富水性探测论文

富水性探测论文（共5篇）

富水性探测论文 篇1

摘要：随着我国煤矿开采深度和复杂性的增加, 矿井水害有效防治对矿井安全生产具有重要现实意义。本文基于直流电法基本探测原理, 利用并行电法采集数据优势, 布置双巷直流电法观测系统, 探测煤矿底板富水性情况。通过对双巷并行电法数据进行三维数值反演, 得到工作面底板下方三维电阻率数据体, 有效识别工作面底板下方含水异常体范围。

关键词：煤矿底板,富水性,双巷并行采集,直流电法

1 概述

随着我国资源开采逐渐向深部发展, 矿井水害越来越严重制约着矿井的安全生产。煤炭开采环境日趋复杂, 煤矿水害问题更加日益突出。当开采煤层底部直接与水压、富水量大的巨厚奥陶纪灰岩含水体相连或者煤层与底部的灰岩含水层之间的隔水层较薄时, 在矿井采动的影响下, 容易发生矿井底板突水导致矿井涌水量猛增甚至淹井事故的发生。由于煤层底板断裂带及岩层富水性变化均能引起明显电性异常, 采用直流电法可有效探测煤矿底板富水性[1,2,3]。

2 探测工作面概况

某矿Ⅳ627工作面位于牛眠向斜西翼, 牛眠向斜轴部横穿工作面, 靠近工作面机巷, 6煤为不稳定煤层。煤层总厚1.1~2.5m, 平均2.0m。煤层倾角0~21°, 平均15°。其上方31煤及32煤均已回采。工作面走向长587~662m, 倾向长160m, 地面标 +35.10m, 工作面标高 -646.3~-757.5m。工作面距离底板一灰约46m, 距离底板二灰约50m。6煤层地质构造较发育, 常出现顶压、底鼓构造所形成的煤层变薄区。面内产状变化较大。工作面地质构造类型主要表现为断层、大小不等的顶压、底鼓所形成的煤层变薄带。

6煤为近灰岩开采煤层, 间距20~70m, 且本工作面范围内有发育陷落柱构造的可能。回采过程中要做好探查工作, 防止隐伏构造引起的底板灰岩出水。本次物探采用巷道底板直流并行电法技术解决巷道底板下及工作面面内90m范围内的含水异常区的位置、范围富水性分布情况。

3 探测数据采集

2014年9月在某矿Ⅳ627工作面底板进行并行电法数据采集, 第一站和第二站布置在机巷、第三站和第四站布置在风巷。每站布置64个电极, 相邻两站之间重合19个电极, 电极间距为5~5.5m。选取以机巷和切眼的交点为平面直角坐标系原点 (0, 0) , 沿机巷指向外段方向为X轴正向, 沿切眼指向风巷方向为Y轴正向。数据采集选用本安型防爆WBD-1型网络并行电法仪, 供电电压48v, 恒流时间0.5s, 采样间隔50ms, 采样方式AM。

4 数据分析与解释

采用配套的WBD软件解编每站原始采集数据, 并将四站数据进行拼接, 通过AGI三维电阻率反演软件得到底板三维电阻率数据体, 从而分析Ⅳ627工作面内底板下90m范围内的含赋水异常区的位置、范围极其富水性情况。

4.1 巷道底板电法测深结果

Ⅳ627工作面风巷主要存在2个相对低阻区域YC1、YC2, Ⅳ627工作面机巷主要存在4个相对低阻区域YC3、YC4、YC5、YC6, 阻值基本均在25Ω?m以下, 各低阻区解释如下:

YC1位于Ⅳ627风巷x=85m~410m之间, 对应于风巷风15测点向外6m至风5测点向里5m之间, 深度在风巷底板下30m~100m之间, 低阻区范围较大, 深度在灰岩段, 可能与底板灰岩水有一定的水力联系, 是本次探测重点防范区域之一;YC2位于Ⅳ627风巷x=460m~556m之间, 对应于风巷风4测点向外24m至风口测点之间, 深度在风巷底板下0m~100m之间, 可能与底板灰岩水有一定的水力联系;YC3位于Ⅳ627机巷x=0m~60m之间, 对应于机巷的机巷切眼拐角至机4测点之间, 深度在机巷底板下0m~40m之间, 低阻区范围较小, 深度较浅, 与面内三维空间成果不对应, 可能较多反应工作面外的低阻情况;YC4位于Ⅳ627机巷x=65m~220m之间, 对应于机巷机4测点向外5m至机10测点向里11m之间, 深度在机巷底板下0m~40m之间, 低阻区范围较大, 深度较深, 可能与底板灰岩水有一定的水力联系, 为本次探测重点防范区域之一;YC5位于Ⅳ627机巷x=290m~335m之间, 对应于机巷机8测点向外10m至机7测点向外6m之间, 深度在机巷底板下70m~100m之间, 低阻区在灰岩段, 可能与底板灰岩水有一定的水力联系;YC6位于Ⅳ627机巷x=432m~560m之间, 对应于机巷机5测点向外14m至机2测点向外18m之间, 深度在机巷底板下32m~100m之间, 低阻区在灰岩段, 可能与底板灰岩水有一定的水力联系。

4.2 工作面内并行电法三维空间电阻率成像

工作面面内及底板主要存在3个相对低阻区, 分别定义DZ1、DZ2和DZ3, 阻值基本均在25Ω·m以下, 各低阻区情况如下: (1) DZ1低阻区主要位于X=90~245m, Y=0~115m之间, 朝底板下延伸深度为90m, 深度较深, 范围较大, 可能与底板灰岩水有一定的水力联系。DZ1低阻区与YC1和YC4重合, 是本次探测重点防范区域之一。 (2) DZ2低阻区主要位于X=320~375m, Y=85~115m之间, 朝底板下延伸深度为70m, 深度较深, 底板下30~50m有扩大趋势, 可能与底板灰岩水有一定的水力联系。DZ2低阻区与YC1和YC5重合。 (3) DZ3低阻区主要位于X=490~560m, Y=10~140m之间, 朝底板下延伸深度为50m, 可能含有砂岩水。DZ3低阻区与YC2和YC6重合。

5 结论

5.1 现场探测条件良好, 现场探测采用双巷网络并行电法, 对工作面形成穿透, 得到底板三维视电阻率数据体。

5.2通过分析单条测线测深视电阻率剖面图和三维空间电阻率切片图, 并结合以往经验及工作面地质资料得出4个相对低阻区, 且相对低阻异常区强弱关系为:DZ1>DZ2>DZ3>YC3, 其中DZ1、DZ2延伸穿过底板灰岩, 为本次工作面底板探测重点防患区域。

参考文献

[1]岳建华.矿井直流电法及在煤层底板突水探测中的应用[J].中国矿业大学学报, 1997, 26 (1) :94-98.

[2]刘盛东, 吴荣新, 张平松.三维并行电法勘探技术与矿井水害探查[J].煤炭学报, 2009, 34 (7) :927-932.

[3]吴荣新, 刘盛东, 张平松.双巷并行三维电法探测煤层工作面底板富水区[J].煤炭学报, 2010, 35 (3) :454-458.

富水性探测论文 篇2

关键词：钻孔涌水量；富水性；水柱高度；含水层厚度

利用钻孔涌水量评价含水层富水性时，水位降深的确定是关键。对潜水含水层一般采用潜水含水层厚度的一半作为其降深值，对承压水降深值采用承压水水柱高度或水柱高度加含水层厚度的一半为其降深值。但上述方法都有问题，评价结果往往和岩层实际富水性不符，有时相差甚远。因此，笔者结合自身的实际工作经验和相关资料，总结分析钻孔涌水量对岩层富水性的评价问题。

1、对承压含水层进行讨论

表1是江西省两个水源地钻孔抽水资料；

根据表1数据显示：在承压水头高度较大的情况下，倘若根据承压水头的实际高度计算，那么涌水量会很大，如表1中余江黄埠的12、13、31、32钻孔和信江盆地的S2孔等。其中，余江黄埠13号孔每天涌水量高达7300吨，倘若根据承压水头与承压含水层厚度的1/2的和计算，那么涌水量则会更大。即使仅根据50米降深值计算，单孔涌水量每天达到近1000吨或者1000吨以上的，钻孔也仍很多，其中最大的13号孔可以达到每天2500吨，这严重违背了现场实际情况。

信江盆地的S5钻孔，承压水头高度较小，从含水层顶板到静止水位高度为6.8米。倘若根据承压水柱高来计算涌水量，那么表中一一列举的剩余钻孔单位涌水量和实际出水量都比S5钻孔要少，但是单孔涌水量却比S5钻孔要大。S5钻孔按照6.8米的降深值计算所得每日涌水量仅有600吨左右，而现场实际情况每日可达1000吨左右，涌水量还比较稳定。综上所述，笔者认为有以下几点原因：①承压水头高度的大小和岩石层结构、承压含水层的深度相关。岩石层结构陡的，埋深一般比较大，承压水头高度也一般较大。反之，岩石层结构平缓，承压水头高度较小。②承压含水层的富水性和含水层埋深、露头宽度以及临层地下水的补给有关。含水层结构陡的，埋深一般都较大，那么露头宽度与补给相对较小，涌水量也相对小些，而且水量和水位都不稳定。反之，含水层结构平缓，埋深小，但是露头宽度和补给大，涌水量也相对大些，而且水量和水位较为稳定。③中、新生界地层的地下水，承压水头相对比较大，但水量衰减快，同时具备承压水头越大，水量衰减越快的特点。综上，承压水头的大小不能作为岩层富水性和涌水量的计算依据。

2.孔隙潜水含水层评价问题

潜水含水层主要是第四系含水层富水性与含水层厚度的关系和主要的影响因素。①根据江西某地区的相关资料显示，河流含水层厚30至40米左右时，取钻孔口径为8，降深值为5，计算所得单孔涌水量每天大于5000吨，而富水性较好的钻孔每天可以达到10000吨，当前开采量每天大约110吨，漏斗面积330平方公里，中心水位下降最大数值为18米，并且水位持续逐年下降1米左右，漏斗面积持续扩大，以上情况表明地下水开采过量。我们试想一下，在以上漏斗面积内，如果单位平方公里内钻一个生产井，那么可以布置330个，根据富水性计算，每天可以开采地下水170万吨左右，仅稍微大于目前的开采量。如果按照3米的降深值计算，每天可以开采地下水100万吨左右，和当前开采量持平。但是按照含水层厚度的1/2计算，取降深值20米，单孔每天涌水量在2万吨左右，如果每个1.5平方公里内钻一个生产井，那么漏斗面积内可以可以布置220个，每天可开采地下水330万吨，是当前开采水量的3倍多，但实际情况每天是不超过150万吨，这充分说明依据含水层厚度计算的涌水量和实际情况不符。②江西省鹰潭市夏埠地区根据自身的补给条件，取降深值为5米，计算每天涌水量为5000吨，与实际开采较为接近，并且地下水量和水量稳定。但是按照含水层厚度1/2计算所得每天涌水量为1.5万吨，和实际相差较大。③江西九江某水源地，上游三峡大坝拦截地表水后，其地下水急剧减少，虽然含水层极厚，平均在50至60米，极大表现为100至200米。但是由于地下补给不多，虽然开采量较小，但是水位也逐年大面积下降，平均每年下降半米至1米不等，小些为0.2至0.3米。在开采量大的地域，降深可达15至20米，平均每年下降1米。

综上所述，含水层厚度影响着岩层富水性，可以把他看成一个水库，起到调节地下水的作用，或者开采利用其静储量。但从长远的角度看，这个量还比较小，最重要的还要依靠地下水的天然补给量。这和固体矿床有着本质的区别。固体矿床在某一特定地质时期内是稳定的，但地下水随着时间和空间的变化而变化，是可变和可恢复的流态矿床。综合考虑这一特点，全球在地下水短缺的地方，都采用了回灌的方法补充地下水，保证生产井的出水，满足日常生产生活。

3.结论

总之，不管是承压水还是潜水，对岩层富水性的评价只考虑承压水头高度和含水层厚度还不够，还须考虑地下水的天然补给量，这是评价富水性和计算涌水量的主要因素。这样才能弥补以往含水层厚度的片面评价，对反映各地区地下水资源的实际情况和推进当地生产有着积极作用。

作者简介：贾荣乐（1982～），男，安徽宁国人，工程师，从事煤田地质工作。

富水性探测论文 篇3

一、研究区概况

宿南矿区位于宿州市东南部, 属宿州市祁县镇、西寺坡镇和固镇湖沟镇管辖, 矿区中心位置距宿州市约25km, 目前有桃园、祁南、祁东煤矿等3对生产矿井。祁南煤矿地下底层分层清晰, 井田范围内揭露的地层有石炭系、二迭系、第三系和第四系。煤矿位于宿南向斜西南部, 走向由近南北转至东西, 向西南凸出, 形成倾向东转至倾向北的弧形单斜构造, 中部及东部发育有褶曲, 轴向基本与地层走向一致。矿井内地层倾角北部陡, 一般为20°~30°;中部及东部较缓, 一般为7°~15°。已查出较大褶曲2个, 大于和等于10m的断层92条。

二、四含沉积特征及其富水性分析

沉积相是反映一定自然环境特征的沉积体。从沉积物 (岩) 的岩性、结构、构造和古生物等特征可以判断沉积时的环境和作用过程。沉积相是含水层富水性的一个重要影响因素, 不同相的沉积物与富水性之间具有明显的对应关系, 因此在评价含水层富水性时, 应该充分考虑到其形成时的沉积相。

由新生界沉积前的古地形特征分析可知, 祁南井田所在的宿南矿区新生界底部在松散沉积物形成之前, 为山区古地形, 发育了不同的地貌景观, 其中有一条古河流, 自西北向东南方向流动, 并且由于受河流两侧山岭的约束作用, 河流侧向摆动受到了限制。与此同时, 在古降水的作用下, 在山岭两侧的陡凹地带, 经过长期风化作用的岩石浅表面, 在雨水的浸泡作用下, 发生洪积作用, 形成厚度不等的洪积扇沉积体。

根据沉积物剖面的颗粒大小、磨圆度、累计概率曲线、测井曲线等综合分析可知, 四含沉积物为洪积相、河流相 (河道、天然堤) 、坡积相等多相交互沉积的产物。从四含沉积物的物质成分、颗粒特征和地形特点的关系来看, 祁南所在的宿南矿区内的四含是典型山区快速水流造成的洪积扇沉积物, 含有一些扇上辫状水系造成的冲积物。

含水层的富水性是指含水层的储水空间如何、水流在松散多孔介质中的流动程度如何以及相关的补给条件, 就宿南矿区而言, 影响四含富水性的因素主要有含水层的有效孔隙率以及水的储存性和流动性等。

三、祁南井田富水性特征

(一) 井田四含发育特征

奥陶系经风化剥蚀后, 沉积了一套石炭二叠系煤系地层, 经过褶曲、断裂等多期、多级构造运动作用及长期的风化剥蚀作用, 形成了高低不平的古地形, 以此为沉积基底, 沉积了一套松散的新生界沉积物。受古地形及沉积环境的控制影响, 四含为一套洪积相、河流相、坡积相交错沉积的产物。祁南井田四含底板埋深190.00~403.75m, 含水层厚度0~36.13m, 除与祁东煤矿接壤范围外, 四含沉积厚度较薄, 变化范围为5~15m, 平均10.14m。位于祁南矿东北部阎家潜山地段, 新生界松散层厚度最小, 其厚度为190.0m, 三隔与基岩直接接触, 四含缺失。

(二) 井田四含富水性分区

祁南矿中部和东南部, “四含”顶部多为灰白色泥质和钙质粘土, 中、下部以粘土、砂质粘土、粘土质砂为主, 含有较多钙质团块及铁、锰质结核, 局部地段的底部含有少量的粘土质砾石或粘土夹砾石, 该地段“四含”不发育。富水性较弱。祁南井田西部和南部边缘地段, 由于受到暂时性洪水搬运, 形成洪积和坡积物。岩性为砾石、粘土质砾石, 粘土夹砾石及粘土质砂等。砾石成分为灰岩、砂岩、石英岩、燧石等。砾径一般为1~5cm, 大者5~15cm, 磨园度差。其间及顶部还有钙质结核和铁锰质结核生成。祁南西北部煤系露头边缘地段为砾岩主要分布区, 井田内原有35个钻孔揭露四含砾岩层, 其中有14个钻孔发生全泵量漏失现象, 表明该层位溶隙、洞穴发育。

四、结论

新生界底部“四含”沉积物为一套河流相、洪积相、坡积相复合沉积的产物, 其间具有一定的演化规律, 因此不同地段这三者不是完全相同的:在不考虑边界补给的条件下, 河流相与洪积相所形成的含水层属于富水性强一中等, 而坡积相沉积物富水性较弱。结合“四含”沉积相与富水性关系、突水资料的分析, 并充分考虑到边界性质, 将矿区富水性分为中等富水区和弱富水区。

参考文献

[1]许延春.黄淮地区巨厚松散层岩性结构特征以及采矿对其水动态的影响[M].工程地质学报, 1998.

[2]葛晓光.两淮煤田厚新生界底部含砾地层沉积物成因分析[J].煤炭学报, 2000.

[3]许光泉, 沈慧珍.宿南矿区"四含"沉积相与富水性关系研究[D].安徽理工大学学报 (自然科学版) , 2005.

富水性探测论文 篇4

含水层富水性评价无论对于水资源评价还是矿井防治水均具有重要的理论和实际意义,我国学者从不同角度对含水层富水性评价开展了研究: 一方面,从地质、水文地质资料角度对含水层富水性进行分析[1~3]; 另一方面,利用物探方法对含水层富水性进行探查[4~6],均取得了较好的效果。

根据对宁东煤田影响浅部煤层开采的直罗组下段含水层长期研究,发现影响含水层富水性的因素主要包括沉积和构造特征两方面。沉积特征是含水层形成及地下水赋存最基本的控制因素,构造特征是后期含水层接受地应力被改变形态和水理性质的结果。以往对构造控水规律开展的研究较多[7,8], 但是对于沉积控水规律的研究尚处于起步阶段,本文采用灰色关联分析从沉积和构造特征两个方面对含水层富水性影响因素进行定量研究,为沉积控水规律研究及含水层富水性划分提供了依据。

1研究区概况及含水层富水性影响指标

研究区位于鄂尔多斯盆地西缘宁东煤田某矿井的首采区,研究区主采煤层为侏罗系延安组浅部的2煤,其开采过程中主要受到煤层顶板侏罗系直罗组下段含水层的威胁。直罗组下段含水层为一套辨状河相沉积,其厚度为9. 32 ~ 288. 66m,平均厚度98. 33m。岩性主要为灰绿、蓝灰、灰褐色夹紫斑的粗、中、细粒砂岩,夹少量的和粉砂岩和泥岩,局部含砾。根据水文地质钻孔抽水试验资料,单位涌水量为0. 00964 ~0. 2715L/s·m,渗透系数为0. 0617 ~ 0. 9557m / d,富水性弱—中等。为了有针对性的开展矿井防治水工作,需要划分直罗组下段含水层富水性分区,其首要工作就是要定量研究含水层富水性与其影响因素的相关关系。

根据前人对含水层富水性的研究,其中评价含水层富水性较为重要的指标包括含水层砂地比、含水层厚度、粗砂岩厚度、粗砂岩层数等。含水层砂地比即含水层中砂岩的百分含量,是划分沉积相的一个重要标志; 含水层厚度大则储水空间就大,富水性相对较好; 粗砂岩渗透性较好,是地下水的赋存空间和径流通道,厚度越大,地下水富集程度越高; 粗砂岩层数是限制含水层中构造裂隙的延展性和不同砂体之间的水力联系的重要因素。以上因素彼此作用,互相影响,如果含水层的砂地比较大, 则相应的砂岩和粗砂岩厚度较大,砂岩层数就会相应较少,这时含水层的富水性就会较大,反之亦然。

结合以往矿井防治水经验,构造控水规律往往较为明显,由于直罗组砂岩含水层为孔隙-裂隙含水层,地下水通常富集于构造较为发育的区域,含水层富水性与断层和褶皱的规模大小、密集程度和构造特征等有关。基于上述分析,选择断层和褶皱分维值作为评价指标,在对含水层构造特征进行量化研究时,采用了分维方法中的相似维理论。

综上所述,选取了研究区内水文地质钻孔Z1、 Z2、Z3、Z4和Z5,并将含水层砂地比、含水层厚度、粗砂岩厚度、粗砂岩层数、断层分维值和褶皱分维值作为含水层富水性的影响指标,分析各影响指标与含水层富水性之间的关联性。

2基于灰色关联度的含水层富水性分析

2.1灰色关联度及其分析步骤

灰色理论是我国学者邓聚龙教授首先提出并创立的一门学科[9],它是基于数学理论的系统工程学科。主要解决一些包含未知因素的特殊领域的问题,它广泛应用于农业、地质、气象等学科[10,11]。 灰色关联度分析法 ( Grey Relational Analysis) 是灰色系统分析方法的一种,主要根据因素之间发展趋势的相似或相异程度,即 “灰色关联度”作为衡量因素间关联程度的一种方法。

灰色关联分析的具体计算步骤如下:

第一步: 确定分析数列

反映系统行为特征的数据序列,称为参考数列。影响系统行为的因素组成的数据数列,称为比较数列。设参考数列为: x0= { x0( k) | k = 1,2,…, j} ; 设比较数列为: x1= { x1( k) | k = 1,2,…,j} ,x2= { x2( k) | k = 1,2,…,j} ,…,xi= { xi( k) | k = 1, 2,…,j} 。

第二步: 原始数据的无量纲化

原始数据无量纲化处理的具体转化方式如下:

式中,xij1为处理后 的数据; xij为原始数 据为原始数据的平均值;为标准差。

第三步: 计算关联系数

根据以下公式计算关联系数,式中 ρ 为分辨系数,通常取 ρ = 0. 5。

第四步: 计算关联度

关联度r0i作为比较数列与参考数列关联程度的数量表示,其计算公式如下:

第五步: 关联度排序

关联度按照大小排序,如果r0n< r0m,说明参考数列m比参考数列n与比较数列更为接近,对比较数列的影响更大。

2.2各评价指标与含水层富水性的关联度计算

由于研究区的矿井水文地质条件较为复杂,针对研究区内的直罗组下段含水层开展过水文地质补勘工作,利用Z1、Z2、Z3、Z4和Z5钻孔的取芯资料,并结合这5个水文钻孔的抽水试验成果,分析含水层砂地比、含水层厚度、粗砂岩厚度、粗砂岩层数、断层分维值和褶皱分维值与含水层富水性之间的相关程度。

原始数据来源于水文地质补勘中各水文钻孔的资料,首先对原始数据进行无量纲化处理,利用式 ( 1) 将原始数据进行转化,结果见表1。

图1 ~ 6为各钻孔单位涌水量与含水层砂地比、 含水层厚度、粗砂岩厚度、粗砂岩层数、断层分维值和褶皱分维值变化趋势图,从图中可以看出单位涌水量与含水层砂地比、含水层厚度和断层分维值的变化趋势较为一致,与粗砂岩厚度、粗砂岩层数和褶皱分维值在变化趋势上具有一定的差异。

将含水层砂地比、含水层厚度、粗砂岩厚度、 粗砂岩层数、断层分维值和褶皱分维值作为比较数列,根据式 ( 2) 计算各影响指标与钻孔单位涌水量的关联系数,ξ01~ ξ06分别为含水层富水性与含水层砂地比、含水层厚度、粗砂岩厚度、粗砂岩层数、断层分维值和褶皱分维值的关联系数,计算结果见表2。

利用式 ( 3) 计算各影响指标与含水层富水性的关联度: r01= 0. 588; r02= 0. 675; r03= 0. 495; r04= 0. 550; r05= 0. 753; r06= 0. 498,由此对关联度进行排序: r05> r02> r01> r04> r06> r03。

3结果分析

通过对含水层富水性与其各影响指标的灰色关联度计算,说明对含水层富水性影响由大到小依次为断层分维值、含水层厚度、含水层砂地比、砂岩层数、粗砂岩厚度和褶皱分维值。结合矿井实际情况分析,在断层附近以及含水层厚度较大的区域, 工作面涌水量往往较大; 同时含水层砂地比和砂岩层数也是影响工作面涌水量的重要因素,含水层砂岩含量越高,砂岩层数越少,工作面涌水量越大。 通过将含水层富水性与各影响指标相关程度的研究结果与矿井实际涌水量对比分析,说明研究结果符合客观实际情况,可以为下一步含水层富水性分区提供参考依据。

4结论

本文在研究构造对含水层富水性影响时,采用了分维的方法,对含水层的构造特征进行了量化研究,为评价构造特征与含水层富水性之间的关联度提供了基础资料。

经过灰色关联分析以及实际情况验证,说明影响含水层富水性的指标除了构造特征,还包括沉积特征,在含水层富水性分区时,应该考虑到含水层本质特征及其沉积条件。

富水性探测论文 篇5

1 奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水岩组

研究区东部外围有较大面积的出露, 由东向西埋深逐渐增大, 最大埋深超过1 300 m。P18号地质孔揭露本统157.48 m, P63号水文孔揭露本统150.86 m, PK13揭露本统314.08 m。该组岩性以石灰岩为主, 其次为泥灰岩、白云质灰岩、石膏, 还有少量的角砾状灰岩等。岩溶裂隙发育的石灰岩、泥灰岩为含水层, 石膏、角砾状泥灰岩和岩溶裂隙不发育的石灰岩为隔水层, 由隔水层把奥陶系分成若干个含水层。

1.1 上马家沟组岩溶裂隙含水岩组

上马家沟组岩性以石灰岩、泥灰岩为主。P18号孔和P63号孔均揭露本组, 但与峰峰组界线不明显。此次勘查PK13号孔也揭露本组。简易水文和抽水试验资料显示, 钻孔钻至该段都会大量涌水或漏水, 这表明该段富水性比较强。现在尚未发现上马家沟组含水层岩溶发育程度和富水性在深浅部的明显差异。P63号孔本组上部与峰峰组混合抽水试验, 单位涌水量为0.178 L/s·m, 渗透系数为0.007 833 m/d, 含水层为中等富水性。在其主斜井西南侧有一水井, 2004-11-17施工完成, 井深790.29 m。揭露上马家沟组201.79 m, 上段岩性为深灰色厚层状石灰岩、含白云质灰岩和泥灰岩;中段为深灰色薄—中厚层状石灰岩、豹皮灰岩, 夹白云质灰岩;下段为灰黄、灰色石灰岩, 夹白云质灰岩, 局部夹石膏层。揭露峰峰组96.40 m, 岩性为厚层状灰色石灰岩、泥灰岩、角砾状泥灰岩、白云质灰岩和石膏。取水层段为上马家沟组590.33~790.29 m, 井径φ244 mm, 静水位 (埋深) 为353.00 m, 单位涌水量为0.812 L/s·m, 富水性中等。PK13孔深835.08 m, 本组抽水为稳定流三次降深抽水试验, 单位涌水量0.057~0.098 L/s·m, 富水性强。

1.2 峰峰组岩溶裂隙含水岩组

本组平行不整合于本溪组之下, 厚88.21~140.62 m, 平均厚度为113.41 m, 岩性主要为石灰岩、角砾状灰岩、白云质灰岩、泥灰岩和石膏等。含水层以上段灰岩、角砾状灰岩为主, 下段为泥灰岩、灰岩和石膏, 一般可将其视为隔水层。

本组含水层以其二段 (O2f2) 质纯灰岩、白云质灰岩和角砾状灰岩为主。据钻孔揭露, 岩溶裂隙发育程度在平面分布上不均匀, 总体来说, 浅埋区岩溶裂隙发育, 井田西部深埋区发育程度则明显变差, 其岩溶形态是以溶洞、溶孔和溶蚀裂隙为主。比如P21孔在钻至O2f灰岩15.2 m、孔深740.2 m时, 发生了漏水的情况, 本孔抽水试验, 单位涌水量为1.207 5 L/s·m;又比如, P43号孔在钻至孔深776~780 m、O2f层段49~53 m (O2f2底) 时, 溶洞比较多, 最大溶洞长达0.70 m, 并出现钻孔漏水的情况, 从776.20~776.90 m, 钻至此层位钻孔漏水严重, 水位为321.60~321.80 m, 钻进时的耗水量达3.83 L/s。由于孔内事故, 未对峰峰组做抽水试验, 移孔后钻进至峰峰组时未见溶洞, 也不漏水, 岩溶也不发育, 抽水试验单位涌水量为0.005 97 L/s·m, 这说明峰峰组富水性弱。此次勘查的PK6、PK7孔, 岩芯鉴定PK6孔时也未见溶洞, 岩溶不发育。在钻井过程中, 个别钻孔发现了溶洞、掉块等重要水文地质现象。经岩芯鉴定, 奥灰石灰岩泥质含量较高, 裂隙一般用泥质、方解石脉充填。从抽水试验资料来看, 该组单位涌水量为0.000 01~1.506 L/s·m。

奥灰峰峰组一段 (O2f1) 是以含石膏的泥质灰岩和泥灰岩为主, 中间夹白云质灰岩。因此, 一段的大部层位为相对隔水层。

由现有资料可知, 奥灰岩溶发育程度和富水性很不均一, 单位涌水量在不同的钻孔中相差很大。一般来说, 单位涌水量是随着埋深而变化的, 即埋深小, 岩溶发育程度高, 富水性强, 埋深大则反之。PK15试验段距1 352.99~1 460.50 m, 埋藏深, 岩溶裂隙不发育, 单位涌水量q值为0.000 01 L/m·s, 富水性弱。

2 石炭系上统太原组灰岩岩溶裂隙含水岩组

该组由L5, L4, L3, L2, L15层灰岩组成, L4全井田发育, L3偶有尖灭点, L5, L2, L1不发育。岩芯和简易水文资料表明, 该组灰岩在深部岩溶裂隙不发育, 在浅部岩溶裂隙发育。P21、P41、P43和P63号孔均揭露本组灰岩2层, 分别为L4和L3.P21号孔本组抽水试验, 单位涌水量为0.001 447 L/s·m, 弱富水性, 渗透系数为0.007 9 m/d;P63号孔本组抽水试验, 单位涌水量为0.075 88~0.093 42 L/s·m, 弱富水性。因此, 据此次勘探钻孔抽水试验可知, 该组单位涌水量为0.000 54~0.055 39 L/s·m, 弱富水性。此外, 太原组还有数层砂岩, 其厚度变化比较大, 一般认为其水文地质意义不大。

3 二叠系下统山西组砂岩裂隙含水岩组

该组主要由K3和多层砂岩层组成, 岩性为细—粗粒砂岩, 岩性和厚度变化都比较大。在井田内, 由于该组没有出露区域, 并且砂岩稳定性差, 所以, 富水性很弱。少数钻孔有时会遇到微量或少量涌水, 也有消耗量增大者。P41号孔本组和太原组混合抽水试验, 单位涌水量为0.334 6~0.52 L/s·m, 中等富水性。

4 二叠系上下石盒子组砂岩裂隙含水层组

该组在区内主要沿南边界出露, 主要有K4, K5, K6, K7等砂岩, 岩性以中粗粒砂岩为主。该组砂岩厚度较大, 分布比较广, 近地表裂隙发育, 容易接受降水补给, 但是, 深部裂隙比较少, 因此, 含水层接受大气降水补给后, 地下水进入深层的很少, 深部富水性很弱, 有部分民用水井采本层的水。另外, 该组局部裂隙发育, 部分钻孔遇本组砂岩涌水或漏水。P63号孔本组与山西组混合抽水试验, 单位涌水量为0.030 7~0.049 73 L/s·m, 渗透系数为0.042 8~0.06 m/d。由于含水层埋藏深, 裂隙不发育, 所以, 其富水性比较弱。P21号孔本组与山西组混合抽水试验, 单位涌水量仅为0.002 06 L/s·m, 含水层富水性很弱。

5 二叠系石千峰组和三叠系砂岩裂隙含水层组

二叠系石千峰组和三叠系砂岩在井田南部零星出露。含水层为细—粗粒砂岩, 地下水主要赋存于砂岩裂隙中, 裸露区裂隙发育, 砂岩接受大气降水补给后, 经短途径流泄出地表形成泉, 泉水多呈悬挂式, 湫水河两岸岩壁上可见到, 泉水流量多在0.5 L/s以下。由此可知, 该组富水性比较弱。

6 第三、第四系砂砾石孔隙含水层

第三、第四系松散层井田内广泛分布。第三系上新统下部为砂砾层, 厚1~5 m, 上覆为红色黏土, 总厚一般不超过10 m。第三、第四系松散层和二叠系上石盒子组基岩风化带混合抽水试验, 单位涌水量为0.002 7~0.426 L/s·m, 渗透系数为0.0063~9.06 m/d, 含水层富水性大部分中等, 部分比较弱。

7 总结