淮南煤田太原组灰岩岩溶地下水化学场特征

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摘 要：基于淮南煤田各矿区各煤矿太原组灰岩岩溶水水质化验样统计和分析，研究了其主要离子含量、水质类型以及主要离子浓度和矿化度分布规律，提出了淮南煤田太原组灰岩地下水补给、迳流条件和构造控水特征。结果表明：淮南煤田是一个封闭～半封闭的水文地质单元，淮南矿区太原组灰岩岩溶裂隙水接受大气降水补给、径流条件较好，潘谢矿区、阜东矿区和新集矿区则总体赋存封闭较好，补给、迳流条件较差。通过此项研究，为指导淮南煤田水文地质单元划分和太原组灰岩水害防治提供了依据与途径。

关键词：淮南煤田；太原组灰岩；地下水；化学场特征

中图分类号：P641 文献标志码：A 文章编号：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

地下水化学场特征反映地下水补给、迳流、排泄条件和构造控水特征，通过淮南煤田太原组灰岩岩溶地下水化学[1]场特征统计、分析、研究，掌握了淮南煤田太原组灰岩岩溶地下水赋存规律，科学、客观、合理划分水文地质单元，对指导煤矿建设和开采防治水意义重大。

1 淮南煤田主要构造及地层、含水层

11 主要构造

淮南煤田区域构造属华北板块东南缘[2-3]，北以明龙山逆断层为界；南以寿县一老人仓断层为界，与中生代合肥坳陷盆地相接；东以新城口-长丰断裂为界，西以阜阳断层为界。呈北西西向展布大型复式向斜，其南北翼为推覆构造将外来片麻岩、寒武系等老地层推覆于原地煤系地层之上。推覆构造断夹块内地层倾角陡立、偶呈倒转外。复式向斜内，一般为缓倾斜地层，由一系列次一级形态宽缓褶曲组成，自北向南有塘集-朱集背斜、尚塘-耿村向斜、陈桥-潘集背斜、谢桥-古沟向斜等；自东向西主要有新城口-长丰正断层、陈桥-颍上正断层、阜阳正断层，淮南煤田主要构造分布如图1所示。

图1 淮南煤田矿区分布及构造纲要示意图

12 主要地层及含水层

淮南煤田地层以石炭、二叠系含煤地层为主，含水层自上而下有新生界松散层孔隙含水层、煤系地层砂岩裂隙含水层、煤系地层下伏的太原组灰岩岩溶裂隙含水层及其下伏的奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。其中，太原组地层主要特征如下：

岩性主要为灰、深灰色结晶灰岩、生物碎屑灰岩与深灰色砂质泥岩、页岩互层、薄层砂岩、薄层煤，岩性稳定，厚度8834～16019 m，平均12688 m。太原组石灰岩层数一般11～13层，局部可达15层，厚度50～70 m，其中L1、L3、L4、L12灰岩层位稳定，特别是L4和L12灰岩，不仅层位稳定且厚度较大，一般在10～20 m之间。太原组地层一般划分为三组，即C3Ⅰ组（L1～L4灰）、C3Ⅱ（L5～L10灰）、C3Ⅲ（L11～L13灰）灰岩，其中C3Ⅰ组灰岩为淮南煤田1煤开采直接充水含水层，厚度在1352 ～ 3187 m，平均2258 m。含水层单位涌水量0000 009～0469 L/（sm），平均0084 94 L/（sm），富水性弱至中等。

2 太原组灰岩岩溶地下水水化学特征

21 研究范围

淮南煤田依据区域构造和隶属关系分四个矿区：淮河以南为淮南矿区即淮南煤田老矿区，自西向东主要有李嘴孜煤矿、新庄孜煤矿和谢一煤矿；淮河以北，向西至陈桥-颍上正断层、谢桥-古沟向斜以南为新集矿区，自东向西有新集三矿、新集二矿、新集一矿和罗园煤矿；谢桥-古沟向斜以北为潘谢矿区，自东向西有潘二煤矿、朱集东煤矿、潘一煤矿、潘北煤矿、潘三煤矿、丁集煤矿、顾桥煤矿、顾北煤矿、张集煤矿和谢桥煤矿；陈桥-颍上正断层以西为阜东矿区，自东向西有杨村煤矿、刘庄煤矿、板集煤矿和口孜东煤矿，开采历史短，目前生产的只有刘庄煤矿和口孜东煤矿，杨村煤矿和板集煤矿正在建设，具体矿区范围及矿井位置见图1。淮南矿区和潘谢矿区隶属淮南矿业集团，新集矿区和阜东矿区隶属国投新集公司。其中，淮南矿区和新集矿区新集三矿在淮南煤田南缘阜凤逆冲推覆构造断夹块内采煤。

水化学特征统计、分析范围涵盖整个淮南煤田四个矿区及21个生产、在建煤矿。

22 太原组灰岩岩溶地下水水化学特征

221 主要离子含量及水质类型特征

淮南煤田的淮南矿区、潘谢矿区、新集矿区和阜东矿区21个煤矿61个太原组灰岩岩溶水水样水化学特征统计见表1，Piper三线图见图2。

图2 淮南煤田太原组灰岩岩溶裂隙水Piper三线图 由表1和图2可知，淮南煤田的淮南、潘谢、新集和阜东四个矿区太原组灰岩岩溶裂隙水水质特征有所不同[8-9]。

1） 淮河以南的淮南矿区。淮南矿区太原组灰岩岩溶裂隙水水质类型以HCO3-Ca 、HCO3-Ca·Na或HCO3-Ca·Mg型为主[4-6]，主要离子以Ca2+、Na+和HCO-3、Cl-为主[4，10]。Ca2+毫克当量百分比大部分达40%～60%，Na+毫克当量百分比大部分达15%～40%；HCO-3毫克当量百分比大于50%，Cl-毫克当量百分比低于20%，其它离子含量均较低。李嘴孜煤矿和新庄孜煤矿Ca2+毫克当量百分比大于50%；谢一煤矿Mg2+毫克当量百分比相对较高，达30%以上。

2） 淮河以北的潘谢矿区。潘谢矿区太原组灰岩岩溶裂隙水水质类型较为复杂，总体上以Cl-Na型为主，其次为Cl·HCO3—Na型，局部地区为SO4·Cl —Na型，水样点在Piper图中分布相对较集中。主要离子为Na+和Cl-、HCO-3、SO2-4，Cl-+SO2-4毫克当量百分比一般大于60%，Na+毫克当量百分比大于70%，Ca2+毫克当量百分比一般在10%～20%。

3） 淮河以北的新集矿区和阜东矿区。新集矿区和阜东矿区太原组灰岩岩溶裂隙水水质类型以Cl·HCO3-Na和Cl-Na型为主，主要离子Na+和Cl-、HCO-3，Na+毫克当量百分比一般高于60%。水质类型与煤系砂岩水有部分重叠，水样存在与其它含水层混合可能。其中新集一矿、新集二矿、杨村煤矿和口孜东煤矿为Cl-Na型，新集三矿、罗园煤矿、刘庄煤矿和板集煤矿为Cl·HCO3-Na型。

22.2 主要离子浓度分布规律

淮南煤田61个太原组灰岩岩溶裂隙水水质样插值绘成淮南煤田太原组灰岩岩溶裂隙水主要离子浓度等值线图（见图3）。

图3 淮南煤田太原组灰岩岩溶裂隙水主要离子浓度等值线图

由图3可知，淮南煤田太原组灰岩岩溶裂隙水Ca2+、Mg2+总体呈淮南矿区、新集矿区东部新集三矿和潘谢矿区中东部丁集煤矿、朱集东煤附近区域附近高，Ca2+含量一般50～100 mg/L，Mg2+含量一般15～25 mg/L；其他区域Ca2+含量较低，一般低于30mg/L，Mg2+含量一般低于10 mg/L。Na+则相反，淮南矿区Na+含量较低，一般低于200 mg/L，而淮南煤田其他区域Na+总体含量高，一般350 ～850 mg/L，呈阜东矿区西南、潘谢矿区东北相对较低，中部较高特征。

HCO-3、Cl-总体趋势与Ca2+、Mg2+相似，淮南矿区Cl-含量一般小于100 mg/L，而淮南煤田其他区域Cl-含量一般均在300～700 mg/L；淮南矿区、新集矿区东部新集三矿和潘谢矿区中东部潘三煤矿、潘北煤矿、朱集东煤附近区域附近HCO-3含量一般小于250 mg/L，而淮南煤田其他区域HCO-3含量一般均在300～450 mg/L，部达650 mg/L；SO2-4含量总体呈现由南向北逐渐增加趋势，中部存在局部区域为SO2-4含量高值区。

223 矿化度分布特征

淮南煤田太原组灰岩岩溶裂隙水pH值及矿化度等值线如图4所示。

图4 淮南煤田太原组灰岩岩溶裂隙水PH值和矿化度等值线图

由图4可知，淮南煤田太原组灰岩岩溶裂隙水pH值变化范围较大，在中部局部区域阴离子高值区pH值达11以上。淮南矿区矿化度较小，一般小于600 mg/L；新集矿区东部新集三矿矿化度一般小于900 mg/L，而新集一矿和新集二矿为2 22150 mg/L和2 30273 mg/L；潘谢矿区大部分地太原组灰岩岩溶裂隙水矿化度均值大于1 500 mg/L，高于淮南矿区；阜东矿区板集煤矿和刘庄煤矿矿化度较小，均值为69940 mg/L和1 07700 mg/L。

3 地下水化学场和构造控水特征

31 补给、迳流条件

通过太原组灰岩岩溶裂隙水主要离子浓度、毫克当量百分比、水质类型、矿化度和个别离子浓度异常等分析，反映：

1） 淮南矿区太原组灰岩岩溶裂隙水[13]接受大气降水补给、径流条件较好。

2） 潘谢矿区太原组灰岩岩溶裂隙水赋存封闭较好，补给、迳流条件较差，以静储量为主的沉积古水。局部如潘二煤矿附近区域因构造与煤系砂岩裂隙水存在水力联系，也是煤系砂岩水SO2-4异常高的原因；局部地区水质为SO4·Cl -Na 和SO4-Na，如谢桥煤矿、顾桥煤矿因存在太原组灰岩岩溶补给垂向通道，使太原组灰岩Ⅰ、太原组灰岩Ⅱ段及太原组灰岩Ⅲ段间产生水力联系。

3） 阜东矿区和新集矿区新集一矿、新集二矿太原组灰岩岩溶裂隙水赋存封闭较好，补给、迳流条件较差，以静储量为主的沉积古水。但新集矿区东部新集三矿太原组灰岩岩溶裂隙水接受补给及径流条件尤为明显；刘庄煤矿存在太原组灰岩岩溶补给区。

32 构造控水特征

淮南煤田太原组灰岩岩溶地下水化学场总体特征，反映淮南煤田是一个封闭～半封闭的水文地质单元[13]，主要是北部受刘府断层、尚塘——明龙山逆断层影响，南部受阜凤逆冲推覆断层和颍上——定远断层影响，西部受口孜集——南照集正断层影响，东部有固镇——长丰断层，除淮南煤田东南部的淮南矿区和新集矿区东部外，煤田基本为断层阻（隔）水的隔水边界，控制了地下水补给、迳流、排泄。太原组灰岩岩溶地下水化学场特征验证了因淮南煤田南缘逆冲推覆构造带[11]作用，淮南矿区太原组灰岩岩溶出露地表，接受大气降水和新生界松散层底含水补给；新集矿区东部新集三矿为急倾斜地层，太原组灰岩和煤系地层浅部直接与新生界松散层底含水直接接触而产生水力联系。

在潘二煤矿、谢桥煤矿、顾桥煤矿、刘庄煤矿和板集煤矿太原组灰岩岩溶水主要离子浓度、毫克当量百分比、水质类型、矿化度和个别离子浓度异常等反映井田NW向张性断裂地下水运移通道和岩溶陷落柱（带）。

4 结束语

1） 通过分析、研究淮南煤田太原组灰岩岩溶地下水化学场特征及主要控水构造，得出淮南煤田是一个封闭～半封闭的水文地质单元，可划分为南区、北区和中区，其中，南区包括淮南矿区和新集矿区及其新集三矿，中区包括潘谢矿区和阜东矿区。

2） 地下水化学场特征可以反映出含水层补给、迳流条件，得出淮南煤田各矿区太原组灰岩含水层补给、迳流条件，为淮南矿区采取疏水降压措施开采A组煤以及潘谢矿区、新集矿区采取疏水降压和底板注浆改造进行带压开采A组煤提供了基础依据。

3） 研究地下水化学场特征可以反映井田NW向张性断裂地下水运移通道和岩溶陷落柱（带），为煤矿水害防治提供了新的手段。

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