哈拉沟煤矿广场滑坡区水文地质条件勘察及灾害预防

王肖凤

(国能神东煤炭集团地测公司,内蒙古 鄂尔多斯 017209)

滑坡区顶部为神东生态示范基地,滑坡区坡积物主要为第四系风积沙土,土质松散,松散层及松散含水层、风化基岩含水层厚度不清[1-5]。需查明滑坡地点周边区域地形地貌、地层产状、基岩出露、水文地质条件等情况。根据勘察成果,提出合理的滑坡治理建议,为以后预防滑坡地质灾害提供技术依据。

1 勘察区概况

1.1 位置

本次勘察区范围为哈拉沟煤矿工业广场与神东湖以西之间区域,面积约13.5万m3。滑坡区位于大石公路与变电站之间,宽约45 m,滑坡面积约920 m2,具体位置见图1所示[6-8]。

图1 滑坡区域地面建筑相关位置图Fig.1 Related position of ground buildings in landslide area

1.2 自然地理

勘察区域位于神木市大柳塔镇,属北温带半干旱大陆季风性气候,冬季严寒,夏季酷热,春季风频,秋季凉爽,四季冷热多变,日夜温差悬殊。本区干旱少雨,蒸发强烈,7-10月降雨集中,全年无霜期较短,10月初上冻,次年3月解冻。

1.3 地形地貌

本区内属于梁卯地貌,大部分为风积沙堆积区,沟谷两侧基岩部分裸露。滑坡区及上游勘察区域位于乌兰木伦河河谷东岸,自然地形呈东高西低的斜坡,低点位于坡底,标高1 108.65 m;高点位于神东湖西侧,标高1 184.51 m,最大高差75.86 m[9-10]。

2 勘察工作

2.1 地形测量

结合该区域地形较为复杂、地表植被较多的实际情况,同时根据现有设备情况,利用无人机对该区域进行航测,并使用RTK对相应地物进行实地调绘,完成该区域1∶500地形图绘制,测图面积0.31 km2,测量精度符合1∶500地形图精度要求。

2.2 水文地质钻探

根据本次施工目的,具体在滑坡区以东、神东湖以西区域范围内布置16个水文观测孔,孔号为S1-16,总进尺589.24 m。本次勘察选用2台XY-100型地质钻机进行施工,采用机械钻探施工工艺,要求全孔取芯。各孔以Φ113 mm孔径施工至正常基岩内2 m,扩至Φ215 mm孔径,全孔下Φ133 mm管(底部为花管,孔口为实管),采用活塞或钢丝刷反复洗孔。Φ133 mm管高出地面0.5 m,管上口加工管盖,以做长期观测之用,详见表1所示。

表1 水文观测孔钻探工程钻孔参数表Table 1 Parameters of hydrological observation boreholes and drilling engineering boreholes

续表1

3 勘察成果

3.1 地层

区内地层由老至新分别为:中下统延安组(J1-2y),直罗组(J2z),第四系(Q)。

3.1.1侏罗系中下统延安组(J1-2y)

为区内含煤地层,假整合于永坪组之上。岩性以灰-灰白色中-细粒长石砂岩,深灰-灰色粉砂岩为主,泥质岩及煤层次之,炭质泥岩含量较少,夹有膨润土、粘土矿层及泥灰岩透镜体。在横向上岩性变化较大,但在垂向上具有明显的层序韵律结构。据岩、煤层组合特征、物性特征及古生物组合特征,可分为5个中级旋回岩段,自下而上为一至五段,每段含一个煤组,自上而下依次为1～5个煤组,煤层位于各段顶部。区内最上部延安组第五段(J1-2y5)受古河流冲刷及新生界剥蚀,厚度变化很大,保留厚度6.8～47.6m,平均27.2 m。

3.1.2侏罗系中统直罗组(J2Z)

假整合于延安组之上,由于新生界的剥蚀作用,仅残存该组下部地层,厚度为0～13.2 m,平均8.5 m,区内沿乌兰木伦河河岸两侧有出露。主要为灰黄色、黄绿色中粒-粗粒砂岩,厚层状,分选性差,磨圆度次圆-次棱角状,局部夹炭化植物茎杆化石及黄铁矿结核。直罗组顶部基岩大部分已风化,结构遭严重破坏,裂隙十分发育,岩体破碎,砂岩胶结疏松。

3.1.3第四系松散层(Q)

区内第四系松散层主要由第四系上更新统萨拉乌苏组(Q3s)和第四系全新统(Q4)地层组成,厚度为0～51.1 m,平均25.8 m;主要沿钻孔S1-S5-S8-S11一线(古冲沟区域)分布,并向两侧逐渐变薄,详见图2所示。

图2 松散层厚度等值线图Fig.2 Contour map of loose layer thickness

1)第四系上更新统萨拉乌苏组(Q3s)。与下伏地层呈不整合接触,厚度6.5～39.7 m,平均20.9 m。区内主要分布于沟谷两侧及沟掌一带。岩性由灰黄、黄色细砂、砂砾石、亚砂土、淤泥质亚砂土、亚黏土组成。局部含有砾石层,见于钻孔S3、S5、S6、S7、S14、S16,砾石层厚度0.3～29.82 m,平均9.2 m,各钻孔砾石层厚度差异较大,分布极不均匀。底部零星分布有黄土层,仅见于钻孔S1、S3、S9、S10、S12,厚度2.2～6.3 m。

2)第四系全新统(Q4)。风积沙层呈黄褐色,松散状未固结,以中细砂为主,区内大面积分布,厚度0～12.6 m,一般5.5 m。质地均一,遇风飞扬。根据地质调查及以往地质资料,滑坡区上游发育一条古冲沟,上游为两条支沟,走向近东西向,长度约300 m,宽约120～180 m,切割深度最大约50 m,揭露最低点标高1 110.56 m,剥蚀深度接近22煤层顶板,详见图3。

图3 基岩顶界面等高线图Fig.3 Contour map of bedrock top interface

3.2 地质构造及水文地质条件

勘察区地层总体为向西北缓倾的单斜构造,倾角小于1°。未发现断层和较大破碎带。

3.2.1地表水系

滑坡区西侧紧邻乌兰木伦河,但乌兰木伦河水位较低,且位于下游区域,为排泄区,对滑坡区域水利影响甚微。滑坡区东侧上游直线距离约410 m有人工水体“神东湖”,神东湖长约240 m,宽约150 m,储水面积约2.3万m2。经现场调查,神东湖水曾沿大象沟外排,流到S14号钻孔附近区域发生断流,经分析全部渗漏入地下古冲沟含水层,约3～5万m3水全部渗漏,其次还有地表灌溉水源大量补给古冲沟流域。推断为导致本次滑坡的间接水源。

3.2.2含隔水层

1)第四系松散含水层。第四系松散含水层主要包括第四系风积沙层(Q4)和第四系上更新统萨拉乌苏组(Q3s)含水层,含水层厚度为2.21～31.28 m,平均12.54 m;含水层厚度较大区域位于钻孔S1-S5-S13一线(古冲沟区域),并向两侧逐渐变薄,详见图4所示。

图4 第四系松散含水层厚度等值线图Fig.4 Thickness contour map of Quaternary loose aquifer

第四系风积沙层(Q4)含水层:主要分布于古冲沟流域。岩性为为固结沙层,各地段相差较大,富水性中等到弱,水质为HCO3-Ca·Na型水,矿化度为0.25～0.31 g/L。第四系上更新统萨拉乌苏组(Q3s)含水层:为本区主要含水层,主要分布于古冲沟流域,强富水性,含水层厚度局部达到29.82 m。局部含有砾石层,砾石层厚度0.30～29.82 m,平均9.17 m,各钻孔砾石层厚度差异较大,分布极不均匀。

2)第四系中更新统Q3黄土隔水层。第四系中更新统Q3黄土,浅棕黄色亚黏土,含钙质结核层,在区内零星分布,仅见于钻孔S1、S3、S9、S10、S12,厚度2.20～6.27 m。位于上更新统萨拉乌苏组含水层下部,部分隔离第四系松散沙层、萨拉乌苏组潜水含水层与下部承压含水层之间的水力联系。

3)直罗组裂隙承压水。直罗组地层沿古冲沟两侧地表有出露。岩性为浅灰色-灰白色中-细粒砂岩、粉砂岩及泥岩,平均厚度32.58 m;含水层为中、细粒砂岩及粗砂岩,泥质胶结,平均厚度21.48 m。上部基岩风化后易于软化,孔隙发育,具有一定的富水性,风化基岩厚度1.23～9.51 m,平均4.75 m,全区都有分布;下部岩石完整,裂隙不发育。单位涌水量0.006 81 L/(s·m),渗透系数0.036 7 m/d,富水性弱到极弱。

4)延安组裂隙承压水。延安组厚度119.09～227.12 m,平均厚度174.93 m。含水层为灰白色中粗-细粒砂岩。井田内该岩段抽水试验4层次,单位涌水量0.003～0.02 L/(s·m),渗透系数0.006 09～0.057 82 m/d,富水性弱至极弱,水质为HCO3-Na型水,矿化度0.247～0.37 g/L。裂隙水不发育。区内最上部延安组第五段(J1-2y5)受古河流冲刷及新生界剥蚀,上部基岩已风化,风化基岩厚度1.62～7.45 m,平均5.08 m。风化基岩裂隙十分发育,岩体破碎,具有富水性。

3.2.3补径排

本区降雨集中,地表松散砂层孔隙度大,极易接受大气降水或地表水补给。大气降水或地表水渗入砂层后,沿砂层底界即基岩面古地形侧向运移,造成地下水多向性流动,并最终以泉的形式排入乌兰木伦河。地表、地下水流向由坡顶神东湖区域顺着古冲沟向西流入乌兰木伦河,滑坡区位于古冲沟下游靠近乌兰木伦河出水口附近,为地表、地下水的补给径流区,极易受到上游含水层的影响;地下水的排泄基准面为乌兰木伦河,总体水文地质条件简单。

神东湖外排地表水发生渗漏后,直接进入松散含水层,松散层含水层和风化基岩含水层已经连通为一体,地下水沿砂层底界即基岩面古地形侧向运移,推断为导致本次滑坡的直接水源。

3.3 水文孔观测情况

根据以上16个水文孔水位观测数据显示,水文孔S3、S5、S6、S7、S9、S12孔水位上涨,其中S6孔上涨最大0.148 m;初步判断地下水水位上涨的可能性不大。分析原因为钻孔经过提水后,处于水位恢复期,逐渐上涨到含水层真实水位,然后进入缓慢下降阶段。其他孔水位都有下降,目前下降明显的有S14、S11号孔,S14孔下降最大为6.55 m,S11孔下降最大为6.36 m;经分析S14孔靠近神东湖水外排断流渗漏处且处上游高点,S11孔位置靠近神东湖处上游高点且位于古冲沟沟谷区域,以上两孔地下水位受到前期渗漏补给影响较大,随着下游区域的疏放,该区域水位下降明显属正常现象。而位于古冲沟下游的S1、S2、S4号孔及位于古冲沟沟谷中心线附近的S8、S10号孔,水位下降幅度均较小,说明神东湖水体疏放完毕后,古冲沟流域含水层补给来源被切断,古冲沟上游区域水位影响明显,随着下游渗水井及边坡上导水渠的导流疏放,地下水水位总体呈现缓慢下降,最终将达到一个水力平衡的状态。

4 结论

1)区内松散层厚度为0～51.1 m,平均25.8 m;主要沿钻孔S1-S5-S8-S11一线(古冲沟区域)分布,并向两侧逐渐变薄;局部含有砾石层,砾石层厚度0.3～29.8 m,平均9.2 m;底部零星分布有黄土层,厚度2.2～6.3 m。

2)区内松散含水层厚度为2.21～31.28 m,平均12.54 m;含水层厚度较大区域位于钻孔S1-S5-S13一线(古冲沟区域),并向两侧逐渐变薄。

3)滑坡区上游“神东湖”、地表灌溉水源大量补给古冲沟流域,推断为导致滑坡的间接水源;松散层含水层和风化基岩含水层已经连通为一体,地下水沿砂层底界即基岩面古地形侧向运移,推断为导致滑坡的直接水源。

4)神东湖地表水已基本疏放完毕,松散层含水层无补给源,16个水文孔水位观测数据显示,地下水水位总体呈现缓慢下降趋势,地下水最终将达到一个水力平衡的状态,总体上山体大规模滑动可能性小。