淮南矿区水文地质特征研究

刘 阳

1 区域地质概况

1.1 区域地层

淮南矿区处于黄淮平原的南部，地层全部被第三、四系覆盖，唯有矿区南北两翼边缘的低山残丘，出露前震旦系、震旦、寒武、奥陶系等古老地层。

1.2 区域构造

1.2.1 大地构造位置

淮南矿区位于华北板块东南缘，北邻蚌埠隆起，南靠合肥坳陷，东起郯庐断裂，西止于商丘～麻城断裂，东西长180km，南北宽15km ～25km，面积约3200km2。所处大地构造单元为华北地台（Ⅰ）淮南坳陷（Ⅰ3）之淮南～谢桥凹褶带（I23），淮南坳陷带位于刘府断裂以南，寿县断裂（或阜凤推覆构造）以北，固镇断裂带以西，经淮南市、凤台、颖上、阜阳市延伸至河南省境内,固镇断裂带以西的淮南～谢桥凹褶带是淮南矿区的主体部分。

1.2.2 区域构造特征

淮南矿区整体呈复向斜形态，主体构造线呈北西西走向，两翼有低山出露太古界五河群、下元古界凤阳群、上元古界青白口系八公山群和震旦系徐淮群、古生界寒武系、奥陶系。轴部具有次一级宽缓褶曲，以石炭、二叠系含矿地层为主，上覆新生界一般厚200m ～500m。南翼的舜耕山断层、阜凤断层组成了舜耕山、八公山、口孜集由南向北的推覆体，北翼的刘府断层两侧大幅度升降运动，为重力滑动提供了地形条件和重力势能，形成了上窑山～明龙山重力滑动构造，滑体都分布在刘府断层以南，迭置在二叠系之上，滑体前面表现为高角度向南挤压逆冲，消失在刘府断裂带中。

区内影响地层赋存的构造运动主要发生在印支、燕山期。燕山运动不仅表现为褶皱、断裂，并伴有岩浆运动。新华夏系构造在本区以断裂为主，褶皱不发育，断裂一般截接东西向构造。由于新华夏系构造复合干扰，而使主体构造形迹稍有变动，呈北西西～南东东向展布。这一纬向构造带经过燕山运动的改造，形成了现在的构造轮廓。复向斜内部倾角平缓，一般10°～20°，为一系列宽缓褶皱，由南向北有谢桥～古沟向斜、陈桥背斜、潘集背斜，尚塘～耿村集向斜和朱集～唐集背斜，其中陈桥～潘集背斜隆起幅度最大，是复向斜内的主要构造。区域性走向逆断层也较发育，同时，北北东向斜切正断层亦很发育，主要有武店断层、新城口～蔡城塘断层、颖上～陈桥断层、口孜集～南照集断层、阜阳断层等，是一组大致平行于郯庐断裂，向西倾斜的阶梯式构造。

2 井田地质

2.1 井田地层

2.1.1 奥陶系（O）

本系仅发育下统（O1）马家沟组（O1m）。该组地层下部为灰色白云质灰岩，夹泥质条带和泥灰岩，局部含燧石结核，泥灰岩之上为灰色中厚层致密白云质灰岩，局部夹泥灰岩；中上部为棕灰、灰褐色中厚层状白云质灰岩，顶部有时为角砾状灰岩，夹灰绿色铝土团块，性致密，未见溶蚀。井田内揭露最大厚度58.34m。本系与上覆石炭系呈平行不整合接触。

2.1.2 上石炭统（C3）

井田内有四个钻孔完整揭露，平均厚度103m。主要由灰岩、页岩、砂岩和薄矿层组成。太原组中浅海相薄层灰岩共13 层，总厚51.60m ～75.70m，占太原组总厚的48.8%～63.8%；页岩为灰色至深灰色，一般位于矿层下部或夹于灰岩或砂岩中，占本组总厚的20%左右；砂岩为灰色、中细粒结构，以石英为主，泥质胶结，不稳定，有时被砂质页岩所代替，占总厚的10%～20%；含薄矿层6 层～9 层。

2.1.3 二叠系（P）

二叠系地层较为发育，为淮南矿区的主要含矿地层，底部以海相泥岩与太原组分界，本系与下伏太原组为整合关系。厚度大于954m。其中山西组、上、下石盒子组含矿地层厚734m。本井田内揭露厚度约506.7m，含矿20 余层，矿层总厚27.68m，可分六个含矿段，现自下而上分组简述如下。

山西组（P1s）：

即第一含矿段：厚69.60m，含矿1 层～2 层（1 矿组），平均厚6.99m，含矿系数10.04%。底部为灰黑色海相泥岩，其上有砂泥岩互层，富产动物化石，多菱铁结核；中部以细中砂岩为主，局部含砾及泥质包体，顶部为泥岩。

下石盒子组（P1x）：

即第二含矿段：厚105.30m，含矿4 层～10 层（4 ～8 矿组），平均总厚9.65m，含矿系数9.32%。底部为中粗砂岩，具冲刷特征，其上有鲕状花斑泥岩与铝质泥岩，是矿层对比的标志。5 组顶部多砂泥岩互层，具浑浊层理与虫迹。8 矿层、6-2 矿层、5-2 矿层顶板各有较厚的中细砂岩。

上石盒子组（P2s）

井田内揭露最大厚度331.8m，包括四个含矿段，含矿15 层～17 层，平均厚度11.04m，矿层以13-1 层为最厚，且稳定。

2.1.4 新生界（Kz）

新生界厚390.35m ～509.10m,直接覆盖在二叠纪上，东南薄，西北厚。

2.2 井田构造

构造单元划分：

本井田位于陈桥背斜东翼与潘集背斜西部的衔接带，总体构造形态为走向南北，向东倾斜的单斜构造，地层倾斜平缓，倾角5°～15°，并有发育不均的次级宽缓褶曲和断层。根据次级褶曲和断层的发育特征，可以划分为3 个区：北部简单单斜区；中南部“X”共轭剪切区；南部单斜构造区。

2.2.1 北部简单单斜区

位于井田北部，在F86 ～F92-4、F92、SF74 断层之间，该构造单元内构造简单，断层稀少，地层走向南部平直，呈近南北向。北部向东弯曲，呈北东向，倾角平缓，一般在5°以下。

2.2.2 中部断层发育区

本单元位于井田的中部，大致相当于F92-4、F92、SF74 断层～F104-1、F104、SF28 断层之间，由北西、北北西向与北东向两组断层构成的“X”共轭剪切交叉断裂带，块段内发育有次级的褶曲，地层产状因次级褶曲和较多断层的发育而变得复杂。

本区属北西及北北西向的主要断层有：F92、F94、F104、F104-1、SF28 等，断层落差较大，一般大于50m；属北东向主要断层有：F93、FS23、FD4、FS16、FS252、F94-3等，断层落差较小。

2.2.3 南部单斜构造区

本区位于井田南部，F104-1、F104、SF28 和南部边界断层F211 之间。主体为向东倾斜的单斜构造，倾角平缓，发育北西、北北西向的断层，有F109、F110 和F211 断层，断层落差较大；北 东向 的 断 层 有F93-1、FS146、FS142、FS315、FS466、FD11、FS167 等，断层落差较小，在断层交会部位，由于受断层的影响，地层走向有一定的变化。

3 水文地质

3.1 区域水文地质概况

淮南矿区地处华北平原南缘，水文地质条件受区域构造和新构造运动的控制，深、浅层地下水存在明显的差异。区内地貌景观，由东南端基岩裸露的低山残丘向北过渡到厚松散层覆盖的黄淮冲积平原，地势呈现西北高而东南略低。地表水系发育，淮河流经矿区的东南缘，其支流主要有颍河、西淝河，自西北流向东南注入淮河，流量受季节控制，排洪蓄水兼顾，对浅层地下水起补给作用。

三叠纪以后的印支、燕山运动，使本区地壳上升，岩层褶皱断裂，形成了淮南复向斜东西向主体构造并迭加北东向断裂的构造格局。在侏罗、白垩、早第三纪漫长的地质历史时期中，除断陷盆地接受沉积外，广大区域全都处于剥蚀夷平状态，形成了东南高西北低的地貌形态。一直到新近纪早期，地壳才普遍下沉，作西快东慢的不均衡振荡性沉降，沉积了西厚东薄的第三系和第四系松散层，西部厚度普遍达到700m 以上，新城口断层以东不足100m。第四纪以来的新构造运动，东西沉降速度倒置，造就了平原西北略高于东南的现代地貌景观。

新生界第四系浅层地下水（120m 以浅）为潜水～承压水，受大气降水和地表水体的补给，水质为HCO3-Ca·Na 型淡水，水位标高18m ～21.87m。其下为深层承压～自流水，水质为停滞带的Cl-Na 微咸水，矿化度2g/L，与浅层水无水力联系。

3.2 井田水文地质

顾北井田含水层（组）由新生界松散层砂层孔隙含水层、二叠系砂岩裂隙含水层和石灰岩岩溶含水层三部分组成。

3.2.1 新生界松散层含隔水层（组）

本区新生界厚390.35m ～509.10m，直接覆盖在二叠纪之上。总体上东南薄，西北厚。同时，沿着“X”共轭剪切带的交叉处，向正北方向有一高低起伏的古潜山组成南北向分水岭，在永幸河南的剪切带内有一北西向高地，而剪切带内的桂集向斜正位于北西向的古深沟，区内基岩面正是顺着古分水岭和古高地缓缓向西北、西南倾斜。另据三维地震勘探显示沿F104 断层走向发育一陡坡。区内松散层自上而下可分为四个含水层（组）、三个隔水层（组）。自上而下可分为一含、一隔、二含、二隔、三含、三隔和四含七大层组。

含水层（组）由浅灰色粉、细砂层为主间夹紫红色砂砾层、砾石层、粘土砾石构成，砾石层间夹有薄层褐黄色粘土、砂质粘土分布。据区域抽水资料，水位标高26.18m ～26.45m，q=0.524 ～1.935L/（s.m），k=1.434m/d ～1.614m/d，富水性中等，矿化度2.39g/L ～2.69g/L，水质类型Cl - Na 型,水温28℃～31℃。

3.2.2 二叠系砂岩裂隙含水层（组）和隔水层（组）

以中细砂岩为主，局部粗砂岩和石英质砂岩，分布在地层与泥质岩体之间。岩性变化大，厚度极不稳定，多泥、钙质胶结，少硅质胶结。裂隙发育程度不均，开启程度不等，一般为钙质充填。

3.2.3 石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层

石炭系灰岩含水组属岩溶裂隙承压水，井田内共有65 个钻孔见太原组灰岩，其中4 个孔穿过全部太原组，该组地层厚81.48m ～114.00m，平均103.00m。由灰岩、泥岩、粉砂岩和薄矿层组成，其中灰岩12 层～13 层，灰岩平均总厚48m，占该组地层总厚的44%～52%。

3.2.4 奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层

区域内见奥灰钻孔14 个，最大揭露厚度109.16m，根据顾北矿顾桂异常体探查XLZJ1、XLZJ2、XLZE1、XLZE2 孔，揭露厚度为45.48m ～92.5m，岩性为灰～深灰色厚层状白云质灰岩及少量砾状灰岩，顶部夹灰绿色铝土团块，裂隙多呈闭合状，局部裂隙面可见泥、钙质薄膜或方解石脉，岩性致密，无溶蚀现象，未发现钻孔漏水。

3.2.5 断层水及其导水性

本区地质、地震探查出断层（≥5m）317 条，其中正断层303条，占总数的96%。断层带一般被泥质岩和粉、细砂岩碎块充填胶结，未见漏水。

断层带两侧岩层裂隙比较发育，构成了地下水的汇集带，致使砂岩和太原组灰岩漏水钻孔一般都沿此带分布。当地层因断层发生错位造成断层两盘不同层位的含水层对口相接，断层带又无泥质和岩屑等充填时，可形成统一的含水层，断层带起导水作用，反之，若断层两侧含水层与隔水层对口相接，则起相对隔水作用，尤其在太原组薄层灰岩与泥岩相间地层中的断层带更为明显。

4 矿井充水因素

顾北矿位于潘谢矿区中西部，与潘谢矿区顾桥、张集、丁集等矿井田的水文地质条件基本相同，矿井充水水源由新生界松散层砂层孔隙水、砂岩裂隙水和和石灰岩岩溶裂隙水三部分组成。

4.1 新生界砂层孔隙水

本矿井新生界松散层直接覆盖在地层上，天然条件下，下含水通过基岩风化带垂直渗透补给，补给量大小与下含富水性及基岩风化带岩性和渗透性大小有密切关系。

4.2 砂岩裂隙水

砂岩水是矿坑直接充水水源，区内主要矿层之间砂岩裂隙含水层分布于泥岩、砂质泥岩、粉砂岩之间，砂岩裂隙不发育，分布不稳定，富水性差异较大，抽水试验结果和生产矿井出水点水量变化趋势，均表明砂岩裂隙含水层含水性弱，以储存量为主，补给水源贫乏的特点。但在局部砂岩裂隙发育地段，井巷掘进中储存量砂岩水可能瞬时突水，造成危害。

4.3 石灰岩岩溶裂隙水

1 矿层底板距石炭系太原组第一层灰岩平均距离17.84m，第一水平（-648m）灰岩水头压力达6.70MPa，作用于1 矿层底板，在自然状态下无水流补给矿坑。但在开采1 矿层时，由于开采深度大、灰岩水头高，1 号隔水层（段）矿石将会因超过极限强度而破裂，引起底鼓，导致灰岩水突入坑道。尤其是断层切割使1 号矿层与灰岩间距变小，或使矿层与灰岩直接对口，灰岩水以断层带为突破口进入矿坑，所以，在开采1 矿层时，必须进行疏水降压，以确保生产安全。

4.4 断层水

本区断层构造发育，受采动影响后，其压力均衡遭到破坏,断层裂隙可能活化成为突水通道，特别是在断层切割坚硬脆性岩层地段，将会造成围岩裂隙发育，特别是灰岩与矿层对口部位是突水的主要诱发因素。突水事故，往往是以抗压强度薄弱的断层带为突破口进入矿坑，一般由渗水现象逐渐增大到股流涌出。在生产中应予以高度重视，以预防突水事故发生。

4.5 老空水

顾北井田由于矿层埋藏较深，没有小矿，不存在小型矿床老窑积水的可能。老空水为本矿已开采的采空区积水，其威胁巨大，是矿井主要充水水源。矿井生产中应对已采掘的工作面、包括各类巷道、小峒室、盲巷、封闭墙及水泱等进行全面调查，对老空积水区范围和积水量进行分析预测，坚持“预测预报、有疑必探，先探后掘、先治后采”的水害防治原则，在水患消除后方可进行采掘。

4.6 钻孔水

封闭不良钻孔和受开采影响断裂破损的瓦斯抽采钻孔、水位动态观测孔，是地表水、地下水和开采矿层间的导水通道。封闭不良钻孔地面启封检查后要全孔封闭。地面瓦斯抽采孔、水位动态观测孔在受开采影响破坏前，应对其全孔封闭。