淮南煤田松散层的水文地质特征及类型划分

摘要：根据对淮南煤田新生界松散层水文地质特征的研究，对松散层底部的水文地质类型加以划分及评价。

关键词：含水层;隔水层;水文地质特征及类型划分。

中图分类号：P64 文章编码：

一、松散层沉积特征及古地理环境研究

安徽淮南煤田地处华北平原的南缘，江淮丘陵的北端，淮河中游地段，整个煤田地跨淮南市及凤台、颖上、利辛、阜阳市三县两市，根据对淮南煤田构造地质条件的分析研究，我们得出如下结论：印支运动奠定了整个矿区的基本构造格架，而燕山运动对其作了进一步改造，从而形成现今的基底构造形态。从地质发展史可以看出，从侏罗纪、白垩纪到早第三纪漫长的地质历史时期，除局部断陷盆地接受沉积外，大部分地区处于剥蚀夷平状态。直到晚第三纪早期，地壳才普遍下沉，沉积了巨厚的新第三系和第四系松散层。

淮南煤田新生界厚度自东南向西南及西北方向递增，由50M变化为700M。厚度变化受基岩面起伏情况的控制，反映了东南高、西北低的基底形态，这与现代西北高、东南低的地貌形态有巨大差别。以往勘探过程中对新生界松散层研究程度较低，对松散层的时代划分也不够确切、统一，本次研究过程中，以本区沉积物的综合岩性特征为标志，参照金权等编著的《安徽淮北平原第四系》研究成果，结合有关测试资料，对新生界松散层的沉积特征做初步分析研究。

一）早第三系（E）

岩性为紫红、棕红、灰白夹黄褐、土黄色砂质泥岩、砂岩及砾岩。胶结成岩程度差异较大，多分布在凹陷、断陷盆地及煤田两翼局部向斜地带。如展沟164孔、36北7孔、丁集水6孔、朱集45-6孔均有沉积。由于对该岩组没做研究工作，时代归属值得商榷。

二）上第三系中新统（N1）

在潘——谢煤田范围内，该组顶界面埋深东部150M左右，中部180～257M，西部380～420M，局部古地形隆起处缺失，因而自东向西埋深加大，从岩性组合特征可以划分为两种沉积类型。

1、潘集型

底部为棕红、灰绿色砂砾层夹薄层粘土，上部为灰绿色、棕红色粘土为主，局部夹薄层砂层透镜体（图2）。其中底部砂砾层呈条带状分布，走向上从北东方向（明龙—上窑山谷）进入潘二井田，然后折转北西，穿过潘一、潘三、潘四，过丁集、顾桥井田，向西北而去（图3）。

2、谢桥型

岩性底部以浅棕、灰绿色粘土为主，局部夹砂层透镜体、钙质粘土等，顶部为砂层与粘土交互沉积，不同地段粘土、砂层所占比例有所不同（图2、图3）。

根据此两种沉积类型，可以初步推断当时古地理环境，井田的中西部陈集、展沟、阜阳一带为沉积中心。开始为小面积湖泊，随着盆地的不断沉降，湖泊面积不断扩大，陆源碎屑物质不断受水流介质的搬运，在盆地低凹处堆积。此时，在煤田的东北方向，明龙山和上窑山谷之间有一条季节性河流，流向西南，经潘二、潘三、潘四、丁集、顾桥井田北端向西北方向没入湖泊，从而形成带状砂砾层。而在平原的西南部为大别山，南部为江淮丘陵，从西南向东北及由东向西地面有较大坡降，自大别山北坡、江淮丘陵北坡各山口流出的山地河流，分散成细小水流辐散开，由于流速降低，水流所携带大师碎屑物质堆积下来，形成一系列洪冲积扇，多个洪冲积扇相互衔接构成巨大洪积冲积扇体。由于洪冲积扇体沿盆地南缘不断向北、向东扩展，因而中新统古地理环境：早期西部湖泊相，东部为河流冲积相，演变到后期为洪冲积湖泊超覆相。据古地磁测试分析，极性带位于高斯极性带之下，当时气候温暖湿润。通过岩性、孢粉组合、脊椎动物化石与邻区山东、江苏对比，其地层层位大体上相当于山旺组、下草湾组，距今约18～19Ma左右。

三）上第三系上新统（N2）

以灰绿色、灰白色中砂及细砂为主，粗砂次之，局部含石英小砾石。含少量浅棕色、棕色砂层，结构疏松，似“豆腐渣状”，砂层间夹多层灰绿色粘土。该组地层顶部发育一层固结状灰绿色杂锈黄色粘土，且铁锰结核发育，是本区上第三系与第四系的分界标志。该组地层顶界埋深：东部80M左右，向西逐渐加深为120～140M。

此时物源在继承中新统古地理环境基础上继续向北、西方向沉积，冲积相、冲积扇群、辫状河流普遍发育，并逐渐发展成为向西北运动的曲流河及泛滥平原。据孢粉分析，该期木本植物有：松、栎、榆，草本科以禾本科、藜、蒿为主，说明此时气候较下草湾期转凉转干，但仍属温暖偏湿类型。9个孔古地磁测试表明，该期属于高斯极性带，距今约2.48～5.5Ma，地层层位相当于固镇组。

四）第四系（Q）

该组底板埋深，东部75～115M，中西部110～140M，个别孔可达206M。底部为浅灰色及灰黄色细中砂含粗砂，局部夹棕红及灰绿、灰黑色砂质粘土。中部为棕黄、灰黄夹灰绿色粘土，局部夹不稳定细、粉砂薄层，底界埋深40～90M。上部为灰黄、灰黑色细砂、粉砂夹砂质粘土、淤泥质粘土，底界埋深30～40M。顶部为黄、浅灰色粉细砂夹淤泥质砂质粘土，底板埋深10～40M。

从地质发展史来看，进入第四系以来，大约在2.50Ma左右，由于受喜马拉雅运动影响，淮南煤田开始抬升，并且在整个历史演变过程中，经历了长期振荡性升降运动，逐渐改变了南高北低、东高西低的古地貌形态，形成了西北高、东南低的现代地貌格局。因而现代地表水系由西北流向东南。

二、新生界松散层的含隔水层划分

一）划分依据

翻阅淮南煤田各井田提交的最终地质勘探报告，可以发现对新生界松散层的含隔水层划分差异较大（表1）。一般习惯上划分为下、中、上三个含水层组，因而整个矿区内宏观规律难寻。这主要是由于新生界地层不是煤田地质勘探的重点，而且化石稀少，地质勘探阶段对新生界地层绝大部分采取无岩芯钻进，各含隔水层的划分界线仅以岩性变化为依据。

本课题主要研究的是巨厚松散层下防水煤柱的留设问题，因而松散层底部的水文地质特征将起着重要的作用，为便于研究，此次将淮南煤田新区松散层统一划分为四个含水层、三个隔水层，由于岩性是控制含隔水性能的最基本的因素，因而将岩性变化作为含隔水层划分的主要依据。水质是含水层主要水文地质特征之一，它不仅可以表征水文地球化学特征，而且能反映各含水层之间的水力联系、补给、径流、排泄等水动力特征，因而我们将水质特征作为含、隔水层划分的参考依据。

二）各含水层水化学特征

根据对煤田内各含水层水质分析资料研究表明，不同含水层水质差异明显。松散层最上部直接接受大气降水补给，径流条件好，元素易迁移，随着深度的增加，水的循环交替条件变差，因而在水质变化趋势上有以下规律：

各含水层水质对比表

1、从一、二含往下至四含，矿化度逐渐增加，由M平均=0.485g/l增至M平均=2.424g/l。水质类型由HCO3—K+Na、HCO3—Ca—Mg沿着Cl—HCO3—K+Na过渡到Cl—K+Na型。

2、除一、二含外，其余各含水层水质中阳离子皆为K+Na占优势，而且含量高达80%—90%。其原因是由于阳离子交替吸附作用得到充分进行，即Ca2+（水）+Na +（吸附）Ca2+（吸附）+ Na+（水）

3、各含水层水质中阴离子So2- 4含量很低，一般不足10%。其原因是脱硫酸作用的结果。即So2- 4+2C+2H2OH2S+2HCO- 3

值得指出的是，四含水、灰岩水与一、二、三含水有明显差别，因此，可以认为，第三隔水层在水动力循环与水文地球化学上起着比较重要的分隔作用。

三）松散层含、隔水层的划分

根据岩性变化和水质特点，将淮南煤田新生界松散层含隔水层自上而下划分如下：

1、第一含水层：

该层位于地表以下30M左右，上部为土黄色砂质粘土，下部为粉、细砂夹砂质粘土，结构疏松，富水性弱～中等。含水层受大气降水和地表水直接补给，属潜水含水层。

2、第一隔水层：

该层底板埋深40.40～77.95M，厚度15.50～49.90M，由棕黄、灰黄、灰绿色砂质粘土组成，夹少量薄层细砂及粉砂。该组在顾桥及潘集地区分布稳定，丁集水6孔测试结果表明，塑性指数Ip=21.10～29.60，因而隔水作用较好。刘庄、张集一带局部分布，隔水性能较差。

3、第二含水层：

底板埋深101～135M，厚度46.50～78.30M，平均60～70M。以细中砂为主，夹数层薄层粘土。砂层成分以石英为主，含黑色矿物、白云母片及较多长石，结构松散。据抽水资料，q=0.199～2.73l/s﹒m，K=3.66~9.45m/d，水量较丰富，是供水的主要水源。

4、第二隔水层：

底板埋深108.0～136.0m，厚度0.5～45.0m，一般2～8m。主要为灰绿、灰黄色粘土、砂质粘土，全区稳定分布。据丁集水6孔测试结果，Ip=13.7～21.4，因而具有良好的隔水作用。

5、第三含水层：

底板埋深126～460m，上部以灰绿色细中砂为主，局部具粘土薄层，偶夹钙质、硅质胶结的“砂盘”，下部由灰绿色、浅棕红色砂组成，多呈固结状，局部古地形隆起处直接与基岩接触。据抽水资料，q=0.269～1.932l/s﹒m，K=12.08~15.977m/d。该层与上部含水层无水力联系，属于承压含水层。

6、第三隔水层：

该组底板埋深278.15～522.00m，厚度0～132.89m，岩性为灰绿色粘土、钙质粘土，夹粉土质砂。据丁集水6孔测试，Ip=12.4～37.47，因而隔水作用良好。在整个煤田范围内分布较稳定，仅在局部古地形隆起处缺失。

7、第四含水层：

主要分布于潘集地区及顾桥以北，直接覆盖于煤系地层之上，大体由东南往西北沿基岩低凹面呈条带状分布。岩性为砂砾层、砂层、砂质粘土纯朴交替出现的组合结构，从上往下整体粒度由细变粗，根据该地区24个抽水钻孔的单位涌水量可知，第四含水层富水性差，补给来源贫乏。

三、松散层底部水文地质类型的划分

根据以上对松散层的沉积特征和古地理环境的初步分析，并根据岩性和水质变化特点将松散层划分为四个含水层、三个隔水层。同时结合该地区24个抽水钻孔的抽水情况，将淮南煤田松散层底部水文地质类型分区如下：

Ⅰ区：水文地质条件复杂区，位于刘庄、谢桥、张集井田南部及潘三井田中部砂丘孤岛。该区特点是第三含水层直接覆盖在煤系地层之上，由于1、2、3含水层相互具有一定的水力联系，因而补给来源比较充沛，富水性比较强，因而该区水文地质条件最复杂。

四含抽水钻孔的Q-S曲线方程

Ⅱ区：水文地质条件中等区，位于潘一、潘二、潘三、潘四、丁集、顾桥井田北部，即第四含水层呈条带状分布的区域。根据q 大小该区可进一步细分为三个亚区。

Ⅱ1亚区：q大于1.01/s﹒m，主要位于条带状南部和顾桥井田北部孤岛。该亚区含水层富水性较强，但补给条件较差。

Ⅱ2亚区：0.1≤q≤1.01/s﹒m，主要位于条带状中部地区，该亚区含水层富水性一般，补给条件也较差。

Ⅱ3亚区：q＜0.11/s﹒m，主要位于条带状北部地区，该亚区含水层富水性较弱，补给条件也较差，反映出含水层物质组成中细粒含量较高的特点。

Ⅲ区：水文地质条件简单区，位于谢桥、张集、刘庄井田北部的广大区域，由于缺失第四含水层的沉积，因而第三隔水层直接覆盖在煤系地层之上。前已述及，第三隔水层厚度较大，分布比较稳定，可以有效地阻隔浅部含水层与煤系砂岩裂隙水的水力联系，因此，该区水文地质条件最简单。