常青鋒，劉宗斌

(陜西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710100)

陜北三疊紀煤田子長礦區(qū)澗峪岔勘查區(qū)水文地質(zhì)特征及充水因素分析

常青鋒，劉宗斌

(陜西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710100)

[摘要]澗峪岔勘查區(qū)的煤系地層為上三疊統(tǒng)瓦窯堡組，主要可采煤層為5號煤層和3號煤層，煤層直接充水含水層為延安組底部、瓦窯堡組內(nèi)煤層頂板承壓含水巖組以及部分風化裂隙含水層。充水水源主要有大氣降水、地表水、地下水、老窯及采空區(qū)水。充水途徑有天然充水途徑和人為充水通道。

[關(guān)鍵詞]水文地質(zhì)特征；充水因素；充水通道；澗峪岔勘查區(qū)

1勘查區(qū)概況

澗峪岔勘查區(qū)位于陜西省延安市子長縣北部。南距子長縣城約20 km，南距延安市約75 km，東北距榆林市約208 km?？辈閰^(qū)東西寬約21 km、南部長約22 km，勘查面積278.72 km2。本區(qū)位于陜北黃土高原腹地，屬典型的黃土高原地貌景觀，大陸性暖溫帶半干旱氣候?？辈閰^(qū)分為澗峪岔河和玉家灣河兩個水系，屬于黃河的二級支流。澗峪岔河和玉家灣河為常年性流水，水量季節(jié)性變化顯著，7～9月份豐水期，流量占全年總流量的60%。據(jù)水質(zhì)分析資料，河水礦化度0.7～1.8 g/L，屬淡水～微咸水，總硬度0.55～1.45 g/L，pH值為7.89～8.35，水質(zhì)為HCO3—Ca·Mg和Cl—Ca·Mg型。其支流為溝流，均為季節(jié)性溝流，豐水期(7～9月)溝谷有水，枯水期溝谷干涸。

2水文地質(zhì)特征

本區(qū)大地構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地之伊陜斜坡中部，構(gòu)造形態(tài)總體為向北西方向緩傾的單斜構(gòu)造，局部發(fā)育寬緩的波狀起伏。斷裂構(gòu)造不發(fā)育。

勘查區(qū)內(nèi)地表絕大部分被第四系和新近系松散沉積物覆蓋，只要在較大的溝谷內(nèi)出露少許基巖。地層由老至新依次為三疊系上統(tǒng)永坪組(T3y)、三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組(T3w)、侏羅系下統(tǒng)富縣組(J1f)、侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)、新近系靜樂組(N2j)及第四系中更新統(tǒng)離石組(Q2l)、第四系上更新統(tǒng)馬蘭組(Q3m)、第四系全新統(tǒng)沖積層和滑坡堆積層(Q4)。

2.1含水性及其富水性

依據(jù)地下水的賦存條件、巖性特征、分布、巖性組合及含水層水力特征、埋藏條件等，區(qū)內(nèi)地下水分為第四系沖、洪積層孔隙潛水；第四系中上更新統(tǒng)孔隙裂隙潛水；基巖裂隙水；新近系上新統(tǒng)靜樂組紅粘土、下侏羅統(tǒng)富縣組含礫泥巖為主要隔水層。

2.1.1第四系全新統(tǒng)沖、洪積層孔隙潛水含水層(Qhal+pl)

呈帶狀分布區(qū)內(nèi)河谷的一級階地、高漫灘和人工修筑的壩體內(nèi)，隨著河流蛇曲分割，分布不連續(xù)。主要由粉質(zhì)粘土(下部為礫石層)，砂質(zhì)粘土組成，厚度1.5～5.5 m。因巖層孔隙度大，導(dǎo)水性強，易于接收大氣降水補給，富水性弱。水質(zhì)類型多為HCO3·SO4-Ca·Mg型，礦化度0.65～1.85 g/L。

2.1.2第四系中上更新統(tǒng)孔隙裂隙潛水(Qp2l+3m)

分布于溝谷以上的梁峁地帶，梁峁區(qū)厚，溝谷區(qū)變薄。巖性為淺黃色砂質(zhì)粘土或粉土，土質(zhì)疏松、具蟲孔，垂直節(jié)理發(fā)育，鉆孔揭露厚度0.00～137.71 m。由于區(qū)內(nèi)沖溝極為發(fā)育，地形破碎，黃土層儲水條件差。該潛水含水層一般以第三系紅色粘土為底板，因而含水層的分布和厚度取決于地貌條件和該粘土層分布的空間位置、產(chǎn)狀。該層含水層接受大氣降水補給，向溝谷徑流，多以面狀或條帶狀出水點的形式從溝谷內(nèi)滲出地表，補給地表水。一般泉流量0.01～0.15 L/s，水質(zhì)多為HCO3·SO4—Ca·Mg型，富水性弱。

2.1.3新近系上新統(tǒng)靜樂組隔水層(N2j)

廣泛分布于溝谷中、上游中上更新統(tǒng)黃土下部，巖性為棕紅色、紫紅色粘土，含多層鈣質(zhì)結(jié)核，夾有透鏡狀砂礫石層，磨圓度中等，泥質(zhì)膠結(jié)。表層風化呈塊狀，易剝落，遇水易碎，鉆孔揭露厚度0.00～155.40 m，平均厚64.19 m。粘土致密，透水性弱，為良好的隔水層。在局部地段，該層底部有2～3 m左右的半膠結(jié)的砂礫石層，其內(nèi)有泉水出露，但流量較小。

2.1.4侏羅系中統(tǒng)延安組孔隙裂隙含水巖組(J2y)

出露于勘查區(qū)南部紅石峁溝、橋兒溝等溝谷底部，北部僅在較大溝谷內(nèi)有零星出露，巖性為灰白色中厚層細、中粒砂巖夾灰黑色砂質(zhì)泥巖，深灰色粉砂巖。砂巖為孔隙式膠結(jié)，具小型斜層理和波狀層理，鉆孔揭露厚度11.85～187.25 m，平均厚度80.42 m。粉砂巖、泥巖裂隙稀少。厚層泥巖及粉砂巖中夾薄層硬脆性砂巖，巖石破碎，垂直于層面裂隙相對發(fā)育，寬度1～4 cm，無充填現(xiàn)象。該層接受大氣降水及地表水垂直滲入補給。在溝谷一帶以侵蝕下降泉的形式排出地表，泉流量0.023～1.19 L/s。深部微風化及未風化巖層裂隙不發(fā)育，滲透性差，富水性弱。據(jù)鉆孔抽水資料(見表1)，水位標高在1 047.22～1 173.16 m，涌水量0.003～0.046 L/s，單位涌水量0.001 L/s·m，滲透系數(shù)0.000 7～0.004 6 m/d，水質(zhì)類型為： SO4·Cl·HCO3-Mg·Ca與Cl·SO4-Na型，pH值8.36～8.81，溶解性總固體1 428～1 465 mg/L，屬微咸水。

2.1.5下侏羅統(tǒng)富縣組(J1f)

該組地層地表未見出露，在勘查區(qū)內(nèi)分布不穩(wěn)定，根據(jù)鉆孔揭露，該組主要發(fā)育在勘查區(qū)的中西部，東部不發(fā)育，厚度在0.00～39.60 m之間，平均11.29 m。巖性為一套灰褐色、灰綠色等雜色泥巖、含礫泥巖，底部為1～3 m的礫巖、含礫中、粗粒砂巖。由于該組地層以泥巖為主，多以泥質(zhì)膠結(jié)，致密，透水性差，為良好的隔水層。

2.1.6三疊系上統(tǒng)瓦窯堡組孔隙裂隙含水巖組(T3w)

該組巖層出露于勘查區(qū)東南部的路家塌及其支溝內(nèi)，巖性以細—中粒砂巖為主。鉆孔揭露厚度271.10～401.80 m，可分為上、中、下三個含水巖段：

上段自5號煤底至瓦窯堡組頂面，該層為5號煤層的直接充水含水層。巖性為巨厚層中、細粒砂巖，灰-灰黑色粉砂巖，砂質(zhì)泥巖，油頁巖夾泥巖薄層，該段厚度36.90～120.50 m?？辈閰^(qū)東南部，出露地表殘留不全，部分地地段已剝蝕至5號煤以下。據(jù)抽水資料(見表1)，水位埋深11.16～135.16 m，水位標高1 113.33～1 177.63 m，涌水量0.010 9～0.14 L/s，單位涌水量0.001～0.003 6 L/s·m，滲透系數(shù)0.000 6～0.005 1 m/d，富水性弱。水質(zhì)類型為：Cl·SO4-Ca·Mg與Cl·HCO3-Na型，pH值7.37～11.63，溶解性總固體841～1 423 mg/L，屬淡水～微咸水。

中段自3-3號煤底至5號煤底，巖性為灰白～灰黑色粗-細粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及煤層，部分砂巖孔隙膠結(jié)，具水平及波狀層理，厚65.66～131.26 m，平均101.50 m。該層段滲透性差，富水性弱。據(jù)抽水結(jié)果(見表1)，水位埋深35.51～142.54 m，涌水量0.033～0.18 L/s，單位涌水量0.000 4～0.002 7 L/s·m，滲透系數(shù)0.000 5～0.006 9 m/d，水位標高1 079.10～1 136.73 m。水質(zhì)類型為：Cl·SO4-Ca·Mg為主，pH值7.40～8.30，溶解性總固體1 078～1 451 mg/L，屬微咸水。

表1　抽水試驗成果表

下段自3-3號煤層組底部至瓦窯堡組底部，巖性以灰色、深灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，夾有薄～中厚層中粒砂巖和細粒砂巖；砂泥質(zhì)膠結(jié)，巖石致密，巖芯完整，裂隙不發(fā)育；該層段滲透性差，富水性弱，水力交替緩慢。

2.2地下水補給、徑流、排泄條件及動態(tài)變化

區(qū)內(nèi)地下水主要以大氣降水補給為主，本區(qū)降水量年際、月際變化均較大。據(jù)氣象資料，多年平均降雨量470.6～589.5 mm，且主要集中在7、8、9月，占全年降雨量的55～65%，降雨形式多為雷雨和暴雨，對地下水的補給十分不利。另外，由于區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育，地形切割強烈，植被稀少，降水大部分以地表徑流排泄。補給量的多少，因各含水層所處的地貌單元及埋藏條件不同各有差異。

第四系沖、洪積層潛水主要沿溝谷分布，靠近地表水體，富水性中等，與大氣降水和地表水關(guān)系密切，豐水期接受大氣降水及河水入滲補給，枯水期反向補給河水。

第四系黃土孔隙、裂隙潛水含水層廣泛分布于梁峁地帶，大氣降水是唯一的補給來源。水量小，地下水自分水嶺處向溝谷方向徑流，多于溝腦部位及溝底溝床附近以面狀、帶狀出水點或泉的形式滲出地表。在下伏地層第三系紅色粘土層的隔水底板缺失時，黃土孔隙、裂隙含水層直接與下伏基巖接觸，此時有部分地下下滲補給基巖含水層。

基巖含水巖層在裸露區(qū)接受大氣降水及地表水的補給，部分接受上部潛水的垂向補給，總體沿地層傾向由東向西緩慢徑流。在當?shù)厍治g基準面以上的部分，在溝谷內(nèi)裂隙發(fā)育地帶以侵蝕下降泉的形式排出補給地表水；侵蝕基準面以下，因受上覆泥巖、粉砂巖隔水層影響，形成承壓水，富水性弱，徑流速度緩慢。

總之，區(qū)內(nèi)大氣降水補給地下水，地下水補給地表水?；鶐r構(gòu)造裂隙在風化營力作用下擴大加深，為地下水提供一定的賦存空間，淺層地下水補給條件好，水量相對較大，動態(tài)變化也大；深層水補給條件差，水量小，動態(tài)變化不明顯，地下水隨深度增加礦化度逐漸升高，反映出地下水交替速度十分緩慢，幾乎到滯流狀態(tài)。

2.3地下水水化學類型

區(qū)內(nèi)地下水水化學類型平面上受地貌和巖性的控制，礦化度在梁峁區(qū)及河谷區(qū)大部地段小于1 000 mg/L，僅在澗峪岔鎮(zhèn)西部地段礦化度大于1 000 mg/L。垂向上隨深度增加，沉積時代變老，風化作用由強變?nèi)?，裂隙由密變疏，地下水運動速度變緩，交替不暢，水化學類型由簡單變?yōu)閺?fù)雜，由HCO3逐漸向HCO3·SO4鹽轉(zhuǎn)化，礦化度逐漸升高。

第四系地下水循環(huán)條件好，直接受大氣降水補給，一般為無色、無味、透明度好，水質(zhì)類型以HCO3—Ca·Mg型為主，pH=6.0～8.0，礦化度小于1 000 mg/L，屬淡水～微咸水。

基巖水，水力交替較弱，礦化度隨深度的增加而增大。水質(zhì)類型為Cl·SO4-Ca·Mg與Cl·HCO3-Na型，pH=7.3～11.6,溶解性總固體668～1 451 mg/L，屬淡水～微咸水。鉆孔中水的硬度(以CaCO3計)值：90.31～900.38 mg/L，屬軟水～超高硬水，且表現(xiàn)出隨埋深越大，水的硬度越高的特點。

3充水因素分析

3.1充水水源

3.1.1大氣降水

勘查區(qū)屬溫暖帶半干旱氣候，降水量少，據(jù)子長縣氣象資料，多年年平均降水量278.6～796.6 mm，大氣降水主要集中在7、8、9月，約占全年降水量的60%以上，因區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，地表坡降比大，透水性差，大氣降水主要形成地表徑流，少量滲入補給地下水，對礦床開采不會造成大的危害。

3.1.2地表水

勘查區(qū)內(nèi)地表水主要為北部的澗峪岔河、東南的玉家灣河和西南的紅石峁溝，其次為這三條主溝的大小支溝。澗峪岔河、玉家灣河均為常年性河流，據(jù)填圖水文觀測資料，澗峪岔河南溝岔鎮(zhèn)陽坪大隊觀測點枯水期最小斷面流量為0.008 m3/s，豐水期最大斷面流量為0.36 m3/s；玉家灣河玉家灣鎮(zhèn)路家坪村觀測點枯水期最小斷面流量為0.033 m3/s，豐水期最大斷面流量為0.136 m3/s。

區(qū)內(nèi)無較大構(gòu)造，在煤層埋藏較淺地段，地表水僅通過基巖風化裂隙與煤層頂板導(dǎo)水裂隙溝通向礦坑充水，成為礦坑的間接充水水源。

3.1.3地下水

含煤巖系上覆地層及自身含煤地層含水層中的地下水，即第四系孔隙潛水、延安組孔隙裂隙水及瓦窯堡組孔隙裂隙水是礦井長期、穩(wěn)定的充水來源。尤其是，煤層頂?shù)装搴畬又械牡叵滤切纬蓪淼V井涌水的直接充水水源。

3.1.4老窯及采空區(qū)水

由于區(qū)內(nèi)東南部煤層埋藏淺，便于人工開采。八十年代，在東南部5號煤層露頭線及北部澗峪岔河道溝谷內(nèi)，存在零星的采點，現(xiàn)均已廢棄，并由于河道的沖刷及人類活動，這些采點均無法找到痕跡。據(jù)走訪了解，這些采點是當?shù)鼐用駷榱松钣妹貉孛簩勇额^進行的無序采挖，采深均在幾米到幾十米，對區(qū)內(nèi)煤層的破壞甚微。但是形成了采空區(qū)和老窯水，當臨近以往小采點因采空形成的集水區(qū)時，應(yīng)注意觀測礦坑涌水量變化，引起高度重視。

3.2充水通道

3.2.1天然充水途徑

對礦井有影響的天然充水途徑有巖層的孔隙裂隙、斷裂構(gòu)造、巖溶孔洞及巖溶陷落柱等。區(qū)內(nèi)孔隙裂隙充水巖層構(gòu)成了煤層的直接頂?shù)装?，是煤礦采掘工作直接揭露的含水層。由于其富水性較弱，其充水形式為淋水、滴水或滲水，水量一般不大。當無其它水源補給時，單個出水點的水量隨時間而減少，礦井涌水量初期隨巷道掘進長度和回采面積進一步增加，礦井涌水量無明顯增大，甚至略有減少。當?shù)钠渌囱a給時，礦井涌水量可能較大，甚至構(gòu)成水害。

斷裂構(gòu)造對礦井充水的影響主要指斷層的儲水和導(dǎo)水對礦井構(gòu)成的影響。區(qū)未發(fā)現(xiàn)有較大斷裂和褶皺，亦無巖漿活動痕跡，僅基巖頂部風化裂隙較發(fā)育，煤層底板局部有寬緩的波狀起伏，因此，斷裂構(gòu)造對礦井的充水影響微小。

3.2.2人為充水通道

人為因素對礦井充水的影響，既包括產(chǎn)生新的充水水源和通道，也包括改變水文地質(zhì)條件及影響礦井充水程度等。影響礦井充水的人為因素有鉆孔導(dǎo)水、采掘活動對煤層頂、底板的破壞等。區(qū)內(nèi)不同時期施工的鉆多達400多眼，難免存在由于各種原因造成封閉不良或未封閉的鉆孔，其可形成溝通各水源涌入礦坑的直接通道。因此在后期煤礦開采過程中，注意區(qū)內(nèi)鉆孔位置，注意鉆孔導(dǎo)水事故的發(fā)生。

礦井開挖時，由于煤層采空后，形成的頂板冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶，溝通上部含水層，將是地下水進入巷道的主要通道。

4結(jié)語

通過對勘查區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件和礦井充水因素分析,評價了礦井充水因素和充水含水層的富水性,確定了澗峪岔勘查區(qū)水文地質(zhì)條件屬以裂隙充水為主的水文地質(zhì)條件簡單類型；主要充水水源為煤層頂?shù)装搴畬又械牡叵滤?；勘查區(qū)東部煤層淺埋區(qū)有少量的老窯水；主要充水通道有巖層的孔隙裂、封閉不良鉆孔及采煤形成的冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶。

[收稿日期]2015-11-06

[作者簡介]常青鋒(1980-)，男，陜西蒲城人，工程師，主要從事煤田地質(zhì)工作。

[中圖分類號]P641.4+3

[文獻標識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)03-0203-03