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1區(qū)域水文地質(zhì)

兗州煤田為厚沖積層覆蓋的石炭－二疊系煤田，下組煤主要可采煤層為太原組16上、17煤。十下灰為下組煤直接頂板，區(qū)域富水性弱；本溪組薄層灰?guī)r（組）位于下組煤底板，其中十三灰厚度較大，區(qū)域富水性弱—中等；奧灰與本溪組地層不整合接觸，厚度大，區(qū)域富水性弱—強。根據(jù)區(qū)域含水層水質(zhì)資料，十下灰和本溪組薄層灰?guī)r原始水質(zhì)類型為HCO3－Na型，奧灰原始水質(zhì)類型為SO4－Ca•Mg或SO4－Ca（Mg）型［3－4］。以上各含水層對下組煤開采均存在一定影響，為此，鮑店煤礦針對這幾個含水層進行了一系列水文地質(zhì)勘探和試驗。

2井田含水層水化學特征分析

共收集鮑店井田水質(zhì)資料46份，涵蓋井田內(nèi)不同含水層，分別取自不同的試驗階段，其中十下灰水樣1個，十三灰水樣11個，奧灰水樣34個將各水樣陰、陽離子摩爾濃度百分含量投影到菱形圖上，根據(jù)樣點投影到菱形圖上分布區(qū)域的不同，可以直觀反映出不同含水層以及相同含水層水化學類型的差異。

2．1十下灰水樣水化學特征分析

十下灰水樣中HCO－3濃度為918．48mg／L，Na＋濃度為381．13mg／L，礦化度為1394．86mg／L，水質(zhì)類型為HCO3－Na型，與原始狀態(tài)下區(qū)域十下灰含水層水質(zhì)類型相符。

2．2十三灰水化學特征分析

十三灰含水層的11個水樣分布較分散，在圖1中菱形圖的中部到右下部零散分布，說明十三灰水質(zhì)可能存在其他含水層水的補給或十三灰含水層自身水力聯(lián)系差，導致水質(zhì)差異較大。其中L13－1孔和L13x－2孔所取2個水樣的HCO－3濃度分別為1001．31mg／L和986．29mg／L，Na＋濃度分別為458．33mg／L和450mg／L，而Ca2＋、Mg2＋濃度只有10mg／L，礦化度分別為1670．73mg／L和1627．48mg／L，水質(zhì)類型均為HCO3－Na型，與原始狀態(tài)下區(qū)域十三灰含水層水質(zhì)類型相符。另外的9個水樣分別為L13x－1孔（8個）和O2x－8孔（1個）所取，L13x－1孔所取十三灰水樣的水質(zhì)類型均為SO4•HCO3－Na型，O2x－8孔所取十三灰水樣的Ca2＋、Mg2＋濃度較高，為SO4•HCO3－Na•Ca（Mg）型水，說明L13x－1孔和O2x－8孔附近十三灰含水層有可能接受奧灰含水層的補給，奧灰水與十三灰水混合后得到此類水質(zhì)。

2．3奧灰水化學特征分析

奧灰含水層所有水樣均落在菱形圖的頂部，落點區(qū)域非常集中，其水質(zhì)類型為SO4－Ca•Mg或SO4－Ca（Mg）型，與原始狀態(tài)下區(qū)域奧灰含水層水質(zhì)類型相符。奧灰水樣礦化度變化范圍為1752．71～2942．8mg／L，屬中礦化度。陰離子以SO2－4為主，濃度為985．58～1864．44mg／L；陽離子以Ca2＋、Mg2＋為主，Ca2＋濃度為312．79～614．47mg／L，Mg2＋濃度為100mg／L左右。

3奧灰含水層徑流條件研究

奧灰含水層水壓高，富水性強，是下組煤開采時最危險的潛在突水水源，查明奧灰含水層徑流條件是下組煤水文地質(zhì)勘探的一項重要任務(wù)。奧灰為厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r，其間夾雜有薄層狀石膏地層，由于深部巖溶地下水循環(huán)交替緩慢，石膏的溶解使得水中SO2－4、Ca2＋的含量不斷升高，其平衡反應(yīng)方程式如下。2NaHCO3＋CaSO4•2H2OCaCO3↓＋Na2SO4＋CO2＋3H2ONa2CO3＋CaSO4•2H2OCaCO3↓＋Na2SO4＋2H2OCaSO4•2H2OCa2＋＋SO2－4＋2H2OCaMg（CO3）2＋Ca2＋2CaCO3↓＋Mg2＋最后形成HCO－3含量降低、SO2－4含量增加的水質(zhì)，因此SO2－4是深部巖溶水化學作用的關(guān)鍵離子，SO2－4含量高的區(qū)域奧灰徑流條件差，SO2－4含量低的區(qū)域奧灰徑流條件好。根據(jù)各奧灰水樣中SO2－4含量數(shù)據(jù)繪制成等值線圖，用來研究奧灰含水層的徑流條件?？芍?，從北到南SO2－4濃度呈上升趨勢，可見奧灰含水層徑流條件由北向南逐漸變差，越往南奧灰接受補給條件越差，奧灰水的循環(huán)交替越弱，徑流變?nèi)?，漸漸有出現(xiàn)滯留區(qū)的可能性。另外礦化度也是衡量含水層徑流條件的指標之一，含水層礦化度越低，徑流條件越好。通過對奧灰水樣礦化度的分析，再次印證了鮑店井田內(nèi)奧灰含水層徑流條件的分析結(jié)論。

4含水層補給關(guān)系研究

L13x－1孔在勘探過程中揭露了一個十三灰局部富水區(qū)，所取水樣的水質(zhì)與區(qū)域十三灰水質(zhì)不符，疑似與下伏奧灰含水層存在水力聯(lián)系。為此，鮑店煤礦以L13x－1孔為放水孔實施了一次十三灰群孔放水試驗。放水過程中的水質(zhì)變化可以顯示該含水層地下水在徑流過程中水巖作用的水化學結(jié)果，反映含水層地下水的補給、徑流條件。放水期間共取十三灰水樣7個，將水樣的水化學特征資料連續(xù)起來進行繪圖，以察看其變化情況。從放水過程中的水質(zhì)變化可以看出，L13x－1孔放水后水中Mg2＋、Ca2＋、SO2－4等離子濃度先下降后趨于緩和，HCO－3和Na＋濃度呈現(xiàn)遞增趨勢。說明該孔附近十三灰含水層原本與奧灰含水層存在水力聯(lián)系，當十三灰含水層的補給狀態(tài)由封閉變?yōu)榱鲃雍?，含水層動儲量以混合補給為主，不僅接受十三灰含水層自身的補給，還同時接受奧灰含水層的補給。由此可以解釋：放水開始后HCO－3的增加消耗了部分Mg2＋、Ca2＋，而使得Mg2＋、Ca2＋濃度大幅降低，SO2－4濃度也呈下降趨勢，但不如Mg2＋、Ca2＋濃度下降明顯；隨后十三灰含水層和奧灰含水層的補給趨于平衡，各離子濃度也趨于穩(wěn)定，水質(zhì)礦化度有所增加。綜合以上分析，L13x－1孔附近區(qū)域十三灰與奧灰存在補給關(guān)系，放水期間十三灰SO4•HCO3－Na型的水質(zhì)類型沒有發(fā)生改變。

5結(jié)語

通過對鮑店煤礦下組煤水文地質(zhì)勘探過程中采取的水樣進行系統(tǒng)研究，得出了鮑店井田內(nèi)奧灰含水層的徑流條件，同時分析了十三灰局部富水區(qū)的補給來源，推斷十三灰與奧灰在局部存在補給關(guān)系。含水層水化學特征分析作為水文地質(zhì)勘探的手段之一，在鮑店煤礦勘探過程中取得了良好的效果，為進一步查明下組煤水文地質(zhì)條件奠定了基礎(chǔ)。當然水化學特征分析也存在一定的局限性，僅適用于各目標含水層水化學特征存在明顯差異的情況，同時僅能判斷含水層之間是否存在補給關(guān)系，含水層之間補給通道的類型與位置還需要結(jié)合其他勘探手段才能查明。

作者：李凱單位：西安科技大學能源學院中煤科工集團西安研究院水文所