川南某礦產勘查區二疊系陽新統灰巖水文地質特征研究

黃繼，楊磊，李寶玉，司曉芳，王俊

（1.四川省地質調查研究院，成都 610072；2.四川省能源地質調查研究所，成都 610072）

勘查區位于古藺縣大村鎮、土城鄉、二郎鎮境內，屬川南煤田古敘礦區，筠連凹褶束東段二郎壩向斜，面積32.24 km2。上二疊統龍潭組賦存煤、煤層氣、硫鐵礦，深部賦存頁巖氣。

陽新統石灰巖為煤礦層底板，上距C25煤層0.20～9.48 m，平均3.19 m，中間為粘土巖及硫鐵礦層，受采動影響，難起隔水作用，會直接充水。據調查訪問，大村偏巖子71 號老窯開采C25煤層，1980 年洪水季節發生底板突水死亡3 人。開采C25煤層礦井涌水量20～96 m3/d，最大達150 m3/d?？辈橹形唇衣蛾栃陆y灰巖溶隙和暗河，陽新統灰巖厚度大，補給廣，礦井運輸巷道設在此層，為礦井直接充水含水層;對未來煤礦生產安全、煤炭地下氣化選址以及煤層氣開發造成影響。

1 勘查區相關地層概況

勘查區出露第四系外，出露侏羅系中統沙溪廟組-志留系中統韓家店組，地層總厚2 500 m 以上，陽新統灰巖及其上覆地層介紹如下:

1.1 二疊系龍潭組（P3l）

厚65.60～118.05 m，平均厚82.97 m。為淺灰、灰、深灰、灰黑色薄至中厚層狀泥巖、砂質泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖、細砂巖和煤、炭質泥巖等互層組成。為隔水層，含煤8～28 層，可采煤層7 層。底部為灰色塊狀硬質高嶺石粘土巖，巖石較均一，斷口較平整或成貝殼狀，致密堅硬，含大量黃鐵礦細晶及結核，為硫鐵礦層，其下偶見有茅口灰巖風化后殘積角礫巖，與下伏茅口組假整合接觸。地表出露泉45 個，標高707～1 214 m，流量0.04～0.454 L/s，平均流量0.196 L/s，地下水徑流模數1.635 L/（s·km2），鉆孔單位涌水量小于0.01 L/（s·m）。

1.2 二疊系陽新統

1.2.1 茅口石灰巖

厚196.71～249.67 m，平均228.77 m。為淺灰、灰色厚層-塊狀細-粗晶石灰巖，層中見燧石結核及似層狀硅質條帶。底部為深灰、灰黑色中厚層透鏡狀石灰巖，夾含砂泥質灰巖，越靠近底部其泥質灰巖愈多。

1.2.2 棲霞石灰巖

厚96.66～125.02 m，平均111.43 m。為灰、深灰色厚層狀—塊狀生物碎屑亮晶灰巖，夾泥質灰巖，含燧石結核，巖石顏色自上而下由淺變深。頂部厚25 m 淺灰色、灰白色塊狀亮晶灰巖，底部為深灰色、灰黑色中厚層透鏡狀石灰巖，夾含砂泥質灰巖，靠底部泥質灰巖多，與下伏梁山組呈整合接觸。

2 勘查區水文地質單元

勘查區位于二郎壩向斜，“赤水河至二郎壩向斜”水文地質單元，向斜軸兩端揚起角5°～20°，中部在桑木壩—赤水河—二郞壩，埋深較大。

赤水河分支的九溪河成樹枝狀水系。赤水河從向斜中部將北東向展布二郎壩向斜深切成北東段和南西段兩個次級水文地質單元。

勘查區南部二郎壩向斜與石寶向斜銜接段“新屋基-蘇家壩”一線為分水嶺；北部赤水河標高322.7 m，為最低排泄面，地下水、地表水由南向北徑流。

勘查區中部九溪河為局部排泄基準面，標高480～780 m。二郎壩向斜東翼大尖山標高1 225.9 m、中部雞公嶺標高1 144.7 m、北西部瀘家山1 233.9 m）為次級分水嶺。地表水、地下水直接排泄進入赤水河；次級水文地質單元分水嶺以南地表水、地下水排泄進入九溪河（九溪河水文地質單元），于九溪口匯入赤水河。

3 區內陽新統巖溶發育特征

該層頂部巖溶發育（圖2），發生在距陽新灰巖頂面200 m 內鉆具放空數量占總數91.66%，距離大于200 m 放空占8.34%左右。至陽新灰巖頂面距離小于200 m，溶孔、溶洞、溶蝕裂隙發育，大于200 m 時明顯減少。

圖2 蜀南地區二疊系陽新統古巖溶洞穴頻率分布

該層在勘查區發育地下暗河13 條。對觀音巖、龍洞塘、杜家漁洞、棺材洞共4 條暗河做連通試驗，驗證觀音巖、龍洞塘、棺材洞連通，杜家漁洞暗河連通不明顯。連通試驗表明暗河及巖溶管道沿走向發育，大多接近陽新統頂部發育。

據對勘查區有影響的泉點標高和18 個鉆孔觀測，水位標高411.70～1 101.76 m，總體南東高北西低。出露泉水72 個，流量0.1～0.2 L/s，泉水多在谷坡或溶洼邊緣出露。

勘查施工揭露陽新統76 個鉆孔簡易水文觀測，揭穿該層50 m 以內，28%鉆孔井液出現嚴重漏失（井液消耗量大于1 m3/h）或涌水現象，49-177 號鉆孔在孔深333.70 m（標高446.41 m）涌水，涌水量0.24 L/s，水壓0.10 MPa（水位標高789.87 m），水溫16℃。抽水試驗單位涌水量2.7×10-5～0.105 L/(s·m)；滲透系數2×10-5～0.125 m/d。

4 茅口組地下水化學特征

從表1 看出，地下水呈現低礦化度，PH 呈中偏堿性。地下水中SO42-濃度普遍較大，其來源于煤系地層底板硫鐵礦層氧化作用下釋放H+和SO42-，由于埋深大部大于200 m，處于還原環境，水質PH 呈中偏堿性，更多考慮地下水運移時不斷溶解鹽類，水中易溶鹽類增加，礦化度增高，Na+增加是因SO42-·HCO3--Ca2+型水在流經途中，由于Ca2+的吸附能力大于Na+，水中Ca2+要與巖石中Na+進行陽離子交替吸附作用，使水中Ca2+被吸附在巖石表面，Na+進入水中，Na+增加。

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鉆孔56-193 與56-194，9-2 與9-3，23-146 與23-147 為同一條勘查線相鄰兩孔（圖3），相距500 m左右，兩個鉆孔地下水化學類型相差大，礦化度相差3 倍以上（23-146 與23-147），SO42-離子濃度相差10 倍以上（56-193 與56-194）情況，體現了陽新統巖溶發育不均質性，反映沿巖層傾向方向水力聯系弱。

圖3 勘查區水文地質鉆孔位置示意圖

大氣成因指數（MGI） 對地下水來源有一定指向性，計算公式為（Na++K+-Cl-）/SO2-4，采用的離子濃度單位meq/L。

當MGI＜1 時，表示地下水來源于大氣降水深層滲流，當MGI＞1 時，表示地下水來源于大氣降水淺層滲流。MGI 結果顯示，勘查區中北部陽新統地下水大部分來源于大氣降水深層滲流補給。

鉆孔陽新統地下水（Ca2++Mg2+）/HCO3-（各離子濃度單位為meq/L）)值大部分大于1，表明地下水補給來源較遠，不是新鮮大氣降水或者近距離地下水補給，是經過較強水巖作用。

以上水化學特征顯示，勘查區中北部處于地下水徑流——排泄區域，與中北部靠近區域排泄基準面（赤水河）有關，初步推測鉆孔揭露陽新統灰巖地下水補給區在勘查區南部二郎壩向斜南揚起端，距離10 km 以上，埋深在500 m 以內，與補給區高程（約1 100m）相差174～550 m，地下水升溫不明顯，水溫與多年平均氣溫（18℃）相近。

5 結論

（1）區內地下暗河及巖溶管道沿地層走向接近陽新頂部灰巖發育。

（2）區內陽新灰巖地下水沿傾向徑流可能性小，沿巖層傾向水力聯系弱。

（3）推測鉆孔揭露的深部地下水補給區在勘查區南部，二郎壩向斜南端揚起端，地下水在九溪河和赤水河沿岸排泄。

陽新統灰巖地下水發育規律和特征，關系到該區各類礦產資源利用選區選址，關系到煤炭開發的生產安全和環保安全，對煤層氣儲層安全有影響，本文供古敘礦區地質條件利用和水患防治工作參考。