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华北赋煤区水文地质概况

  根据水文地质条件的不同,华北赋煤区可分为沁水煤田、鄂尔多斯东缘含煤区、渭北煤田、太行山东含煤区、京唐含煤区、豫西和徐淮含煤区,各区的水文地质条件有所不同。
  1、区域含水层
  ① 煤系基底为巨厚的寒武奥陶系灰岩 厚约800余m,出露广泛,接受大气降水后形成储量巨大的强含水层。根据寒武奥陶系灰岩与煤系地层之间沉积的隔水层在各地区变化状况,大致可分为三种类型:
  ·隔水层厚度在百余m以上。所处地区构造相对简单,寒武奥陶系灰岩水对煤系地层威胁较小,如沁水盆地、京唐地区、两淮地区等。
  ·隔水层厚度较薄,约为30~50m。所处地区构造相对较复杂,使寒武奥陶系灰岩水与煤系地层含水层发生水力联系,并对煤层造成充水威胁,如太行山东含煤区 。
  ·奥陶系地层缺失。在豫西临汝一带缺失奥陶系地层。使寒武系灰岩成为煤系地层的基底,但寒武系灰岩出露不够广泛,岩层的富水性较差,如平顶山矿区多数矿井在开采一、二号煤层时发生寒武系灰岩突水,淹没矿井,但在较短时间内即可将水排干,恢复生产,说明寒武系灰岩外来补给不充裕,岩层富水性不强,对煤系地层和煤层开采威胁较小。
  上述三种不同类型对煤层气赋存有不同作用,见后述。
  ② 太原组薄层灰岩 厚度为1~2m至6~7m,层数为几层到十几层,各地不等,常为煤层的直接顶板。含水性弱~中等,对煤层影响较大,但由于厚度薄,水的储存量小,在无补给或少量补给的情况下,煤层开采后很快就可以疏干,如遇较大断裂与奥陶系灰岩发生水力联系,外来补给充裕,则对煤层的开采和煤层气影响则较大。
  ③ 煤系地层上覆的砂岩地层 厚度较大,除地表风化带和裂隙发育的浅部富水性较强外,一般随深度加深,裂隙逐渐减小,富水性逐步变弱,在一般开采深度对煤层气影响较小。
  ④ 巨厚新生界覆盖层 仅开平向斜、两淮煤田和太行山东麓少数煤田赋存有巨厚的新生界覆盖层,对煤系地层影响较大。一种情况,新生界覆盖层巨厚,接受大气降水后直接补给煤层顶部或夹于煤系地层中的裂隙砂岩,由于覆盖层巨厚,水储存量大,形成了充沛的补给来源,如开平向斜。另一种如两淮煤田,新生界覆盖层巨厚,自上而下分为四个含水层,间含三层隔水层,新生界含水层与煤系地层的含水层相隔,使煤田的水文地质条件简单化,形成了两淮地区独特的水文地质条件。
  (2)沁水煤田、渭北煤田、鄂尔多斯东缘含煤区
  本区属大陆性气候,年降雨量为400-580 毫米。石炭-二叠系煤系的为奥陶系峰峰组,厚约50~100余m,为极弱含水层,与太原组、本溪组隔水层相加,厚约百余m,成为这一地区的相对隔水层,把奥陶系上、下马家沟组的巨厚岩溶裂隙含水层与煤系地层隔绝开来,使煤系地层的水文地质条件趋于简单化。煤系地层的含水层为太原组薄层灰岩,下二叠统山西组、下石盒子组的砂岩。太原组薄层灰岩的单位涌水量0.0004~0.108L/s.m。山西组、下石盒子组砂岩的单位涌水量0.00005~0.137 L/s.m,渗透系数0.0002~0.137m/d。这二个含水层的含水性微弱,水动力小。
  太原组薄层灰岩及山西组、下石盒子组砂岩的降雨补给有限,水质皆为HCO3-Ca.Mg型,矿化度皆小于0.5g/l。地下水迳流缓慢。由于构造形式皆为单斜或向斜一翼,故以静水压力将煤层气封闭于单斜的中深部。
  (3)太行山东含煤区
  本区含水层为巨厚的奥陶系岩溶裂隙含水层,厚约600余m,上覆本溪组厚度30m左右。当断裂断距较大时,奥陶系灰岩与太原组薄层灰岩或山西组砂岩直接接触,上、下含水层发生水力联系。含水层水动力强,补给、泾流、排泄体系完整。本区西部皆为广泛出露的寒武、奥陶系灰岩,面积可达千余平方公里,接受大气降雨后形成了巨厚的奥陶系灰岩岩溶裂隙水。当煤田中有背斜或抬升地层出露时,由于地层阻挡,灰岩泉水即出露地表,形成了完整的补迳排系统。
  本区为断块构造,导致煤系地层中的太原组薄层灰岩和山西组砂岩与奥陶系直接接触,发生水力联系,因此煤层中煤层气被奥灰水携带运移,形成无气或贫气地区,如邢台矿区、峰峰矿区鼓山西的和村-孙庄向斜、安阳矿区珍珠泉以西块段、鹤壁矿区小南海泉群以西块段等。东部,寒武奥陶系地下水流向为由西向东,随着深度的增加岩溶裂隙随之减少,水压由+130m~-500m左右, 水位年变化幅度为10~20m。在深部对煤系地层形成了巨大的水压。由于邯邢深大断裂的阻隔,奥灰水在这一带只有补给、迳流,无排泄地点,地下水的水化学类型为Cl-Na型,矿化度为5g/l左右,充分显示了地下水呈停滞状态。
  (4)豫西煤田
  该区地形为低山丘陵和平原,年降雨量为700~800毫米。其显着特点为,缺失奥陶系灰岩,煤系直接超覆于寒武系上。寒武系灰岩单位涌水量为1.325~0.0000718 L/s.m,渗透系数为4.8~0.00075 m/d,水化学类型为HCO3-Ca.Mg型水,矿化度为0.255-0.324 g/l。含水性为中等偏弱。而煤系地层的薄层灰岩其单位涌水量为0.302~0.0000479 L/s.m,渗透系数2.93~0.000458 m/d, 水化学类型为HCO3-Ca.Mg型,矿化度为0.55g/l左右。其含水性微弱,煤系砂岩层单位涌水量0.45~0.000217 L/s.m,渗透系数4.0~0.000721 m/d,水化学类型HCO3-Na.Ca型水,矿化度为0.37g/l左右,含水性微弱。
  煤系地层的下伏、上覆和夹于煤系的含水层,除寒武系灰岩水有时略大一点可造成矿井突水外,其余的含水性都较弱,地下水迳流缓慢,可以其静水压力对煤层气进行封闭,形成煤层气区域性富集。其中的平顶山矿区地下水由西南流向北东方向,水压由+80~-400m,对煤层形成了较大压力,地下水的年变化幅度小,为3~7m。
  (5)徐淮含煤区
  本区计有四个煤田,本书叙述以两淮为主。该区地形基本上为一西北高东南低的冲积洪积平原区,年降雨量为750~900 毫米。煤系地层上覆新生界松散层,厚度较大,200-400m。煤田呈轴向NWW~EW向的复向斜构造,两翼发育有一系列走向压扭性逆断层,部分地层直立倒转。煤田内部走向逆断层也较发育。
  主要含水层为新生界松散孔隙含水层,分为四含三隔,特别是底含和三含对煤田有重要影响。底含的单位涌水量0.0176~0.8311 L/s.m,渗透系数0.002226~2.367m/d,水化学类型为Cl- K+Na型水,三含与上部含水层有一些水力联系,单位涌水量0.025~2.3L/s.m。渗透系数0.82~15.98m/d,水化学类型为Cl- K+Na型水,矿化度为0.8~2.69g/L。因此,含水层补给源贫乏,地下水运移缓慢,近于停滞,垂直渗透性差,近于封闭状态,含水层以储存量为主。
  煤系地层中,砂岩裂隙含水层单位涌水量为0.00152~0.8911 L/s.m,渗透系数为0.00152~2.37m/d,矿化度为2.368~2.45g/l,水化学类型为Cl-K+Na型。含水层含水性极弱。太原组薄层灰岩其单位涌水量为0.00105~0.224 L/s.m,渗透系数为0.0017~3.09m/d,矿化度1.9~2.99g/l,水化学类型为Cl-K+Na型。煤系地层砂岩、薄层灰岩含水性微弱,地下水迳流缓慢或停滞。
  四含覆盖于煤系地层之上,其地下水运移缓慢或停滞,对煤系地层几乎没有补给。



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