內蒙古阿拉善左旗炭井溝井田水文地質特征分析

任國濤

（寧夏礦業開發勘查院，寧夏 銀川 750021）

勘查區位于內蒙古阿左旗嘉爾嘎勒賽汗鎮距阿左旗巴彥浩特鎮約140km，行政隸屬阿左旗嘉爾嘎勒賽汗鎮管轄。充分了解水文地質為礦權評估、轉讓及為礦井建設可行性研究和初步設計提供地質資料。

1 區域水文地質概況

1.1 地形地貌及地表水

區域地貌屬高原區，分布有山地、丘陵、平原、山間洼地和沙漠，地形十分復雜。東南部黃河河谷地帶是地勢最低洼處，海拔高程為1 132～1 238m，西南部中衛南山最高處海拔為1 954m，其次是牛首山海拔為1 750m。總的地勢特征是西南高，東北低，海拔高程均在1 000m以上。

區域上屬黃河水系，黃河自北向南經東南向西流過。水系多流經干旱、半干旱區，有水量小、變化大、泥沙多、水質差等特點。最大的支流為清水河，至中寧山河橋注入黃河，流域面積14 481km2，多年平均徑流量1.316億m3。由于清水河中下游主要流經高鹽分巖層分布區，而且上游低礦化度水大部分被利用，導致中、下游河水礦化度增高，最高達4.9g/L，水質差，不宜飲用。次級支流有紅柳溝，河長104km，流域面積1 046km2，流量較小，年徑流量990萬m3。河水水質較差，礦化度4.0g/L，屬Cl·SO4-Na型水，因水質差不能飲用。此外其他地區多無常年性徑流，季節性溝流亦較少。見圖1。

1.2 含（隔）水巖組類型及水文地質特征

區域屬鄂爾多斯盆地西緣分區，賦存主要地層自下而上為古生界寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系和石炭系；中生界侏羅系和白堊系及新生界松散巖類。勘查區在內蒙古自治區阿左旗南部地區，屬于中山、低山、低山丘陵水文地質區，地下水主要分為新生界孔隙潛水、中生界碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖裂隙溶洞水和古生界基巖裂隙水四類。

圖1

1.2.1 松散層類孔隙水含（隔）水巖組

本類型主要包括第四系松散風積沙、沖洪積層、洪積層。

洪積層潛水含水層分布于各溝谷中，由砂、塊石、碎石等組成；沙漠潛水分布于北部騰格里沙漠區，巖層松散，透水性強；黃河沖積層潛水分布于黃河一、二、三級階地分布范圍內。含水層巖性上部大部為黃土狀砂黏土、黏砂土，局部夾黏土及淤泥，下部為砂礫石、卵礫石，其孔隙為粉細砂充填，是區域內主要的含水層組；第四系的黃土沉積，屬亞黏土，是相對隔水層，由于厚度較薄，且變化大，分布不穩定，故只能是局部相對隔水層組，水文地質上作為其隔水層意義不大。

1.2.2 碎屑巖類裂隙孔隙水

碎屑巖類裂隙孔隙水主要分白堊系廟溝組裂隙孔隙水、古近系裂隙孔隙水和新近系裂隙孔隙水。

白堊系廟溝組巖性以礫巖、砂礫巖、砂巖為主，由于所處地貌條件的不同，反映在巖層的富水程度上有明顯的差異，大部地區富水性弱，部分封閉與半封閉洼地中；古近系含水層巖性為含石膏的不等粒長石英砂巖、含礫砂巖，泥鈣質膠結，透水性差，富水性弱；新近系含水層巖性主要為礫巖、含礫粗砂巖、細砂巖，成巖作用較差，多呈松散狀及膠結、半膠結狀。新近系巖層巖性分布的不均勻性和上覆含水層缺乏穩定連續的隔水層，使含水層多通過透水“天窗”接受上覆含水層中地下水的補給或垂直滲透補給，富水性較好。

1.2.3 碳酸鹽巖裂隙溶洞水

分布于毛土坑山、牛首山一帶。含水巖層為碳酸鹽巖夾細粒碎屑巖，巖層構造裂隙較發育，沿裂隙多有石英巖脈及方解石脈充填。分布區水點出露稀少，毛土坑山一帶無地下水露頭分布，牛首山區水文網發育，地下水徑流條件良好，所見水點均分布于現代溝床之上，為由基巖裂隙水補給的第四系溝谷潛水露頭，地下水動態隨季節變化明顯。毛土坑山一帶灰巖中巖溶現象不發育，富水性差。牛首山一帶發現米缽山組灰巖夾層中有巖溶水的分布，且與地表連通性較好，但巖溶水僅分布于局部地段的一定深度內，分布具有局限性。

1.2.4 基巖裂隙水（包括斷層脈狀水）

基巖裂隙水主要分布于寒武系、泥盆系、石炭系地層中，主要分布于中衛南山、牛首山、馬夫峽子、菊花臺、新寺山、煙洞溝及新井溝一帶。巖性為淺變質中細粒長石石英砂巖、長石砂巖、板巖、薄層灰巖、硅質白云巖—硅質巖、千枚巖狀板巖鈣質粉砂巖、頁巖，砂礫巖、灰巖、泥巖、泥灰巖透鏡體、含銅砂巖、粉砂巖，泥質粉砂巖等富水性差。

1.3 地下水的補給徑流排泄條件

在地形地貌、地質構造、含水層巖性等諸多因素制約下，區域內各地下水循環帶中，均可明顯地分為補給區、徑流區和排泄區三個部分。

1.3.1 基巖山區

基巖山區是水循環帶中的補給區，本區包括衛寧北山、中衛南山及牛首山。在山前地帶，地下水埋藏于新老第三系的砂巖、砂礫巖中，構成本區的孔隙層間水，在地下水循環帶中屬地下水的徑流區。黃河沖積平原地帶，相對上述二者而言是地下水的排泄區，但其特有的水文地質條件下，又獨具補給、徑流與排泄特征。黃河是外流水系，區內的常年流水溝、山水溝都屬于黃河水系，因此它是區域內地下水的主要排泄途徑，其次尚有一部分地下水消耗于蒸騰作用。

1.3.2 沖積平原

沖積平原相具有獨特的補給、徑流與排泄特征。它直接或間接的接受山區地下徑流的測向補給，亦接受山前山洪滲失補給和大氣降水垂直滲透補給。該區地下水主要排泄途徑是以地下徑流的形式通過黃河岸邊水平排泄，此外是通過排水溝向黃河排泄，部分地下水消耗于蒸發等途徑。

1.3.3 沙漠地區

沙漠地區地下水主要接受大氣降水和沙丘凝結水的補給，并能過潛水的地表蒸發進行垂直排泄。在沙漠下伏古地形的控制下，各自形成局部范圍的補給、徑流和排泄系統。

2 勘查區水文地質條件

2.1 地形地貌及地表水

勘查區地形呈南北高、中間低的地形特征。南北為低山，山體走向呈近東西向展布，山脊和溝谷相間排列；中部地形切割較淺，谷地開闊，多被風成沙覆蓋。勘查區地面海拔標高在1 390.0～1 580.0m之間，最高點為炭井子溝北，標高為1 574.9m，最低處為小井子東井，標高為1 399.0m，相對高差為175m。勘查區干旱少雨，無常年地表河流。

2.2 含（隔）水層組水文地質特征

2.2.1 松散巖類孔隙潛水含水層組

第四系全新統洪積層廣泛分布于溝谷中，構成現代溝谷洪積層孔隙潛水，是勘查區畜牧業供水的主要水源地。其含水層均由砂、塊石、碎石及砂礫石等洪積物組成，局部夾薄層粘砂土。

新近系中新統紅柳溝組裂隙孔隙潛水出露于勘查區外廣大地區，勘查區內只有兩個鉆孔揭露此含水層，ZK110孔厚7.80米，ZK114孔厚10.00m，均為半膠結狀砂礫石層。據鉆孔簡易水文觀測資料，在此層位無涌、漏水現象，結合巖性特征說明此含水層透水性好，富水性弱。

基巖風化裂隙潛水賦存于基巖出露區及第四系薄覆蓋的石炭系巖層風化裂隙中。據野外實地觀察，裂隙普遍存在于石英巖狀砂巖、石英砂巖、長石石英砂巖等硬脆性巖層中，其外觀呈微微張開狀，裂隙面粗糙且延伸短，裂隙寬僅數毫米，大者幾厘米至幾十厘米。寬大者少見且為石英脈或者方解石填充。由于后期填充，裂隙的連通性差，富水性亦差。據鉆孔揭露，50m以淺部位，自上而下巖芯破碎程度漸弱，上部風化裂隙較發育，基巖裂隙寬度1～5mm，至50以深巖芯基本完整。自鉆孔簡易水文地質資料顯示，在此層位鉆孔無涌、漏水情況，說明巖層風化裂隙勾通性差，富水性弱。

表1 礦區先期開采地段鉆孔抽水試驗綜合表

表2 礦區南部四區ZK017鉆孔抽水試驗綜合表

2.2.2 基巖裂隙承壓水含水層組

本含水類型為古生代石炭系上統太原組層間裂隙水。含水層自煤系地層頂界至煤系地層底界，巖性主要為厚層、中厚層至薄層細—粗粒長石英砂巖、含泥質中、細粒石英砂巖、細礫巖。據野外鉆孔巖芯描述，裂隙普遍存在于石英砂巖、長石石英砂巖等硬脆性巖層中。裂隙寬度一般僅為數mm，但幾乎均被石英脈、方解石等填充，裂隙勾通性差。

據礦區先期開采地段鉆孔ZK101號、ZK105號、ZK502號水文鉆孔抽水試驗結果：平均單位涌水量0.0015～0.0085L/s·m，小于 0.1L/s·m，滲透系數 0.0005～0.0045m/d，富水性弱。水礦化度3.90～16.07g/L，屬半咸水-咸水，水質差。見表1。

據礦區南部四區水文鉆孔ZK017孔鉆孔抽水試驗結果：平均單位涌水量0.0123L/s·m，小于0.1L/s·m，滲透系數0.0178m/d，富水性弱。水礦化度3.417g/L，屬半咸水，水質差。見表2。

2.2.3 隔水巖組

隔水巖組主要分為4層

第一層位于第四系含水層中時有亞黏土沉積層，厚度較薄，且變化大，分布不穩定，故只能是局部相對隔水層，水文地質上作為其隔水層意義不大。

第二層位于太原組第五段（Ct5）地層中，泥質、粉砂質巖層，據ZK106-2等孔揭露的太原組底部地層資料，泥質、粉砂質巖類占地層厚大是勘查區煤系地層頂部穩定的隔水層。

第三層位于太原組第二段（Ct2）地層中，泥質、粉砂質巖層砂巖裂隙不發育，且裂隙多被后期充填。據補ZK012孔揭露的完整地層資料單層厚度較大，是勘查區內下煤組和底煤組之間穩定的隔水層。

第四層位于太原組（含煤地層）中，泥質、粉砂質巖組巖性致密，它們在煤層及含水層間呈互層狀間互產出，一般厚度較大，構成相對隔水層。

2.3 地下水的補給徑流排泄條件

勘查區松散層潛水及基巖風化帶孔隙裂隙潛水，主要接受大氣降水入滲補給。

基巖裂隙承壓水主要接受區域側向徑流的補給，在區內外基巖露頭處接受大氣降水的入滲補給，它也接受上部地下水少量的越流補給，亦可接受其下部地下水的頂托越流補給，但量有限。

松散層潛水，主要沿相對隔水層（如土層、泥質巖等）頂面由高處向低凹處潛流運移。基巖裂隙水主要沿巖層傾斜方向順層面，由高處向低處緩慢徑流，并有少量順裂隙及層理面等向巖層內微弱滲透。

松散層潛水排泄方式，其一為由高向低處運移，在勘查區外地勢平坦的低凹區滲流匯集，因蒸發作用強烈，多形成季節性鹽堿湖或鹽堿地。其二，垂向蒸發作用，也是其主要排泄途徑之一。

2.4 水文地質勘探類型

勘查區無常年地表水系，地下水的主要補給來源為大氣降水的入滲補給。但因多年平均降水量約200mm，多年平均蒸發量大于2 000mm，為降雨量的10倍多，降雨又多以暴雨形式集中于7-9月份，降雨時空分布極為不均，補給量季節性變化明顯，地下水補給來源貧乏。

勘查區斷裂、褶曲構造較發育。褶皺構造為東西向炭井溝復式向斜，北部為南傾單斜、中部為緊密褶曲構造、南部北傾單斜。斷裂構造較發育，有北西和北東向兩組斷裂，共發育斷層24條，地表填圖地層錯斷明顯斷層19條，鉆探揭露和地表填圖地層錯斷不很明顯的斷層5條。

3 礦床充水因素分析

3.1 老窯及采空區積水

勘查區內淺部有眾多廢棄井口。主要開采太原組一、三、四段的1、2、4、8、14、19等煤層，斜井開拓，所形成的采空區分散、范圍小。據調查，礦井涌水量均較小，主要為頂板裂隙滲水，涌水量小于10m3/d，唯有24號礦井涌水量較大，每天2寸泵抽水4～5個小時，涌水量約30m3/d左右。

3.2 充水因素分析

依據勘查區水文地質條件及煤層覆巖結構類型，礦井充水方式分為直接充水和間接充水兩種。它們分別受大氣降水和地下水等因素的制約，又具有一定的水力聯系，對未來礦井開采有不同程度的影響。

3.2.1 充水水源

因本區無地表水體，充水水源主要是大氣降水和地下水兩種。區內年降水量甚小，年平均降水量僅200mm，且降水多集中在7～9月，區內大部分面積有松散層潛水及基巖風化帶潛水，富水性弱。

3.2.2 充水通道分析

由于第四系厚度較小，開采時，煤層與含水層直接接觸，含水層中地下水直接進入礦坑。煤層采空后，頂板冒落，上覆巖層出現下沉，彎曲風化及次生裂隙發育，使大氣降水及地下水沿裂隙進入巷道。從勘查區地質構造和含、隔水層特征分析，結合鄰區煤礦生產情況，煤層頂、底板和大面積采空塌陷裂隙帶是井下充水的主要途徑。

3.2.3 充水強度分析

礦井充水強度主要取決于直接充水水源的富水程度及冒裂帶發育高度，并受隔水層影響明顯。

3.3 供水水源

結合區域及勘查區水文地質條件，經綜合分析，黃河在寧夏是最寶貴、主要的水力資源，它多年平均年入境、出境水量分別達317及294億m3。青銅峽水庫平均礦化度僅0.48g/l。勘查區以北孿井灘鎮已建成引黃供水站，距礦區僅20公里，它將黃河水引來于高處經沉淀過濾，再經供水管網引入站內，供水能力較強，水質較好。故直接引用該站水，解決供水水源，不失為一條簡單易行經濟實用的主要途徑。

4 結論

經一系列的勘探手段對所掌握的水文地質資料加以綜合研究分析，從地貌及地表水、含（隔）水巖組類型、地下水的補給徑流排泄、礦床充水因素分析、供水水源等方面充分了解阿拉善盟左旗炭井子溝煤礦區區域水文地質特征和井田水文地質特征，為礦區井田建設、工地建設、開采技術條件提供了重要的依據。

［1］阿拉善左旗嘉爾嘎勒賽汗鎮炭井子溝煤礦區煤炭資源詳查報告［R］.銀川：寧夏礦業開發勘查院，2008.