陽城井田水文地質特點探析論文
陽城井田水文地質特點探析論文
1 區域水文地質特徵
陽城井田在區域構造位置上處於魯西南棋盤格式構造的東北部，東為孫氏店斷層，西為嘉祥斷層，南為鄆城斷層，北為汶泗大斷層所圍截。據石油部門的資料，該井田處於汶上凹陷內，汶上凹陷的東邊是寧陽凹陷，西邊是布山凸起，拳鋪凹陷，南邊自東往西是兗州凸起，濟寧凹陷和嘉祥凸起。汶上凹陷的北邊是東平凸起，再往北就是泰山凸起帶，因此汶上凹陷在區域上是一個半封閉的水文地質單元。見圖 1.
2 井田水文地質特徵
陽城井田處於汶上凹陷區的西北角，北面、東面、和南面為汶泗支斷層F2及F1、F3所圍截，西面是煤系地層露頭。
F2斷層落差> 500m,F3斷層落差> 2000m,可能為嘉祥斷層或嘉祥支斷層。F1斷層為井田東部邊界斷層，落差> 1000m,東盤上升，新生界以下下古生界地層出露。井田的北邊、東邊、南邊邊界以外推測均為下古生界寒武、奧陶系地層。就地下水的徑流補給特徵而言，井田基岩含水層系統在水平方向上具有較好的側向補給條件。
3 含水層及隔水層
3.1 第四系
井 田 內 鑽 孔 揭 露 厚 度 197.30~337.10m, 平均 225m. 結 合 地 震 資 料， 第 四 系 松 散 層 厚 度150~350m,一般厚度 250m.依據巖性組合及含隔水特徵，自上而下可分為上、中、下三組。陽城井田內第四系鬆散層中均有多層穩定的黏土隔水層，這就有效地隔絕了地表水、大氣降水對基岩含水層的直接補給，也隔絕了第四系鬆散層上、中、下各組之間的水力聯絡。
3.2 石盒子組
孝婦河泥岩段和奎山砂岩段厚 0~455.00m,由雜色泥岩、灰色粉砂岩等隔水層與灰綠色細砂岩含水層組成。砂岩含水層 1~27層，平均砂泥岩厚度比為 0.53;底部“奎山砂岩段”的中細粒砂岩、中粗砂岩及含礫粗砂岩，厚度2.80~25.65m,平均 10.17m.“奎山砂岩段”為弱含水層，距 3 煤層平均 278m,一般不會對 3 煤層開採產生直接影響。
萬山泥岩段與黑山砂岩段厚 0~226.00m,上部萬山泥岩段為厚層雜色泥岩，灰綠色、灰紫色粉砂岩等，其中夾中細粒砂岩；下部淺灰色中粗粒砂岩、中厚層雜色泥岩、灰至灰綠色粉砂岩、泥岩等。全組砂岩含水層與泥岩、粉砂岩隔水層不等距相間，砂岩含水層有 10 層左右。底部黑山砂岩段分選性較差，灰至灰綠色中粗砂岩或含礫粗砂岩（分界砂岩），厚 1.27~17.50m,平均 5.29m,該段砂岩屬弱含水裂隙含水層。黑山砂岩段下距 3 煤層 42.73~92.43m,平均 65.00m.
3.3 山西組
厚 66.00~110.00m,平均 92.00m.由砂岩、粉砂岩、泥岩及煤層組成。砂岩含水層與泥岩粉砂岩隔水層相間，全組砂岩一般 6 層，砂岩、泥岩厚度比 0.54.對 3 煤層開採有影響的直接充水含水層是3 煤頂板砂岩，統計 3 煤層頂部 80m 以內的砂岩有3~12 層，平均 6 層，總厚度 13.80~48.10m,平均厚度 31.69m.山西組 3 煤層頂板砂岩含水性弱，有一定的動儲量，但補給較差。
3.4 太原組
厚度 160.00~175.00m,平均 165.00m,由多層薄層石灰岩溶裂隙含水層，細砂岩裂隙含水層及粉砂岩、黏土巖隔水層以及多層薄煤層組成。其中對開採3煤、16煤、17煤有影響是三灰、十下灰和十一灰。
三灰厚2.21~5.00m,平均4.01m,富水性不均一，距 3 煤層 49.00~58.00m,平均 54.00m,其間含水層不發育，含隔水層厚度比 0.18~0.43,平均 0.29m.
十下灰和十一灰分別是 16 煤和 17 煤的頂板。十下灰平均厚度 5.50m, 十一層灰巖平均厚度 1.26m.這兩層灰巖富水性均為弱 ~ 較弱，其本身在開採 16 煤、17 煤時充水影響不大，真正對開採 16 煤、17 煤造成威脅的是下伏區域性強含水層奧陶系灰巖。
3.5 本溪組
厚度 25.00~30.00m.上部為薄層石灰岩、白雲質灰巖，下部為泥岩、黏土巖、鐵質泥岩。鑽孔簡易水文消耗量 0~0.12m3/h,井田內未見漏水鑽孔，結合區域資料，正常情況下，本溪組可視為相對隔水層段。
3.6 奧陶紀馬家溝組
為中厚層狀石灰岩等，奧陶系灰巖是區域性強含水層，但富水性不均一。
4 斷層導水性
斷層導水性取決於諸多因素，主要是斷層的性質、落差、斷距大小、斷層帶的物質組成、破碎程度及膠結狀態等。其次是斷層兩盤的巖性，主要含水層的富水性，水頭值的大小；另外，採掘活動也能改變斷層的導水性。
陽城井田構造複雜程度中等，地震解釋斷層124 條，地質綜合採用 67 條，其中落差大於 50m的 45 條，落差小於 50m 的 22 條（見圖 2）。按斷層的走向可分為三組，NE 向、NW 向及 EW 向，其中 NE 向最為發育，如井田內的 F1、季莊斷層、陽城壩斷層，延展距離長，落差大。根據區域性的斷層力學特徵，NE、NW 走向的斷層多為壓扭性或張扭性，而壓性、壓扭性斷層往往具有阻水性質，張扭性斷層雖具有導水性質，但主要還是決定於斷層兩盤的巖性。當斷層呈階梯狀同向排列時，位於斷層上盤的 3 煤層就與下盤的太原組灰巖，奧陶系灰巖相接近或對口接觸。當斷層相向及相背組合成地塹或地壘時，位於地塹內的 3 煤層及位於地壘外側的 3 煤層，在斷層落差大於 50m 時，其與煤層對口相接的即為太原組灰巖或奧陶系灰巖含水層。
5 充水因素分析
陽城井田裂隙發育程度有由淺向深部逐步減弱的.規律，同一含水層的富水性在垂直方向上同樣存在著淺強深弱的分帶特點。
對開採 3 煤層的直接充水含水層是 3 煤層頂板砂岩，就砂岩層本身而言，含水性較弱。當透過基岩風化帶，採掘活動後的導水裂隙帶從第四系下組古河道砂礫層和其它含水層獲得補給，這取決於滲透途徑的長短，砂岩裂隙的發育程度。通常情況下，工作面水量很小，有時頂板砂岩還賦有少量脈狀裂隙水，少數工作面開採時引起頂板脫落，脈狀裂隙水洩出，造成工作面充水，因無水源補給而易於疏幹。
地質構造對礦井湧水的影響是複雜的，是由多種因素決定的，當 3 煤頂底板砂岩與灰巖含水層因斷層對接，則形成以砂岩為導水通道，以灰巖水為側向補給源的充水因素。當斷層斷薄 3 煤層與三灰的正常間距，三灰水頭值超過“安全水頭值”,岩溶水就直接被導通而造成突水。3 煤底到 3 灰之間多為粉砂岩及泥岩，開採 3 煤層，-750m 水平時，三灰水對 3 煤底板的水頭壓力為 7.8MPa,當其它不利因素（巖體完整性，間距等）同時具備時，這種情況下是較容易突水的。3煤底板到三灰間距正常，但底板下有隱伏岩溶陷落柱時，發生突水往往不易察覺。透過頂板砂岩段的斷層，一定條件下也可造成第四系下組砂礫層水對頂板砂岩的直接充水。
6 結論
陽城井田處於一個半封閉的水文地質單元內有側向補給的開放塊段。第四系鬆散層中有多層穩定的厚層黏土層；煤系地層又由多層含隔水層相間組成，含水層總厚度小於隔水層，地下水垂直方向滲流差，徑流滯緩。地下水徑流不暢，補給不良。開採 3 煤層直接充水水源為頂板砂岩裂隙水，主要補給來源是奧陶系石灰岩水、太原組石灰岩水及第四系下組砂礫層水，途徑是透過基岩風化帶以及斷層帶使上下含水層對口相接或相近，滲透補給煤層頂板砂岩含水層。結合 3 煤層頂板砂岩漏水情況和水文地質試驗資料，在開採 3 煤文地質條件應屬裂隙水礦床簡單 ~ 中等型別。十下灰和十一灰分別是 16煤和 17 煤的頂板，其富水性均為弱-較弱，本身對開採 16 煤和 17 煤時充水影響不大，兩層煤的直接底板均以泥岩為主，隔水性較好。真正對開採 16煤和 17 煤造成威脅的是下伏富水性強的奧陶系灰巖，其距 17 煤約 50m.因此，開採 16 煤和 17 煤水文地質條件應屬裂隙岩溶水礦床中等型別。
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