尔林兔普查区2煤开采的水文地质背景

1尔林兔普查区2-2煤层开采的水文地质背景魏捐鹏1，夏斐1，范立民2（1陕西省煤田地质局一八五队，陕西榆林719000；2陕西省煤炭地质测量技术中心，陕西西安710001）摘要：论述了尔林兔普查区水文地质特征及与主要可采煤层的关系，在此基础上，探讨了该区采煤对萨拉乌苏组地下水的影响，认为，普查区地下水资源较丰富，煤层埋藏深度适中，主要可采煤层上覆有较厚的隔水层，是采煤对地下水影响较小的地区，应尽快提高勘查程度，及早开发，促进陕北大型煤炭基地建设。关键词：水文地质背景；2-2煤层；萨拉乌苏组；保水采煤；尔林兔普查区中图分类号：文献标示码：文章编号：基金项目：陕西省软科学基金项目（2007KR18）。收稿日期：2007-12-26作者简介：魏捐鹏（1967-），男，陕西乾县人，1991年毕业于中国矿业大学，工程师，从事水文地质工程地质工作。0前言陕北煤炭基地是2005年国家确定的13个大型煤炭基地之一，该基地包括榆神矿区和榆横矿区，榆神矿区一、二期规划区均位于秃尾河流域，处于煤田东部边缘地带，煤田开采与地下水保护矛盾突出，存在供水水源不足、采煤容易造成地下水渗漏等问题[1，2]，保水采煤成为一、二期规划区开采的关键技术难题[3]。尔林兔普查区属于榆神矿区远期开发区，处于榆溪河流域，普查区煤炭资源总量75.95亿吨，主要可采煤层为2-2煤，资源量16.10亿吨，埋藏深度适中，煤层上覆有较厚的隔水层，采煤对萨拉乌苏组地下水影响小，是理想的采煤、保水、保护生态的地区，应优先开发利用[4，5]，以促进陕北煤炭基地建设持续健康发展[5]。针对上述问题，本文论述尔林兔普查区2-2煤开采的水文地质背景。1延安组2-2煤层覆岩的水文地质条件延安组2-2煤层覆岩主要包括新生界萨拉乌苏组、离石组、保德组和白垩系洛河组、侏罗系直罗组、延安组等。1.1含（隔）水层特征萨拉乌苏组冲湖积潜水含水层（Q3s）：基本上广泛分布于全区，地表出露呈片状、带状，面积较大。一般有风积沙层或冲积沙层覆盖，覆盖层厚度一般0.3～1m。含水层厚度较大，薄处0～4.90m，最大厚度69.94m，一般多在33m以上，北部及西南部较薄，中部较厚，尤以14-2、15-2孔一带最厚。水位埋深多在2～3m以内，大者5～8m，岩性以粉、细、中沙为主，夹亚沙土，局部夹淤泥或炭质层透镜体，属一套冲湖积相沉积层，以灰至黑灰色为特征，中下部固结性较好，分选差、较疏松、孔隙度较高，含水性较好，为本区两个主要含水层之一。据普查区以南相邻的耳林滩水源地详查资料，该含水层的厚度39.98～145.66m，钻孔单位涌水量0.2606～3.8105L/s·m，渗透系数0.637～5.726m/d，导水系数218.84～3143.84m2/d，单井涌水量最大可达3000m3/d以上，一般值1200m3/d左右。经对比初步认为，普查区萨拉乌苏组含水层厚度与富水性不及耳林滩区，但含水层厚度大于30m地区一般涌2水量达到几百立方米以上，故区内还是有相当量的地下水资源可供开采利用。当地居民家家户户均有自用小管井，有的农户多达2～3个，一般小管井深10m左右，生活用水极其方便卫生。本区居民、单位90%以上的PVC小管井均采此层水，一般井中有6～10m含水层即能满足一家人畜饮用并绰绰有余。当地水泥管井、PVC多管井主要采此层水。多管井最深者35m，浅者11m，一般20m左右井深即可满足小规模生产用水或农灌浇地。据填图期间对区内的1个抽水多管井实测，其水量为438.78m3/d。离石组黄土弱含水层（Q2l）：分布不连续，仅依肯托拉、屈家坬等地有孤立片状出露，钻孔揭露厚度0～33.07m，一般厚度10m多。北部、西部较薄，中部较厚。岩性以黄土、亚沙土为主，夹亚粘土，黄土较疏松、垂直节理较发育，局部夹钙质结核层，为弱含水层。保德组红土相对隔水层（N2b）：保德组岩性以棕红色粉质粘土为主，含不规则的钙质结核，局部底部含砾石层，最大厚度26.51m，总的以四周较薄，中部较厚。结构致密，为普查区相对隔水层。洛河组砂岩及风化带孔隙潜水～承压水含水层（K1l）：从已有资料看，该地层除在15-3、16-3和53号孔连线以东地带缺失外，其余大部分地区分布。并在北部啊包兔南、屈家坬、西葫芦素、杨家毛及西南部等地有小片状零星出露。厚度变化较大，最大180.17m。一般厚度90m。总体有由东南向西部厚度增大的趋势。岩性以棕红、紫红色细、中、粗粒长石砂岩为主，矿物成份以石英长石为主，厚层至巨厚层状，交错层理发育，泥质胶结，结构疏松，局部裂隙发育，特别是在顶部20m范围内，风化带岩石破碎、风化裂隙发育。该层是本区最主要含水岩（层）组，透水、含水性较强。埋藏深度0～92.27m。含水层底界距第一层可采煤层间距245m以上；距上部主要可采的2-2煤层间距312.02～344.05m，一般325m。砂岩地下水表现为潜水至承压水性质.在其露头区及厚度薄、埋藏浅的浅部表现为潜水，在其厚度大、上覆盖层厚度大埋藏深的地区，可能表现为承压水。本次调查开采此层的水井有12个，水井深度小管井7～23m，大管井100～140m。水位埋深一般3～10m，个别达80～85m。填图期间实测一个抽水机井，水量为380.43m3/d。普查区以南不远的耳林滩水源地，此层含水层厚度0～163.70m,水文孔单位涌水量0.032～0.875L/s·m,渗透系数0.0915～2.13m/d，导水系数26.71～203.05m2/d，单井涌水量117～1560m3/d，个别点大于2000m3/d，一般1000m3/d左右。安定组裂隙承压水含水层（J2a）：全区皆有分布，厚度90.44～144.03m，一般厚度116m左右，砂岩含水层厚度一般20～40m,是一套紫色、紫杂色砂岩，具交错层理，裂隙不发育，富水性极差。据邻区抽水资料，q=0.0041～0.054L/s·m，K=0.0056～0.205m/d，矿化度小于0.3g/L，水化学类型为HCO3-Ca·Na型水。直罗组裂隙承压水含水层（J2z）：据钻孔揭露,地层厚度66.80～219.92m,一般厚度160m左右,含水层厚度一般30～60m，含水层为下部浅灰至灰白色中粒巨厚层状长石石英砂岩。交错层理发育，胶结疏松，据邻区抽水资料，Q=0.298～5.243L/s，q=0.011～0.1666L/s·m，K=0.04～0.39m/d,矿化度小于0.4g/L,为HCO3-Ca、HCO3-Ca·Na或Cl·SO4-Na型水。此层为本区上部可采煤层的直接至间接充水含水层。延安组裂隙承压水含水层（J2y）：为本区含煤地层，地层厚度206.15～310.45m，一般厚254m左右。含水层岩性以灰色细粒砂岩及中粒砂岩为主。含水层厚度26.90～121.60m，富水性弱至极弱，且极不均一，层位越深富水性越弱。据区域资料，矿化度0.213～10.121g/L，3水化学类型为HCO3-Ca、HCO3-Ca·Na、Cl·SO-Na型水。侏罗系隔水层组：侏罗系中统安定组（J2a）的中上部及直罗组（J2z）的中上部,多有大段的泥岩、砂质泥岩、粉砂质泥岩等泥质岩类及其互层组成的岩段，其岩性较致密；侏罗系中统延安组（J2y）的煤层间也有大段泥质岩类及其互层组成的岩段。它们为基岩中的隔水层。1.2地下水的补给径流排泄条件萨拉乌苏组潜水主要接受大气降水补给，地表广覆的松散层对于入渗补给极为有利。大气降水除少量蒸发外，几乎全部下渗补给了潜水。邻区的潜水侧向径流也是潜水补给来源之一。此外，也有少量沙漠凝结水补给。潜水的径流主要受地形及基岩起伏的影响，一般地表、地下水分水岭基本一致，多自分水岭向两侧沟谷区或低洼地带运移汇集，以渗流形式排泄，补给河水，或于低洼地带渗流形成海子、水塘（马槽井）等。此外地表水的垂直蒸发、植物蒸腾，尤其是人工开采、农业灌溉也是潜水排泄形式。基岩水主要接受区域侧向径流补给及上部潜水的越流补给，基岩裸露区或松散层甚薄的地区，也可直接接受大气降水补给。第四系潜水垂向补给，也是重要的补给来源。基岩水主要顺岩层倾向方向往深部径流运移，部分通过“天窗”以顶托形式排泄补给上部含水层，并有少量的人工开采形式排泄。2延安组2-2煤层开采的水文地质背景2.2萨拉乌苏组潜水与2-2煤层的空间关系萨拉乌苏组潜水含水层与煤层埋藏深度关系：据已有资料，第四系松散沙层潜水含水层底界深度4.40～69.94m,一般37m左右。区内上部最主要可采的2-2煤层埋深327.74～539.75m，一般454m。总体呈由东向西逐渐变深的趋势（图1）。由此可见，松散沙层潜水埋藏甚浅，开采煤层埋藏较深。潜水含水层与开采煤层间距关系：据统计2-2煤层顶板与潜水含水层底界间距，其最小值308.17m，最大值530.65m，平均值409.01m，东南部较小，向西逐渐增大（图2）。松散沙层潜水一般不会成为开采煤层的充水水源。上覆基岩厚度与导水裂隙带关系：经计算，2-2煤层冒落带最大高度19.60m，导水裂隙带最大高度仅为74.11m。但区内2-2煤层上覆基岩厚度，最小308.17m，最大512.04m，平均393.23m。总体呈由东部向西部厚度增大趋势（图3）。由此可见，2-2煤层上覆基岩厚度是导水裂隙带最大高度的5.3～6.9倍，一般情况下导水裂隙带波及不到基岩顶面，不可能勾通松散层潜水。2.2隔水层与2-2煤层空间关系图12-2煤层埋藏等深线图4图42-2煤层与洛河组基岩含水层等间距线图图32-2煤层上覆基岩等厚线图图22-2煤层与潜水含水层等间距线图保德组红土隔水层：岩性以棕红色粉质粘土为主，最大厚度26.51m，因其岩性较致密硬塑，为2-2可采煤层与松散层间一个较良好的隔水层。缺点是分布不连续、厚度不稳定。基岩顶部风化岩带弱隔水层：本区基岩风化带厚度9.00～48.70m，一般35m左右，强风化带厚度一般10m以内。岩性以细粒砂岩为主，局部有砂质泥岩、粉砂岩。岩石遭受长期风化后，矿物成分发生变化趋于粘土化，粘土矿物含量增加，风化残余物充填裂隙，阻塞弥合了原有的裂隙通道，浸水后易迅速崩解并压实弥合，具有一定的可塑性，逐渐丧失了导水作用，使基岩风化带逐渐变成一种半封闭至封闭状的储水空间，其富水性、导水性极弱，具有一定的隔水性能。综上所述，由于本区煤层埋藏较深，可采煤层与含水层间距较大、开采煤层上覆基岩厚度大，冒裂带影响不到基岩顶面，且又有松散层底部及基岩风化带形成的隔水层阻隔，故松散沙层潜水不会成为矿井充水水源，煤层开采形成的冒裂带也不会勾通松散层潜水，更不会对潜水形成破坏作用。2.3洛河组含水层与2-2煤层关系洛河组基岩含水层底界与煤层埋深关系：洛河组含水层底界深度0～200.94m,一般130m左右。而2-2煤层埋深一般454m。显然，一个埋深较浅一个埋深较大。洛河组含水层与2-2煤层间距关系：2-2煤层顶板与洛河组基岩含水层底界间距，最小294.02m,最大344.05m，一般325m左右，间距变化不大，总的趋势是东北部和西南部较大（图4）。如此大的间距，足可保证此层基岩水不会成为煤层的充水水源。2-2煤层上覆基岩厚度与导5水裂隙带关系：上述2-2煤层顶板与洛河组基岩含水层底界间距，也就是此层基岩含水层之下2-2煤层上覆基岩厚度，它是煤层导水裂隙带最大高度的4.4倍。这个值表明开采2-2煤层冒裂带不会波及到此层基岩含水层，即此层基岩水不会威胁2-2煤层的开采。2-2煤层与洛河组基岩含水层间的隔水层：据粗略统计，作为基岩主要含水层的洛河组含水层之下的安定组（J2a）地层中，泥岩、粉砂岩类隔水层累计厚度48.36～79.93m,它在地层中比例低者41%、高者66%，一般55%以上；直罗组（J2z）地层中隔水层累计厚度，小者89.13m,大者268.51m,隔水层在地层中比例最低42%，最高86%,一般60%以上；2-2煤层至延安组（J2y）顶界间隔水层累计厚度小者3.13m（冲刷缺失地层薄），大者54.06m，它在地层中所占比例31～77%，一般56%以上。洛河组基岩含水层与2-2煤层