傅先杰

摘 要：基于淮南煤田各礦區(qū)各煤礦太原組灰?guī)r巖溶水水質(zhì)化驗樣統(tǒng)計和分析，研究了其主要離子含量、水質(zhì)類型以及主要離子濃度和礦化度分布規(guī)律，提出了淮南煤田太原組灰?guī)r地下水補(bǔ)給、逕流條件和構(gòu)造控水特征。結(jié)果表明：淮南煤田是一個封閉～半封閉的水文地質(zhì)單元，淮南礦區(qū)太原組灰?guī)r巖溶裂隙水接受大氣降水補(bǔ)給、徑流條件較好，潘謝礦區(qū)、阜東礦區(qū)和新集礦區(qū)則總體賦存封閉較好，補(bǔ)給、逕流條件較差。通過此項研究，為指導(dǎo)淮南煤田水文地質(zhì)單元劃分和太原組灰?guī)r水害防治提供了依據(jù)與途徑。

關(guān)鍵詞：淮南煤田；太原組灰?guī)r；地下水；化學(xué)場特征

中圖分類號：P641 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-1098（2015）02-0072-06

The Analysis of Chemical Field Characteristic of Taiyuan Formation

Limestone Karst Groundwater in Huainan Coalfield

FU Xian-jie

（Xinji Energy Co. Ltd ， State Development and Investment Corporation， Anhui Huainan 232001，China）

Abstract：The main ion content， water types， main ion concentration and salinity distribution are studied， based on the laboratory sample statistics of karst water quality of each coalfield of Taiyuan formation limestone in Huainan area. Moreover， the groundwater recharge of Taiyuan limestone in Huainan coalfield， runoff conditions and water control features of geological structure are put forward. Research shows that Huainan coalfield is a closed and semi closed hydrogeolodical unit. The Taiyuan formation limestone karst fissure water in Huainan area can receive air precipitation supply better， and has better runoff conditions too. Although the occurrence and closure are overall better in Panxie and Fudong mining area， but their recharge and runoff conditions are poorer. Through this research， it provides the basis and ways for the guidance of the division of Huainan coalfield hydrogeological units and the water hazard control of karst fissure water in Taiyuan formation limestone.

Key words：Huainan coalfield； Taiyuan formation limestone； groundwater； chemical field characteristic

地下水化學(xué)場特征反映地下水補(bǔ)給、逕流、排泄條件和構(gòu)造控水特征，通過淮南煤田太原組灰?guī)r巖溶地下水化學(xué)[1]場特征統(tǒng)計、分析、研究，掌握了淮南煤田太原組灰?guī)r巖溶地下水賦存規(guī)律，科學(xué)、客觀、合理劃分水文地質(zhì)單元，對指導(dǎo)煤礦建設(shè)和開采防治水意義重大。

1 淮南煤田主要構(gòu)造及地層、含水層

11 主要構(gòu)造

淮南煤田區(qū)域構(gòu)造屬華北板塊東南緣[2-3]，北以明龍山逆斷層為界；南以壽縣一老人倉斷層為界，與中生代合肥坳陷盆地相接；東以新城口-長豐斷裂為界，西以阜陽斷層為界。呈北西西向展布大型復(fù)式向斜，其南北翼為推覆構(gòu)造將外來片麻巖、寒武系等老地層推覆于原地煤系地層之上。推覆構(gòu)造斷夾塊內(nèi)地層傾角陡立、偶呈倒轉(zhuǎn)外。復(fù)式向斜內(nèi)，一般為緩傾斜地層，由一系列次一級形態(tài)寬緩褶曲組成，自北向南有塘集-朱集背斜、尚塘-耿村向斜、陳橋-潘集背斜、謝橋-古溝向斜等；自東向西主要有新城口-長豐正斷層、陳橋-潁上正斷層、阜陽正斷層，淮南煤田主要構(gòu)造分布如圖1所示。

圖1 淮南煤田礦區(qū)分布及構(gòu)造綱要示意圖

12 主要地層及含水層

淮南煤田地層以石炭、二疊系含煤地層為主，含水層自上而下有新生界松散層孔隙含水層、煤系地層砂巖裂隙含水層、煤系地層下伏的太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層及其下伏的奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層。其中，太原組地層主要特征如下：

巖性主要為灰、深灰色結(jié)晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r與深灰色砂質(zhì)泥巖、頁巖互層、薄層砂巖、薄層煤，巖性穩(wěn)定，厚度8834～16019 m，平均12688 m。太原組石灰?guī)r層數(shù)一般11～13層，局部可達(dá)15層，厚度50～70 m，其中L1、L3、L4、L12灰?guī)r層位穩(wěn)定，特別是L4和L12灰?guī)r，不僅層位穩(wěn)定且厚度較大，一般在10～20 m之間。太原組地層一般劃分為三組，即C3Ⅰ組（L1～L4灰）、C3Ⅱ（L5～L10灰）、C3Ⅲ（L11～L13灰）灰?guī)r，其中C3Ⅰ組灰?guī)r為淮南煤田1煤開采直接充水含水層，厚度在1352 ～ 3187 m，平均2258 m。含水層單位涌水量0000 009～0469 L/（sm），平均0084 94 L/（sm），富水性弱至中等。endprint

2 太原組灰?guī)r巖溶地下水水化學(xué)特征

21 研究范圍

淮南煤田依據(jù)區(qū)域構(gòu)造和隸屬關(guān)系分四個礦區(qū)：淮河以南為淮南礦區(qū)即淮南煤田老礦區(qū)，自西向東主要有李嘴孜煤礦、新莊孜煤礦和謝一煤礦；淮河以北，向西至陳橋-潁上正斷層、謝橋-古溝向斜以南為新集礦區(qū)，自東向西有新集三礦、新集二礦、新集一礦和羅園煤礦；謝橋-古溝向斜以北為潘謝礦區(qū)，自東向西有潘二煤礦、朱集東煤礦、潘一煤礦、潘北煤礦、潘三煤礦、丁集煤礦、顧橋煤礦、顧北煤礦、張集煤礦和謝橋煤礦；陳橋-潁上正斷層以西為阜東礦區(qū)，自東向西有楊村煤礦、劉莊煤礦、板集煤礦和口孜東煤礦，開采歷史短，目前生產(chǎn)的只有劉莊煤礦和口孜東煤礦，楊村煤礦和板集煤礦正在建設(shè)，具體礦區(qū)范圍及礦井位置見圖1?；茨系V區(qū)和潘謝礦區(qū)隸屬淮南礦業(yè)集團(tuán)，新集礦區(qū)和阜東礦區(qū)隸屬國投新集公司。其中，淮南礦區(qū)和新集礦區(qū)新集三礦在淮南煤田南緣阜鳳逆沖推覆構(gòu)造斷夾塊內(nèi)采煤。

水化學(xué)特征統(tǒng)計、分析范圍涵蓋整個淮南煤田四個礦區(qū)及21個生產(chǎn)、在建煤礦。

22 太原組灰?guī)r巖溶地下水水化學(xué)特征

221 主要離子含量及水質(zhì)類型特征

淮南煤田的淮南礦區(qū)、潘謝礦區(qū)、新集礦區(qū)和阜東礦區(qū)21個煤礦61個太原組灰?guī)r巖溶水水樣水化學(xué)特征統(tǒng)計見表1，Piper三線圖見圖2。

圖2 淮南煤田太原組灰?guī)r巖溶裂隙水Piper三線圖 由表1和圖2可知，淮南煤田的淮南、潘謝、新集和阜東四個礦區(qū)太原組灰?guī)r巖溶裂隙水水質(zhì)特征有所不同[8-9]。

1） 淮河以南的淮南礦區(qū)。淮南礦區(qū)太原組灰?guī)r巖溶裂隙水水質(zhì)類型以HCO3-Ca 、HCO3-Ca·Na或HCO3-Ca·Mg型為主[4-6]，主要離子以Ca2+、Na+和HCO-3、Cl-為主[4，10]。Ca2+毫克當(dāng)量百分比大部分達(dá)40%～60%，Na+毫克當(dāng)量百分比大部分達(dá)15%～40%；HCO-3毫克當(dāng)量百分比大于50%，Cl-毫克當(dāng)量百分比低于20%，其它離子含量均較低。李嘴孜煤礦和新莊孜煤礦Ca2+毫克當(dāng)量百分比大于50%；謝一煤礦Mg2+毫克當(dāng)量百分比相對較高，達(dá)30%以上。

2） 淮河以北的潘謝礦區(qū)。潘謝礦區(qū)太原組灰?guī)r巖溶裂隙水水質(zhì)類型較為復(fù)雜，總體上以Cl-Na型為主，其次為Cl·HCO3—Na型，局部地區(qū)為SO4·Cl —Na型，水樣點在Piper圖中分布相對較集中。主要離子為Na+和Cl-、HCO-3、SO2-4，Cl-+SO2-4毫克當(dāng)量百分比一般大于60%，Na+毫克當(dāng)量百分比大于70%，Ca2+毫克當(dāng)量百分比一般在10%～20%。

3） 淮河以北的新集礦區(qū)和阜東礦區(qū)。新集礦區(qū)和阜東礦區(qū)太原組灰?guī)r巖溶裂隙水水質(zhì)類型以Cl·HCO3-Na和Cl-Na型為主，主要離子Na+和Cl-、HCO-3，Na+毫克當(dāng)量百分比一般高于60%。水質(zhì)類型與煤系砂巖水有部分重疊，水樣存在與其它含水層混合可能。其中新集一礦、新集二礦、楊村煤礦和口孜東煤礦為Cl-Na型，新集三礦、羅園煤礦、劉莊煤礦和板集煤礦為Cl·HCO3-Na型。

22.2 主要離子濃度分布規(guī)律

淮南煤田61個太原組灰?guī)r巖溶裂隙水水質(zhì)樣插值繪成淮南煤田太原組灰?guī)r巖溶裂隙水主要離子濃度等值線圖（見圖3）。

圖3 淮南煤田太原組灰?guī)r巖溶裂隙水主要離子濃度等值線圖

由圖3可知，淮南煤田太原組灰?guī)r巖溶裂隙水Ca2+、Mg2+總體呈淮南礦區(qū)、新集礦區(qū)東部新集三礦和潘謝礦區(qū)中東部丁集煤礦、朱集東煤附近區(qū)域附近高，Ca2+含量一般50～100 mg/L，Mg2+含量一般15～25 mg/L；其他區(qū)域Ca2+含量較低，一般低于30mg/L，Mg2+含量一般低于10 mg/L。Na+則相反，淮南礦區(qū)Na+含量較低，一般低于200 mg/L，而淮南煤田其他區(qū)域Na+總體含量高，一般350 ～850 mg/L，呈阜東礦區(qū)西南、潘謝礦區(qū)東北相對較低，中部較高特征。

HCO-3、Cl-總體趨勢與Ca2+、Mg2+相似，淮南礦區(qū)Cl-含量一般小于100 mg/L，而淮南煤田其他區(qū)域Cl-含量一般均在300～700 mg/L；淮南礦區(qū)、新集礦區(qū)東部新集三礦和潘謝礦區(qū)中東部潘三煤礦、潘北煤礦、朱集東煤附近區(qū)域附近HCO-3含量一般小于250 mg/L，而淮南煤田其他區(qū)域HCO-3含量一般均在300～450 mg/L，部達(dá)650 mg/L；SO2-4含量總體呈現(xiàn)由南向北逐漸增加趨勢，中部存在局部區(qū)域為SO2-4含量高值區(qū)。

223 礦化度分布特征

淮南煤田太原組灰?guī)r巖溶裂隙水pH值及礦化度等值線如圖4所示。

圖4 淮南煤田太原組灰?guī)r巖溶裂隙水PH值和礦化度等值線圖

由圖4可知，淮南煤田太原組灰?guī)r巖溶裂隙水pH值變化范圍較大，在中部局部區(qū)域陰離子高值區(qū)pH值達(dá)11以上。淮南礦區(qū)礦化度較小，一般小于600 mg/L；新集礦區(qū)東部新集三礦礦化度一般小于900 mg/L，而新集一礦和新集二礦為2 22150 mg/L和2 30273 mg/L；潘謝礦區(qū)大部分地太原組灰?guī)r巖溶裂隙水礦化度均值大于1 500 mg/L，高于淮南礦區(qū)；阜東礦區(qū)板集煤礦和劉莊煤礦礦化度較小，均值為69940 mg/L和1 07700 mg/L。

3 地下水化學(xué)場和構(gòu)造控水特征

31 補(bǔ)給、逕流條件

通過太原組灰?guī)r巖溶裂隙水主要離子濃度、毫克當(dāng)量百分比、水質(zhì)類型、礦化度和個別離子濃度異常等分析，反映：

1） 淮南礦區(qū)太原組灰?guī)r巖溶裂隙水[13]接受大氣降水補(bǔ)給、徑流條件較好。

2） 潘謝礦區(qū)太原組灰?guī)r巖溶裂隙水賦存封閉較好，補(bǔ)給、逕流條件較差，以靜儲量為主的沉積古水。局部如潘二煤礦附近區(qū)域因構(gòu)造與煤系砂巖裂隙水存在水力聯(lián)系，也是煤系砂巖水SO2-4異常高的原因；局部地區(qū)水質(zhì)為SO4·Cl -Na 和SO4-Na，如謝橋煤礦、顧橋煤礦因存在太原組灰?guī)r巖溶補(bǔ)給垂向通道，使太原組灰?guī)rⅠ、太原組灰?guī)rⅡ段及太原組灰?guī)rⅢ段間產(chǎn)生水力聯(lián)系。endprint

3） 阜東礦區(qū)和新集礦區(qū)新集一礦、新集二礦太原組灰?guī)r巖溶裂隙水賦存封閉較好，補(bǔ)給、逕流條件較差，以靜儲量為主的沉積古水。但新集礦區(qū)東部新集三礦太原組灰?guī)r巖溶裂隙水接受補(bǔ)給及徑流條件尤為明顯；劉莊煤礦存在太原組灰?guī)r巖溶補(bǔ)給區(qū)。

32 構(gòu)造控水特征

淮南煤田太原組灰?guī)r巖溶地下水化學(xué)場總體特征，反映淮南煤田是一個封閉～半封閉的水文地質(zhì)單元[13]，主要是北部受劉府?dāng)鄬?、尚塘——明龍山逆斷層影響，南部受阜鳳逆沖推覆斷層和潁上——定遠(yuǎn)斷層影響，西部受口孜集——南照集正斷層影響，東部有固鎮(zhèn)——長豐斷層，除淮南煤田東南部的淮南礦區(qū)和新集礦區(qū)東部外，煤田基本為斷層阻（隔）水的隔水邊界，控制了地下水補(bǔ)給、逕流、排泄。太原組灰?guī)r巖溶地下水化學(xué)場特征驗證了因淮南煤田南緣逆沖推覆構(gòu)造帶[11]作用，淮南礦區(qū)太原組灰?guī)r巖溶出露地表，接受大氣降水和新生界松散層底含水補(bǔ)給；新集礦區(qū)東部新集三礦為急傾斜地層，太原組灰?guī)r和煤系地層淺部直接與新生界松散層底含水直接接觸而產(chǎn)生水力聯(lián)系。

在潘二煤礦、謝橋煤礦、顧橋煤礦、劉莊煤礦和板集煤礦太原組灰?guī)r巖溶水主要離子濃度、毫克當(dāng)量百分比、水質(zhì)類型、礦化度和個別離子濃度異常等反映井田NW向張性斷裂地下水運移通道和巖溶陷落柱（帶）。

4 結(jié)束語

1） 通過分析、研究淮南煤田太原組灰?guī)r巖溶地下水化學(xué)場特征及主要控水構(gòu)造，得出淮南煤田是一個封閉～半封閉的水文地質(zhì)單元，可劃分為南區(qū)、北區(qū)和中區(qū)，其中，南區(qū)包括淮南礦區(qū)和新集礦區(qū)及其新集三礦，中區(qū)包括潘謝礦區(qū)和阜東礦區(qū)。

2） 地下水化學(xué)場特征可以反映出含水層補(bǔ)給、逕流條件，得出淮南煤田各礦區(qū)太原組灰?guī)r含水層補(bǔ)給、逕流條件，為淮南礦區(qū)采取疏水降壓措施開采A組煤以及潘謝礦區(qū)、新集礦區(qū)采取疏水降壓和底板注漿改造進(jìn)行帶壓開采A組煤提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

3） 研究地下水化學(xué)場特征可以反映井田NW向張性斷裂地下水運移通道和巖溶陷落柱（帶），為煤礦水害防治提供了新的手段。

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