某矿井水文补充勘探及洛河组含水层垂向差异性浅析

李 阳

（甘肃矿田地质局一四六队，甘肃 平凉 744000 ）

某矿产地处陇东矿田，矿井含矿地层为侏罗系延安组，矿层埋藏深、厚度大（平均16m），矿层顶板赋存有多个含水层，在前期建井中受地下水水害威胁较为严重，特别是白垩系洛河组承压含水层是对矿井威胁最为严重的充水含水层，其分布范围广、厚度大（均厚达400m）、承压水头高、富水性强、距离主采8矿层近。

在矿田勘探期间与建矿初期一直将白垩系下，统洛河组作为一个内部具有统一水位、上下水力联系密切的巨厚砂岩含水层整体进行研究；随着邻近矿区开采实际情况，以及对洛河组含水层进一步的探查中，认识的洛河组含水层在垂向上存在一定的差异性，并且矿层采动导水裂隙带已穿透洛河组下段含水层，波及到洛河组上段含水层，是下伏矿层开采的主要水害威胁。

1 概况

本文以某矿矿首采工作面白垩系洛河组含水层水文补充勘探为例，通过施工两个水文地质钻孔的施工，并完成取芯、岩样力学测试、抽水与水力连通试验、水文地质测井、流量测井、水质分析、水文长观系统建立等工作，获取得洛河组含水层水文地质参数；分析白垩系洛河组含水层的岩性构成与水文地质特征，研究洛河组含水层垂向差异性、垂向水力联系等问题，为矿井防治水技术对策制定提供重要依据。

2 水文地质勘探工作

见表1。

1#、2#钻孔的结构参数见表2。

表1 实际完成工作量

表2 钻孔孔径和套管设计参数

3 洛河组含水层精细划分

本次重点是探查白垩系洛河组含水层，各含水段的水文地质特征及其垂向水力联系。为此，参照中矿科工集团西安研究院有限公司在彬长矿区对洛巨厚河组含水层的研究提出的“二分法”划分，结合本次施工的1#采取的岩芯情况及两口井测井曲线，对照以往钻孔测井资料，将洛河组含水层划分为中上段和下段。

3.1 岩芯鉴定分段

通过岩心鉴定分析，钻孔中423.00～692.67m层段岩性以巨厚层状中、粗砂岩为主，细砂岩次之，局部夹少量薄层泥岩，为富水性较强，将此段划分为洛河组中上段；692.67～802.00m层段岩性为砂、泥岩互层，以薄层砂岩为主，泥岩层明显增多，且砂岩类泥质胶结含量增多，砂岩富水性弱。

3.2 1#、2#钻孔测井曲线分析

经过对2口井测井曲线中自然γ曲线对比分析，洛河组中上段与下段自然γ平均值所反映结果有较为明显的变化，即洛河组下段地层自然γ平均值偏大于其上一段地层平均测值，约高出20%～25%，与钻孔岩心鉴定结果基本一致。1#、2#钻孔洛河组上下段测井曲线对比见图1。

图1 1#(左)、2#(右)钻孔洛河组上、下段测井曲线对比图

3.3 以往测井资料分析

由于施工了2口井，不能充分反映洛河组中上段与下段在自然γ曲线可以作为划分依据；为此，收集本次施工的2口井附近以往施工的K44、K41、K40、K39、K33、K32、201等7个钻孔测井资料，并对测井资料进行对比分析，在洛河组下段测井曲线自然γ平均值均偏大于其上段地层自然γ平均值，进一步说明在1#、2#号钻孔区域附近的洛河组地层上下段岩性在垂向上还是存在一定差异性，虽没有明显的区域隔水层，但下段地层泥质岩类地层增多，砂岩类地层泥质含量明显增多，划分为弱富水性地层。具体曲线对比情况见图2。

图2 首采工作面钻孔洛河组上、下段测井曲线对比图

4 洛河组含水层抽水和水力连通试验

为了获得洛河组含水层水文地质特征及垂向差异性，本次施工的2个钻孔共完成7层次的抽水试验（4次单孔抽水试验和3次水力连通试验），抽水层段为洛河组含水层全段、中上段及下段。

4.1 洛河组全段单孔抽水试验

1#、2#孔分别进行洛河组全段单孔抽水试验，并同步进行了流量测井；最大单位用水量为：0.413l/s·m，最大渗透系数为：0.086m/d，富水性中等。

4.2 洛河组中上段单孔抽水试验

1#孔进行洛河组中上段单孔抽水试验，最大单位用水量为：0.420l/s·m，最大渗透系数为：0.153m/d，富水性中等。

4.3 洛河组下段单孔抽水试验

2#孔进行洛河组下段单孔抽水试验，最大单位用水量为：0.0169l/s·m，最大渗透系数为：0.010m/d，富水性较弱。

4.4 1#孔洛河组中上段抽水试验（含2#孔洛河组中上段水位观测）

1#孔分三次降深抽洛河组中上段水，降深依次由大到小，最大抽水量为9.202l/s，最大降深22.24m。2#孔同步观测洛河组中上段水位，观测孔水位呈现出与抽水孔一致的水位降深、恢复趋势，分析认为1#、2#号井洛河组中上段同层之间水力联系较为密切。

图3 洛河组中上段多孔抽水试验Q—t、s—t曲线图

4.5 1#孔洛河组中上段抽水连通试验（含2#孔洛河组下段水位观测）

1#孔分三次降深抽洛河组中上段水，降深依次由大到小，最大抽水量为8.531l/s，最大降深22.50m。2#孔同步观测洛河组下段水位，观测结果水位变化不大（-0.06～0.50m），这表明洛河组中上段与下段的水力联系很微弱。

图4 1#孔洛河组中上段抽水连通试验Q—t、s—t曲线图

5 结论

本文结合某矿矿洛河组含水层水文补充勘探施工实践，主要有以下体会。

（1）参照彬长矿区对于洛河组含水层“二分法”划分方法，结合实物岩芯鉴定，分析测井曲线自然γ平均值变化，通过寻找其中的共性，将洛河组含水层划分为中上段和下段，并通过抽水试验验证了划分的合理性。

（2）通过本次水文补充勘探，巨厚洛河组含水层是可以划分为中上段、下段，且通过抽水水力连通试验验证中上段与下段之间无明显水力联系，巨厚洛河组含水层在垂向上存在差异性。

（3）根据洛河组下段抽水试验结果显示下段地层富水性较弱，可作为阻隔中上段含水层水进入矿井的相对隔水层。

（4）本次只施工了2口水文勘探井，获取的水文地质特征及参数具有片面性，不能以点概面，建议在今后矿矿开采过程中进一步开展水文地质勘探，进一步研究巨厚洛河组含水层垂向差异性，为矿矿防治水提供技术支撑。