s，平均流量0.196 L/s，地下水径流模数1.635 L/（s·km2），钻孔单位涌水量小于0.01 L/（s·m）。

1.2 二叠系阳新统

1.2.1 茅口石灰岩

厚196.71～249.67 m，平均228.77 m。为浅灰、灰色厚层-块状细-粗晶石灰岩，层中见燧石结核及似层状硅质条带。底部为深灰、灰黑色中厚层透镜状石灰岩，夹含砂泥质灰岩，越靠近底部其泥质灰岩愈多。

1.2.2 栖霞石灰岩

厚96.66～125.02 m，平均111.43 m。为灰、深灰色厚层状—块状生物碎屑亮晶灰岩，夹泥质灰岩，含燧石结核，岩石颜色自上而下由浅变深。顶部厚25 m 浅灰色、灰白色块状亮晶灰岩，底部为深灰色、灰黑色中厚层透镜状石灰岩，夹含砂泥质灰岩，靠底部泥质灰岩多，与下伏梁山组呈整合接触。

2 勘查区水文地质单元

勘查区位于二郎坝向斜，“赤水河至二郎坝向斜”水文地质单元，向斜轴两端扬起角5°～20°，中部在桑木坝—赤水河—二郞坝，埋深较大。

赤水河分支的九溪河成树枝状水系。赤水河从向斜中部将北东向展布二郎坝向斜深切成北东段和南西段两个次级水文地质单元。

勘查区南部二郎坝向斜与石宝向斜衔接段“新屋基-苏家坝”一线为分水岭；北部赤水河标高322.7 m，为最低排泄面，地下水、地表水由南向北径流。

勘查区中部九溪河为局部排泄基准面，标高480～780 m。二郎坝向斜东翼大尖山标高1 225.9 m、中部鸡公岭标高1 144.7 m、北西部泸家山1 233.9 m）为次级分水岭。地表水、地下水直接排泄进入赤水河；次级水文地质单元分水岭以南地表水、地下水排泄进入九溪河（九溪河水文地质单元），于九溪口汇入赤水河。

3 区内阳新统岩溶发育特征

该层顶部岩溶发育（图2），发生在距阳新灰岩顶面200 m 内钻具放空数量占总数91.66%，距离大于200 m 放空占8.34%左右。至阳新灰岩顶面距离小于200 m，溶孔、溶洞、溶蚀裂隙发育，大于200 m 时明显减少。

图2 蜀南地区二叠系阳新统古岩溶洞穴频率分布

该层在勘查区发育地下暗河13 条。对观音岩、龙洞塘、杜家渔洞、棺材洞共4 条暗河做连通试验，验证观音岩、龙洞塘、棺材洞连通，杜家渔洞暗河连通不明显。连通试验表明暗河及岩溶管道沿走向发育，大多接近阳新统顶部发育。

据对勘查区有影响的泉点标高和18 个钻孔观测，水位标高411.70～1 101.76 m，总体南东高北西低。出露泉水72 个，流量0.1～0.2 L/s，泉水多在谷坡或溶洼边缘出露。

勘查施工揭露阳新统76 个钻孔简易水文观测，揭穿该层50 m 以内，28%钻孔井液出现严重漏失（井液消耗量大于1 m3/h）或涌水现象，49-177 号钻孔在孔深333.70 m（标高446.41 m）涌水，涌水量0.24 L/s，水压0.10 MPa（水位标高789.87 m），水温16℃。抽水试验单位涌水量2.7×10-5～0.105 L/(s·m)；渗透系数2×10-5～0.125 m/d。

4 茅口组地下水化学特征

从表1 看出，地下水呈现低矿化度，PH 呈中偏碱性。地下水中SO42-浓度普遍较大，其来源于煤系地层底板硫铁矿层氧化作用下释放H+和SO42-，由于埋深大部大于200 m，处于还原环境，水质PH 呈中偏碱性，更多考虑地下水运移时不断溶解盐类，水中易溶盐类增加，矿化度增高，Na+增加是因SO42-·HCO3--Ca2+型水在流经途中，由于Ca2+的吸附能力大于Na+，水中Ca2+要与岩石中Na+进行阳离子交替吸附作用，使水中Ca2+被吸附在岩石表面，Na+进入水中，Na+增加。

钻孔56-193 与56-194，9-2 与9-3，23-146 与23-147 为同一条勘查线相邻两孔（图3），相距500 m左右，两个钻孔地下水化学类型相差大，矿化度相差3 倍以上（23-146 与23-147），SO42-离子浓度相差10 倍以上（56-193 与56-194）情况，体现了阳新统岩溶发育不均质性，反映沿岩层倾向方向水力联系弱。

图3 勘查区水文地质钻孔位置示意图

大气成因指数（MGI）对地下水来源有一定指向性，计算公式为（Na++K+-Cl-）/SO2-4，采用的离子浓度单位meq/L。

当MGI＜1 时，表示地下水来源于大气降水深层渗流，当MGI＞1 时，表示地下水来源于大气降水浅层渗流。MGI 结果显示，勘查区中北部阳新统地下水大部分来源于大气降水深层渗流补给。

钻孔阳新统地下水（Ca2++Mg2+）/HCO3-（各离子浓度单位为meq/L）)值大部分大于1，表明地下水补给来源较远，不是新鲜大气降水或者近距离地下水补给，是经过较强水岩作用。

以上水化学特征显示，勘查区中北部处于地下水径流——排泄区域，与中北部靠近区域排泄基准面（赤水河）有关，初步推测钻孔揭露阳新统灰岩地下水补给区在勘查区南部二郎坝向斜南扬起端，距离10 km 以上，埋深在500 m 以内，与补给区高程（约1 100m）相差174～550 m，地下水升温不明显，水温与多年平均气温（18℃）相近。