阳城井田水文地质特点探析

　　1 区域水文地质特征

　　阳城井田在区域构造位置上处于鲁西南棋盘格式构造的东北部，东为孙氏店断层，西为嘉祥断层，南为郓城断层，北为汶泗大断层所围截。据石油部门的资料，该井田处于汶上凹陷内，汶上凹陷的东边是宁阳凹陷，西边是布山凸起，拳铺凹陷，南边自东往西是兖州凸起，济宁凹陷和嘉祥凸起。汶上凹陷的北边是东平凸起，再往北就是泰山凸起带，因此汶上凹陷在区域上是一个半封闭的水文地质单元。见图 1.
　　
　　2 井田水文地质特征

　　阳城井田处于汶上凹陷区的西北角，北面、东面、和南面为汶泗支断层F2及F1、F3所围截，西面是煤系地层露头。

　　F2断层落差> 500m,F3断层落差> 2000m,可能为嘉祥断层或嘉祥支断层。F1断层为井田东部边界断层，落差> 1000m,东盘上升，新生界以下下古生界地层出露。井田的北边、东边、南边边界以外推测均为下古生界寒武、奥陶系地层。就地下水的径流补给特征而言，井田基岩含水层系统在水平方向上具有较好的侧向补给条件。

　　3 含水层及隔水层

　　3.1 第四系

　　井 田 内 钻 孔 揭 露 厚 度 197.30~337.10m, 平均 225m. 结 合 地 震 资 料， 第 四 系 松 散 层 厚 度150~350m,一般厚度 250m.依据岩性组合及含隔水特征，自上而下可分为上、中、下三组。阳城井田内第四系松散层中均有多层稳定的黏土隔水层，这就有效地隔绝了地表水、大气降水对基岩含水层的直接补给，也隔绝了第四系松散层上、中、下各组之间的水力联系。
　　
　　3.2 石盒子组

　　孝妇河泥岩段和奎山砂岩段厚 0~455.00m,由杂色泥岩、灰色粉砂岩等隔水层与灰绿色细砂岩含水层组成。砂岩含水层 1~27层，平均砂泥岩厚度比为 0.53;底部“奎山砂岩段”的中细粒砂岩、中粗砂岩及含砾粗砂岩，厚度2.80~25.65m,平均 10.17m.“奎山砂岩段”为弱含水层，距 3 煤层平均 278m,一般不会对 3 煤层开采产生直接影响。

　　万山泥岩段与黑山砂岩段厚 0~226.00m,上部万山泥岩段为厚层杂色泥岩，灰绿色、灰紫色粉砂岩等，其中夹中细粒砂岩；下部浅灰色中粗粒砂岩、中厚层杂色泥岩、灰至灰绿色粉砂岩、泥岩等。全组砂岩含水层与泥岩、粉砂岩隔水层不等距相间，砂岩含水层有 10 层左右。底部黑山砂岩段分选性较差，灰至灰绿色中粗砂岩或含砾粗砂岩（分界砂岩），厚 1.27~17.50m,平均 5.29m,该段砂岩属弱含水裂隙含水层。黑山砂岩段下距 3 煤层 42.73~92.43m,平均 65.00m.

　　3.3 山西组

　　厚 66.00~110.00m,平均 92.00m.由砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。砂岩含水层与泥岩粉砂岩隔水层相间，全组砂岩一般 6 层，砂岩、泥岩厚度比 0.54.对 3 煤层开采有影响的直接充水含水层是3 煤顶板砂岩，统计 3 煤层顶部 80m 以内的砂岩有3~12 层，平均 6 层，总厚度 13.80~48.10m,平均厚度 31.69m.山西组 3 煤层顶板砂岩含水性弱，有一定的动储量，但补给较差。

　　3.4 太原组

　　厚度 160.00~175.00m,平均 165.00m,由多层薄层石灰岩溶裂隙含水层，细砂岩裂隙含水层及粉砂岩、黏土岩隔水层以及多层薄煤层组成。其中对开采3煤、16煤、17煤有影响是三灰、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 煤层 49.00~58.00m,平均 54.00m,其间含水层不发育，含隔水层厚度比 0.18~0.43,平均 0.29m.

　　十下灰和十一灰分别是 16 煤和 17 煤的顶板。十下灰平均厚度 5.50m, 十一层灰岩平均厚度 1.26m.这两层灰岩富水性均为弱 ~ 较弱，其本身在开采 16 煤、17 煤时充水影响不大，真正对开采 16 煤、17 煤造成威胁的是下伏区域性强含水层奥陶系灰岩。

　　3.5 本溪组
　　
　　厚度 25.00~30.00m.上部为薄层石灰岩、白云质灰岩，下部为泥岩、黏土岩、铁质泥岩。钻孔简易水文消耗量 0~0.12m3/h,井田内未见漏水钻孔，结合区域资料，正常情况下，本溪组可视为相对隔水层段。

　　3.6 奥陶纪马家沟组
　　
　　为中厚层状石灰岩等，奥陶系灰岩是区域性强含水层，但富水性不均一。

　　4 断层导水性

　　断层导水性取决于诸多因素，主要是断层的性质、落差、断距大小、断层带的物质组成、破碎程度及胶结状态等。其次是断层两盘的岩性，主要含水层的富水性，水头值的大小；另外，采掘活动也能改变断层的导水性。

　　阳城井田构造复杂程度中等，地震解释断层124 条，地质综合采用 67 条，其中落差大于 50m的 45 条，落差小于 50m 的 22 条（见图 2）。按断层的走向可分为三组，NE 向、NW 向及 EW 向，其中 NE 向最为发育，如井田内的 F1、季庄断层、阳城坝断层，延展距离长，落差大。根据区域性的断层力学特征，NE、NW 走向的断层多为压扭性或张扭性，而压性、压扭性断层往往具有阻水性质，张扭性断层虽具有导水性质，但主要还是决定于断层两盘的岩性。当断层呈阶梯状同向排列时，位于断层上盘的 3 煤层就与下盘的太原组灰岩，奥陶系灰岩相接近或对口接触。当断层相向及相背组合成地堑或地垒时，位于地堑内的 3 煤层及位于地垒外侧的 3 煤层，在断层落差大于 50m 时，其与煤层对口相接的即为太原组灰岩或奥陶系灰岩含水层。
　　
　　5 充水因素分析

　　阳城井田裂隙发育程度有由浅向深部逐步减弱的规律，同一含水层的富水性在垂直方向上同样存在着浅强深弱的分带特点。

　　对开采 3 煤层的直接充水含水层是 3 煤层顶板砂岩，就砂岩层本身而言，含水性较弱。当通过基岩风化带，采掘活动后的导水裂隙带从第四系下组古河道砂砾层和其它含水层获得补给，这取决于渗透途径的长短，砂岩裂隙的发育程度。通常情况下，工作面水量很小，有时顶板砂岩还赋有少量脉状裂隙水，少数工作面开采时引起顶板脱落，脉状裂隙水泄出，造成工作面充水，因无水源补给而易于疏干。

　　地质构造对矿井涌水的影响是复杂的，是由多种因素决定的，当 3 煤顶底板砂岩与灰岩含水层因断层对接，则形成以砂岩为导水通道，以灰岩水为侧向补给源的充水因素。当断层断薄 3 煤层与三灰的正常间距，三灰水头值超过“安全水头值”,岩溶水就直接被导通而造成突水。3 煤底到 3 灰之间多为粉砂岩及泥岩，开采 3 煤层，-750m 水平时，三灰水对 3 煤底板的水头压力为 7.8MPa,当其它不利因素（岩体完整性，间距等）同时具备时，这种情况下是较容易突水的。3煤底板到三灰间距正常，但底板下有隐伏岩溶陷落柱时，发生突水往往不易察觉。通过顶板砂岩段的断层，一定条件下也可造成第四系下组砂砾层水对顶板砂岩的直接充水。

　　6 结论

　　阳城井田处于一个半封闭的水文地质单元内有侧向补给的开放块段。第四系松散层中有多层稳定的厚层黏土层；煤系地层又由多层含隔水层相间组成，含水层总厚度小于隔水层，地下水垂直方向渗流差，径流滞缓。地下水径流不畅，补给不良。开采 3 煤层直接充水水源为顶板砂岩裂隙水，主要补给来源是奥陶系石灰岩水、太原组石灰岩水及第四系下组砂砾层水，途径是通过基岩风化带以及断层带使上下含水层对口相接或相近，渗透补给煤层顶板砂岩含水层。结合 3 煤层顶板砂岩漏水情况和水文地质试验资料，在开采 3 煤文地质条件应属裂隙水矿床简单 ~ 中等类型。十下灰和十一灰分别是 16煤和 17 煤的顶板，其富水性均为弱-较弱，本身对开采 16 煤和 17 煤时充水影响不大，两层煤的直接底板均以泥岩为主，隔水性较好。真正对开采 16煤和 17 煤造成威胁的是下伏富水性强的奥陶系灰岩，其距 17 煤约 50m.因此，开采 16 煤和 17 煤水文地质条件应属裂隙岩溶水矿床中等类型。

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