古 瑤，王施智，耿 清，呂琳琳

(陜西省煤田物探測(cè)繪有限公司，陜西 西安 710005)

0 引言

榆神礦區(qū)是國(guó)家大型煤炭基地——陜北基地的主要規(guī)劃礦區(qū)之一，小保當(dāng)井田屬于榆神礦區(qū)三期規(guī)劃區(qū)，建設(shè)規(guī)模巨大，在煤田開(kāi)采過(guò)程中，若能夠及時(shí)探查煤層上覆含水層的富水性，為礦井疏放水工作提供靶區(qū)，將會(huì)在很大程度上避免礦井水害的發(fā)生，有效提高生產(chǎn)力，降低各方損失[1-3]。

目前研究情況表明，在陜北侏羅系煤田，由于其干旱、少雨、溫差大等特殊的古氣候條件，產(chǎn)生了相當(dāng)范圍的縱深風(fēng)化裂隙，形成基巖風(fēng)化帶，不同條件下，其作用不同。當(dāng)風(fēng)化基巖作為隔水層時(shí)，有利于預(yù)防薩拉烏蘇組強(qiáng)含水層導(dǎo)通下部含水層或煤層；作為含水層時(shí)，是造成礦井涌水、突水災(zāi)害的主要來(lái)源之一[4-6]。本次勘探區(qū)域內(nèi)，風(fēng)化帶含水層是煤礦防治水的主要工作內(nèi)容。探查含水層富水性的方法很多，在總結(jié)前人論述結(jié)果的基礎(chǔ)上，本次選用對(duì)水體敏感且分辨率高的瞬變電磁法來(lái)進(jìn)行勘探，之后對(duì)勘探結(jié)果綜合鉆孔、地形地貌及相關(guān)水文地質(zhì)資料進(jìn)行統(tǒng)一分析。

1 地質(zhì)及水文特征

1.1 地形地貌

據(jù)實(shí)地勘探及其他資料，區(qū)內(nèi)大部分地域被第四系風(fēng)積半固定沙丘和固定沙丘所覆蓋，以風(fēng)積沙地貌為主。地形總趨勢(shì)為中部、西南部高，東北部低。區(qū)內(nèi)地表無(wú)河流，僅有一些海子，蓄水量隨著季節(jié)的變化而變化，從南向西北方向有一道分水嶺。

1.2 地質(zhì)情況

煤層：侏羅系中統(tǒng)延安組為本區(qū)的含煤地層，其地層巖性在橫向上變化稍大，在垂向上具有明顯的層序韻律，是典型的煤系地層沉積特征，主采1-1、2-2煤。

構(gòu)造：勘探區(qū)地層總體為一走向NNE，傾向NWW，傾角不足2°的單斜構(gòu)造。在單斜構(gòu)造的框架之上發(fā)育有一些寬緩的波狀起伏，少量斷層。

1.3 水文地質(zhì)特征

含水層特征：由以往研究資料得知，本井田主要含水層為風(fēng)化巖基巖裂隙承壓水含水層。統(tǒng)徑統(tǒng)降單位涌水量q為0.001 5～0.045 2 L/(s·m)，滲透系數(shù)K為0.077～0.255 m/d；侏羅系中統(tǒng)安定組、直羅組裂隙承壓水含水層統(tǒng)降統(tǒng)徑單位涌水量q為0.009 9～0.085 78 L/(s·m)，平均滲透系數(shù)K為0.017 81～0.139 m/d；侏羅系中統(tǒng)延安組裂隙承壓水含水層統(tǒng)徑統(tǒng)降單位涌水量q為0.000 2～0.050 89 L/(s·m)，滲透系數(shù)K為0.000 6～0.022 96 m/d，滲透系數(shù)隨各層位深度增加而減小。風(fēng)化巖中隨著風(fēng)化程度不同，裂隙發(fā)育程度、風(fēng)化產(chǎn)物不同，含水巖性以中、細(xì)粒砂巖為主，其富水性受地形地貌、上覆含水層及隔水層特征、風(fēng)化程度和基巖巖性制約，富水性弱至中等。侏羅系中統(tǒng)安定組、直羅組、延安組及下統(tǒng)富縣組含水層以砂巖為主，夾少量砂質(zhì)泥巖及泥巖，大范圍內(nèi)巖性均一，總體上看其結(jié)構(gòu)致密，裂隙不發(fā)育，富水性較弱。

充水通道：本區(qū)充水通道主要是煤層開(kāi)采擾動(dòng)形成的冒落、冒裂裂隙，充水強(qiáng)度主要決定于風(fēng)化基巖孔隙裂隙承壓含水層和沙層潛水含水層的富水性、煤層上覆基巖厚度及冒裂裂隙溝通各含水層的程度。由地質(zhì)資料得知，井田2-2煤層冒落帶最大高度30.16 m，導(dǎo)水裂隙帶最大高度為111.30 m，上部風(fēng)化基巖厚度為27.18～58.48 m，而上覆基巖厚度為206.35～362.71 m，采煤時(shí)冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶均在正常基巖里發(fā)育。2-2煤上覆基巖厚度在整個(gè)井田內(nèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，理論上導(dǎo)水裂隙帶高度不能溝通松散沙層潛水。

水系：水文地質(zhì)資料顯示，在測(cè)區(qū)內(nèi)存在一條由西北向東南展布的分水嶺，其北部潛水總體向東北方向徑流，南部潛水總體向西南方向徑流，沿隔水界面向低凹帶匯集，測(cè)區(qū)內(nèi)的基巖承壓水以側(cè)向補(bǔ)給為主，并與潛水存在互補(bǔ)關(guān)系，主要通過(guò)越流方式發(fā)生聯(lián)系。

2 資料處理解釋

2.1 斷面及含水分析

斷面分析：斷面分析是進(jìn)行平面分析的基礎(chǔ)[7-10]，根據(jù)視電阻率斷面圖(圖1)的電性特征與鉆孔揭露資料，在縱向上將區(qū)內(nèi)各地層自上而下大致劃分為3組電性層。①第1組電性層為安定組地層的電性反應(yīng)，其上部均多為粉砂巖和泥巖，中下部多為巨厚層狀粗粒、中粒、細(xì)粒砂巖，整體視電阻率最小；②第2組電性層為直羅組地層的電性反應(yīng)，其上部為泥巖和粉砂巖，中下部為粗粒砂巖夾泥巖、粉砂巖，底部偶有薄、中厚層含礫砂巖或礫巖，整體視電阻率處于低值平穩(wěn)略上升段；③第3組電性層為煤系地層(延安組)煤層、砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖的電性反應(yīng)，視電阻率值逐漸增高。

圖1 典型測(cè)線(xiàn)視電阻率等值線(xiàn)斷面圖

含水分析：各含水層富水性在橫向上具有不均一性，但縱向上存在一定的水力聯(lián)系。由于基巖上覆松散沙層，其透水性良好，而部分潛水可以經(jīng)紅土覆蓋厚度較薄區(qū)域通過(guò)裂隙補(bǔ)給風(fēng)化巖，即紅土較薄區(qū)域下部的風(fēng)化基巖容易含水，紅土較厚區(qū)域風(fēng)化巖含水的可能性較小。除此之外，巖石的礦物成分、化學(xué)成分和巖性結(jié)構(gòu)也都影響著巖石的風(fēng)化速度、程度和產(chǎn)物；巖體中各類(lèi)結(jié)構(gòu)面通常是風(fēng)化營(yíng)力的通道，節(jié)理裂隙發(fā)育的巖體，風(fēng)化巖層厚度大、程度強(qiáng)烈。而紅土覆蓋厚度小、地形變化大、植被覆蓋多、海子存在較多、構(gòu)造發(fā)育等處為分析的重點(diǎn)。

2.2 異常區(qū)分析

本次共圈定基巖風(fēng)化帶低阻異常區(qū)6處，編號(hào)為J-1～J-6號(hào)，均為綜合修正后異常范圍，圖2為基巖風(fēng)化帶視電阻率等值線(xiàn)暨富水異常成果圖。

圖2 基巖風(fēng)化帶視電阻率等值線(xiàn)暨富水異常成果圖

J-1號(hào)：異常區(qū)位于勘探區(qū)西南部，根據(jù)地質(zhì)資料可知，此區(qū)域風(fēng)化基巖厚度雖然大于15 m，但紅土隔水層厚度較大，且臨近分水嶺，因此分析此異常為相對(duì)弱富水異常。

J-2號(hào)：異常區(qū)位于測(cè)區(qū)的西部，此區(qū)域風(fēng)化巖厚度較大，綜合地形及紅土層厚度，解釋為相對(duì)弱富水異常。

J-3號(hào)：異常區(qū)位于測(cè)區(qū)的中部，此區(qū)域風(fēng)化巖厚度較大，地形平坦，因此解釋為相對(duì)弱富水異常的區(qū)域。

J-4號(hào)：異常區(qū)位于測(cè)區(qū)東部邊界附近，由地質(zhì)資料可知，此區(qū)域紅土覆蓋層厚度為本測(cè)區(qū)最薄處，易于溝通其上部潛水含水層，且風(fēng)化巖厚度較厚，富水的可能性較大，同時(shí)根據(jù)B10號(hào)水文孔抽水資料，其統(tǒng)徑統(tǒng)降單位涌水量為0.121 2 L/(s·m)，相對(duì)整個(gè)風(fēng)化基巖帶為中等富水，因此J-4號(hào)異常解釋為相對(duì)強(qiáng)富水異常。

J-5號(hào)：異常區(qū)位于測(cè)區(qū)東部，此區(qū)域紅土層厚度較小，地形低洼，劃分為相對(duì)弱富水異常。

J-6號(hào)：異常區(qū)位于測(cè)區(qū)的北部邊界處，此區(qū)域臨近海子和臭柏保護(hù)區(qū)，紅土層厚度較小，風(fēng)化巖厚度較大，且為全區(qū)最低處，具有良好的富水條件，解釋為相對(duì)強(qiáng)富水異常區(qū)。

3 結(jié)語(yǔ)

總結(jié)了風(fēng)化巖特征及富水性影響因素后，結(jié)合其他含水層富水情況，總體看來(lái)，本區(qū)基巖風(fēng)化帶的富水性弱-中等，在測(cè)區(qū)西南部、東北部富水性較強(qiáng)，對(duì)開(kāi)采工作有一定的影響。

在電法資料的解釋過(guò)程中，單一的構(gòu)造及地層特征并不能確定含水層的富水性，必須同時(shí)分析各含水層的滲透系數(shù)、巖層性質(zhì)、地貌特征、水文孔等，有條件時(shí)要結(jié)合采掘情況，才能得出更加精確的結(jié)果。此外，煤層頂板應(yīng)力在采動(dòng)作用影響下會(huì)重新分布，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)巖層能夠承受最大應(yīng)力時(shí)，巖石就會(huì)產(chǎn)生裂隙甚至破碎，距離煤層越近破碎程度越大。因此，建議礦方在進(jìn)行防治水工作時(shí)，注意采動(dòng)的影響，雖然本區(qū)冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶均發(fā)育在正常基巖里，但仍應(yīng)該引起注意。最后，在井田內(nèi)當(dāng)上部煤層采空后，易在采空區(qū)形成老窯積水，在下部煤層開(kāi)采過(guò)程中，由于導(dǎo)水裂隙的影響，仍可能會(huì)造成礦井涌水。