新巨龍煤礦五采區底部砂礫層成因的分析

王心玉

摘 要：本文基于新巨龍煤礦五采區勘探時發現的新近系底部砂礫層，通過分析其產狀、厚度、碎屑物成熟度等沉積特點，推測該砂礫層沉積的古地理、古環境，進而分析其形成原因。并簡要分析了該砂礫層對下部煤層開采的影響，為下部煤層開采提供了參考。

關鍵詞：新近系；砂礫層；沉積相；煤層開采

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.048

1 概況

新汶礦業集團地質勘探有限責任公司，于2014年3～8月對新巨龍煤礦五采區進行地質勘探，發現五采區新近系底部有一層含礫砂層，這是以往勘查過程中未發現的。該砂礫層離3煤較近，且與3煤頂底板存在不整合接觸，因此研究該砂礫層的成因對3煤安全開采存在很大影響。

2 地質與水文

五采區位于洙趙新河上游，地表無大的天然水體，第四系新近系含水層富水性弱至中等；在煤層露頭附近新近系含水層與煤系含水層有一定的水力聯系。當煤層開采后，地層中原有的應力平衡被破壞，煤層上部的巖石冒落形成新的平衡，巖層中的裂隙擴大，形成新的導水通道和儲水空間；隨著礦井開采規模的不斷擴大，導水和儲水空間也在不斷延深，這會使得上部新近系底部含水層與煤層底板含水層導通。

新近系底部砂層一般5～10層，砂層厚度37.50～100.74m，含砂率18.79～54.16%，受古地形影響砂層厚度有一定變化，抽水試驗表明該砂層水礦化度高，表明其徑流不暢。但在煤系地層剝蝕面附近與煤系含水層有一定的水力聯系。

五采區內有6個鉆孔對新近系下部進行了抽水試驗，水位標高-7.24～+1.69m，單位涌水量0.0690～0.1841L/s.m，滲透系數0.1488～0.5349m/d，礦化度6.98～8.49g/L，M8.49，為SO4-Na型水，為屬富水性弱至中等的松散孔隙承壓含水層。區內3煤層的隱伏露頭附近3砂與新近系底部的含礫砂層直接接觸，3砂與新近系底部含礫砂層有水力聯系。

電法探測在五采區新近系底部圈定3處富水異常區：XJX-1富水區位于西北部、XJX-2富水區位于東北部和XJX-3富水區位于東南部，其中XJX-3富水性相對較強。

五采區內石盒子組地層發育較薄，局部剝蝕，巖性主要為雜色泥巖和粉砂巖，該隔水層性能良好，在隔水層發育區內阻隔了上部含水層向煤系地層含水層的補給。

新近系以粘土、砂質粘土為主，上部固結程度較差，由上而下固結程度漸增，局部鈣質粘土層呈硬塑狀態。據區內的鉆孔取樣測試，新近系底部粘土塑性指數9.86～26.10，平均15.32；凝聚力0.12～0.26MPa，平均0.19；為軟硬塑性具備的粘土、砂質粘土隔水層。

區內新近系粘土層分布廣泛，厚度穩定，隔水層性能良好，從而使得新近系地層中各砂層間的水力聯系不暢。

新近系底部含礫砂層埋藏深度636.25～690.10m，根據鉆孔抽水試驗資料，本含水層水礦化度高，水質差，徑流循環條件不暢，除接受上部第四系水滲入補給外，在與基巖地層接觸的地方也會接受下伏地層的越流補給或補給下伏含水層。由于本含水層埋藏深，缺乏自然和人工排泄通道，將來煤層開采后的冒裂帶影響到新近系底部時，該含水層水會通過冒裂帶進入礦井，參入礦井涌水，礦井排水是該含水層主要的排泄方式。

鉆探數據表明，若根據《礦區水文地質工程地質勘探規范》（GB 12719-1991）中的經驗公式，五采區內的所有塊段在煤層開采后都會導通新近系下部含水層；若根據山科大的研究成果，五采區內除14-5、14-7、14-15鉆孔附近外，其他塊段在煤層開采后均能溝通新近系底部砂層含水層。

由于本區位于3煤層隱伏露頭附近，3煤層開采后導水裂縫帶能夠溝通新近系底部砂層含水層，使得新近系底部砂層水進入礦井，參入礦井涌水；抽水試驗資料顯示3砂巖含水層富水性弱，但由于3砂的賦存面積大，礦井開采過程中3砂的礦井涌水量較大，約占礦井涌水量的1/3；本區未對三灰進行抽水試驗，但由于張樓斷層的存在，使本區與礦井開拓開采區的水力聯系不密切，根據礦井開采經驗，本區三灰水也是礦井的重要充水水源。

3 成因與古地理、古環境

據鉆探資料五采區砂礫層底板呈向斜構造，軸向為南北受張樓斷層的牽引影響，使得褶皺東翼傾角明顯高于西翼。

據鉆探資料及五采區砂礫層厚度等值線圖，五采區砂礫層為南端（鉆孔14-8s）較厚向西、北、東放射性變薄的扇狀沉積體。此外，受張樓斷層下盤抬升的影響，使得張樓斷層的下盤標高明顯高于上盤標高。喜山期前張樓斷層已經形成，喜山期開始后張樓斷層繼續錯動抬升下盤，被抬升的的下盤遭受剝蝕，而下降的上盤開始沉積。因而，張樓斷層下盤沒有沉積砂礫層。

據砂礫層沉積層理可推斷該砂礫層為河流沉積，古河流流向為自南向北放射狀發散，由于河道變寬、河床短暫性增高，河流流速變緩，水動力條件變弱，河流搬運攜帶能力變弱，大顆粒碎屑物率先沉積。故14-8s、14-6s附近底部分選差，含較多的大粒徑礫石顆粒。隨著扇根處的沉積加厚，與周圍的標高差也逐漸縮減，碎屑顆粒沉積開始向四周放射狀推進，受水動力條件的影響沉積的碎屑物由扇根處向四周逐漸變細。隨著沉積充填作用的進行，最終形成了扇狀沉積體。

4 結論

本區砂礫層為張樓斷層形成后經古河流沉積的陸源碎屑沉積物，沉積物搬運距離較長，沉積速度快，分選性差，附屬性較高。砂礫層水會通過張樓斷層或其他導水裂隙帶進入下伏基巖含水層中，也會通過不整合接觸面進入下部含水層。該含水層對下伏煤系含水層的越流補給將是煤層開采時的重大隱患。

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