重慶觀音峽背斜新店子井田水文地質條件分析

秦 雷

重慶觀音峽背斜新店子井田水文地質條件分析

秦 雷

（四川省煤田地質局一三五隊，四川 瀘州 646000）

通過訪問生產煤礦，開展地面調查，采用15個施工鉆孔數據資料對重慶觀音峽背斜新店子井田水文地質條件進行了分析。新店子井田面積27.64km2，以侵蝕、剝蝕、溶蝕低山丘陵巖溶地貌為主，區內溶蝕類型主要以溶蝕裂隙為主。富水性中、強含水層，水文地質勘探類型劃為三類二型，即巖溶裂隙充水礦床；水文地質條件中等；礦井的充水因素主要有頂、底板，斷層充水等，預測礦井一般涌水量22388m3/d，豐水期涌水量為67164m3/d。

含水層；隔水層；涌水量

1 概況

新店子井田位于重慶市沙坪壩區。地理坐標：東經106°23′38″～106°25′42″，北緯29°37′04″～29°43′09″。走向長11km，東西平均寬2.5km，面積27.64km2（見圖1）。

圖1 井田交通位置圖

本區屬亞熱帶潮濕氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。年平均氣溫16.5～18.7℃，最高氣溫42.30℃，最低氣溫-0.30℃；降雨量：年平均1140.80mm，最大1389.70mm，最小875.50mm；常集中于6～9月以暴雨居多；年水面蒸發量775.6 ～946.0mm；大氣壓986.8 ～987.8hpa；年平均相對濕度82%～87%；以北風為主，東風和西南風次之，年平均風速1.05m/s。

2 井田水文地質

2.1 井田地形地貌

井田地處觀音峽背斜褶皺山系。軸部三疊系下統飛仙關組地層構成背斜山地，標高為503.4～643.6m，呈陡緩疊置的串珠狀谷坡；兩翼沿嘉陵江組灰巖走向露頭呈狹長溶蝕槽，展布標高490～581.1m，槽谷一般寬400～500m，散布零星溶蝕殘山，溶洞、溶斗等巖溶景觀；三疊系上統須家河組砂巖呈陡峭的單斜山嶺呈現于背斜兩翼，標高307.4～702.0m，與背斜山脊遙遙相望平行分布，并構成“三山兩槽”的地貌特征。井田內最高標高702m；最低標高425m，為井田的最低侵蝕基準面。井田總體北高南低，地形相對高差277m，為侵蝕、剝蝕、溶蝕低山丘陵巖溶地貌。

2.2 井田巖溶發育及規律特征

井田內嘉陵江組及飛仙關組第四段灰巖厚度大，出露廣。長興組雖沒出露，但巖溶發育，是主要含水層，對礦床充水影響較大。其巖溶裂隙發育，含水豐富，賦水特征復雜，地下水補、逕、排關系復雜。

井田內石灰巖中方解石含量比例大，白云石極少，甚至不含白云石。區內石灰巖中方解石含量一般超過70%，可溶性強。裸露于地表的石灰巖，在以溶蝕為主的地質營力作用下，發育溶溝、溶槽、溶水洞等初型巖溶。地下水溶蝕作用，使水中侵蝕性二氧化碳對石灰巖溶蝕，長期地下水垂直、水平循環運動，形成垂直、水平溶蝕裂隙、管道系統。

區內石灰巖含水層與隔水層或相對隔水層相間產出，這種巖性組合，在地形地貌上隔水層為含水層提供了地表水的補給條件，大量地表水由隔水層的坡、嶺匯水至石灰巖地層，加劇了石灰巖的溶蝕和巖溶管道流的發育。

圖2 暗河發育位置和巖溶位置關系圖

區內斷層較多、裂隙傾角一般70°～85°、近似于垂直巖層。使巖溶和管道流的發育: 暗河大致是南西向發育，與地表斷層發育方向大基本一致。地表巖溶呈南西向串珠狀展布，證實巖溶發育方向受構造裂隙影響。暗河和溶洞發育情況見圖2。

2.3 地表、地下水的補給、徑流、排泄

地表水主要補給源于大氣降水，徑流受分水嶺控制。分水嶺以西，地表水大多沿季節性溪溝由南向北匯入嘉陵江。分水嶺以東沿地表溪溝徑流匯入長江。

地下水的運動還受地質構造的控制；地表、地下水存在著相互補給關系。地表水通過飛仙關組，嘉陵江組、雷口坡組等地層的落水洞或溶隙補給地下水，沿巖溶管道及裂隙徑流，于地形低凹處出露地表補給地表水；除向最低侵蝕基準面排泄外還向深部逕流，儲積于含水層中。

2.4 含、隔水層特征及對煤層開采的影響

2.4.1 第四系（Q）砂礫石孔隙含水層

主要為坡麓的坡、殘積物、滑坡堆積物以及河岸附近的沖積物，分布在巖溶槽谷。出露面積5.34km2。坡、殘積物由砂礫石、砂土、粘土組成，厚0～50m，結構松散，透水性強。

2.4.2 三疊系上統須家河組（T3xj）砂巖裂隙含水層

厚度為330～680m，為褐黃色、淺灰色厚層狀細～中粒長石石英砂巖夾深灰色砂質泥巖、泥巖、粉砂巖，局部可見炭質泥巖和煤線裂隙含水層。出露于背斜兩翼，分布標高400～550m。井田內調查泉點2個，流量0.2182L/s～0.3208L/s，泉點分布標高為455～470m，為富水性弱的裂隙含水層。

2.4.3 三疊系中統雷口坡組（T2l）巖溶裂隙中等含水層

厚35.00～70.00m，平均厚度42.00m。為灰色灰巖，中部為灰色白云巖、白云質灰巖，底部有一層厚1m灰綠色或綠灰色水云母粘土巖（“綠豆巖”）巖溶裂隙中等含水層。出露于井田東西兩翼，面積1.44km2，分布標高550～580m。其水質為HCO3-.SO42--Ca2+-Mg，礦化度為550.85 mg/L。因為該地層在井田內補給面積較小，總體上該含水層富水性為中等含水層。

2.4.4 三疊系下統嘉陵江組（T1j）巖溶裂隙中等含水層

厚492.00。出露于背斜兩翼，巖性為淺灰色灰巖、白云巖、白云質灰巖，夾泥巖及鹽溶角礫巖。按巖性組合特征分為四段：一、三段以灰巖、泥質灰巖、白云質灰巖為主，二、四段以白云巖、白云質灰巖、鹽溶角礫巖為主。礦權內出露面積6.89 km2，本次調查泉點4個，流量為0.1383L/s～1.34 L/s，出露標高550～510m，為富水性中等巖溶裂隙含水層。該層溶蝕發育強烈，發育溶洞，落水洞等。調查發現2個干溶洞，6個落水洞，5個有水溶洞。分布標高496～559m。水質類型為HCO3-.SO42--Ca2+-Mg，礦化度433mg/L。有水溶洞的水位埋深為0.40～13m。發現暗河三條，暗河標高為549～476.90m，流量為10～90 L/s。

施工5個鉆孔揭露淺部層位，該層局部有水位和消耗量變化較大。ZK12-2號鉆孔井深108.23m（孔口標高433.673m），消耗量由0.24 m3/h增加至2.02 m3/h，水位變化較大。巖芯顯示，溶蝕嚴重，有水銹痕跡，泥質充填。ZK10-2號鉆孔井深43.23m（孔口標高514.268），消耗量和水位變化較大，消耗量1.45 m3/h，巖芯顯示，溶蝕嚴重，裂隙面有水銹，有地下水活動痕跡。其他3個鉆孔鉆進均有不同程度漏失，巖心也有不同程度溶蝕現象。富水性為中等，為巖溶裂隙充水中等含水層。

2.4.5 三疊系下統飛仙關組（T1f）

厚471.96～773.73m，平均厚度526.70m。可分為五段，井田僅出露T1f5～T1f3，呈條帶狀分布于中部，面積6.86 km2。

一、三、五段主要巖性為薄層狀鈣質泥巖、泥巖等砂質泥巖的相對隔水層。

井田內調查有1個泉點出露，標高550m。地層中共發現裂隙29條，溶蝕孔洞7個，溶蝕裂隙發育標高在200~400m，占總數89％。據鉆孔簡易水文觀測資料，沖洗液消耗量和回次水位變化不大，消耗量一般0.03～0.2 6 m3/h。為相對隔水層。

二、四段主要巖性為石灰巖、泥灰巖等，為巖溶類型中等含水層。

第四段賦存裂隙水，調查發現3個泉，流量0.0039～23.43L/s，分布標高為520～549m。在該段施工鉆孔15個，ZK8-1號鉆孔井深207.32m（孔口標高364.677m）消耗量由0.43 m3/h增大至2.34m3/h，巖芯顯示溶蝕裂隙發育，裂隙表面有水銹痕跡。ZK10-1號鉆孔在井深115.34m（孔口標高481.98m）消耗量十分大，為1.23 m3/h；其余施工鉆孔均有不同程度漏失現象。

井田內飛仙關第四段q=0.000179～0.0921L/s·m，地下水位標高423.55～473.74m。該層位裂隙總計31條，溶蝕孔洞7個。以溶蝕裂隙為主，裂隙發育的標高主要在200~400m，占81％。溶蝕孔洞7個，發育標高為200~400m，占23％。飛仙關第四段的水質類型為HCO3-.SO42--Ca2+-Mg，礦化度為556.34 mg/L。綜上所述，飛仙關第四段溶蝕現象及裂隙較發育，泉水流量較大，富水性較大，為巖溶裂隙中等含水層。

2.4.6 二疊系上統長興組（P3c）巖溶裂隙中等～強含水層

地層厚89.91~126.41m，平均厚度100.49m。灰、深灰色石灰巖，中至厚層狀，細晶結構，含燧石結核，具縫合線構造。據施工鉆孔簡易水文觀測資料顯示，沖洗液消耗量和回次水位變化比較大。如ZK10-1號鉆孔在675m（孔口標高-77.968m）井深消耗量消耗比較大，消耗量為2.24 m3/h。ZK12-2號鉆孔在664m（孔口標高-122.097m）井深消耗量較大，為2.56 m3/h。多數鉆孔在該層位都遇到溶蝕、漏失現象。本次抽水試驗結果為q=0.03166～0.04636L/s·m，K=0.01869m/d，R=58.73m。統計裂隙477條，溶蝕裂隙466條，占98％，分布標高-105～-305占97％，以溶蝕裂隙為主的富水性中等～強的含水層。

2.4.7 二疊系上統龍潭組（P3l）

一、三、五段主要巖性為薄層狀鈣質泥巖、泥巖等，為砂質泥巖的隔水層。據鉆孔資料，鉆進至此層位時水位和消耗量變化都不大。

第四、二段為深灰色細晶灰巖，為相對弱含水層。

P3l層抽水實驗，K=0.00167.60m/d，R=19.60m，q=0.00415l/s.m。局部會有漏失的情況，消耗量和水位變化都不大，為富水性較弱的相對弱含水層。

2.4.8 二疊系中統茅口組（P2m）巖溶裂隙中等含水層

厚度>166m，淺棕灰色石灰巖，方解石脈發育，呈不規則囊狀，具縫合線構造。井田地表未出露，茅口組地層抽水實驗：K=0.0027m/d，R=70.44m，q=0.00131L/s.m，Q=0.17712L/s。鉆至該層消耗量局部增大，為富水性中等含水層。

2.5 水文地質類型

對煤層開采有直接充水影響的主要含水層為二疊系中統茅口組（P2m）灰巖、龍潭組二、四段（P3l2、P3l4）巖溶裂隙含水層和長興組（P3c）巖溶裂隙含水層。由于埋藏深，接受大氣降水補給條件較差，含水層主要受區域地下水的補給，在有斷層與導水裂隙導通的情況下與地表水體水力聯系較強。

茅口組（P2m）為K2煤層直接充水底板。龍潭組四段（P3l4）為K8煤層直接充水含水層，K8煤層導水裂隙帶最大高度達到龍潭組四段含水層（P3l4），該含水層可對未來礦井有直接充水危險。

綜上所述，井田水文地質勘探類型劃為三類二型，即巖溶裂隙充水礦床，水文地質條件中等。

3 未開礦井充水因素分析

3.1 頂板充水水源

井田內最頂部的可采煤層有K8煤層，按照《礦區水文地質工程地質勘探規范》GB12719-91（以下簡稱《水、工規范》）計算冒落帶最大高度（Hc）和導水裂隙帶最大高度（Ht）

Hc=4M

式中：Hc —冒落帶最大高度（m）；Ht —導水裂隙帶最大高度（m）；M —煤層累計采厚（m）；n —煤層分層層數。

井田內K8煤層距直接充水頂板龍潭組四段（P3l4）的距離24.32m～75.25m，平均40.91m。該煤層傾角為16°～50°，平均35°；煤層最大厚度1.75m，累積采厚2.2m。頂板巖性為泥質砂巖、泥巖等，抗壓強度為24Mpa，頂板采用全陷落法管理方法。

計算結果：K8煤層的冒落帶最大高度8.8m，導水裂隙帶最大高度29.75m。K8煤層導水裂隙最大高度已經達到直接充水頂板龍潭組四段（P3l4），該含水層礦井充水影響較大，可見龍潭組第四段裂隙弱含水層受冒落帶影響，龍潭組第四段裂隙弱含水層相對隔水作用下降。

3.2 底板充水水源

茅口組（P2m）距K2煤層的距離為9.60～12.86m，距K1煤層距離為0.20～3.70m。茅口組為中等含水層，導水斷層或者導水裂隙聯通含水層的情況下可對礦井造成直接充水。其“古巖溶”系統存在，加劇了充水影響程度。

3.3 斷層的富水性及導水性

井田地表出露斷層10條，隱伏斷層18條。在F1斷層附近發現有巖溶兩處，分別為R9，R11，而R11為一有水溶洞；F3斷層地表出露Q6泉點，該泉點流量為0.5061L/S，兩條為富水性中等-強的斷層。其他8條斷層在鉆進中未發現涌漏現象，斷層導水性較弱。

優良的社會管理環境，安定團結的政治局面是開展一切社會管理活動的前提，因為“沒有穩定的環境，什么都搞不成，已經取得的成果也會失掉”［1］284。

鉆孔簡易水文觀測其余隱伏斷層，鉆孔鉆進隱伏斷層附近消耗量和水位變化不大。對深部煤層造成較大破壞，這些隱伏斷層存在井田充水隱患。

表1 井田礦井涌水量計算參數及預測結果

3.4 大氣降水

井田6～10月為洪水期。長觀測動態變化，豐水期是枯水期涌水量1.80～3倍。開采淺部煤層時，淺部風化裂隙較為發育，大氣降水可通過裂隙進入礦井，大氣降水是未來礦井主要充水水源之一，應注意裂隙的導水。

3.5 第四系含水層水

多分布在嘉陵江組地層溶蝕槽谷中，含水層水可通過風化裂隙和暗河及導水斷層進入礦井，未來礦井巷道在接近該部位時，應特別注意該層地下水及其堆積物的不良影響。

3.6 地表水體對井田充水的影響

井田內分布普照寺水庫為最大，修筑于1958年，水庫面積3.5km2、水深15m左右，庫容107萬m3，2000年起為土主鎮供水水源。未來礦井開采可能造成地表拉裂縫和塌陷等地質災害，水庫水源可能對礦井造成充水影響。建議礦井嚴格按有關規范、規程和設計開采，留足保安煤柱，防止地表水體潰入礦井，對礦井造成嚴重危害。

3.7 含水層的越流補給

本井田容易越流補給的含水層主要為二疊系上統長興組（P3c）巖溶裂隙中等-強含水層，三疊系下統嘉陵江組（T1j）巖溶裂隙中等含水層，三疊系中統雷口坡組（T2l）巖溶裂隙含水中等含水層。這些含水層本身含水性強，出露面積大，井田斷層、導水裂隙發育，容易溝通上部含水層造成井田充水。含水層的越流補給也是井田的重要的充水水源之一。

4 涌水量計算

根據礦井開拓方案、所獲資料，預測開采第一水平標高為-800m，預測P3c、P3l及P2m進入礦井涌水量。

4.1 計算范圍及邊界條件

上界至地下水位平均標高P3c為523.332m、P3l為522.858m，P2m為491.13m。下界至第一水平標高-800m；東以井田（資源量）邊界以及首采-800m標高與K2煤層頂板交線為界圈閉范圍，西以西翼井田（資源量）邊界以及首采水平-800m與K2煤層頂板交線為界圈閉范圍，北部井田邊界為界、南部以井田邊界為界，四周按無限補給邊界考慮。

4.2 計算方法

4.2.1 大井法（承壓轉無壓）

雨季涌水量：Q雨=λQ旱

2）式中符號代表意義：Q旱為預測旱季礦坑涌水量（m3/d）；Q雨為預測雨季礦坑涌水量（m3/d）；K為含水層滲透系數（m/d）；H為水頭高度，即第一水平至地下水位平均高度（m）；M為含水組的有效厚度（m）；h0為水柱高度（m），設為0；λ為涌水量變化系數；r0為大井引用半經（m）；R0－大井引用影響半經（m）。

4.2.2 水文地質比擬法—單位面積涌水量法

1）比擬礦井—磨心坡煤礦

2）可比性

比擬礦井為磨心坡煤礦，主要含、隔水層巖性、厚度、出露條件、含水特征、主采煤層及礦井主要充水因素一致，水文地質條件相同。

3）計算公式

4）式中符號代表意義：Q0—已知比擬礦井涌水量（m3/d）；F—未來礦井開采面積（m2）；F0—已知比擬礦井巷道控制總面積（m2）；S—未來礦井第一水平水位降低值（m）；S0—已知比擬礦井地下水位降低值（m）。

5）涌水量計算結果及參數值

4.3 涌水量預算結果評述

1）采用大井法預測未來礦井涌水量時，采用的地下水位為分層穩定水位和抽水試驗鉆孔靜止水位標高，代表地下水水位。根據參數選取，礦井涌水量是P3c、P3l和P2m含水層自然狀態下充水量，代表開采初期礦坑涌水量，未包括其他充水因素，較未來礦井實際涌水量偏小，一般涌水量18 169.01 m3/d，最大涌水量54 507.03m3/d。

2）“水文地質比擬法”比擬的礦井為井田以北的磨心坡煤礦，為生產多年礦井，有完善水文地質觀測資料和勘探報告。采用數據為磨心坡煤礦長期觀測的水文資料，資料真實可靠。

3）“水文地質比擬法”預測預測礦井涌水量：正常涌水量Q旱=22 388m3/d，豐水期涌水量是正常涌水量的3倍，即Q雨=67 164m3/d，不包括老窯突水和地表水進入礦井涌水量。

5 結論

1、礦井直接充水水源為龍潭組四段與龍潭組二段以及茅口組底板充水。間接充水為長興組地層的越界補給以及淺部嘉陵江地層及雷口坡組地層補給，特別是長興組地層，區域地下水補給較大，在導水斷層及導水裂隙的引導下會對礦井造成較大影響。

2、F1、F3斷層富水性中等-強，建議加強監測，防止斷層導通地表水、地下水造成突水事故。

3）井田水文地質勘探類型劃為三類二型，即巖溶裂隙充水礦床，水文地質條件中等。

4）生產中應做好綜合水害防治措施研究和實施，保證礦井的生產安全。

[1] 重慶地質礦產研究院．重慶觀音峽背斜新店子井田詳查報告. [R]，重慶：重慶地質礦產研究院，2014．

[2] 重慶地質礦產研究院．重慶市北碚區天府礦區磨心坡煤礦接替資源勘查地質報告[R]，重慶：重慶地質礦產研究院，2010．

[3] 四川省煤田地質局一三五隊．鎮雄縣開元煤礦勘探報告[R]，瀘州：2011．

[4] 趙鐵錘，等．煤礦防治水規定釋義[M]．徐州：中國礦業大學出版社，2009．

[5] 沈繼芳，高云福，等．地下水與環境[M]．武漢：中國地質大學出版社，1995．

[6] 王大純，張人權，等．水文地質學基礎[M]．北京：地質出版社，1995．

[7] 李亞美，陳國塤，等．地質學基礎[M]．北京：地質出版社，1994．

Analysis f Hydrogeological Conditions in the Xindianzi Well Field, Guanyinxia Anticline, Chongqing

QIN Lei

(No. 135 Geological Team, Sichuan Bureau of Coal Geology, Luzhou, Sichuan 646000)

The Guanyinxia anticline is characterized by karst landform. Area of the Xindianzi well field is 27.64 km2. Site investigation and data from 15 drilling holes indicate that its hydrogeological exploration types should belong to the 3rd type of the 2nd class which is characterized by filling water in karst fissure with moderate hydrogeological conditions. The main factors of mine water-filling are roof, floor, fault water-filling, etc. The general inflow of mine water is estimated at 22 388 m3/d with 67 164 m3/d in flood season.

hydrogeological condition; filling water in karst fissure; inflow of mine water; Xindianzi well field

2019-11-15

秦雷（1986-），男，四川瀘州人，水工環工程師，主要從事地質礦產勘查、水工環地質相關工作

P641.72

A

1006-0995（2020）04-0632-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.04.022