付江偉,傅雪海,胡 曉,劉愛華
(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇 徐州221008;2.河南省煤層氣開發(fā)利用有限公司,河南 鄭州450016;3.河南工程學(xué)院工商管理系,河南 新鄭451191)
焦作礦區(qū)位于河南省北部,處在華北聚煤區(qū)中部,區(qū)內(nèi)煤層氣資源豐富,煤層吸附性好,含氣量為10~42m3/t。據(jù)2000年中聯(lián)煤層氣公司和煤炭科學(xué)研究院預(yù)測(cè)資料顯示,焦作礦區(qū)煤層氣資源總量在2000m以淺達(dá)1733.5億m3,1000以淺為416億m3[1]。成煤后礦區(qū)經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化,地質(zhì)條件復(fù)雜[2]。近年來,焦作礦區(qū)投入大量資金進(jìn)行地面煤層氣開發(fā),先后對(duì)34口井進(jìn)行了壓裂排采。對(duì)于焦作礦區(qū)煤層氣開發(fā),國(guó)內(nèi)做了大量的研究[3-6],對(duì)礦區(qū)內(nèi)二1煤含氣特征、吸附性、滲透性以及開發(fā)潛勢(shì)等進(jìn)行了詳細(xì)的探討和評(píng)價(jià),但關(guān)于煤層氣開發(fā)的水文地質(zhì)條件研究尚顯薄弱。本文通過對(duì)焦作礦區(qū)水文地質(zhì)特征的研究,認(rèn)為水文地質(zhì)條件對(duì)煤層氣賦存特征以及開發(fā)過程中煤層氣開采都有較大影響。
焦作礦區(qū)地處華北板塊之內(nèi)的太行山斷隆區(qū)南緣山前斷裂帶,整體形態(tài)為一走向NE、傾向SE的單斜構(gòu)造。石炭-二疊紀(jì)含煤地層沉積之后,經(jīng)歷了印支、燕山和喜馬拉雅等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[2],本區(qū)構(gòu)造以斷裂形態(tài)為主,且多為高角度正斷層,分為NE向、NW向、近EW向三組。其中,NE向斷層最為發(fā)育,在礦區(qū)西部密度大,多呈地壘、地塹型構(gòu)造,在礦區(qū)東部多呈階梯狀構(gòu)造;近EW向斷層規(guī)模大、切割NE向斷層;NW向斷層數(shù)量很少,主要發(fā)育在礦區(qū)東北部,切割NE向斷層。走向近EW向的鳳凰嶺斷層和走向NW向的峪河斷層,將礦區(qū)分割成三大斷塊,即鳳凰嶺斷層以南為南部斷塊;鳳凰嶺斷層和峪河斷層之間為中部斷塊;峪河斷層以東為北部斷塊。這些斷塊又被斷塊內(nèi)斷裂構(gòu)造分割成一系列小斷塊。
本區(qū)含煤地層為石炭-二疊系,含煤地層總厚945.76m,含煤26層,煤層平均總厚16.04m,可采煤層總厚7.57m。其中,山西組下部的二1煤層,煤厚0.65~19.59m,平均5.51m。二1煤層位穩(wěn)定,普遍可采,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,是焦作礦區(qū)山西組煤層氣主要儲(chǔ)層,也是目前煤層氣開發(fā)的主要層位。礦區(qū)二1煤層頂板為粉砂巖、細(xì)砂巖互層,粉砂巖致密,膠結(jié)良好;頂板和煤層之間發(fā)育一層0.2~1.0m的致密碳質(zhì)泥巖;煤層底板普遍發(fā)育一層1.2~2.5m的泥巖,使煤層處在封閉條件良好的環(huán)境中,對(duì)煤層氣的保存十分有利。
太行山海拔千余米,構(gòu)造形態(tài)為一寬緩背斜,地層大面積向東南傾斜,影響著區(qū)域地下水流向,北部晉城一帶地下水位+600m,往南至焦作為+90m,水位高差510m,平均水力坡度12.7‰。礦區(qū)地下水除接受大氣降水與隱伏露頭區(qū)附近新近系、第四系孔隙水在 “天窗”(奧陶系灰?guī)r直接與第四系沖積層直接接觸)地段直接補(bǔ)給外,還接受來自太行山區(qū)的側(cè)向徑流補(bǔ)給,礦區(qū)位于區(qū)域地下水徑流帶。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料,西北部山區(qū)補(bǔ)給區(qū),石灰?guī)r面積1000多km2,基巖大面積裸露,以透水性良好的寒武和奧陶系碳酸鹽巖為主,具有良好的天然補(bǔ)給條件。因而,地下水通過巖溶與斷裂發(fā)育帶匯集于山前礦區(qū)下部,由于受EW向壓性斷裂與石炭-二疊系弱透水巖體的阻隔和導(dǎo)向,向E、ES運(yùn)移,總體流向?yàn)镹W→SE(圖1)。從圖1中可以進(jìn)一步看出,區(qū)域地形特征和地質(zhì)構(gòu)造是地下水徑流的主要控制因素,礦區(qū)水文地質(zhì)特征可以劃分為兩個(gè)水文地質(zhì)單元:太行山巖溶水補(bǔ)給區(qū);山麓平原孔隙潛水與層巖溶水徑流排泄區(qū)??傮w上峪河口斷裂以北地下水流方向?yàn)镾W,以南為地下水流向?yàn)镾E。區(qū)域地下水的徑流通道,由于構(gòu)造、巖性、地貌等差異,存在諸多強(qiáng)巖溶帶,比較典型有:朱村斷層強(qiáng)巖溶地下水徑流帶、鳳凰嶺斷層強(qiáng)巖溶地下水徑流帶、九里山斷層強(qiáng)巖溶地下水徑流帶、蘇莊-方莊斷層強(qiáng)巖溶地下水徑流帶。
圖1 焦作礦區(qū)水文地質(zhì)圖
2.1.1 含水組劃分
按巖性、巖溶、裂隙發(fā)育程度、水力性質(zhì)和富水程度,礦區(qū)內(nèi)含水巖組自下而上可分為:
碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層組:主要為寒武、奧陶系的厚層狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r,總厚度800~1000m,裸露區(qū)或斷裂帶常有大泉出露,泉流量0.01~7m3/s,礦區(qū)北部雙頭泉水位標(biāo)高為+850m、山前為+110m,區(qū)內(nèi)巖溶裂隙發(fā)育不均勻,煤礦涌水量1000~5000m3/d,水文標(biāo)高+110~+82m,屬?gòu)?qiáng)富水含水層。
碎屑巖夾碳酸巖巖溶裂隙含水層組:由太原組石灰?guī)r夾砂巖組成,其中灰?guī)r含水層9層,以上段L8、下段L2灰?guī)r層含水最為豐富,厚度分別為6~8m和8~21m,巖溶裂隙較發(fā)育,滲透系數(shù)為1~15m/d。L8灰?guī)r簡(jiǎn)稱八灰,上距二1煤 (俗稱大煤)20m左右,其間是以粉砂巖為主的隔水巖層,巖溶以裂隙為主,溶洞為輔,靜水位標(biāo)高+90m。八灰承壓水通過斷裂突破上覆隔水層與二1煤發(fā)生水力聯(lián)系;L2灰?guī)r簡(jiǎn)稱二灰,上距二1煤70m左右,水文標(biāo)高-90m,受斷裂及溶洞影響,二灰可直接與奧灰發(fā)生水力聯(lián)系 (焦作礦區(qū)煤系水文地質(zhì)柱狀圖見圖2)。
圖2 焦作礦區(qū)煤系水文地質(zhì)柱狀圖
碎屑巖類砂巖裂隙水含水層組:主要由山西組砂巖組成,其中頂部風(fēng)化巖層厚度一般30m左右,滲透系數(shù)0.2~1.0m/d;未風(fēng)化砂巖含水層單位涌水量0.01~1.31L/s·m,滲透系數(shù)0.01~0.5m/d,為弱含水層組。
松散巖類孔隙水含水層組:由新生界地層中的砂、礫石層組成。近山前地帶以礫、卵石層為主,頂板埋深20~40m,富水程度由北向南遞減,南部沖積平原以中細(xì)砂含水層為主,在沖積扇前緣常有泉群出現(xiàn),目前多已干涸。
2.1.2 含水層水力聯(lián)系特征
由于該區(qū)受北東向、北西和近東西向三組高角度斷裂的影響與控制,基巖地層被切割破碎,導(dǎo)致各含水層之間發(fā)生了一定的水力聯(lián)系。在斷裂帶附近,巖溶裂隙相對(duì)發(fā)育,常常形成強(qiáng)富水、導(dǎo)水帶,如鳳凰嶺斷層強(qiáng)徑流帶、朱村斷層強(qiáng)徑流帶、方莊斷層強(qiáng)徑流帶、馬坊泉斷層強(qiáng)徑流帶和百泉斷層強(qiáng)徑流帶等 (圖1),是焦作礦區(qū)內(nèi)諸礦井、勘探區(qū)的補(bǔ)給邊界,因而成為煤層氣開發(fā)選區(qū)和井網(wǎng)布置必須考慮的邊界條件。斷裂的力學(xué)性質(zhì)是影響煤層與含水層之間水力聯(lián)系的主要條件,強(qiáng)導(dǎo)水?dāng)鄬邮怯绊懙叵滤飨虻闹匾蛩兀?]。根據(jù)焦作礦井多次突水資料,從礦區(qū)斷裂形成的相對(duì)年齡、規(guī)模、性質(zhì)、巖性等方面分析可知:鳳凰嶺斷裂是礦區(qū)控制性斷裂,是強(qiáng)徑流帶,沿九里山斷層、朱村斷層形成本區(qū)較強(qiáng)徑流帶,徑流帶斷裂發(fā)育區(qū)巖石破碎,巖溶發(fā)育,裂隙密集,連通性強(qiáng),巖溶水沿?cái)嗔褞Ц患⑦\(yùn)移 (見表1)。
大氣降水為焦作礦區(qū)巖溶裂隙水的主要補(bǔ)給來源,西部、北部裸露山區(qū)廣泛出露的石灰?guī)r是巖溶地下水良好的補(bǔ)給場(chǎng)所,補(bǔ)給的地下水沿地層斷面、巖溶裂隙或斷層由高至低徑流入井田;另外,受區(qū)內(nèi)導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造的影響,下伏奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水垂向補(bǔ)給其上各含水層,致使石灰?guī)r巖溶裂隙水量大、補(bǔ)給水源充沛,構(gòu)成了區(qū)內(nèi)礦井主要沖水水源。礦區(qū)內(nèi)最大的九里山巖溶水系統(tǒng),補(bǔ)給面積約4900km2,天然資源量為38541萬(wàn) m3/a。其中,灰?guī)r裸露補(bǔ)給區(qū)面積1395km2,大氣降水補(bǔ)給量10~15m3/s,河流及水庫(kù)滲入補(bǔ)給量26.28m3/s。
在天然狀態(tài)下,補(bǔ)給區(qū)地下水水力坡度為11‰,徑流區(qū)為5‰,進(jìn)入礦區(qū)后為2%~0.44‰。以東井交斷層至黃水河斷層北側(cè)的分水嶺和紙坊溝以北的奪火鄉(xiāng)至峪河口地下分水嶺,將本區(qū)九里山巖溶水系統(tǒng)分為北部百泉巖溶水子系統(tǒng)、中部十里河巖溶水子系統(tǒng)和南部的雙頭泉巖溶水子系統(tǒng)。十里河巖溶水子系統(tǒng)與百泉巖溶水系統(tǒng)的石灰?guī)r裸露區(qū),是峪河斷裂以北的各區(qū)的補(bǔ)給區(qū);雙頭泉巖溶水子系統(tǒng)的石灰?guī)r裸露區(qū),為焦作礦區(qū)巖溶水的直接補(bǔ)給區(qū),演馬莊礦區(qū)即處于該區(qū)的徑流排泄區(qū)內(nèi),排泄的主要方式是礦井人工疏排。
巖溶水一部分沿山前沖洪積扇形成泉群排泄,總排泄量3.14~14.3m3/s,其中,九里山泉群流量9.2m3/s,隕城塞間歇泉流量2.4m3/s,百泉最大流量2.32m3/s*;另一部分向深部循環(huán)徑流或由人工排泄。由于焦作礦區(qū)補(bǔ)給面積大,巖溶裂隙發(fā)育,因此九里山巖溶水系統(tǒng)具有巨大調(diào)蓄功能,儲(chǔ)存資源約為88.73億m3。
水文地質(zhì)條件對(duì)煤層氣賦存、運(yùn)移的影響與控制作用,主要是通過水、氣在煤層空隙中的相互制約作用而體現(xiàn)。在煤層空隙中,水、氣處于一種壓力平衡狀態(tài),在煤層氣的解吸、擴(kuò)散、滲流過程中,水頭壓力、被疏排含水層的富水性及滲透性能起著決定性的控制作用。
表1 焦作礦區(qū)主要斷層幾何特征及控水意義
煤層氣主要以吸附狀態(tài)賦存在煤的孔隙中,地下水系統(tǒng)通過地層壓力對(duì)煤層氣吸附起控制作用。因此,水文地質(zhì)條件對(duì)煤層氣賦存、運(yùn)移影響很大,對(duì)煤層氣的開采至關(guān)重要。關(guān)于水文地質(zhì)條件對(duì)煤層氣賦存的影響,前人做了大量工作[8,9],提出了水動(dòng)力對(duì)煤層氣的運(yùn)移、逸散作用(導(dǎo)致煤層氣運(yùn)移、散失)和水力封閉、封堵作用(有利于煤層氣保存、富集)。
焦作礦區(qū)北為太行山區(qū),海拔標(biāo)高+200~+1700m,為構(gòu)造剝蝕的中低山地貌,廣泛出露奧陶-寒武系巨厚 (800~1000m)的碳酸鹽巖,地形陡峭,深山峽谷,巖溶裂隙發(fā)育。大氣降水后,由地表短暫徑流轉(zhuǎn)入地下徑流,地下水由高向低,自北和西北方向向礦區(qū)內(nèi)徑流,在礦區(qū)南部受到武陟隆起 (前震旦系地層)和斷距千米以上斷層(董村、朱村、耿黃等)的阻擋,使地下水在礦區(qū)內(nèi)排泄。焦作礦區(qū)近距供水區(qū),遠(yuǎn)距泄水區(qū),二1煤層下部主要有L8、L2、奧灰三個(gè)主要含水層,富水性極強(qiáng)且水壓很大,煤層底板泥巖封閉,使煤層氣處于水壓封堵狀態(tài)。二1煤層上部山西組砂巖含水層與泥巖、砂質(zhì)泥巖隔水層相間沉積,富水性較弱,呈滯流或微流狀態(tài),具有一定靜水壓,煤層氣上浮力小于靜水壓,對(duì)煤層氣保存有利[10]。如九里山礦井風(fēng)氧化帶深度為160m,淺部埋深220m時(shí),煤層氣含量高達(dá)19.16m3/t,但含氣量梯度較小為3m3/t/100m,這說明淺部露頭水沿煤層向深部運(yùn)移,對(duì)沿煤層向淺部運(yùn)移的煤層氣具有封堵作用。
焦作礦區(qū)水文條件整體上有利于煤層氣的賦存,但局部地區(qū)大斷裂附近形成地下水強(qiáng)徑流帶,煤層氣以水流為載體進(jìn)行運(yùn)移。例如朱村強(qiáng)徑流帶,斷層落差大于1000m。由于礦區(qū)北部山區(qū)巖溶裂隙地下水及沁河、丹河、西石河地表水垂直或橫跨斷層形成有利得補(bǔ)給條件,在與北東向斷層交匯地帶,地下巖溶更為發(fā)育,致使距該斷裂250m范圍,煤層甲烷實(shí)測(cè)含量由正常梯度下的16.18m3/t下降為7.83m3/t,最大下降百分比達(dá)到52%;受馬坊泉強(qiáng)徑流帶影響,在演馬莊礦田中部的馬坊泉斷層附近100m內(nèi),煤層氣含量低于15m3/t。
另一方面,井下人工排水破壞了地下水自然的補(bǔ)-流-排動(dòng)態(tài)平衡,造成補(bǔ)給遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于排泄,導(dǎo)致地下水?dāng)嗔骱蜏\部潛水乃至包氣帶水嚴(yán)重虧空,滯水封閉作用消失,為煤層氣游離部分開辟了良好的逸散通道。例如涌水量較大、突水嚴(yán)重的九里山礦,隨著礦井對(duì)地下水的輸排,原地下水徑流方向被打破,改由四周流向礦井,形成以16-9孔為中心的水位漏斗區(qū)。地下水的人工排采,使得距離排泄中心區(qū)較近的區(qū)域水壓的下降較快,致使原來吸附于煤孔隙中的吸附氣解吸出來并隨水流運(yùn)移,表現(xiàn)為漏斗區(qū)附近區(qū)域的11071工作面回采期間,絕對(duì)瓦斯涌出量在4.42~6.76m3/min之間變化,而距排泄中心較遠(yuǎn)的區(qū)域氣體含量受影響較小,絕對(duì)瓦斯涌出量一般7.66~9.89m3/min。
在一定的構(gòu)造條件下,水頭壓力對(duì)煤層氣的封存、圈閉起著重要的控制作用。一般來說,只有通過排水降壓,儲(chǔ)層壓力降到臨界解吸壓力之后,被吸附的煤層氣體才能解吸、游離出來。解吸后的煤層氣,在孔隙-裂隙網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散、滲流的過程,除了受網(wǎng)絡(luò)本身的透氣、透水性能影響外,氣、水兩相滲流之間還存在一定的相互制約作用。
煤層中采氣的機(jī)理與所觀察到的常規(guī)儲(chǔ)層采氣機(jī)理大不相同,煤層中很少或不存在游離氣,割理裂隙系統(tǒng)中的一部分孔隙空間被水飽和[11]。盡管割理裂隙系統(tǒng)中可能存在一些游離氣,但大多數(shù)氣體被吸附在煤表面上,因此,采出這種氣體,必須降低割理系統(tǒng)的壓力使氣體從煤表面解吸,運(yùn)移至割理系統(tǒng)并通過煤基質(zhì)擴(kuò)散。通常,為了降低割理系統(tǒng)壓力,必須采出大量的水,這樣氣體才能不斷解吸。從這個(gè)方面來說,煤儲(chǔ)層中的水是有利的,對(duì)于煤系含水層的補(bǔ)給、徑流條件較好的焦作礦區(qū),地下水的流動(dòng)可以較好地達(dá)到煤層氣開發(fā)排水降壓的目的。但是,局部煤系含水層富水較強(qiáng)、補(bǔ)給條件較好,在煤層氣勘探開發(fā)時(shí),容易發(fā)生因煤層富水或與含水層的貫穿,勢(shì)必增加了煤層氣井的排水費(fèi)用和時(shí)間。特別是在煤系暴露或煤系埋藏較淺而且又接近地表水體的區(qū)域,由于巖溶裂隙發(fā)育,地表水可通過裂隙進(jìn)入煤層,造成排采期間產(chǎn)水量大、產(chǎn)氣量小的現(xiàn)象,對(duì)煤層氣開采具有十分不利的影響。例如九里山區(qū)塊JLS-X井排采530d,累計(jì)產(chǎn)水18303m3的情況下,始終沒有開始產(chǎn)氣;而區(qū)塊內(nèi)JLS-Y井,累計(jì)排水360m3時(shí),產(chǎn)氣量就達(dá)128140m3。局部斷裂導(dǎo)水是致使部分井產(chǎn)水量大、產(chǎn)氣量小的重要原因之一。因次,在煤層氣井選址和布置時(shí),研究和分析儲(chǔ)層地下水的 “水源”,即查明排采期間水的來源十分重要。
在可采性評(píng)價(jià)中,水文地質(zhì)條件是極為重要的因素,它不但直接影響到對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)能的評(píng)價(jià),而且對(duì)完井方式、增產(chǎn)措施、開發(fā)選區(qū)、井網(wǎng)布置等的實(shí)用性等,也有一定的控制作用。焦作礦區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流條件較好,而且部分張性斷層具有導(dǎo)水性,地下水的徑流不可避免地帶走大量的煤層氣,引起煤層氣含量降低。因此,在煤層氣開發(fā)選區(qū)時(shí),應(yīng)考慮水文地質(zhì)因素對(duì)氣含量的影響。另外,焦作礦區(qū)巖溶裂隙發(fā)育,地表水可通過裂隙進(jìn)入煤層,對(duì)煤層氣具有不利的影響。因此,在煤層氣勘探開發(fā)時(shí),地貌因素應(yīng)是一個(gè)考慮的方面。焦作礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜,斷裂發(fā)育,斷裂有可能成為導(dǎo)水通道,煤層氣勘探開發(fā)選擇井位時(shí),在其他條件相同情況下,本區(qū)煤層氣井應(yīng)選擇在較深部,且離斷層較遠(yuǎn)的部位上。在煤層氣鉆井、壓裂作業(yè)時(shí),應(yīng)做好預(yù)防突水的準(zhǔn)備工作。
對(duì)于礦區(qū)特征鮮明的多尺度斷塊構(gòu)造,造成煤層氣儲(chǔ)層的地質(zhì)、水文地質(zhì)特征及可采性評(píng)價(jià)參數(shù),在平面上差異很大。在不同區(qū)塊水頭壓力變化,含水層的富水、導(dǎo)水性能以及地下水本身的物性特征 (如比重、粘度、壓縮性等)差別較大的情況下,對(duì)煤層氣生產(chǎn)過程中氣體的解吸、擴(kuò)散、滲流、產(chǎn)出的各個(gè)環(huán)節(jié)影響都是不同的。另外,在排采過程中,被疏排層段的含水層、隔水層在空間上的配置關(guān)系及均勻程度,對(duì)儲(chǔ)層壓力傳播特征和疏排效果具有較大影響。如1995年中原油田在焦作礦區(qū)古漢山井田的煤層氣排采試驗(yàn)中[12],抽排水量的大小對(duì)產(chǎn)氣顯現(xiàn)了極為敏感和重要的影響。在距G-3井300m左右G-1、G-2、G-4井,由于各種地質(zhì)、水文地質(zhì)的影響,在排采試驗(yàn)中壓力傳播特征各不相同:產(chǎn)水量差別大;動(dòng)液面降低快慢速度不均;儲(chǔ)層壓力梯度下降不同步;井與井之間連通性差。排水量的大小表現(xiàn),主要由于臨界解吸壓力與儲(chǔ)層壓力的比值偏低、煤層及疏排含水層的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不均勻性差異變化大等水文地質(zhì)因素的影響,而未達(dá)到預(yù)期效果。因此,在研究水文地質(zhì)條件對(duì)煤層氣滲流、運(yùn)移的影響時(shí),要對(duì)焦作礦區(qū)水文地質(zhì)邊界特征進(jìn)行研究。例如比較典型的線狀斷裂 (帶)、裂隙型內(nèi)邊界,這種導(dǎo)水?dāng)嗔训淖饔?,一方面可能是由于大型斷裂的相互錯(cuò)動(dòng),在其影響帶形成了比較發(fā)育的裂隙網(wǎng)絡(luò),成為溝通多層含水層聯(lián)系的通道,另一方面,可能是斷裂本身導(dǎo)水。據(jù)統(tǒng)計(jì),焦作礦區(qū)發(fā)生與斷裂帶內(nèi)邊界有關(guān)的突水占突水總次數(shù)的80%,線狀斷裂 (帶)內(nèi)邊界多分布于井田中、深部。
作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程,煤層氣開發(fā)既涉及到地質(zhì)選區(qū)、井網(wǎng)布置、開采方式、管路鋪設(shè)等地質(zhì)和經(jīng)濟(jì)因素外,同時(shí)還要考慮開采時(shí)對(duì)環(huán)境的影響情況。目前,地面煤層氣開發(fā)一般都通過排水降壓來實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層氣的開采,這就涉及到排水造成的環(huán)境地質(zhì)問題,如礦區(qū)水環(huán)境惡化及區(qū)域水位下降如何處理。對(duì)煤層氣井的生產(chǎn)開采來說,如果水質(zhì) (化學(xué)成分及礦化度等)較好,就要考慮對(duì)疏排水源的綜合利用問題;如果水質(zhì)差或含有某些有害組分而可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染或破壞時(shí),就必須考慮賠償或凈化處理問題。
焦作礦區(qū)是我國(guó)著名的突水礦區(qū),長(zhǎng)期煤礦生產(chǎn),必須大量疏排礦坑水,據(jù)測(cè)算噸煤需排水4.5m3,目前礦坑水排放量5.4 m3/s,造成了大面積漏斗區(qū)。漏斗區(qū)主要為九里山漏斗區(qū)、焦南漏斗區(qū)、東小莊水源地漏斗區(qū)。崗莊水源地漏斗區(qū),九里山漏斗區(qū)面積約9km2,中心水位90m以下,主要有礦坑排水造成[13]。近年來,區(qū)域地下水位下降造成區(qū)內(nèi)泉點(diǎn)枯竭,對(duì)礦區(qū)居民人畜用水和工農(nóng)業(yè)用水造成極大影響。另外,因礦坑排水及工業(yè)廢水、生活污水污染,現(xiàn)大部分地表水質(zhì)污染嚴(yán)重,同時(shí)也給礦區(qū)內(nèi)地下水帶來嚴(yán)重污染。據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)資料分析[14],礦區(qū)地下水已遭到較大范圍污染,污染面積343.25km2,巖溶地下水主要污染因子為氯離子,鐵、錳、總硬度等。中馬村礦、韓莊礦、王封礦、馮營(yíng)礦、演馬莊礦等地,部分水井超標(biāo),其中中馬村礦水井氯離子含量為2135mg/L,超標(biāo)8.5倍。目前,焦作煤層氣開發(fā)還處于探索試驗(yàn)階段,由生產(chǎn)因素產(chǎn)生的負(fù)面影響還不十分突出。但是,如果商業(yè)化大規(guī)模進(jìn)行開采情況下,就需要加強(qiáng)礦區(qū)區(qū)域地下水水位降落漏斗范圍及變化趨勢(shì)的監(jiān)測(cè),調(diào)整地下水開采布局,對(duì)地下水開采層位進(jìn)行人工回灌,并采取分層取水、以豐補(bǔ)枯等措施控制地下水水位下降的幅度等措施,從而在安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等綜合因素上,實(shí)現(xiàn)焦作礦區(qū)煤層氣可持續(xù)發(fā)展。
(1)焦作礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜,在特征鮮明的多尺度斷塊構(gòu)造影響下,造成水文地質(zhì)條件地區(qū)差異顯著,即使同一井田范圍內(nèi),被疏排層段的含水層、隔水層在空間上的配置關(guān)系及均勻程度都有很大差別。
(2)焦作礦區(qū)水文地質(zhì)條件整體上有利于煤層氣的賦存,但局部地區(qū)大斷裂附近形成地下水強(qiáng)徑流帶,煤層氣以水流為載體被運(yùn)移逸散。
(3)焦作礦區(qū)巖溶裂隙發(fā)育,在煤系暴露或煤系埋藏較淺而且又接近地表水體的區(qū)域,地表水可通過裂隙進(jìn)入煤層,對(duì)煤層氣開采具有不利影響。因此,在進(jìn)行井網(wǎng)選址與布置時(shí),應(yīng)充分分析水文地質(zhì)條件對(duì)煤層氣排采的影響。
(4)焦作礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜,斷裂發(fā)育,斷裂有可能成為導(dǎo)水通道。煤層氣勘探開發(fā)選擇井位時(shí),在其他條件相同情況下,煤層氣井應(yīng)選擇在離斷層較遠(yuǎn)、埋藏較深部。
(5)考慮到煤層氣開發(fā)可能由于排水造成的環(huán)境地質(zhì)問題,應(yīng)合理處理水環(huán)境惡化及區(qū)域水位下降等問題。
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