Ⅰ 工程地質條件和水文地質條件怎麼分析
工程地質條件分析:
工程地質條件是指與工程建設有關的地質條件總和,它包括土和岩石的工程性質、地質構造、地貌、水文地質、地質作用、自然地質現象和天然建築材料等幾個方面。
主要通過以下幾點對不同地區進行具體分析:
1、對工程場地穩定性與適宜性分析、評價。
2、對工程場地環境工程地質條件評價。在評價場地自然條件的同時,還應預測工程與場地的相互影響及可能引發的工程地質問題。
3、為設計提供地質參數。
4、根據場地地質條件,為設計提供工程措施意見。
水文地質條件分析:
水文地質指自然界中地下水的各種變化和運動的現象。水文地質學是研究地下水的科學。它主要是研究地下水的分布和形成規律,地下水的物理性質和化學成分,地下水資源及其合理利用,地下水對工程建設和礦山開採的不利影響及其防治等。
因此根據分析地點具體特徵根據以上要素進行分析。
Ⅱ 水文地質觀測建井用什麼設備好孔徑和深度一般是多少有相關的規定嗎
一、水文鑽孔施工宜採用清水鑽進。二、鑽孔孔徑視鑽孔目的確定,一般不小於91 mm。三、鑽孔應取芯鑽進,岩芯採取率:岩石大於70%,破碎帶大於60%,粘土大於70%,砂和砂礫層大於50%.當採用水文物探測井,能正確劃分含(隔)水層位置和厚度時,可適當減少取芯。· 四、鑽孔除留作長期觀測外,均應封孔,封孔方法宜結合水文地質條件和可能的開采方式研究確定。五、鑽孔開展抽水試驗六、觀測水位、水量、水溫、水質。
Ⅲ 工程地質條件和水文地質條件怎麼分析
地質
編輯
地質泛指地球的性質和特徵。主要是指地球的物質組成、結構、構造、發育歷史等,包括地球的圈層分異、物理性質、化學性質、岩石性質、礦物成分、岩層和岩體的產出狀態、接觸關系,
地質
外文名
[geology]
拼 音
dì zhì
含 義
地質學的簡稱
歷史意義
哲學概念
Ⅳ 水文地質條件分析與物理模型建立
(一)水文地質條件分析
礦井涌水量是評價礦井水文地質條件的重要定量指標,是設計和生產部門制定採掘方案、確定排水能力和防治措施的重要依據。預測礦井涌水量的方法很多,包括:相關比擬法、解析法、水均衡法、數值法、電模擬法等。由於數值法能很好地模擬滲流區域不規則的邊界條件及含水層的非均質各向異性的特點,本次礦井涌水量預測以數值法為主,結合解析法綜合評價確定(蔡振宇等,2003)。
根據井田岩體地質結構分析,林南倉礦14煤層開采直接充水水源是煤12-煤14、煤14-K3兩個砂岩裂隙含水層,間接充水含水層是奧灰含水層。對煤12-煤14含水層,從西一采區的開采情況看,其能夠得到很好的疏干。目前,西一采區該含水層水位為-250m左右(倉生5,243m,2004年3月;1997年水位約為-150m),此含水層對煤14層的開采影響較小。煤14-K3含水層僅有局部揭露,目前,該含水層水位-89.40m左右(倉生4,2004年12月)。此含水層屬中等富水的含水層,是煤14開採的直接充水含水層,故而將對煤14層安全開采造成一定的威脅。奧灰含水層與煤14底板之間的隔水層厚度118~148m,充水通道為垂向的導水斷層、裂隙或陷落柱,在-400水平煤14層底板承受奧灰水壓約4MPa。經計算,突水系數約為0.033MPa/m2,小於臨界突水系數0.06MPa/m2,在不存在構造(包括陷落柱)導水的情況下,對煤14的開采是安全的。但是,由於奧灰含水層水量、水壓都較大,回採中一旦突水就會造成重大水害,所以本次數值模擬以煤14K3兩個砂岩裂隙含水層和奧灰含水層為目的層。
(二)滲流場分析
如果觀測孔空間網路布置合理,一次大型的天然或者人工水文地質試驗完全可以揭示出多層充水含水層組立體結構的整體滲流場分布特徵。礦區所做的人工水文地質試驗一般是抽水試驗。抽水試驗是反映地下水深流場特徵的一個重要手段,是以地下水井流理論為基礎,在實際井孔中抽水和觀測,從而研究井的涌水量與水位降深的關系,求得含水層的水文地質參數。天然水文地質試驗一般是指礦井突水,在突水期間,通過觀測各含水層水位觀測孔的水位變化情況,可以對含水層的富水性及各含水層的相互補給關系作出定性分析。流場分布不僅可以反映出內、外邊界的水力性質,而且可以揭示出同一充水含水層組不同塊段的滲透能力差異和不同充水含水層之間水力聯系的具體部位及密切程度。因此,滲流場研究對於正確建立礦井水文地質概念模型具有重要的實用價值。
林南倉礦的各含水層的抽(注)水試驗均屬於穩定流、單孔、分段進行抽(注)水試驗。抽(注)水試驗採用的計算公式如下
典型煤礦地下水運動及污染數值模擬:Feflow及Modflow應用
式中:k為滲透系數(m/d);Q為涌水量(m3/d);q為單位涌水量(L/s·m);M為含水層厚度(m);S為水位降深(m);R為影響半徑(m)。
經過計算,奧灰含水層和煤14-K3含水層的鑽孔抽水結果見表5-12和表5-13。
表5-12 奧灰含水層5個鑽孔抽水試驗
表5-13 煤14-K3含水層7個鑽孔抽水試驗
(三)歷史突水資料分析
根據礦井實際資料,林南倉礦的歷史突水資料見表5-14。
表5-14 研究區巷道主要突水點資料
研究區巷道主要突水點分布見圖5-4。
圖5-4 研究區巷道主要突水點分布圖
(四)水文地質概念模型的建立
模型是系統的縮影,而系統是兩個以上相互區別而又相互作用的要素(或子系統)之有機結合,具有特定功能且適應環境變化的綜合體。水文地質概念模型是地下水系統(地質實體)的綜合反映,更是建立地下水系統數學模型的基礎和依據。數學模型是水文地質概念模型的逼真,其成敗的關鍵在於水文地質概念模型概化地質實體的准確程度和精確程度,而概化不僅需要有正確的勘探方法,還要求有一定的勘探工程式控制制。數學模型、水文地質要領模型與水文地質勘探三者相互制約,並應統一在最佳的經濟技術條件前提下。本次主要以林南倉礦以前的抽水試驗作為水文地質概念模型、數學模型的建立以及礦井涌水量預測預報的基礎。
林南倉礦區是一個典型的向斜構造,是一個獨立的水文地質單元,與臨近礦井無水力聯系。補給水源主要為沖積層底部卵礫石層含水層和煤系基底奧陶系灰岩岩溶裂隙承壓含水層。由於沖積層底部卵礫石層含水層地下水的動、靜儲量十分豐富,與煤系各含水層均呈角度不整合接觸,不僅能順層正常補給各煤系含水層,而且也與奧灰含水層之間有著極為廣闊互補關系,致使奧灰含水層通過第四系含水層入滲補給煤系含水層。此外,由於林南倉井田地質構造比較發育,造成奧灰含水層通過斷層、侵入岩體等構造越流補給煤系含水層。為了保持系統的完整性,提高水文地質系統數值模擬和礦井涌水量計算的精度,把整個礦井看作一個完整的系統。
1.含水系統內部結構概化
煤14-K3(Ⅱ)含水層以淺灰—深灰色細砂岩和中砂岩為主,其主要成分為石英和燧石。顆粒分選中等,磨圓度較好,多為泥質孔隙式膠結。岩石堅硬、緻密、裂隙發育,有方解石脈,最大裂隙寬度可達200mm(付石門盲巷頭見)。其次為鮞狀粘土岩及淺灰色粉砂岩。岩性堅硬、緻密,含大量黃鐵礦結核及植物化石。段內發育兩層石灰岩或鈣質粉砂岩,含腕足類、海百合類及焦葉貝類化石。細砂岩佔全段岩性的1/3以上,泥矽質膠結,岩石堅硬,裂隙發育,為主要含水段。本含水層屬中等含水的含水層。
該段岩層裂隙發育,斷裂構造復雜,使層間的連通性較好,可視為一個統一的含水系統,故將其概化為單層結構。由於模擬區構造條件、岩性結構和水動力條件有所變化,呈現出各向異性的特點。因此,區域含水層為非均質、各向異性含水層。
奧灰含水層上部為灰、灰白色石灰岩,質地不純,為隱晶質結構,夾有白雲質灰岩。中部為中厚層豹皮狀灰岩、蠕蟲狀石灰岩及灰色純石灰岩。下部以灰色紋帶狀葉斑狀薄層灰岩為主,夾深灰色豹皮狀石灰岩。底部為灰色同生角礫岩,總厚度600~800m。奧陶紀石灰岩在本區無出露,均為第四紀地層所覆蓋,其埋藏深度為100~400m。從鑽孔及水源井揭露情況看,該含水層在沖積層覆蓋區,灰岩在100m段內岩溶裂隙較為發育,水量充沛。深部煤系地層下的灰岩岩溶裂隙不發育,即使有岩溶裂隙,大部分被粘土岩充填,水量較小。該含水層距最小可採煤層最大厚度為130m,隔水岩柱厚50m。上部以粉砂岩為主,岩性緻密,高嶺土膠結;中部以細、中砂岩為主,泥質基底式膠結;底部為鋁土岩,岩石緻密,厚度大,隔水性好。從水文動態觀測資料分析,北翼為補給區,南翼為排泄區,含水層厚度50~80m,屬含水豐富的承壓含水層。
由於該段岩層裂隙發育、斷裂構造復雜,使層間的連通性較好,奧灰含水層視為一個統一的含水系統,故將其概化為單層結構。由於模擬區構造條件、岩性結構和水動力條件有所變化,呈現出各向異性的特點,因此,區域含水層為非均質、各向異性含水層。
2.邊界條件概化
為了保持本岩溶承壓水系統的完整性,提高系統數值模擬的精度,選取系統的自然邊界作為計算邊界。北部邊界作為沖積層入滲補給邊界,南部為排泄邊界。
3.輸入、輸出條件概化
本含水層系統的輸入、輸出條件主要表現為含水層隱伏露頭區沖積層水下滲補給,南部邊界及礦井排水構成自然排泄區。
4.裂隙水運動狀態概化
自然界一切現象都是在三維空間里發生的。本區岩溶水的運動也不例外,假定本區岩溶水運動滿足達西定律,則可採用連續滲流方程來描述岩溶水的運動。
Ⅳ 水文地質條件分析
依據水文地質的調查分析,主要分析是否有井泉露頭,水位、補給的源頭是什麼?含水層的厚度和岩性?區域水文地質的特徵如何?地質資料的分析注意地層岩性的特點和導水性、滲透性、保溫性、熱導率等指標,基本判斷該區斷裂的分布和走向,可能賦存地下水的地質條件和特徵。
Ⅵ 地質條件分析
地質和水文地質是地熱勘查的基礎資料,是進行地球化學分析研究和部署物探工作的依據。依據基礎地質調查成果,主要分析是否有儲熱層、是否有蓋層、是否有構造斷裂,斷裂的性質和露頭的特徵是什麼?
Ⅶ 水文地質條件是什麼
水文地質條件是指地下水埋藏、分布,補給、徑流和排泄條件,水質和水量及其形成地質條件等的總稱。
Ⅷ 水文地質特徵
5.3.1 井田水文地質特徵
井田位於車軸山向斜的東南翼,從區域水文地質條件分析,整個車軸山向斜位於開平煤田的西北部,自成一獨立的隱伏向斜,向斜上部被鬆散的巨厚第四系沖積層覆蓋,車54、車60鑽孔以北為厚度小於180m的寬緩平台,向南逐漸增厚,到南部邊緣厚度達到650m。第四系底部卵礫石層埋深105~155m,厚約10~25m。該含水層水量充沛,構成各煤系含水層的補給水源。石炭-二疊紀煤系含水層位於第四紀沖積層之下,地下水主要賦存於砂岩裂隙之中。下伏中奧陶統灰岩,裂隙、岩溶發育,含水豐富。
5.3.1.1 礦井含水層概述
表5.4為東歡坨井田含水層的主要分布。
表5.4 東歡坨礦區含水層特徵表
據含水層的賦存特徵,井田存在著三大含水系統:第四紀沖積層孔隙承壓含水層、石炭-二疊紀砂岩裂隙承壓含水層和中奧陶統灰岩岩溶裂隙承壓含水層。其特徵分述如下:
(1)第四紀沖積層孔隙承壓含水層(VII)第四紀沖積層覆蓋於含煤地層之上,全區分布,不整合於古生代地層之上,北薄南厚,較均勻地漸變。第四系全為鬆散沉積物,此孔隙含水層水量充沛,含水性強,但變化較大。
(2)石炭-二疊紀砂岩裂隙承壓含水層(VI~II)石炭-二疊紀煤系含水層以傾伏向斜的形式伏於新生代鬆散層之下,地下水主要儲存於泥質或硅質膠結的厚層中、粗砂岩的裂隙之中。
(3)中奧陶世灰岩岩溶裂隙承壓含水層(I)奧陶紀灰岩含水層呈平行不整合於含煤地層之下,通常在第四系底部卵礫石層與之直接接觸地區,岩溶比較發育,在頂部的裂隙和溶洞中多有砂、礫石和粘土質充填。其中12-2煤底板含水層組是以奧灰水和底卵水為水源的強富水性含水層,主要包括:12-2煤~14-1煤強含水層組(IVa)、14-1煤~K3強含水層組(III)和奧陶紀石灰岩含水層
(I),其中石炭-二疊紀砂岩裂隙承壓含水層中12-2煤~14-1煤強含水層組為12-2煤底板直接充水含水層。
(1)12-2煤~14-1煤強含水層(IVa)
本段厚約40m,岩性以細砂岩為主,粉砂岩次之,夾中砂岩。頂部有一層4~10m厚粉砂岩或泥岩弱透水段,12下煤位於該段中部。含水細砂岩和粉砂岩位於12下煤層頂底10~15m范圍內,其區域特點是透水性強。由於水源補給程度差異,在-500水平中央采區和西南采區淺部屬強含水段,東南采區屬中等含水段。強含水部位單位涌水量為1L/s·m,中等含水部位單位涌水量為0.57L/s·m。-230水平井底車場南北兩端單位涌水量為0.7~0.9L/s·m,滲透系數為0.079~9.610m/d。水質類型為HCO3-CaNa型或HCO3-CaMg型,水溫17℃。通過疏水鑽孔的疏放分析,認為該含水層水可疏降。靜水位標高:1958年為+20.89m(車42孔),目前本含水層水位標高為-21~-160m左右。
(2)14-1煤~K3強含水層(III)本段厚約50m,岩性以粉砂岩為主,與細砂岩、泥岩互層;K3灰岩為該段頂板,平均厚4m,質純,未見岩溶。在地層淺部據老風井掘進與東觀29、東觀37孔鑽探揭露,K3在其頂面形成空腔,有黃泥殘積充填,應為溶蝕作用和煤系風化產物。東觀38孔在-560m標高見此層,頂面並無黃泥,但K3底10m段落內為強含水部位。抽水試驗揭露單位涌水量為1.1L/s·m,與老風井馬頭門探水與涌水條件相似。K3頂、底板是出水部位,而且本段與上段含水層水基本一致(即無隔水地層),本段其餘地層弱透水。水質類型為HCO3-CaMg型,水溫18.5~19.5℃。
(3)奧陶系灰岩含水層(I)此段不整合於含煤地層下。本區揭露此層的有12個鑽孔,除車59、車43兩鑽孔揭露較厚(97.38m和73.26m)外,其他鑽孔一般揭露厚度多小於10m,但其厚度被推測為大於400m。通常第四系底部卵礫石層與之直接接觸的地區,岩溶比較發育,在頂部的裂隙和溶洞中多有粘土質和砂、礫石充填。滲透系數為3.405~10.385m/d,單位涌水量為0.799~1.794L/s·m,水溫19.5℃,水質類型為HCO3-CaMg型。本層含水性較強,是一良好的供水層位,但對礦井深部的開采存在很大威脅。1958年的靜水位標高為+22.26m(車43孔),目前本含水層水位標高為-16m左右。
5.3.1.2 礦井隔水層概述
本區弱或極弱透水性地層或密集為層系或獨立成層。撇開構造因素,僅就岩性區分,自上而下有:
(1)A層及其附近鐵鋁質粘土岩
A層以上發育為3~4層,層間距為4~20m,層厚度為3~8m;A層以下80m段距內發育4~5層,層厚小於2m。A層以上段落及以下段落的粘土岩均為弱透水層。
(2)煤5~煤12-2層間沉凝灰岩,各類泥岩,高嶺土質砂岩
沉凝灰岩和高嶺土質砂岩分布在煤8、煤9近旁以及煤12-1~煤12-2之間,遇水膨脹、裂隙彌合,是極弱透水層。層厚由2~28m不等。各類泥岩層薄,主要賦存在煤8以上與煤12-2近旁,構成煤層直接頂底板。
上述類別岩石連同煤層本身構成了水源不足的層間承壓水頂底板。這種含、隔水層密集相間的層系結構形成了垂向徑流纖弱的整體阻水效應。因此,煤5以上和煤12-2以下可以水源為背景,分為缺乏垂向聯系的兩大含水層組。
(3)G層鋁土質粘土岩
其厚度隨著奧灰剝蝕面起伏變化,大都小於10m。位於煤層基底的G層鋁土質粘土岩是穩定的區域隔水層。該層是阻止奧灰水侵入煤系的第一道屏障;復結構的14煤及其粉砂岩與泥岩互層則是第二道屏障。
根據對礦井水文地質條件的綜合分析,12-2煤底板主要隔水層為G層鋁土質粘土岩。
5.3.2 斷層導水性
東歡坨礦區在建井期間共發現106條斷層。此外,通過三維地震勘探發現8條斷層,其中有4條斷到奧陶系在岩。實踐證明:礦區絕大多數斷層導水性較差,甚至不導水。但在北一,通過對由三維地震勘探給出的斷層F3'、F5'進行井下鑽探,表明它們導水,水量充足,且與12-2煤底板含水層及5煤頂板含水層有十分密切的水力聯系。由於工程限制,對由其他三維地震發現的斷層並未做鑽探,但並不排除這些斷層的導水可能性。
5.3.3 礦井充水條件
5.3.3.1 礦井的充水水源
(1)大氣降水、地表水
大氣降水、地表水均是井田內地下水的主要補給來源,它們分別通過基岩裸露區及風化帶滲入補給,並順層徑流。但在此地區受地形及基岩裂隙發育程度的控制,補給量有限。
大氣降水:本區屬大陸性季風氣候,每年降水多集中在6~9月份,其他時間降水很少。大氣降雨通過下滲補給第四系底卵石含水層,通過順層和垂向補給其他含水層。根據沖積層水文地質剖面圖及有關資料,沖積層內含有3個岩性以粘土、亞粘土為主的隔水層,這3層隔水層,沉積比較穩定,隔水性能較強,阻隔了大氣降水的向下補給,下滲補給量較小。因此,大氣降雨對下部含水層及礦井涌水量不會造成明顯影響。
地表水:井田范圍內無地表水系存在,僅有兩條排水渠。一條向東排至豬籠河,另一條向西排至泥河。兩條河流均遠離礦區,故地表水系對礦井涌水量無影響。
另外,本區內第四系鬆散地層中第三隔水層厚達10~25m,即使有采空塌陷,也不致使粘土層斷開,阻隔了大氣降水和潛水的向下補給。
因此大氣降水、地表水和潛水對礦井涌水量影響甚小。
(2)含水層水
井田內的三大含水系統———第四紀沖積層孔隙承壓含水層,石炭、二疊紀砂岩裂隙承壓含水層和中奧陶紀灰岩岩溶裂隙承壓含水層。
(3)老空水
在建井、水平延伸、新區域施工及最上方煤層回採中,充水水源主要為含水層水。而在下方煤層回採中,老空水就成為了主要充水水源。
在本礦井生產過程中,由於工作面的布置、頂底板的岩性特徵及涌水等因素,在采空區或廢巷有可能存在不同形式的積水。一旦施工工程接近、揭露或冒落帶達到這些積水,便可湧入井巷,發生老空區突水事故。老空區突水具有來勢猛、破壞性大的特點,往往是瞬間大量積水潰入工作面,形成災難性事故。
本礦井4個主要可採煤層,其間距為8~12m,屬煤層群開采。下一煤層開采時,其導水裂隙帶遠遠大於煤層間距,這樣當上方采空區或老巷道存有積水、動水時,這些積水、動水會順裂隙進入工作面,成為突水水源,若水中再夾雜煤渣、岩碴形成煤矸泥,對下方工作面威脅更大。
基於以上原因,同時受地質條件所限,僅在中央及北一兩個采區內回採,所以生產階段主要是存在老空水的威脅,防治水工作也主要是對老空水的探放。如:2192下風道在掘進及回採前對上方2182上采空區積水進行探放,共疏放積水1728m3;2118工作面在掘進及回採前對上方2196采空區及老巷道進行探放,前後共放出積水及動水4.3萬m3;另外2192上、2094、2116等工作面在掘進及回採前均進行了探放,證明存在老空水。由於採取了超前的探放水工作,十幾年來未因老空水隱患出現水害事故。
老空水是長期積存起來的,多為酸性水,有較強的腐蝕性,對礦山設備危害甚大。老空區突水時,水勢猛,破壞性大,如與其他水源無聯系,則突水可急劇減弱。通過確定充水水源,有利於更有效地為防治水提供資料。
5.3.3.2 礦井充水通道
通過近十年的生產實踐,東歡坨井田范圍內充水通道主要有以下3種方式:
(1)直接揭露含水層
根據開採煤層與含水層的關系,可分為直接充水水源和間接充水水源。從目前礦井的開采區域看,直接充水水源為A0~A、A~5煤頂、12煤~14煤含水層組。
在煤礦生產中,有些工程必須穿越含水層。當巷道直接揭露這些含水層後,含水層水將會進入礦井。如本礦-500水平軌道中石門及-690水平軌道中石門,按設計其由A0~A含水層,穿越A下80m含水層、5煤頂含水層直到12-1煤。這樣當巷道揭露含水層時,均發生了涌水,其中5煤頂含水層最大出水點達到10.26m3/min。
(2)斷裂帶導水
本井田構造發育。通過建井及生產階段來看,大部分斷層未與含水層導通或不導水,但是有些斷層則表現導水或揭露時未導水,但由於擾動影響成為導水斷層。如2182上工作面在風道掘進時遇一條落差為2m的F138正斷層,未出水,但回採至該斷層時,又發生了突水,水量0.55m3/min;-230水平北二頂板繞道利用管棚技術順利通過F2(落差35m)斷層組,一年半後發生了遲到突水,最大涌水量3.0m3/min,並伴隨有大量的黃泥、卵礫石等物,判斷為導通沖積層水。
(3)采礦造成的裂隙通道
巷道掘進和工作面回採時,都會對原有圍岩產生影響,當產生的裂隙導通含水層或其他水源時,這些水也會順采動裂隙進入礦井。大部分回採工作面出水均屬此種通道。
Ⅸ 水文地質條件
(一)地下水類型及分布
地下水按不同的劃分原則可以分為不同的類型。按地下水賦存介質和賦存介質的空隙性質,可以將研究區內的地下水分為鬆散岩類孔隙水、基岩裂隙水和碳酸鹽岩岩溶裂隙水。各類地下水的賦存條件和分布規律除了受賦存介質的空隙發育特徵控制,還不同程度地受地貌、氣候、植被等自然條件的影響。
1.鬆散岩類孔隙水
鬆散岩類孔隙水主要賦存於研究區內平原及部分崗地的第四系及古近系—新近系鬆散沉積物的孔隙內。鬆散岩類孔隙水的賦存條件和分布規律主要和孔隙發育特徵有關,並受氣候、地貌等因素的影響。而古氣候、古地貌、古水流動態、構造運動等因素通過對岩性、岩相和地質結構的塑造對孔隙的發育特徵具有決定性的作用。
2.碳酸鹽岩岩溶裂隙水
碳酸鹽岩岩溶裂隙水主要賦存於丘陵山區的碳酸鹽岩的溶蝕孔、洞和裂隙內。地層特性決定了岩溶裂隙水的富水性。如趕腳溝組以大理岩為主,地層厚度大,大理岩質純且晶粒粗大,易於溶蝕,富水性強;而火山溝組以片岩為主,所夾大理岩厚度不大,岩性變化大,富水性弱;下更新統灰岩泥質含量高,地層厚度小,富水性較弱。
此外,斷裂構造對岩溶裂隙水的賦存和分布起控製作用。大型壓性斷裂是岩溶裂隙水的隔水邊界,在斷裂帶附近常有泉水出露;較大型的壓扭性斷裂常成為低溫泉水的排泄通道,如鎮平縣寺山鎮南場村茫泉就出露於此類斷裂帶上;此外,近期強烈的山地上升運動非常有利於垂向岩溶裂隙的發育,常構成小型的裂隙-岩溶系統。
3.基岩裂隙水
基岩裂隙水賦存於丘陵山區的侵入岩、變質岩及沉積岩的裂隙內。其賦存條件和分布規律受裂隙發育特徵的控制,並受地貌、植被、降水等因素的影響。
裂隙的發育特徵主要和岩性、構造、風化程度有關。岩性決定著裂隙的發育特徵,對裂隙的發育程度起控製作用,是裂隙水賦存和分布的基礎條件;而構造運動的性質和強度對裂隙水的賦存和分布起控制性的作用。
另外,研究區內局部地區還賦存有黏土裂隙水。中更新世以來,長期處於近地表的中更新統、下更新統黏性土,在2~10m的深度內普遍發育一套裂隙系統,這套裂隙系統所含的地下水就是崗區普遍存在的上層滯水。新活動斷裂或節理帶所造成的構造裂隙系統和淺部裂隙系統相復合時,則形成潛水,單井涌水量變化很大,地下水位變幅大、變動快。
(二)地下水流系統的劃分
對於地下水流系統來說,不同層級地下水流系統之間的界限是不同的,其所處的深度也因此具有較大的差異,但是各層級地下水流系統所處的空間基本上都在中深層地下水的下界(埋深約300m)之上,因地形的起伏而在南陽盆地中部平原區發育的局部地下水流系統所處空間也大致可以歸並到淺層水(埋深小於50m)的深度范圍之內。
1.區域地下水流系統
由於地下水流系統理論是建立在地下水的重力穿層基礎之上的,並且規定其發育、發展具有較長的時間尺度背景,區域地下水流動系統的形成以及規模的大小主要取決於區域性地質格局的規模大小、含水介質的滲透性以及補給與排泄區地下水之間的勢差等因素,而不受含水層的約束。
通過對南陽地區地質資料以及水文地質資料的收集、整理與分析,對比淺層以及中深層地下水等水位線圖,大致可以勾畫出南陽盆地內部地下水運動的趨勢以及淺層與中深層地下水之間的補排關系等信息。綜合地質岩性條件、構造條件以及氣象條件,不難得出淺層以及深層地下水的補給來源、徑流途徑以及排泄方式等運動特徵。
南陽斷陷盆地作為一個相對完整和獨立的構造地質單元,其邊緣上升山區、山前地帶的孤山丘陵以及剝蝕壟崗與中部下降沉積平原天然構成了一個層級完整、規模較大的地下水流系統。盆地中發育的規模較大的區域地下水流系統使得淺層以及中深層地下水產生了天然的聯系。
對淺層以及深層地下水的補給、徑流和排泄等運動特徵的分析可知,山區向盆地內排泄的地下及地表徑流首先在山前地帶聚集,進而在山前斷裂等構造條件的影響下向地下含水層排泄,形成了淺補深的關系,因此山前地帶地下水構成了中深層地下水的天然補給來源,隨著地下水的運移,中深層地下水或者在基底凸起處抬升進而向臨區排泄,或者通過導水通道向上補給淺層水,甚至形成自流區。區域地下水流系統的輪廓在中深層地下水的運動過程中自然也就被勾勒了出來。
區域地下水流系統的補給區在研究區北部、東北部以及西北部的南陽斷陷盆地北部伏牛山山前地帶,水化學類型以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg為主;礦化度較低,平均為0.35g/L。排泄區一般在中部平原的中部與南部,水化學類型有HCO3-Ca·Na、HCO3Ca·Mg等,局部地區出現HCO3·Cl-Na·Ca、HCO3·Cl-Ca·Mg·Na等,從補給區至排泄區,地下水的礦化度大致呈現逐漸升高的趨勢,但總礦化度為0.26~0.83g/L。
與淺層地下水形成的局域地下水流系統不同的是,區域地下水流系統受到地表起伏的影響不大,主要按深層地質格局天然形成的地下分水嶺來劃分區域地下水流系統的亞區,大致可分為四個區域:①張林—吳集以西,地下水運動方向為西南方向,張林以北,水力坡度約為2.7‰,以南為1.1‰;②張林—吳集以東,羅灣—桐寨鋪的西南地區,溧河以東,地下水由北向南運移,水力坡度為1.0‰~1.9‰;溧河以西,向東南方向運移,上游水力坡度為4.2‰,下游為1.5‰。早更新世以來,南部沉降幅度大於北部,由於深層水的水力坡度小於現代地形坡度,形成了吳集、黑龍集、青華鄉、元庄一帶的自流區;③羅灣—桐寨鋪的東北,唐河以西的地區,地下水向東南方向運移,水力坡度約為0.4‰~2.6‰;④唐河以東的地區,地下水運移方向為西南。
羅灣—桐寨鋪一線的深層地下水分水嶺,大體位置和南陽—唐河活動性隱伏大斷裂的位置相當,該斷裂自晚更新世以來,南盤相對上升,是形成深層地下水分水嶺的重要原因。受該斷裂的控制,加上0.4‰~2.6‰的水力坡度小於地形坡度,厚達百米的砂體,形成了水量豐富的高廟自流區和社旗—青台自流區。
2.局域地下水流系統
系統的層次性是相對而言的,局域地下水流系統的發育主要與盆地內地形的波狀起伏有關,受地表地形的影響很大,南陽盆地內部平原與孤山、丘陵、剝蝕壟崗、河間窪地以及背河槽型、蝶形窪地交錯分布的現象,塑造了盆地內部淺層地下水極為復雜的補、徑、排關系,為盆地內中間地下水流系統以及中部平原區發育的局域地下水流系統的形成提供了天然有利的條件。
按地下水時空演變規律的差異,在研究區內部淺層地下水所處的空間大致可以劃出七個中間地下水流系統(圖2-8),自西向東分別為:①湍河以西,地下水自西北向東南方向流動。②大致在白營—裴營一線以西,地下水大致由北向南流動,水力坡度崗地2.5‰左右,平原1‰左右。③白營—裴營一線以東,卧龍崗以西,地下水大致向東南方向流動。潦河—夏集以北,水力坡度2‰左右,以南1.25‰左右,水位埋深多小於6m,小於2m的埋深主要出現在河間地塊。④卧龍崗以東,桐河以西,地下水大致向西南方向流動,水力坡度0.8‰左右。⑤桐河以東,劉寺—前營以西,地下水大致向南流動,水力坡度1.4‰左右,水位埋深多小於2m。⑥劉寺—前營以東,社旗以南,地下水大致自東北向西南方向運移,水力坡度0.4‰左右。⑦唐河—泌陽—新野一線的東南部,地下水大致自東、東偏北,向西、西南方向流動。
圖2-8 局域地下水流系統分區示意圖(單位:m)
中部平原區平坦的地形之中也會存在局部窪地、低地等局部微起伏的地形,為局部地下水流系統的形成提供了條件,一般情況下,局部水流系統嵌套在區域地下水流系統與中間地下水流系統的內部,規模較小,受氣候條件、岩性條件以及臨區地下水徑流的特徵影響顯著。
發育在南陽盆地中部平原地區的局域地下水流系統,其補給方式多樣,徑流特徵復雜,排泄主要為蒸發以及人工取水。由於各局部水流系統的界限不太明顯、規模較小且數目較多,在此不一一列舉。地下水化學類型主要有HCO3·Cl-Na·Ca、HCO3-Ca·Na、HCO3Ca型等,少數地區出現分布范圍極小的Cl·HCO3·SO4-Ca型地下水,可能與深層水的垂向補給有關。礦化度隨地下水流向、徑流途徑的加長而具有增大的趨勢,變化范圍較大,為0.04~1.01g/L,河間地塊的低窪地帶、蒸發強烈的局部水流系統的匯礦化度相對較大,波狀崗地相對較小。
Ⅹ 水文地質工程地質條件勘探與分析
由於注漿截流防治礦井水害技術有其特定的應用條件,所以在確定是否採用注漿技術之前必須進行礦井水文地質條件和施工工程地質條件的勘探與分析。勘探與分析研究的主要內容包括水害形成的地質構造因素和人為工程活動因素、水害形成的層位、含水層岩性、突水水源、礦井充水補給通道的性質及其分布范圍、最大突水量、穩定突水量、過水通道內或突水口處的地下水流速、靜水壓力等。只有弄清這些問題,才能制定切實可行的注漿堵水技術與工程方案。
(1)查明礦井所在地區造成礦床充水的充水水源及其賦存條件、控制礦井水害的主要因素及其變化規律,用以進行綜合防治水技術路線的分析比較,以決策總體治水方案。
(2)查明礦井局部地區水文地質結構與礦井充水條件,用以決策防治水工程的具體布設和工程的經濟可行性分析,避免工程宏觀規劃布設不當,影響防治水效果或造成工程浪費。該階段應重點查明礦區和采區主要構造單元的特徵,陷落柱和斷層顯現規律及其斷距、產狀要素,小構造特徵等;查明施工地段岩層的岩石成分,岩石可鑽性等級,岩石的裂隙性特徵、孔隙度或者裂隙張開性與切穿性;查明含水層特徵、厚度和賦存深度,地下水的靜水壓力水頭,含水層的滲透系數等。查明地下水的礦化類型和程度,硬度、酸度指標,對水泥和金屬侵蝕的類型和程度,地下水化學成分隨深度的變化規律等化學特性。
(3)查明工程施工條件,包括查明施工地段的工程地質條件、運輸施工條件、材料供應條件、採掘工程條件等,確定防治水工程要求達到的精度,以便進行施工程序與施工工藝方法的設計。查明礦區和采區的地理位置和行政位置、地表地形、區域水文網、當地的氣候條件;查明區域的經濟狀況,運輸、電站、供水和供熱源,以及當地現有的適於制備止水漿液的建築材料。