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一、区域水文地质概况
准格尔煤田位于华北地台鄂尔多斯台向斜东北缘,地貌具典型的黄土高原梁、峁特征,地形西北高而东南低。西北部塔哈拉川上游标高为1366m,东南部壕米圪坨标高870m,比高496m。一般标高1050 m～1250m。
黄河流经煤田的东侧,是煤田周边的最大地表水体,为煤田的最低侵蚀基准面。将煤田区域地层岩性及含(隔)水性特征由新至老分述如下。
区域地层岩性及含(隔)水层特征:
1、第四系全新统风积沙(Q4eoL):主要分布于煤田北部的孔兑沟、大路沟及西北部大、小乌兰不浪一带,煤田内各大冲沟岸边及地形偏低处也有零星分布。一般呈沙梁、沙垄及新月形沙丘,在风力作用下经常移动。此层透水而不含水。
2、第四系全新统冲、洪积层(Q4aL+pL):主要分布在黄河岸边的喇嘛湾及南部马栅一带,厚约0～25m。岩性为粉砂、中粗砂、及亚粘土,局部为卵石、漂石。煤田内各大冲沟也有分布,但面积小,连续性差,厚0.5m～5.5m。岩性为砂、砂砾、淤泥等。含孔隙潜水,局部富水性较好,但极不均匀,且分布范围小,形不成具工业开采价值的水源地。薛家湾一带抽水试验:地下水埋深0.72 m～1.11m,地下水位标高1122.92 m～1131.30m,单位涌水量0.067 L/s•m～0.255L/s•m。
3、 第四系上更新统马兰组(Q3m):黄土层,基本全区分布,厚度0～120m,含钙质结核,柱状节理发育,透水性好。局部与基岩及红土层接触面有泉水出露,流量甚微,多为0.001 L/s～1.00L/s。直接受大气降水补给。
4、第三系上新统(N2):红土层,主要由红色粘土与亚粘土组成。底部为一薄层胶结极疏松的砂砾岩。断续分布,为隔水层。局部与基岩接触面见有泉水出露,流量极微,一般为0.001 L/s～0.05L/s。
5、白垩系下统志丹群(K1zh):分布于煤田北部及西北部边缘,厚度大于50m,乌兰不浪一带见最大厚度392.10m,在分布范围内为北厚南薄。岩性为紫红、棕红色砂砾岩、含砾粗砂岩,夹砂质泥岩、砾岩。砂砾岩分选极差,但磨圆较好,多为圆状,孔、裂隙较发育。下部普遍夹一层绿黑色玄武岩,厚度约4 m～20m。由于受补给条件和蓄水构造的影响,在前房子一带揭露此层300m,进行抽水试验,其地下水位在百米之下,单位涌水量<0.001L/s•m。而大、小乌兰不浪一带,含水较丰富,并有较高的承压水头,出露泉水较多,一般泉水流量在0.016 L/s～2.00L/s(大、小乌兰不浪距煤田西北约30km)。
6、二叠系上统石千峰组(P2Sh):分布于煤田西部,厚度>170m。岩性为紫红、黄绿、灰绿、褐黄色砂岩、砂质泥岩、泥岩。砂岩胶结疏松,孔隙较发育,地表泉水流量0.04 L/s～0.40L/s。
7、二叠系上统上石盒子组(P2S):主要分布于煤田西及西南部,厚度约290m。岩性以紫红、灰绿色砂质泥岩、泥岩为主,间夹黄绿色中、粗砂岩,含砾石,局部见铁质结核。孔隙、裂隙较发育,地表见有较多的泉水出露点,流量一般为0.02 L/s～1.00L/s,水质以HCO3--Ca2+、Mg2+型为主,矿化度0.2g/L。
8、二叠系下统下石盒子组(P1X):基本全煤田分布,主要出露于煤田中东部。厚度一般为30 m～120m,岩性由黄色、紫红色砂质泥岩、泥岩及砂岩组成。孔隙、裂隙较发育,常见有较多的下降泉出露于底部,一般流量为0.01 L/s～0.5L/s,水质类型以HCO3--Ca2+、Mg2+为主,矿化度为0.2g/L。
9、二叠系下统山西组(P1S):全区分布,主要出露于中、东部,厚度21 m～98m。岩性由灰白、黄褐色中粗砂岩,灰黑、灰色砂质泥岩、泥岩、粘土岩及煤组成。含孔隙裂隙潜水-承压水,地表见有少量泉水出露,流量多在0.01 L/s～0.4L/s,最大流量1.51L/s。富水性差。
10、石炭系上统太原组(C3t):全煤田分布,出露于煤田东部、中部、南部,厚度12 m～115m。岩性由灰白、灰黄、深灰、灰黑色砂岩、砂质泥岩、粘土岩及煤组成,是本煤田主要含煤地层。含裂隙承压水,地表见有裂隙泉水出露,流量0.01 L/s～0.6L/s。
11、石炭系中统本溪组(C2b):全煤田分布,出露于煤田东部、南部,厚度5.27 m～42.00m,平行不整合于奥陶系之上。岩性由灰白、灰、灰黑色砂岩、泥岩、灰岩及铝土质泥岩组成。局部见微量裂隙泉水出露,流量极微,在0.01 L/s～0.05L/s。为本区稳定的良好隔水层。
12、奥陶系(O1):出露于煤田东部边缘,黄河岸边,南部榆树湾一带,厚度大于100m。岩性由黄色白云质灰岩、深灰色石灰岩、竹叶状石灰岩组成。岩溶裂隙发育极不均匀,导致含水性因地而异。如在黑岱沟一带,灰岩厚度约100m,岩溶裂隙不甚发育,且多被泥沙充填。含水极其微弱,钻孔抽水试验结果,单位涌水量<0.1L/s•m。在榆树湾一带,灰岩厚度达300m左右,岩溶裂隙较发育,含水较丰富,单位涌水量>1L/s•m。
13、寒武系:全区分布,主要出露于煤田东部,黄河以东地区,厚度约234m。岩性以灰黄、紫红、浅灰色白云岩、竹叶状灰岩、鲕状灰岩为主,下部夹泥质粉砂岩、细砂岩。在老牛湾一带,地表见有较多泉水出露,总流量达633.3L/s。取样分析,水质为HCO3-—Ca2+、Mg2+型水。
二、 区域煤层直接充水含水层地下水的循环
开发6、9号煤层的直接充水含水层为二叠系下统山西组砂岩裂隙含水岩组、石炭系上统太原组砂岩裂隙含水岩组。
1、补给:直接充水含水层地下水的补给源以大气降水为主,大气降水通过零星出露的煤系地层露头或黄土覆盖的隐伏煤系地层露头垂直下渗补给。决定补给量多少的主要因素是降水量与降水形式、补给区的大小。本区的年降水量在400 mm左右,且多集中在7、8、9三个月,降水形式以暴雨与雷阵雨为主。总之,降水量少且集中加之地形起伏大、沟谷纵横不利于降水的入渗、而易形成表流沿纵横发育之沟谷集中排入黄河。煤系地层出露面积零星并多处于较大沟谷的边缘。煤系地层出露处普遍地形坡度大,植被稀少,对排泄大气降水有利。因补给量非常有限、煤层直接充水含水层补给来源贫乏,决定了其富水性差,水文地质条件简单。
2、 径流:地下水接受补给后,总的流向为由北及北东、东向南西及西运动,局部地段由于煤系地层的起伏或透水性的差异以及煤层风化等因素的影响,而略有变化。
3、排泄:地下水排泄有如下几种形式:地下水径流至煤田的南及西南部排泄入黄河;在煤田的西部以侧向径流的形式排出区外;在有利地形部位(如沟、谷、洼地)以泉的形式排出地表、形成地表流水;在局部地下水埋藏浅的部位以蒸发的形式排泄,但因该区地下水位普遍较深,此类排泄量微乎其微。
本煤田降水量少,煤层直接充水含水层补给区面积小,沟谷纵横且切割深、无良好的汇水地形。构造总体为向西倾斜,具波状起伏的单斜,对地下水储存不利。煤层直接充水含水层的补给量极小,富水性差。
三、 构造、地表水、地下水之间的关系
准格尔煤田总的构造轮廓为一东部隆起,西部拗陷,走向近南北、向西倾斜的单斜构造。在总的单斜构造的轮廓下,发育有次一级构造,其以宽缓的褶皱为主,少数断层。在煤田的北部走向转为北西,倾向南西。井田内构造简单,总体为走向NW,倾向SW的单斜构造,产状平缓(倾角小于10°)其间发育有宽缓的次一级波状起伏,未发现有断层、陷落柱、地面塌陷。黄河流经井田东缘(距井田东界约8km),是井田及周边最大且唯一的地表水体,黄河标高968.53m(测量点位于井田东南约10km的荒地北贾窑圪旦)。在井田周边的黄河河床均为奥陶系下统,与石炭,二叠系地层未直接接触。距井田东界约8km的沙咀子煤矿,距黄河约1.5km。建于1876年,开采6号煤,最高年产量达10万t以上,矿井涌水量极小,从未发生过底板突涌水现象(1989年调查资料)。至今准格尔煤田的生产矿井尚未发生过底板突涌水。本次施工的Y0406号水文孔,抽水目的段为太原组砂岩裂隙含水岩组,水位标高933.00m,单位涌水量0.00831L/s•m。井田内最大的沟为大、小不连沟。其仅在雨季有水,流量很小,遇大到暴雨时汇集地表表流形成洪水,流量较大,但时间短暂,全年大部分时间无水。
本井田煤系地层属全煤田的补给区之一,开采主要可采煤层的直接充水含水岩组的补给源为大气降水下渗通过煤系隐伏露头补给。补给面积小,决定了补给量有限,故直接充水含水岩组的富水性差。
准格尔煤田位于华北地台鄂尔多斯台向斜东北缘,地貌具典型的黄土高原梁、峁特征,地形西北高而东南低。西北部塔哈拉川上游标高为1366m,东南部壕米圪坨标高870m,比高496m。一般标高1050 m～1250m。
黄河流经煤田的东侧,是煤田周边的最大地表水体,为煤田的最低侵蚀基准面。将煤田区域地层岩性及含(隔)水性特征由新至老分述如下。
区域地层岩性及含(隔)水层特征:
1、第四系全新统风积沙(Q4eoL):主要分布于煤田北部的孔兑沟、大路沟及西北部大、小乌兰不浪一带,煤田内各大冲沟岸边及地形偏低处也有零星分布。一般呈沙梁、沙垄及新月形沙丘,在风力作用下经常移动。此层透水而不含水。
2、第四系全新统冲、洪积层(Q4aL+pL):主要分布在黄河岸边的喇嘛湾及南部马栅一带,厚约0～25m。岩性为粉砂、中粗砂、及亚粘土,局部为卵石、漂石。煤田内各大冲沟也有分布,但面积小,连续性差,厚0.5m～5.5m。岩性为砂、砂砾、淤泥等。含孔隙潜水,局部富水性较好,但极不均匀,且分布范围小,形不成具工业开采价值的水源地。薛家湾一带抽水试验:地下水埋深0.72 m～1.11m,地下水位标高1122.92 m～1131.30m,单位涌水量0.067 L/s•m～0.255L/s•m。
3、 第四系上更新统马兰组(Q3m):黄土层,基本全区分布,厚度0～120m,含钙质结核,柱状节理发育,透水性好。局部与基岩及红土层接触面有泉水出露,流量甚微,多为0.001 L/s～1.00L/s。直接受大气降水补给。
4、第三系上新统(N2):红土层,主要由红色粘土与亚粘土组成。底部为一薄层胶结极疏松的砂砾岩。断续分布,为隔水层。局部与基岩接触面见有泉水出露,流量极微,一般为0.001 L/s～0.05L/s。
5、白垩系下统志丹群(K1zh):分布于煤田北部及西北部边缘,厚度大于50m,乌兰不浪一带见最大厚度392.10m,在分布范围内为北厚南薄。岩性为紫红、棕红色砂砾岩、含砾粗砂岩,夹砂质泥岩、砾岩。砂砾岩分选极差,但磨圆较好,多为圆状,孔、裂隙较发育。下部普遍夹一层绿黑色玄武岩,厚度约4 m～20m。由于受补给条件和蓄水构造的影响,在前房子一带揭露此层300m,进行抽水试验,其地下水位在百米之下,单位涌水量<0.001L/s•m。而大、小乌兰不浪一带,含水较丰富,并有较高的承压水头,出露泉水较多,一般泉水流量在0.016 L/s～2.00L/s(大、小乌兰不浪距煤田西北约30km)。
6、二叠系上统石千峰组(P2Sh):分布于煤田西部,厚度>170m。岩性为紫红、黄绿、灰绿、褐黄色砂岩、砂质泥岩、泥岩。砂岩胶结疏松,孔隙较发育,地表泉水流量0.04 L/s～0.40L/s。
7、二叠系上统上石盒子组(P2S):主要分布于煤田西及西南部,厚度约290m。岩性以紫红、灰绿色砂质泥岩、泥岩为主,间夹黄绿色中、粗砂岩,含砾石,局部见铁质结核。孔隙、裂隙较发育,地表见有较多的泉水出露点,流量一般为0.02 L/s～1.00L/s,水质以HCO3--Ca2+、Mg2+型为主,矿化度0.2g/L。
8、二叠系下统下石盒子组(P1X):基本全煤田分布,主要出露于煤田中东部。厚度一般为30 m～120m,岩性由黄色、紫红色砂质泥岩、泥岩及砂岩组成。孔隙、裂隙较发育,常见有较多的下降泉出露于底部,一般流量为0.01 L/s～0.5L/s,水质类型以HCO3--Ca2+、Mg2+为主,矿化度为0.2g/L。
9、二叠系下统山西组(P1S):全区分布,主要出露于中、东部,厚度21 m～98m。岩性由灰白、黄褐色中粗砂岩,灰黑、灰色砂质泥岩、泥岩、粘土岩及煤组成。含孔隙裂隙潜水-承压水,地表见有少量泉水出露,流量多在0.01 L/s～0.4L/s,最大流量1.51L/s。富水性差。
10、石炭系上统太原组(C3t):全煤田分布,出露于煤田东部、中部、南部,厚度12 m～115m。岩性由灰白、灰黄、深灰、灰黑色砂岩、砂质泥岩、粘土岩及煤组成,是本煤田主要含煤地层。含裂隙承压水,地表见有裂隙泉水出露,流量0.01 L/s～0.6L/s。
11、石炭系中统本溪组(C2b):全煤田分布,出露于煤田东部、南部,厚度5.27 m～42.00m,平行不整合于奥陶系之上。岩性由灰白、灰、灰黑色砂岩、泥岩、灰岩及铝土质泥岩组成。局部见微量裂隙泉水出露,流量极微,在0.01 L/s～0.05L/s。为本区稳定的良好隔水层。
12、奥陶系(O1):出露于煤田东部边缘,黄河岸边,南部榆树湾一带,厚度大于100m。岩性由黄色白云质灰岩、深灰色石灰岩、竹叶状石灰岩组成。岩溶裂隙发育极不均匀,导致含水性因地而异。如在黑岱沟一带,灰岩厚度约100m,岩溶裂隙不甚发育,且多被泥沙充填。含水极其微弱,钻孔抽水试验结果,单位涌水量<0.1L/s•m。在榆树湾一带,灰岩厚度达300m左右,岩溶裂隙较发育,含水较丰富,单位涌水量>1L/s•m。
13、寒武系:全区分布,主要出露于煤田东部,黄河以东地区,厚度约234m。岩性以灰黄、紫红、浅灰色白云岩、竹叶状灰岩、鲕状灰岩为主,下部夹泥质粉砂岩、细砂岩。在老牛湾一带,地表见有较多泉水出露,总流量达633.3L/s。取样分析,水质为HCO3-—Ca2+、Mg2+型水。
二、 区域煤层直接充水含水层地下水的循环
开发6、9号煤层的直接充水含水层为二叠系下统山西组砂岩裂隙含水岩组、石炭系上统太原组砂岩裂隙含水岩组。
1、补给:直接充水含水层地下水的补给源以大气降水为主,大气降水通过零星出露的煤系地层露头或黄土覆盖的隐伏煤系地层露头垂直下渗补给。决定补给量多少的主要因素是降水量与降水形式、补给区的大小。本区的年降水量在400 mm左右,且多集中在7、8、9三个月,降水形式以暴雨与雷阵雨为主。总之,降水量少且集中加之地形起伏大、沟谷纵横不利于降水的入渗、而易形成表流沿纵横发育之沟谷集中排入黄河。煤系地层出露面积零星并多处于较大沟谷的边缘。煤系地层出露处普遍地形坡度大,植被稀少,对排泄大气降水有利。因补给量非常有限、煤层直接充水含水层补给来源贫乏,决定了其富水性差,水文地质条件简单。
2、 径流:地下水接受补给后,总的流向为由北及北东、东向南西及西运动,局部地段由于煤系地层的起伏或透水性的差异以及煤层风化等因素的影响,而略有变化。
3、排泄:地下水排泄有如下几种形式:地下水径流至煤田的南及西南部排泄入黄河;在煤田的西部以侧向径流的形式排出区外;在有利地形部位(如沟、谷、洼地)以泉的形式排出地表、形成地表流水;在局部地下水埋藏浅的部位以蒸发的形式排泄,但因该区地下水位普遍较深,此类排泄量微乎其微。
本煤田降水量少,煤层直接充水含水层补给区面积小,沟谷纵横且切割深、无良好的汇水地形。构造总体为向西倾斜,具波状起伏的单斜,对地下水储存不利。煤层直接充水含水层的补给量极小,富水性差。
三、 构造、地表水、地下水之间的关系
准格尔煤田总的构造轮廓为一东部隆起,西部拗陷,走向近南北、向西倾斜的单斜构造。在总的单斜构造的轮廓下,发育有次一级构造,其以宽缓的褶皱为主,少数断层。在煤田的北部走向转为北西,倾向南西。井田内构造简单,总体为走向NW,倾向SW的单斜构造,产状平缓(倾角小于10°)其间发育有宽缓的次一级波状起伏,未发现有断层、陷落柱、地面塌陷。黄河流经井田东缘(距井田东界约8km),是井田及周边最大且唯一的地表水体,黄河标高968.53m(测量点位于井田东南约10km的荒地北贾窑圪旦)。在井田周边的黄河河床均为奥陶系下统,与石炭,二叠系地层未直接接触。距井田东界约8km的沙咀子煤矿,距黄河约1.5km。建于1876年,开采6号煤,最高年产量达10万t以上,矿井涌水量极小,从未发生过底板突涌水现象(1989年调查资料)。至今准格尔煤田的生产矿井尚未发生过底板突涌水。本次施工的Y0406号水文孔,抽水目的段为太原组砂岩裂隙含水岩组,水位标高933.00m,单位涌水量0.00831L/s•m。井田内最大的沟为大、小不连沟。其仅在雨季有水,流量很小,遇大到暴雨时汇集地表表流形成洪水,流量较大,但时间短暂,全年大部分时间无水。
本井田煤系地层属全煤田的补给区之一,开采主要可采煤层的直接充水含水岩组的补给源为大气降水下渗通过煤系隐伏露头补给。补给面积小,决定了补给量有限,故直接充水含水岩组的富水性差。