中国煤田区域水文地质概况

yhh78088 · 发表于 2010-3-8 16:20

中国煤田区域水文地质概况
一、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。其显著特点为，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。
二、西北赋煤区水文地质概况
西北赋煤区包括柴北-祁连、准南和塔北等煤田或含煤区。地势较高，降水量稀少，大部分地区有黄土覆盖，黄土渗透性能较差，降水后大部分顺沟渠流走，很少能透过黄土层补给基岩。基岩中的含水层绝大部分为碎屑岩，岩层中夹有粘土层或粘土质，含水性微弱，渗透性能较差，含水层对煤层充水较差，对主要开采煤层基本无威胁。根据地形地貌、地质和水文地质条件，华北北缘的大青山和华北西部的卓贺矿区，与西北的水文地质特征基本类似。
　　柴北－祁连含煤区地面标高为2000~2400m，准南煤田为1038m，华北北缘的大青山则为1250~1500m，桌贺含煤区为1089~1400m。这些地区的多数煤田处于构造抬升隆起区，如内蒙高原、鄂尔多斯台缘、鄂尔多斯西南部的隆起带等。降雨后多以地表迳流方式流走，很难在当地存留。地下水具有上升型水文地质特征。地貌上以构造剥蚀或剥蚀堆积地形为主。地层由巨厚的碎屑岩组成，第四系沉积很薄。由于地壳的稳定上升，地下水循环速度加快，溶滤作用加强。经过漫长的地质时期，地下水埋藏渐深，含水层变薄，层次增多且不连续，因而含水层的水量一般偏小。
　　这四个地区均为半干旱大陆性气候，雨量稀少，如柴北--祁连含煤区年平均降雨量为106.6mm，而蒸发量却十倍于降雨量，准南降雨量为152.3mm，蒸发量十二倍于降雨量，大青山降雨量322mm，桌贺的降雨量为106.6mm。上述四个地区，由于降雨稀少，具有干旱型的水文地质特征，蒸发和降雨严重失调，补给条件贫乏，地面水体少，地表排泄条件好，因此地下水盐化现象突出，一般形成硫酸钠钙型水或氯化钠型盐卤水。
柴北--祁连含煤区是中晚侏罗煤田，岩性以碎屑岩为主，煤田内主要含水层有两层：⑴，第四系含水层，厚312m，单位涌水量0.534~3.74L/s.m；⑵，窑街组第二岩组(煤2顶板)，属层间裂隙水，单位涌水量0.021L/s.m，渗透系数0.0169m/d。大青山煤田有三个含水层：⑴，第四系孔隙潜水，单位涌水量0.25L/s.m；⑵，基岩裂隙承压水，其中拴马桩煤系石叶湾组砾岩、砂砾岩单位涌水量0.00233~0.136L/s.m，而石拐煤系召沟组、五当沟组粗砂岩单位涌水量小于0.2L/s.m；⑶，煤系基底灰岩裂隙水单位涌水量小于0.001L/s.m。
桌贺地区为石炭二叠系煤田，有五个含水层：⑴，第四系冲积扇潜水，单位涌水量0.94~7.08L/s.m，渗透系数1.51~16.5m/d；⑵，二叠－三叠系裂隙水，单位涌水量0.0047~0.10941L/s.m，渗透系数0.00000565~0.119m/d；（3），石炭－二叠系裂隙水，单位涌水量0.01L/s.m，渗透系数小于0.1m/d；（4），奥陶系岩溶裂隙水，含水层厚约700余m，单位涌水量0.50~5.98L/s.m，渗透系数0.024~2.88m/d，虽然水量巨大，但由于上石炭统本溪组厚度大，约1196~1381m，最薄19.68 m，最厚3168 m，将煤系和奥陶系灰岩水隔绝开来；（5），太古界千里山群裂隙水，单位涌水量0.000157~0.009L/s.m，渗透系数0.002~0.06m/d。
准南煤田为中侏罗世煤田，含水层计有：⑴，第四系含水层，单位涌水量0.515~1.95L/s.m，渗透系数4.221~0.29m/d；⑵，八道湾组砂岩含水层，单位涌水量0.0001~0.0078L/s.m，渗透系数0.55~0.044m/d；⑶，断层组，单位涌水量0.067L/s.m，渗透系数0.044~0.98m/d。
本区构造形式多为沉积坳陷，向斜或盆缘单斜。中新生代坳陷盆地中的地下水形成封闭式独立的水文地质循环系统，盆地内沉积有厚度较大的第三系、白垩系、侏罗系碎屑岩，其上覆盖有厚度较大的第四系松散堆积物，周边往往有基岩出露。封闭型水文地质特征表现为地下水内循环作用突出，地下水形成的补迳排均发生在盆地边缘至中心的地层中，大气降水为盆地的主要补给来源，垂直蒸发为盆地的主要排泄方式。小型盆地内按区域地下水循环方式进行系统内循环。
三、华南赋煤区水文地质概况
　　华南煤系地层主要为龙潭组，有湘中－赣中、东南、川东、川南-黔北、滇东－黔西、黔桂等含煤区。根据其水文地质条件的不同可分为两大地区：（1），湘中－赣中和东南地区；（2），川东、川南-黔北、滇东-黔西地区。两者的水文地质条件大相径庭。湘赣地区的主要特点，降雨气沛，含水层露头岩溶裂隙发育，易于补给，含水层富水性中等～强，含水层亦即充水岩层距主要开采煤层较近，亦是煤层的充水层，对煤层开采威胁较大。而川滇黔地区的主要特点，地形陡峭，降雨充沛，降雨顺沟渠流走，较难补给地下水。煤系上覆地层以砂质页岩、泥岩为主，含水微弱，下伏茅口灰岩虽然含水性强，但由于与煤系地层有较厚的峨嵋山玄武岩-良好的隔水层，使煤系地层的水文地质条件趋于简单。
　　（1）、湘中-赣中及东南含煤区
本区为低山丘陵地形，亚热带大陆性气候，年降雨量1339mm。向斜或单斜构造。主要含水层皆为岩溶裂隙含水层，其中有：(1)，上二叠统大冶组岩溶裂隙含水层，厚均72m左右，单位涌水量0.00001~0.1101L/s.m；(2)，上二叠统大隆组（长兴组）含水层，厚75m左右，单位涌水量0.00363~1.38 L/s.m，距龙潭组煤组为30m左右；(3)，下二叠统茅口组，厚350m，单位涌水量0.00085~3.735 L/s.m，矿化度0.29~0.57g/l，水质为HCO3-Ca型。各含水层之间均有良好的隔水层，层位厚度稳定，一般平均50~70m左右。
本区岩溶裂隙含水层均在煤系地层的顶或底部，由于降水量大，降水的很大一部分补给了岩溶裂隙含水层，这些岩溶裂隙水在一定标高以泉的形式泄露于地表，因此煤系地层中煤层气被水携带走并在泉的排泄处逸散掉。在中深部为向斜或单斜，岩溶裂隙随深度增加而逐渐减弱，地下水的静水压力将煤层气封闭于向斜或单斜中深部的有利部位，并使之富集。
　　（2）、川东、川南-黔北、滇东-黔西、黔桂等含煤区
本区为山地与丘陵地形，年降水量均为1000~1800毫米。以向斜宽、背斜窄的"隔档式"梳状褶皱构造发育为特点。断裂多为高角度正断层，逆冲断层次之。由于煤系地层龙潭组与下伏的茅口灰岩之间沉积有峨嵋山玄武岩，厚约50~200余m。隔绝了煤系地层与茅口灰岩强含水层的水力联系，使煤系地层水文地质条件趋于简单化。煤系地层以上飞仙关组以砂岩、粉砂岩、泥岩为主，其单位涌水量0.02L/s.m 。煤系地层岩性以泥岩、砂岩、灰岩、泥灰岩为主，其单位涌水量0.269L/s.m，渗透系数0.375m/d。总体来讲煤系地层及其上覆地层含水层含水微弱。
本区的降雨量比较大，但由于地形陡峭，降雨以地表迳流形式流走，很少能补给地下水。煤系地层及其以上盖层由于含水微弱，构造形式为向斜或单斜，以静水压力把煤层气封闭于煤系地层中。
四、东北赋煤区水文地质特征
（1）、大兴安岭以东
包括三江－穆棱河含煤区五个煤田，松辽－辽西四个煤田和浑江―红阳二个煤田。这些煤田的水文地质特征基本上是一致的。
本地区除鸡西、鹤岗为低山、丘陵、斜坡盆地地形外，其余煤田多为平原。温带大陆性气候，年降水量约为546~700毫米。主要为早白垩世煤系地层，以碎屑岩为主。一般以风化带裂隙含水带为主，层间裂隙含水层为辅，即以带为主，带中有层。地下水运动主要在浅部风化裂隙带中，在风化裂隙带下部为微裂隙带和构造裂隙带，存在着封闭状态的地下水。风化裂隙带单位涌水量0.24~2.73 L/s.m，渗透系数为1.22~3.03m/d，而风化裂隙带以下含水层，单位涌水量为0.0048L/s.m，渗透系数0.223m/d，水质类型为HCO3-MgCa型水，矿化度为0.249g/l。
集贤和红阳两煤田，虽然地层和构造不尽相同，而其煤系顶部却都覆盖着巨厚的第三系、第四系松散地层，总厚约280~1430m。特别是集贤煤田的第三系地层，以灰绿色砂砾岩及粗砂岩为主，颗粒上细下粗、半胶结，厚约200m，单位涌水量0.0012~0.83L/s.m，渗透系数0.0302~0.093m/d，含水性微弱，对煤系地层阻隔地表水和浅部含水性较强的含水层进入煤系地层起了很大作用。同时，煤系地层本身及其上下围岩在中深部含水微弱，地下水处于封闭状态。
红阳煤田虽然第三系、第四系盖层水文地质条件复杂，而含煤地层之上有中生代侏罗系较厚的砂岩、泥岩、火山岩等盖层，封闭了晚古生界上部的不整合面，再加以石炭二叠系含煤地层以砂岩、泥岩为主，它们是层间裂隙水，含水微弱，对阻隔含水层起了很好作用。特别是石炭二叠系可采煤层顶底板大部分为泥岩或粘土岩、粉砂岩，它们是良好的隔水层，对煤层气的赋存封闭条件起到了保护作用。
（2）、大兴安岭以西
包括伊敏、霍林河等中西部断陷盆地，水文地质条件独特，煤层是主要的含水层。这类煤田由于成煤时期较晚，上部覆盖层薄，煤层的煤化程度低，煤层中的成岩裂隙和风化裂隙较发育，井下巷道所见煤层裂隙，有时可达100余mm。地表降雨后，通过新生界松散层补给煤层的裂隙，使煤层成为主要含水层。雨季时煤层充水，只有将煤层水疏干才能采煤。这类煤田由于赋存深度浅，煤层本身富水性，水动力强。