陕北三叠纪煤田子长矿区涧峪岔勘查区水文地质特征及充水因素分析

常青锋，刘宗斌

(陕西省核工业地质调查院，陕西 西安 710100)

陕北三叠纪煤田子长矿区涧峪岔勘查区水文地质特征及充水因素分析

常青锋，刘宗斌

(陕西省核工业地质调查院，陕西 西安 710100)

[摘要]涧峪岔勘查区的煤系地层为上三叠统瓦窑堡组，主要可采煤层为5号煤层和3号煤层，煤层直接充水含水层为延安组底部、瓦窑堡组内煤层顶板承压含水岩组以及部分风化裂隙含水层。充水水源主要有大气降水、地表水、地下水、老窑及采空区水。充水途径有天然充水途径和人为充水通道。

[关键词]水文地质特征；充水因素；充水通道；涧峪岔勘查区

1勘查区概况

涧峪岔勘查区位于陕西省延安市子长县北部。南距子长县城约20 km，南距延安市约75 km，东北距榆林市约208 km。勘查区东西宽约21 km、南部长约22 km，勘查面积278.72 km2。本区位于陕北黄土高原腹地，属典型的黄土高原地貌景观，大陆性暖温带半干旱气候。勘查区分为涧峪岔河和玉家湾河两个水系，属于黄河的二级支流。涧峪岔河和玉家湾河为常年性流水，水量季节性变化显著，7～9月份丰水期，流量占全年总流量的60%。据水质分析资料，河水矿化度0.7～1.8 g/L，属淡水～微咸水，总硬度0.55～1.45 g/L，pH值为7.89～8.35，水质为HCO3—Ca·Mg和Cl—Ca·Mg型。其支流为沟流，均为季节性沟流，丰水期(7～9月)沟谷有水，枯水期沟谷干涸。

2水文地质特征

本区大地构造位置处于鄂尔多斯盆地之伊陕斜坡中部，构造形态总体为向北西方向缓倾的单斜构造，局部发育宽缓的波状起伏。断裂构造不发育。

勘查区内地表绝大部分被第四系和新近系松散沉积物覆盖，只要在较大的沟谷内出露少许基岩。地层由老至新依次为三叠系上统永坪组(T3y)、三叠系上统瓦窑堡组(T3w)、侏罗系下统富县组(J1f)、侏罗系中统延安组(J2y)、新近系静乐组(N2j)及第四系中更新统离石组(Q2l)、第四系上更新统马兰组(Q3m)、第四系全新统冲积层和滑坡堆积层(Q4)。

2.1含水性及其富水性

依据地下水的赋存条件、岩性特征、分布、岩性组合及含水层水力特征、埋藏条件等，区内地下水分为第四系冲、洪积层孔隙潜水；第四系中上更新统孔隙裂隙潜水；基岩裂隙水；新近系上新统静乐组红粘土、下侏罗统富县组含砾泥岩为主要隔水层。

2.1.1第四系全新统冲、洪积层孔隙潜水含水层(Qhal+pl)

呈带状分布区内河谷的一级阶地、高漫滩和人工修筑的坝体内，随着河流蛇曲分割，分布不连续。主要由粉质粘土(下部为砾石层)，砂质粘土组成，厚度1.5～5.5 m。因岩层孔隙度大，导水性强，易于接收大气降水补给，富水性弱。水质类型多为HCO3·SO4-Ca·Mg型，矿化度0.65～1.85 g/L。

2.1.2第四系中上更新统孔隙裂隙潜水(Qp2l+3m)

分布于沟谷以上的梁峁地带，梁峁区厚，沟谷区变薄。岩性为浅黄色砂质粘土或粉土，土质疏松、具虫孔，垂直节理发育，钻孔揭露厚度0.00～137.71 m。由于区内冲沟极为发育，地形破碎，黄土层储水条件差。该潜水含水层一般以第三系红色粘土为底板，因而含水层的分布和厚度取决于地貌条件和该粘土层分布的空间位置、产状。该层含水层接受大气降水补给，向沟谷径流，多以面状或条带状出水点的形式从沟谷内渗出地表，补给地表水。一般泉流量0.01～0.15 L/s，水质多为HCO3·SO4—Ca·Mg型，富水性弱。

2.1.3新近系上新统静乐组隔水层(N2j)

广泛分布于沟谷中、上游中上更新统黄土下部，岩性为棕红色、紫红色粘土，含多层钙质结核，夹有透镜状砂砾石层，磨圆度中等，泥质胶结。表层风化呈块状，易剥落，遇水易碎，钻孔揭露厚度0.00～155.40 m，平均厚64.19 m。粘土致密，透水性弱，为良好的隔水层。在局部地段，该层底部有2～3 m左右的半胶结的砂砾石层，其内有泉水出露，但流量较小。

2.1.4侏罗系中统延安组孔隙裂隙含水岩组(J2y)

出露于勘查区南部红石峁沟、桥儿沟等沟谷底部，北部仅在较大沟谷内有零星出露，岩性为灰白色中厚层细、中粒砂岩夹灰黑色砂质泥岩，深灰色粉砂岩。砂岩为孔隙式胶结，具小型斜层理和波状层理，钻孔揭露厚度11.85～187.25 m，平均厚度80.42 m。粉砂岩、泥岩裂隙稀少。厚层泥岩及粉砂岩中夹薄层硬脆性砂岩，岩石破碎，垂直于层面裂隙相对发育，宽度1～4 cm，无充填现象。该层接受大气降水及地表水垂直渗入补给。在沟谷一带以侵蚀下降泉的形式排出地表，泉流量0.023～1.19 L/s。深部微风化及未风化岩层裂隙不发育，渗透性差，富水性弱。据钻孔抽水资料(见表1)，水位标高在1 047.22～1 173.16 m，涌水量0.003～0.046 L/s，单位涌水量0.001 L/s·m，渗透系数0.000 7～0.004 6 m/d，水质类型为： SO4·Cl·HCO3-Mg·Ca与Cl·SO4-Na型，pH值8.36～8.81，溶解性总固体1 428～1 465 mg/L，属微咸水。

2.1.5下侏罗统富县组(J1f)

该组地层地表未见出露，在勘查区内分布不稳定，根据钻孔揭露，该组主要发育在勘查区的中西部，东部不发育，厚度在0.00～39.60 m之间，平均11.29 m。岩性为一套灰褐色、灰绿色等杂色泥岩、含砾泥岩，底部为1～3 m的砾岩、含砾中、粗粒砂岩。由于该组地层以泥岩为主，多以泥质胶结，致密，透水性差，为良好的隔水层。

2.1.6三叠系上统瓦窑堡组孔隙裂隙含水岩组(T3w)

该组岩层出露于勘查区东南部的路家塌及其支沟内，岩性以细—中粒砂岩为主。钻孔揭露厚度271.10～401.80 m，可分为上、中、下三个含水岩段：

上段自5号煤底至瓦窑堡组顶面，该层为5号煤层的直接充水含水层。岩性为巨厚层中、细粒砂岩，灰-灰黑色粉砂岩，砂质泥岩，油页岩夹泥岩薄层，该段厚度36.90～120.50 m。勘查区东南部，出露地表残留不全，部分地地段已剥蚀至5号煤以下。据抽水资料(见表1)，水位埋深11.16～135.16 m，水位标高1 113.33～1 177.63 m，涌水量0.010 9～0.14 L/s，单位涌水量0.001～0.003 6 L/s·m，渗透系数0.000 6～0.005 1 m/d，富水性弱。水质类型为：Cl·SO4-Ca·Mg与Cl·HCO3-Na型，pH值7.37～11.63，溶解性总固体841～1 423 mg/L，属淡水～微咸水。

中段自3-3号煤底至5号煤底，岩性为灰白～灰黑色粗-细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩及煤层，部分砂岩孔隙胶结，具水平及波状层理，厚65.66～131.26 m，平均101.50 m。该层段渗透性差，富水性弱。据抽水结果(见表1)，水位埋深35.51～142.54 m，涌水量0.033～0.18 L/s，单位涌水量0.000 4～0.002 7 L/s·m，渗透系数0.000 5～0.006 9 m/d，水位标高1 079.10～1 136.73 m。水质类型为：Cl·SO4-Ca·Mg为主，pH值7.40～8.30，溶解性总固体1 078～1 451 mg/L，属微咸水。

表1　抽水试验成果表

下段自3-3号煤层组底部至瓦窑堡组底部，岩性以灰色、深灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，夹有薄～中厚层中粒砂岩和细粒砂岩；砂泥质胶结，岩石致密，岩芯完整，裂隙不发育；该层段渗透性差，富水性弱，水力交替缓慢。

2.2地下水补给、径流、排泄条件及动态变化

区内地下水主要以大气降水补给为主，本区降水量年际、月际变化均较大。据气象资料，多年平均降雨量470.6～589.5 mm，且主要集中在7、8、9月，占全年降雨量的55～65%，降雨形式多为雷雨和暴雨，对地下水的补给十分不利。另外，由于区内冲沟发育，地形切割强烈，植被稀少，降水大部分以地表径流排泄。补给量的多少，因各含水层所处的地貌单元及埋藏条件不同各有差异。

第四系冲、洪积层潜水主要沿沟谷分布，靠近地表水体，富水性中等，与大气降水和地表水关系密切，丰水期接受大气降水及河水入渗补给，枯水期反向补给河水。

第四系黄土孔隙、裂隙潜水含水层广泛分布于梁峁地带，大气降水是唯一的补给来源。水量小，地下水自分水岭处向沟谷方向径流，多于沟脑部位及沟底沟床附近以面状、带状出水点或泉的形式渗出地表。在下伏地层第三系红色粘土层的隔水底板缺失时，黄土孔隙、裂隙含水层直接与下伏基岩接触，此时有部分地下下渗补给基岩含水层。

基岩含水岩层在裸露区接受大气降水及地表水的补给，部分接受上部潜水的垂向补给，总体沿地层倾向由东向西缓慢径流。在当地侵蚀基准面以上的部分，在沟谷内裂隙发育地带以侵蚀下降泉的形式排出补给地表水；侵蚀基准面以下，因受上覆泥岩、粉砂岩隔水层影响，形成承压水，富水性弱，径流速度缓慢。

总之，区内大气降水补给地下水，地下水补给地表水。基岩构造裂隙在风化营力作用下扩大加深，为地下水提供一定的赋存空间，浅层地下水补给条件好，水量相对较大，动态变化也大；深层水补给条件差，水量小，动态变化不明显，地下水随深度增加矿化度逐渐升高，反映出地下水交替速度十分缓慢，几乎到滞流状态。

2.3地下水水化学类型

区内地下水水化学类型平面上受地貌和岩性的控制，矿化度在梁峁区及河谷区大部地段小于1 000 mg/L，仅在涧峪岔镇西部地段矿化度大于1 000 mg/L。垂向上随深度增加，沉积时代变老，风化作用由强变弱，裂隙由密变疏，地下水运动速度变缓，交替不畅，水化学类型由简单变为复杂，由HCO3逐渐向HCO3·SO4盐转化，矿化度逐渐升高。

第四系地下水循环条件好，直接受大气降水补给，一般为无色、无味、透明度好，水质类型以HCO3—Ca·Mg型为主，pH=6.0～8.0，矿化度小于1 000 mg/L，属淡水～微咸水。

基岩水，水力交替较弱，矿化度随深度的增加而增大。水质类型为Cl·SO4-Ca·Mg与Cl·HCO3-Na型，pH=7.3～11.6,溶解性总固体668～1 451 mg/L，属淡水～微咸水。钻孔中水的硬度(以CaCO3计)值：90.31～900.38 mg/L，属软水～超高硬水，且表现出随埋深越大，水的硬度越高的特点。

3充水因素分析

3.1充水水源

3.1.1大气降水

勘查区属温暖带半干旱气候，降水量少，据子长县气象资料，多年年平均降水量278.6～796.6 mm，大气降水主要集中在7、8、9月，约占全年降水量的60%以上，因区内沟谷纵横，地表坡降比大，透水性差，大气降水主要形成地表径流，少量渗入补给地下水，对矿床开采不会造成大的危害。

3.1.2地表水

勘查区内地表水主要为北部的涧峪岔河、东南的玉家湾河和西南的红石峁沟，其次为这三条主沟的大小支沟。涧峪岔河、玉家湾河均为常年性河流，据填图水文观测资料，涧峪岔河南沟岔镇阳坪大队观测点枯水期最小断面流量为0.008 m3/s，丰水期最大断面流量为0.36 m3/s；玉家湾河玉家湾镇路家坪村观测点枯水期最小断面流量为0.033 m3/s，丰水期最大断面流量为0.136 m3/s。

区内无较大构造，在煤层埋藏较浅地段，地表水仅通过基岩风化裂隙与煤层顶板导水裂隙沟通向矿坑充水，成为矿坑的间接充水水源。

3.1.3地下水

含煤岩系上覆地层及自身含煤地层含水层中的地下水，即第四系孔隙潜水、延安组孔隙裂隙水及瓦窑堡组孔隙裂隙水是矿井长期、稳定的充水来源。尤其是，煤层顶底板含水层中的地下水是形成将来矿井涌水的直接充水水源。

3.1.4老窑及采空区水

由于区内东南部煤层埋藏浅，便于人工开采。八十年代，在东南部5号煤层露头线及北部涧峪岔河道沟谷内，存在零星的采点，现均已废弃，并由于河道的冲刷及人类活动，这些采点均无法找到痕迹。据走访了解，这些采点是当地居民为了生活用煤沿煤层露头进行的无序采挖，采深均在几米到几十米，对区内煤层的破坏甚微。但是形成了采空区和老窑水，当临近以往小采点因采空形成的集水区时，应注意观测矿坑涌水量变化，引起高度重视。

3.2充水通道

3.2.1天然充水途径

对矿井有影响的天然充水途径有岩层的孔隙裂隙、断裂构造、岩溶孔洞及岩溶陷落柱等。区内孔隙裂隙充水岩层构成了煤层的直接顶底板，是煤矿采掘工作直接揭露的含水层。由于其富水性较弱，其充水形式为淋水、滴水或渗水，水量一般不大。当无其它水源补给时，单个出水点的水量随时间而减少，矿井涌水量初期随巷道掘进长度和回采面积进一步增加，矿井涌水量无明显增大，甚至略有减少。当的其它水源补给时，矿井涌水量可能较大，甚至构成水害。

断裂构造对矿井充水的影响主要指断层的储水和导水对矿井构成的影响。区未发现有较大断裂和褶皱，亦无岩浆活动痕迹，仅基岩顶部风化裂隙较发育，煤层底板局部有宽缓的波状起伏，因此，断裂构造对矿井的充水影响微小。

3.2.2人为充水通道

人为因素对矿井充水的影响，既包括产生新的充水水源和通道，也包括改变水文地质条件及影响矿井充水程度等。影响矿井充水的人为因素有钻孔导水、采掘活动对煤层顶、底板的破坏等。区内不同时期施工的钻多达400多眼，难免存在由于各种原因造成封闭不良或未封闭的钻孔，其可形成沟通各水源涌入矿坑的直接通道。因此在后期煤矿开采过程中，注意区内钻孔位置，注意钻孔导水事故的发生。

矿井开挖时，由于煤层采空后，形成的顶板冒落带和导水裂隙带，沟通上部含水层，将是地下水进入巷道的主要通道。

4结语

通过对勘查区内水文地质条件和矿井充水因素分析,评价了矿井充水因素和充水含水层的富水性,确定了涧峪岔勘查区水文地质条件属以裂隙充水为主的水文地质条件简单类型；主要充水水源为煤层顶底板含水层中的地下水；勘查区东部煤层浅埋区有少量的老窑水；主要充水通道有岩层的孔隙裂、封闭不良钻孔及采煤形成的冒落带和导水裂隙带。

[收稿日期]2015-11-06

[作者简介]常青锋(1980-)，男，陕西蒲城人，工程师，主要从事煤田地质工作。

[中图分类号]P641.4+3

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)03-0203-03