第六章水文地质.docx
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第六章水文地质
第五章水文地质
第一节区域水文地质概况
一、地形地貌
山于区域地处鄂尔多斯高原南部,毛乌素沙漠的东部边缘,是区域性单斜储水构造单元的组成部分。
处于干旱一半干旱气候带,降雨稀少,季风盛行,形成了风力侵蚀堆积为主,水流侵蚀较弱的沙漠低缓丘陵地貌。
地表风积沙广布,地形开阔低缓、平坦,地形起伏不大,多见新月型及垄状沙丘分布。
区域地处毛乌素沙漠,地势总体西部高东部低,属黄河流域。
二、含(隔)水岩组类型及水文地质特征
本区是内蒙古自治区鄂尔多斯高原区域水文地质单元的一个组成部分。
区域水文地质条件受气候、地貌、岩性、地质构造、地表水体、新构造运动及人类活动等因素的综合控制。
煤矿床勘查涉及主要地层自下而上为三迭系上统延长组、侏罗系中统延安组和直罗组、白垩系下统志丹群及新生界松散岩类。
按其含水岩类埋藏条件及其水力性质,地下水主要为新主界孔隙潜水和中主界碎屑岩类孔隙裂隙水两类,分述如下:
(一)松散岩类孔隙潜水含水层
(1)全新统冲洪积砂砾石层孔隙潜水含水层(Qf®)
含水层岩性为灰黄色、浅黄色中细砂及砂砾石层,厚度一般5〜20m,主要分布在无定河、纳林河的河床、河漫滩及阶地之上。
根据《内蒙古自治区乌审旗水文地质普查报告》(1978年4月)成果:
地下水位埋深1〜3m,单位涌水量2.5〜5L/s・m,溶解性总固体小于1000mg/L,地下水化学类型为HCO3-Ca・Na及HCO3-Na・Ca型水。
含水层的富水性强,透水性能良好,地下水水质良好。
该含水层为矿床的间接充水含水层。
(2)全新统风积砂层孔隙潜水含水层(QF)
含水层岩性为灰黄色、黄褐色中细砂、粉细砂,结构松散,沉积厚度一般小于30m,遍布全区。
根据《内蒙古自治区乌审旗水文地质普查报告》(1978年4月)成果:
地下水位埋深0.50〜3.00m,单位涌水量0.25〜1.00L/s•m,溶解性总固体小于1000mg/L,地下水化学类型为HCO3-Ca・Na及HC03-Na・Ca型水,富水性中等,透水性能良好,地下水水质良好。
该含水层为矿床的间接充水含水层。
(3)上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水含水层(Q$s)
岩性为黄色、灰黄色、灰绿色冲湖积粉细砂,类黃土状亚砂土,含钙质结核,结构松散,具水平层理和斜层理,全区赋存,厚度一般40〜60m,最大130m。
根据《内蒙古自治区乌审旗水文地质普查报告》(1978年4月)成果:
地下水位埋深一般1.00〜5.00m,单位涌水量1.00〜5.00L/s溶解性总固体小于1000mg/L,地下水化学类型为HCO3-Ca*Na及HC03-Na・Ca型水,水质良好。
含水层的富水性弱〜强,透水性能良好。
该含水层为矿床的间接充水含水层。
(二)中生界碎屑岩类孔隙裂隙含水层
1、风化岩裂隙含水层
中生界碎屑岩基岩顶部,一般都存在风化程度中等〜弱的风化岩石,愈顶部风化程度愈严重,风化岩孔隙特别是裂隙甚为发育,是地下水良好的导水、储水空间,在岩性、古地形、地质构造等因素适宜时,常是富水性较强的含水层,且有时会和上覆新近系底部砂砾石层或下伏基岩含水层构成一套含水层,从而增加了其富水性。
2、白垩系下统志丹群承压水含水层
含水层岩性山砾岩、粗粒砂岩、中粒砂岩和细粒砂岩组成,厚度变化较大,一般40〜404m。
根据钻孔抽水试验成果:
该含水层静止水位8.30〜25.48m,水位标高1197〜1233m,单位涌水量0.0242〜0.421/s.m,统降统径单位涌水量为0.0193〜0.2826/s.m,渗透系数为0.03544〜0.1168m/d,富水性弱至中等。
pH二7.40〜7.70,地下水化学类型为HCO.~Ga・Mg型,矿化度1.058g/lo该含水层为矿床的间接充水含水层。
3、侏罗系中统(卫)碎屑岩类承压水含水层
岩性下部直罗组(Ez)为青灰色、浅黄色中粗粒砂岩,杂色粉砂岩及砂质泥岩,上部安定组(j£)为紫红色、灰绿色中粗粒砂岩、砂质泥岩夹粉砂岩及细粒砂岩,分布广泛,在区内地表没有出露。
根据钻孔抽水试验成果:
含水层厚度103.84〜232.43m。
地下水位标高1108.79〜1142.55m,水位埋深38.20〜+13.56m,钻孔涌水量0.177〜1.638L/S,单位涌水量0.00623〜0.1205L/S•m,渗透系数0.00288〜0.02845m/d,PH值7.7〜7.9,地下水化学类型为S0-Ca或SO厂Na型水,水质较差。
含水层富水性不均,含水层的富水性弱〜中等。
含水层与上部含水层有一定水力联系,与下部承压水含水层的水力联系较小。
该含水层为矿床的间接充水含水层。
4、侏罗系中统延安组(Ry)碎屑岩类承压水含水层
岩性主要为浅灰色、灰口色各粒级砂岩,灰色、深灰色砂质泥岩、泥岩及煤层。
全区赋存,分布广泛,区内地表没有出露。
含水层厚度36.90〜209.93m。
根据钻孔抽水试验成果:
地下水位埋深+19.50〜68.60m,水位标高1074.17〜1168.28m,水位降深27.96〜105.23m,钻孔涌水量0.046〜1.461L/s,单位涌水量0.000437〜0.0306L/s・m,渗透系数0.001494〜0.0489m/d,PH值7.4〜8.6,含水层的富水性弱,地下水化学类型为HCO3-Ca・Mg.SO-Na或SO,・Cl-立型水。
含水层与上伏潜水含水层及大气降水的水力联系均较小。
该含水层为矿床的直接充水含水层。
5、三叠系上统延长组(T$y)碎屑岩类承压水含水层
岩性主要为灰绿色中粗粒砂岩、含砾粗粒砂岩,夹细粒砂岩及砂质泥岩。
钻孔揭露尽度不全,最大揭露厚度78.02m。
根据邻区钻孔抽水试验成果:
地下水位标高1365.70m,水位降深44,75m,钻孔涌水量0.209L/s,单位涌水量0.00467L/s渗透系数0.00586m/d,
PH值7.8,地下水化学类型为HC03-Ca・Mg型水,水质较好。
含水层的富水性弱,透水性能差,与上部含水层的水力联系较小。
(三)隔水层
自上而下简述如下:
(1)侏罗系中统直罗组泥岩隔水层
岩性以泥岩、砂质泥岩及互层为主,泥质比例一般达43%左右,组成厚度较大相对稳定的复合隔水层。
(2)侏罗系中统延安组泥质岩隔水层
在延安组煤系地层中,泥质类岩石比较发育,但它们在煤层及含水层间呈互层状产出,一般厚度不大,只在局部地段呈厚层状,构成相对隔水层。
三、地下水的补给径流排泄条件
区内地下水主要接受大气降水的入渗补给。
补给量受降水量、降水强度、降水方式、地形地貌、含水层岩性等诸多因素制约。
本区多年平均降水量396.00mm,多年平均蒸发量2534.2mm,为降雨量的5〜7倍,降雨多以暴雨形式集中于7〜9月份,雨季分布极为不均,故补给量季节性变化明显,地下水动态一般滞后于降水期。
沙漠滩地区风积沙透水性好,易于接受降水入渗补给。
近地表风积沙潜水还接受少量凝结水的补给。
黃土丘陵区地形破碎、坡度大,降水多以地表径流形式流出,故接受入渗补给量较小。
松散层潜水接受大气降水补给后,以侧向径流为主,沿土层顶面山地形高处向低处运移,次为垂向越流渗透,在基岩风化带形成孔隙裂隙潜水。
承压的基岩裂隙水,接受侧向径流补给和上部地下水越流渗透补给。
在区外露头处接受大气降水入渗补给后,沿层面倾向方向山高向低径流,并沿裂隙向岩层内微弱渗透,其运移速度取决于含水层岩性特征,基岩构造形态特征及水力坡度。
局部可能在断层带一侧或两侧沿断层带向深部运移。
松散层潜水在黄土丘陵地形低的河流沟谷处,以泉的形式排泄于地表,在沙漠滩地区,于低凹的洼地区以渗流形式排泄,多形成季节性盐碱湖或盐渍化滩地。
此外垂向蒸发作用也是重要的排泄形式之一。
基岩裂隙水,则以向岩层深处或盆地中心渗流及垂向顶托越流排泄为主。
第二节井田水文地质条件
一、地形地貌及地表水系
口家海子井田位于巴彦柴达木矿区中东部。
地表被第四系风积半固定沙丘和固定沙丘所覆盖,新月形沙丘,新月形沙丘链及格状沙丘遍布全区,具有典型的沙漠高原地貌特征。
地形总的趋势为西部高东部低,最高处位于井田西南角一带,标高1307m,最低处位于井田东部海流图沟,标高1173m,一般标高在1220m左右,相对最大高差134m。
位于井田东北部的海流图河属内陆水系,年径流量630X10卅,其水量受大气降水控制,夏秋季大,冬春季小,为季节性河流;水流由西北向东南,在井田东部流出区外。
区内没有水库、湖泊等地表水体。
二、水文地质分区及含(隔)水层水文地质特征
(一)水文地质分区
本区构造简单,为一平缓西倾的大单斜。
按地貌成因类型,结合地下水的出露情况和岩性的差异,划分为河谷区和风沙区两个水文地质分区,依据地貌形态将风沙区乂分为风沙滩地区和风沙丘陵区二个亚区。
上述地貌及水文地质分区,按含水层的富水性来说,风沙区地形比较平缓,地表沙丘、沙地连续不断,极易接受降水补给,于地形低洼处局部可形成富水地段。
河谷区地势平坦,水位一般,埋藏较浅,易受地表水和降水渗入,冲积层分布在井田东北部,沉积厚度较大且近河地段富水性较好。
(二)含(隔)水层水文地质特征
受区域水文地质的控制,白家海子井田显示了与区域水文地质特征的一致性,但由于受地层分布、埋藏及其地貌的影响,乂显示了小区域的差异性。
根据地下水的埋藏条件及其水力特征,井田内主要地下水含水层可划分为新生界孔隙潜水和中生界碎屑岩类孔隙裂隙水两类,较厚层泥岩和粘土岩为隔水层。
富水性等级的划分原则主要以钻孔的抽水资料,依据《矿区水文地质工程地质勘探规范》(GB12719—91)中含水层富水性分级标准,现将井田的主要含(隔)水层特征叙述如下:
1、松散岩类孔隙潜水含水层
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、冲积沙层或冲洪积砂砾石覆盖,覆盖层厚度7.35〜110.00m,平均51.61m。
岩性为褐黃色、灰黄色粉细砂,下部夹粉土,结构松散。
根据钻孔抽水试验资料,水位埋深7.33〜8.10m,含水层厚度21.70〜29.52m,水位降深9.52〜10.01m,涌水量0.717〜3.620L/s,单位涌水量0.0716〜0.3803/s.m(统降单位涌水量0.0217〜0.1299L/s.m),渗透系数0.3737〜1.4894m/d,富水性弱至中等。
水化学类型为SO,•HC03-Ca型水。
(表6-2-1)。
主要受大气
降水的补给。
该含水层是下部志丹群(KiM)碎屑岩类承压水含水岩组的直接补给来源。
表6-2-1萨拉乌苏组孔隙潜水含水层抽水试验成果统计表
钻孔
抽水层段
试段范围(m)
含水层厚度(m)
水位埋深
(n)
抽水降深
(n)
B47
Q
7.33-36.85
29.52
7.33
9.52
B51
Q
8.10-29.80
21.70
8.10
10.01
X1204
Q
3.00-34.50
25.40
5.00
7.10
钻孔
涌水量
L/s
单位涌水量L/s•m
渗透系数m/d
水化学类型
B47
3.620
0.3803
1.3990
HCO^-Ca•Mg
B51
0.717
0.07163
0.3319
HCO’rCa•Mg
X1204
1.828
0.217
1.028
HCGrCa•Mg
2、中生界碎屑岩类孔隙裂隙水
1)、白垩系下统志丹群孔隙裂隙承压水含水层(Klzh)
全区分布,钻孔揭露厚度201.94〜498.47m,平均厚度333.52m。
恳度总体变化趋势西部较厚东部较薄。
含水层岩性以棕红、紫红色为各粒级的砂岩,主要为中、细粒砂岩,次为粗粒砂岩或含砾粗粒砂岩。
矿物成份以石英长石为主,厚层至巨厚层状,发育交错层理,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。
该组地层结构疏松,孔隙率高,给地下水形成良好的储水空间。
是本区最主要含水岩(层)组,透水、含水性较强。
地层埋藏深度7.35〜110.00mo据钻孔抽水资料(见表6-2-2),平均单位涌水量q二0.228-0.421L/s・m,统降统径单位涌水量q二0.1415-0.28251L/s・m,平均渗透系数K=0.0561-0.1168m/d,富水性中等。
水化学类型主要为HCQ-Ga・Mg型水。
该含水层为矿床的间接充水含水层。
表6-2-2白垩系下统志丹群孔隙裂隙承压水含水层抽水试验成果统计表
钻孔
抽水层段
试段范围
(m)
含水层厚度(m)
水位埋深
(m)
水位标髙(m)
抽水降深
(m)
X1206
Kizh
66.38-380.93
293.15
8.30
1197.29
12.45
X504
Kizh
42.00-358.97
316.29
0.28
1233.27
13.03
钻孔
涌水量L/s
单位涌水量L/s•m
渗透系数m/d
水化学类型
X1206
5.243
0.421
0.1168
HCOrGa・Mg
X504
2.970
0.228
0.0561
HC0rGa・Mg
2、非含煤地层碎屑岩类孔隙裂隙承压水含水层(J2a—lz)
全区皆有分布,本区是指侏罗系中统安定组和直罗组地层。
岩性上部安定组(J:
a)为紫红色、灰绿色中、粗粒砂岩、砂质泥岩夹粉砂岩及细粒砂岩,厚度变化较大,钻孔揭露厚度27.08〜150.90m,平均93.13m;下部直罗组(J:
z)为灰绿-灰白色中粗粒砂岩,夹灰色、浅灰色砂质泥岩、粉砂岩和各粒级的砂岩,厚度变化较大,钻孔揭露厚度80.90〜250.88m,平均厚度156.84m。
。
据钻孔抽水资料(见表6-2-3),平均单位涌水量q二0.02559L/S・m,统降统径单位涌水量q二0.01751L/s*m,平均渗透系数K二0.0173m/d,富水性弱。
水化学类型主要为HCO^-Ga・Mg.型水。
直罗组地层为本区上部可采煤层的直接至间接充水含水层。
表6-2-3安定组-直罗组含水层抽水试验成果表
钻孔
抽水层段
试段范围(m)
含水层厚度(m)
水位埋深
(m)
抽水降深
(m)
B93
357.30-574.00
126.05
4.95
38.16
钻孔
涌水量L/s
单位涌水量L/s•m
渗透系数m/d
水化学类型
B93
1.046
0.02741
0.0200
HCO厂Ca•Mg
3、延安组地层碎屑岩类孔隙裂隙承压水含水层(J2y)
延安组为本区的含煤地层,延安岩性以灰白色的中、细粒长石石英砂岩、泥岩、粉砂岩、砂质泥岩为主,垂向上与粉砂岩、泥岩及砂质泥岩隔水层成互层状分布。
含水层岩性主要为中、细粒砂岩,局部粗粒砂岩,泥质胶结或钙质胶结,结构致密,裂隙主要为水平或波状层理面及稀少的岩体节理。
裂隙密闭或被方解石充填。
钻孔揭露厚度310.20〜457.33m,平均厚度381.57m。
根据详查阶段及本次延安组各段抽水试验资料:
先期开采地段延安组各段地下水水位较高(B05>B13、B16号钻孔地下水位高出地表),单位涌水量为0.00101〜0.0306L/s・m
(统降单位涌水量0.0006936〜0.054491/s・m),渗透系数为0.001983〜0.0489m/d,富水性弱。
水化学类型以SO,-Ga型为主,其次为HC03-Ca・Mg型(表6-2-4)<>该含水层为
矿床的直接充水含水层。
表6-2-4延安组地层孔隙裂隙承压水抽水试验成果表
钻孔
抽水层段
试段范围
(m)
含水层号度(皿)
水位埋深
(m)
水位标高(m)
抽水降深
(n)
B05
2“煤顶板
594.20-680.00
25.62
+35.70
1256.40
100.69
B13
2"煤顶板
572.62-669.00
11.25
•1.52
1211.00
61.16
B08
2-4煤组
640.84-780.75
99.98
54.68
1158.99
24.24
B16
J?
y
627.90-643.70
155.20
■0.91
1212.90
106.86
B82
671.40-728.00
57.00
18.09
1204.42
69.36
B86
653.00-715.00
24.10
18.41
1198.53
30.79
B90
J:
y
610.90-839.20
126.13
8.35
1205.42
13.10
X1701
4-5煤组
777.90-831.65
」0・58
42.02
1180.02
48.12
X2202
3煤组
749.10-816.50
56.62
36.90
1217.78
47.80
X2208
6煤组
782.10-858.55
48.50
38.27
1172.90
56.11
钻孔
涌水量
L/s
单位涌水啟L/s•m
滲透系数m/d
水化学类型
B05
0.828
0.008223
0.0350
SOi"Ga
B13
0.062
0.00101
0.001983
SOrGa
B08
0.240
0.00990
0.007811
SO<-Na•Ga
B16
0.794
0.0074
0.0016
SOrMg•Ga
B82
0.127
0.006166
0.0103
SOrCa•Mg
B86
0.140
0.001547
0.0166
HCOrCa•Mg
B90
0.400
0.009281
0.0063
SOrCa
X1701
0.912
0.0190
0.0452
HCOs-Ca
X2202
1.161
0.0306
0.0189
HCOrCa•Mg
X2208
0.755
0.0134
0.0273
S0<•Cl-Ga
4、隔水层
侏罗系中统安定组(J2G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。
其横向上具不连续性,垂向上与各粒级砂岩成互层状分布。
它们为基岩中的隔水层。
三、地下水的补给、径流、排泄条件
本区笫四系浅水含水层主要接受大气降水补给,局部地段还接受地表水的补给,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,儿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,也接受少量沙漠凝结水的补给。
本区潜水的径流方向总的是受古地形及地貌条件所控制,其流向具多向性。
总趋势山高向低,由区域分水岭向古冲沟、低洼地潜流汇集,以下降泉或潜流形式排泄、补给河沟地表水,或于低洼地带渗流形水塘等。
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。
在河谷区潜水与河水有互补关系。
基岩水受构造和隔水层的影响而形成承压水,具有多层性,无统一的补给区,矿区为全部为掩盖区,故承压水主要受潜水补给,其次是地表水大气降水补给。
承压水的径流方向,主要受区域构造所控制。
基本沿岩层倾向III东南向西北方向运移。
由于受向西微倾的单斜构造的控制,愈向西部含水层埋藏愈深,裂隙亦愈来愈少,富水性亦愈来愈弱,基本形成了较为封闭的储水空间,故水量小,水质差。
河谷等地形低洼地带,承压水位高于潜水水位,承压水乂可通过天窗或弱透水层对潜水进行补给,这也是区内承压水排泄方式之
O
四、地下水主要化学特征
因本区地下水为大气降水渗入成因型,降水为富含0:
和co:
的重碳酸淡水,具有较强的溶蚀能力。
降水渗入沙层后,主要溶滤沙层中的碳酸盐类矿物碎屑。
在渗入基岩裂隙时,因Cf吸附于岩石裂隙表面的能力强,水中C屮便置换岩石中的N不,使地下水中\才增多,同时乂有脱碳酸作用,析出CaC03(基岩裂隙多为方解石充填)。
山于基岩深部水流动滞缓,长期与岩石洛解作用,使水中溶解盐类含量显著增多,故矿化度增高。
pH值表明勘探区水以中性至弱碱性为主。
区内的第四系松散层潜水的水化学类型一般为HC03-Ca・Mg型水。
笫四系松散层潜水与大气降水关系密切,迳流速度快、循环周期短,矿物质与地表水的水化学作用弱,一般为中性淡水,矿化度低。
区内白垩系志丹群承压水的水化学类型为HC03-Ca・Mg型水。
因该地层结构疏松,孔隙率较高,接受第四系松散层潜水补给通畅。
一般为中性淡水,矿化度低。
自口垩系志丹群以下基岩承压水随深度增加,地层沉积时代变老,基岩裂隙水山于其结构致密、裂隙不发育、地下水运动速度变慢,交替不畅:
在垂向上,自上而下水化学类型愈复杂、矿化度亦增大、水质变差;水以中性至弱碱性为主,水化学类型以SO-Ga型为主。
见表6-2-5o
表625地下水中主要离子含量特征表
^7J
第四系松散层潜水
正常基岩水
Na+亳克/升
4.00-8.02
0.63-77.00
Ca2+亳克/升
63.49-87.49
5.45M62.26
Mg2+毫克/升
27.80-33.51
0.61-108.91
CL亳克/升
65.55-71.83
11.81-620.04
SO2-4亳克/升
73.58-104.32
435-316135
HCOs亳克/升
391.13724.33
10.20-262.82
总硬度亳克/升
273.02-253.05
16.12-1303」5
永久硬度亳克/升
0-30.48
(M202.20
侵蚀性co2亳克/升
0
0-11.99
pH值
7.5
749.3
样品量(个)
3
17
五、水文地质勘探类型
口家海子井田地质构造简单,主要可采煤层的直接充水含水层为煤层顶板砂岩含水层,虽有较高水压,但富水性弱(q<0.1升/秒米),地下水补给条件差。
其上部覆盖有富水性弱,但接近中等富水的笫四系萨拉乌苏组含水层和富水性中等的白垩系志丹群含水层,含水层的下部有较网的安定组、直罗组及延安组隔水层存在,隔水性能较好,基岩裂隙不发育。
因此,矿床直接充水含水层为顶板基岩裂隙含水层,充水通道为冒落裂隙,依据《矿区水文地质工程地质勘探规范MGB12719-91)及《煤、泥炭地质勘探规范XDZ/T0215-2002)中有关规定,水文地质勘探类型应属二类二型,即以裂隙充水含水层为主的水文地质条件中等的矿床。
第三节充水因素分析
一、充水因素分析
(一)矿井充水水源
纵观井田地质、水文地质特征,可将未来矿井的充水水源分为大气降水、第四系松散岩类潜水、口垩系志丹群承压水及各煤层顶板基岩裂隙水。
1、大气
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