Ⅰ 工程地质条件和水文地质条件怎么分析
工程地质条件分析:
工程地质条件是指与工程建设有关的地质条件总和,它包括土和岩石的工程性质、地质构造、地貌、水文地质、地质作用、自然地质现象和天然建筑材料等几个方面。
主要通过以下几点对不同地区进行具体分析:
1、对工程场地稳定性与适宜性分析、评价。
2、对工程场地环境工程地质条件评价。在评价场地自然条件的同时,还应预测工程与场地的相互影响及可能引发的工程地质问题。
3、为设计提供地质参数。
4、根据场地地质条件,为设计提供工程措施意见。
水文地质条件分析:
水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。水文地质学是研究地下水的科学。它主要是研究地下水的分布和形成规律,地下水的物理性质和化学成分,地下水资源及其合理利用,地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。
因此根据分析地点具体特征根据以上要素进行分析。
Ⅱ 水文地质观测建井用什么设备好孔径和深度一般是多少有相关的规定吗
一、水文钻孔施工宜采用清水钻进。二、钻孔孔径视钻孔目的确定,一般不小于91 mm。三、钻孔应取芯钻进,岩芯采取率:岩石大于70%,破碎带大于60%,粘土大于70%,砂和砂砾层大于50%.当采用水文物探测井,能正确划分含(隔)水层位置和厚度时,可适当减少取芯。· 四、钻孔除留作长期观测外,均应封孔,封孔方法宜结合水文地质条件和可能的开采方式研究确定。五、钻孔开展抽水试验六、观测水位、水量、水温、水质。
Ⅲ 工程地质条件和水文地质条件怎么分析
地质
编辑
地质泛指地球的性质和特征。主要是指地球的物质组成、结构、构造、发育历史等,包括地球的圈层分异、物理性质、化学性质、岩石性质、矿物成分、岩层和岩体的产出状态、接触关系,
地质
外文名
[geology]
拼 音
dì zhì
含 义
地质学的简称
历史意义
哲学概念
Ⅳ 水文地质条件分析与物理模型建立
(一)水文地质条件分析
矿井涌水量是评价矿井水文地质条件的重要定量指标,是设计和生产部门制定采掘方案、确定排水能力和防治措施的重要依据。预测矿井涌水量的方法很多,包括:相关比拟法、解析法、水均衡法、数值法、电模拟法等。由于数值法能很好地模拟渗流区域不规则的边界条件及含水层的非均质各向异性的特点,本次矿井涌水量预测以数值法为主,结合解析法综合评价确定(蔡振宇等,2003)。
根据井田岩体地质结构分析,林南仓矿14煤层开采直接充水水源是煤12-煤14、煤14-K3两个砂岩裂隙含水层,间接充水含水层是奥灰含水层。对煤12-煤14含水层,从西一采区的开采情况看,其能够得到很好的疏干。目前,西一采区该含水层水位为-250m左右(仓生5,243m,2004年3月;1997年水位约为-150m),此含水层对煤14层的开采影响较小。煤14-K3含水层仅有局部揭露,目前,该含水层水位-89.40m左右(仓生4,2004年12月)。此含水层属中等富水的含水层,是煤14开采的直接充水含水层,故而将对煤14层安全开采造成一定的威胁。奥灰含水层与煤14底板之间的隔水层厚度118~148m,充水通道为垂向的导水断层、裂隙或陷落柱,在-400水平煤14层底板承受奥灰水压约4MPa。经计算,突水系数约为0.033MPa/m2,小于临界突水系数0.06MPa/m2,在不存在构造(包括陷落柱)导水的情况下,对煤14的开采是安全的。但是,由于奥灰含水层水量、水压都较大,回采中一旦突水就会造成重大水害,所以本次数值模拟以煤14K3两个砂岩裂隙含水层和奥灰含水层为目的层。
(二)渗流场分析
如果观测孔空间网络布置合理,一次大型的天然或者人工水文地质试验完全可以揭示出多层充水含水层组立体结构的整体渗流场分布特征。矿区所做的人工水文地质试验一般是抽水试验。抽水试验是反映地下水深流场特征的一个重要手段,是以地下水井流理论为基础,在实际井孔中抽水和观测,从而研究井的涌水量与水位降深的关系,求得含水层的水文地质参数。天然水文地质试验一般是指矿井突水,在突水期间,通过观测各含水层水位观测孔的水位变化情况,可以对含水层的富水性及各含水层的相互补给关系作出定性分析。流场分布不仅可以反映出内、外边界的水力性质,而且可以揭示出同一充水含水层组不同块段的渗透能力差异和不同充水含水层之间水力联系的具体部位及密切程度。因此,渗流场研究对于正确建立矿井水文地质概念模型具有重要的实用价值。
林南仓矿的各含水层的抽(注)水试验均属于稳定流、单孔、分段进行抽(注)水试验。抽(注)水试验采用的计算公式如下
典型煤矿地下水运动及污染数值模拟:Feflow及Modflow应用
式中:k为渗透系数(m/d);Q为涌水量(m3/d);q为单位涌水量(L/s·m);M为含水层厚度(m);S为水位降深(m);R为影响半径(m)。
经过计算,奥灰含水层和煤14-K3含水层的钻孔抽水结果见表5-12和表5-13。
表5-12 奥灰含水层5个钻孔抽水试验
表5-13 煤14-K3含水层7个钻孔抽水试验
(三)历史突水资料分析
根据矿井实际资料,林南仓矿的历史突水资料见表5-14。
表5-14 研究区巷道主要突水点资料
研究区巷道主要突水点分布见图5-4。
图5-4 研究区巷道主要突水点分布图
(四)水文地质概念模型的建立
模型是系统的缩影,而系统是两个以上相互区别而又相互作用的要素(或子系统)之有机结合,具有特定功能且适应环境变化的综合体。水文地质概念模型是地下水系统(地质实体)的综合反映,更是建立地下水系统数学模型的基础和依据。数学模型是水文地质概念模型的逼真,其成败的关键在于水文地质概念模型概化地质实体的准确程度和精确程度,而概化不仅需要有正确的勘探方法,还要求有一定的勘探工程控制。数学模型、水文地质要领模型与水文地质勘探三者相互制约,并应统一在最佳的经济技术条件前提下。本次主要以林南仓矿以前的抽水试验作为水文地质概念模型、数学模型的建立以及矿井涌水量预测预报的基础。
林南仓矿区是一个典型的向斜构造,是一个独立的水文地质单元,与临近矿井无水力联系。补给水源主要为冲积层底部卵砾石层含水层和煤系基底奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层。由于冲积层底部卵砾石层含水层地下水的动、静储量十分丰富,与煤系各含水层均呈角度不整合接触,不仅能顺层正常补给各煤系含水层,而且也与奥灰含水层之间有着极为广阔互补关系,致使奥灰含水层通过第四系含水层入渗补给煤系含水层。此外,由于林南仓井田地质构造比较发育,造成奥灰含水层通过断层、侵入岩体等构造越流补给煤系含水层。为了保持系统的完整性,提高水文地质系统数值模拟和矿井涌水量计算的精度,把整个矿井看作一个完整的系统。
1.含水系统内部结构概化
煤14-K3(Ⅱ)含水层以浅灰—深灰色细砂岩和中砂岩为主,其主要成分为石英和燧石。颗粒分选中等,磨圆度较好,多为泥质孔隙式胶结。岩石坚硬、致密、裂隙发育,有方解石脉,最大裂隙宽度可达200mm(付石门盲巷头见)。其次为鲕状粘土岩及浅灰色粉砂岩。岩性坚硬、致密,含大量黄铁矿结核及植物化石。段内发育两层石灰岩或钙质粉砂岩,含腕足类、海百合类及焦叶贝类化石。细砂岩占全段岩性的1/3以上,泥矽质胶结,岩石坚硬,裂隙发育,为主要含水段。本含水层属中等含水的含水层。
该段岩层裂隙发育,断裂构造复杂,使层间的连通性较好,可视为一个统一的含水系统,故将其概化为单层结构。由于模拟区构造条件、岩性结构和水动力条件有所变化,呈现出各向异性的特点。因此,区域含水层为非均质、各向异性含水层。
奥灰含水层上部为灰、灰白色石灰岩,质地不纯,为隐晶质结构,夹有白云质灰岩。中部为中厚层豹皮状灰岩、蠕虫状石灰岩及灰色纯石灰岩。下部以灰色纹带状叶斑状薄层灰岩为主,夹深灰色豹皮状石灰岩。底部为灰色同生角砾岩,总厚度600~800m。奥陶纪石灰岩在本区无出露,均为第四纪地层所覆盖,其埋藏深度为100~400m。从钻孔及水源井揭露情况看,该含水层在冲积层覆盖区,灰岩在100m段内岩溶裂隙较为发育,水量充沛。深部煤系地层下的灰岩岩溶裂隙不发育,即使有岩溶裂隙,大部分被粘土岩充填,水量较小。该含水层距最小可采煤层最大厚度为130m,隔水岩柱厚50m。上部以粉砂岩为主,岩性致密,高岭土胶结;中部以细、中砂岩为主,泥质基底式胶结;底部为铝土岩,岩石致密,厚度大,隔水性好。从水文动态观测资料分析,北翼为补给区,南翼为排泄区,含水层厚度50~80m,属含水丰富的承压含水层。
由于该段岩层裂隙发育、断裂构造复杂,使层间的连通性较好,奥灰含水层视为一个统一的含水系统,故将其概化为单层结构。由于模拟区构造条件、岩性结构和水动力条件有所变化,呈现出各向异性的特点,因此,区域含水层为非均质、各向异性含水层。
2.边界条件概化
为了保持本岩溶承压水系统的完整性,提高系统数值模拟的精度,选取系统的自然边界作为计算边界。北部边界作为冲积层入渗补给边界,南部为排泄边界。
3.输入、输出条件概化
本含水层系统的输入、输出条件主要表现为含水层隐伏露头区冲积层水下渗补给,南部边界及矿井排水构成自然排泄区。
4.裂隙水运动状态概化
自然界一切现象都是在三维空间里发生的。本区岩溶水的运动也不例外,假定本区岩溶水运动满足达西定律,则可采用连续渗流方程来描述岩溶水的运动。
Ⅳ 水文地质条件分析
依据水文地质的调查分析,主要分析是否有井泉露头,水位、补给的源头是什么?含水层的厚度和岩性?区域水文地质的特征如何?地质资料的分析注意地层岩性的特点和导水性、渗透性、保温性、热导率等指标,基本判断该区断裂的分布和走向,可能赋存地下水的地质条件和特征。
Ⅵ 地质条件分析
地质和水文地质是地热勘查的基础资料,是进行地球化学分析研究和部署物探工作的依据。依据基础地质调查成果,主要分析是否有储热层、是否有盖层、是否有构造断裂,断裂的性质和露头的特征是什么?
Ⅶ 水文地质条件是什么
水文地质条件是指地下水埋藏、分布,补给、径流和排泄条件,水质和水量及其形成地质条件等的总称。
Ⅷ 水文地质特征
5.3.1 井田水文地质特征
井田位于车轴山向斜的东南翼,从区域水文地质条件分析,整个车轴山向斜位于开平煤田的西北部,自成一独立的隐伏向斜,向斜上部被松散的巨厚第四系冲积层覆盖,车54、车60钻孔以北为厚度小于180m的宽缓平台,向南逐渐增厚,到南部边缘厚度达到650m。第四系底部卵砾石层埋深105~155m,厚约10~25m。该含水层水量充沛,构成各煤系含水层的补给水源。石炭-二叠纪煤系含水层位于第四纪冲积层之下,地下水主要赋存于砂岩裂隙之中。下伏中奥陶统灰岩,裂隙、岩溶发育,含水丰富。
5.3.1.1 矿井含水层概述
表5.4为东欢坨井田含水层的主要分布。
表5.4 东欢坨矿区含水层特征表
据含水层的赋存特征,井田存在着三大含水系统:第四纪冲积层孔隙承压含水层、石炭-二叠纪砂岩裂隙承压含水层和中奥陶统灰岩岩溶裂隙承压含水层。其特征分述如下:
(1)第四纪冲积层孔隙承压含水层(VII)第四纪冲积层覆盖于含煤地层之上,全区分布,不整合于古生代地层之上,北薄南厚,较均匀地渐变。第四系全为松散沉积物,此孔隙含水层水量充沛,含水性强,但变化较大。
(2)石炭-二叠纪砂岩裂隙承压含水层(VI~II)石炭-二叠纪煤系含水层以倾伏向斜的形式伏于新生代松散层之下,地下水主要储存于泥质或硅质胶结的厚层中、粗砂岩的裂隙之中。
(3)中奥陶世灰岩岩溶裂隙承压含水层(I)奥陶纪灰岩含水层呈平行不整合于含煤地层之下,通常在第四系底部卵砾石层与之直接接触地区,岩溶比较发育,在顶部的裂隙和溶洞中多有砂、砾石和粘土质充填。其中12-2煤底板含水层组是以奥灰水和底卵水为水源的强富水性含水层,主要包括:12-2煤~14-1煤强含水层组(IVa)、14-1煤~K3强含水层组(III)和奥陶纪石灰岩含水层
(I),其中石炭-二叠纪砂岩裂隙承压含水层中12-2煤~14-1煤强含水层组为12-2煤底板直接充水含水层。
(1)12-2煤~14-1煤强含水层(IVa)
本段厚约40m,岩性以细砂岩为主,粉砂岩次之,夹中砂岩。顶部有一层4~10m厚粉砂岩或泥岩弱透水段,12下煤位于该段中部。含水细砂岩和粉砂岩位于12下煤层顶底10~15m范围内,其区域特点是透水性强。由于水源补给程度差异,在-500水平中央采区和西南采区浅部属强含水段,东南采区属中等含水段。强含水部位单位涌水量为1L/s·m,中等含水部位单位涌水量为0.57L/s·m。-230水平井底车场南北两端单位涌水量为0.7~0.9L/s·m,渗透系数为0.079~9.610m/d。水质类型为HCO3-CaNa型或HCO3-CaMg型,水温17℃。通过疏水钻孔的疏放分析,认为该含水层水可疏降。静水位标高:1958年为+20.89m(车42孔),目前本含水层水位标高为-21~-160m左右。
(2)14-1煤~K3强含水层(III)本段厚约50m,岩性以粉砂岩为主,与细砂岩、泥岩互层;K3灰岩为该段顶板,平均厚4m,质纯,未见岩溶。在地层浅部据老风井掘进与东观29、东观37孔钻探揭露,K3在其顶面形成空腔,有黄泥残积充填,应为溶蚀作用和煤系风化产物。东观38孔在-560m标高见此层,顶面并无黄泥,但K3底10m段落内为强含水部位。抽水试验揭露单位涌水量为1.1L/s·m,与老风井马头门探水与涌水条件相似。K3顶、底板是出水部位,而且本段与上段含水层水基本一致(即无隔水地层),本段其余地层弱透水。水质类型为HCO3-CaMg型,水温18.5~19.5℃。
(3)奥陶系灰岩含水层(I)此段不整合于含煤地层下。本区揭露此层的有12个钻孔,除车59、车43两钻孔揭露较厚(97.38m和73.26m)外,其他钻孔一般揭露厚度多小于10m,但其厚度被推测为大于400m。通常第四系底部卵砾石层与之直接接触的地区,岩溶比较发育,在顶部的裂隙和溶洞中多有粘土质和砂、砾石充填。渗透系数为3.405~10.385m/d,单位涌水量为0.799~1.794L/s·m,水温19.5℃,水质类型为HCO3-CaMg型。本层含水性较强,是一良好的供水层位,但对矿井深部的开采存在很大威胁。1958年的静水位标高为+22.26m(车43孔),目前本含水层水位标高为-16m左右。
5.3.1.2 矿井隔水层概述
本区弱或极弱透水性地层或密集为层系或独立成层。撇开构造因素,仅就岩性区分,自上而下有:
(1)A层及其附近铁铝质粘土岩
A层以上发育为3~4层,层间距为4~20m,层厚度为3~8m;A层以下80m段距内发育4~5层,层厚小于2m。A层以上段落及以下段落的粘土岩均为弱透水层。
(2)煤5~煤12-2层间沉凝灰岩,各类泥岩,高岭土质砂岩
沉凝灰岩和高岭土质砂岩分布在煤8、煤9近旁以及煤12-1~煤12-2之间,遇水膨胀、裂隙弥合,是极弱透水层。层厚由2~28m不等。各类泥岩层薄,主要赋存在煤8以上与煤12-2近旁,构成煤层直接顶底板。
上述类别岩石连同煤层本身构成了水源不足的层间承压水顶底板。这种含、隔水层密集相间的层系结构形成了垂向径流纤弱的整体阻水效应。因此,煤5以上和煤12-2以下可以水源为背景,分为缺乏垂向联系的两大含水层组。
(3)G层铝土质粘土岩
其厚度随着奥灰剥蚀面起伏变化,大都小于10m。位于煤层基底的G层铝土质粘土岩是稳定的区域隔水层。该层是阻止奥灰水侵入煤系的第一道屏障;复结构的14煤及其粉砂岩与泥岩互层则是第二道屏障。
根据对矿井水文地质条件的综合分析,12-2煤底板主要隔水层为G层铝土质粘土岩。
5.3.2 断层导水性
东欢坨矿区在建井期间共发现106条断层。此外,通过三维地震勘探发现8条断层,其中有4条断到奥陶系在岩。实践证明:矿区绝大多数断层导水性较差,甚至不导水。但在北一,通过对由三维地震勘探给出的断层F3'、F5'进行井下钻探,表明它们导水,水量充足,且与12-2煤底板含水层及5煤顶板含水层有十分密切的水力联系。由于工程限制,对由其他三维地震发现的断层并未做钻探,但并不排除这些断层的导水可能性。
5.3.3 矿井充水条件
5.3.3.1 矿井的充水水源
(1)大气降水、地表水
大气降水、地表水均是井田内地下水的主要补给来源,它们分别通过基岩裸露区及风化带渗入补给,并顺层径流。但在此地区受地形及基岩裂隙发育程度的控制,补给量有限。
大气降水:本区属大陆性季风气候,每年降水多集中在6~9月份,其他时间降水很少。大气降雨通过下渗补给第四系底卵石含水层,通过顺层和垂向补给其他含水层。根据冲积层水文地质剖面图及有关资料,冲积层内含有3个岩性以粘土、亚粘土为主的隔水层,这3层隔水层,沉积比较稳定,隔水性能较强,阻隔了大气降水的向下补给,下渗补给量较小。因此,大气降雨对下部含水层及矿井涌水量不会造成明显影响。
地表水:井田范围内无地表水系存在,仅有两条排水渠。一条向东排至猪笼河,另一条向西排至泥河。两条河流均远离矿区,故地表水系对矿井涌水量无影响。
另外,本区内第四系松散地层中第三隔水层厚达10~25m,即使有采空塌陷,也不致使粘土层断开,阻隔了大气降水和潜水的向下补给。
因此大气降水、地表水和潜水对矿井涌水量影响甚小。
(2)含水层水
井田内的三大含水系统———第四纪冲积层孔隙承压含水层,石炭、二叠纪砂岩裂隙承压含水层和中奥陶纪灰岩岩溶裂隙承压含水层。
(3)老空水
在建井、水平延伸、新区域施工及最上方煤层回采中,充水水源主要为含水层水。而在下方煤层回采中,老空水就成为了主要充水水源。
在本矿井生产过程中,由于工作面的布置、顶底板的岩性特征及涌水等因素,在采空区或废巷有可能存在不同形式的积水。一旦施工工程接近、揭露或冒落带达到这些积水,便可涌入井巷,发生老空区突水事故。老空区突水具有来势猛、破坏性大的特点,往往是瞬间大量积水溃入工作面,形成灾难性事故。
本矿井4个主要可采煤层,其间距为8~12m,属煤层群开采。下一煤层开采时,其导水裂隙带远远大于煤层间距,这样当上方采空区或老巷道存有积水、动水时,这些积水、动水会顺裂隙进入工作面,成为突水水源,若水中再夹杂煤渣、岩碴形成煤矸泥,对下方工作面威胁更大。
基于以上原因,同时受地质条件所限,仅在中央及北一两个采区内回采,所以生产阶段主要是存在老空水的威胁,防治水工作也主要是对老空水的探放。如:2192下风道在掘进及回采前对上方2182上采空区积水进行探放,共疏放积水1728m3;2118工作面在掘进及回采前对上方2196采空区及老巷道进行探放,前后共放出积水及动水4.3万m3;另外2192上、2094、2116等工作面在掘进及回采前均进行了探放,证明存在老空水。由于采取了超前的探放水工作,十几年来未因老空水隐患出现水害事故。
老空水是长期积存起来的,多为酸性水,有较强的腐蚀性,对矿山设备危害甚大。老空区突水时,水势猛,破坏性大,如与其他水源无联系,则突水可急剧减弱。通过确定充水水源,有利于更有效地为防治水提供资料。
5.3.3.2 矿井充水通道
通过近十年的生产实践,东欢坨井田范围内充水通道主要有以下3种方式:
(1)直接揭露含水层
根据开采煤层与含水层的关系,可分为直接充水水源和间接充水水源。从目前矿井的开采区域看,直接充水水源为A0~A、A~5煤顶、12煤~14煤含水层组。
在煤矿生产中,有些工程必须穿越含水层。当巷道直接揭露这些含水层后,含水层水将会进入矿井。如本矿-500水平轨道中石门及-690水平轨道中石门,按设计其由A0~A含水层,穿越A下80m含水层、5煤顶含水层直到12-1煤。这样当巷道揭露含水层时,均发生了涌水,其中5煤顶含水层最大出水点达到10.26m3/min。
(2)断裂带导水
本井田构造发育。通过建井及生产阶段来看,大部分断层未与含水层导通或不导水,但是有些断层则表现导水或揭露时未导水,但由于扰动影响成为导水断层。如2182上工作面在风道掘进时遇一条落差为2m的F138正断层,未出水,但回采至该断层时,又发生了突水,水量0.55m3/min;-230水平北二顶板绕道利用管棚技术顺利通过F2(落差35m)断层组,一年半后发生了迟到突水,最大涌水量3.0m3/min,并伴随有大量的黄泥、卵砾石等物,判断为导通冲积层水。
(3)采矿造成的裂隙通道
巷道掘进和工作面回采时,都会对原有围岩产生影响,当产生的裂隙导通含水层或其他水源时,这些水也会顺采动裂隙进入矿井。大部分回采工作面出水均属此种通道。
Ⅸ 水文地质条件
(一)地下水类型及分布
地下水按不同的划分原则可以分为不同的类型。按地下水赋存介质和赋存介质的空隙性质,可以将研究区内的地下水分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩岩溶裂隙水。各类地下水的赋存条件和分布规律除了受赋存介质的空隙发育特征控制,还不同程度地受地貌、气候、植被等自然条件的影响。
1.松散岩类孔隙水
松散岩类孔隙水主要赋存于研究区内平原及部分岗地的第四系及古近系—新近系松散沉积物的孔隙内。松散岩类孔隙水的赋存条件和分布规律主要和孔隙发育特征有关,并受气候、地貌等因素的影响。而古气候、古地貌、古水流动态、构造运动等因素通过对岩性、岩相和地质结构的塑造对孔隙的发育特征具有决定性的作用。
2.碳酸盐岩岩溶裂隙水
碳酸盐岩岩溶裂隙水主要赋存于丘陵山区的碳酸盐岩的溶蚀孔、洞和裂隙内。地层特性决定了岩溶裂隙水的富水性。如赶脚沟组以大理岩为主,地层厚度大,大理岩质纯且晶粒粗大,易于溶蚀,富水性强;而火山沟组以片岩为主,所夹大理岩厚度不大,岩性变化大,富水性弱;下更新统灰岩泥质含量高,地层厚度小,富水性较弱。
此外,断裂构造对岩溶裂隙水的赋存和分布起控制作用。大型压性断裂是岩溶裂隙水的隔水边界,在断裂带附近常有泉水出露;较大型的压扭性断裂常成为低温泉水的排泄通道,如镇平县寺山镇南场村茫泉就出露于此类断裂带上;此外,近期强烈的山地上升运动非常有利于垂向岩溶裂隙的发育,常构成小型的裂隙-岩溶系统。
3.基岩裂隙水
基岩裂隙水赋存于丘陵山区的侵入岩、变质岩及沉积岩的裂隙内。其赋存条件和分布规律受裂隙发育特征的控制,并受地貌、植被、降水等因素的影响。
裂隙的发育特征主要和岩性、构造、风化程度有关。岩性决定着裂隙的发育特征,对裂隙的发育程度起控制作用,是裂隙水赋存和分布的基础条件;而构造运动的性质和强度对裂隙水的赋存和分布起控制性的作用。
另外,研究区内局部地区还赋存有黏土裂隙水。中更新世以来,长期处于近地表的中更新统、下更新统黏性土,在2~10m的深度内普遍发育一套裂隙系统,这套裂隙系统所含的地下水就是岗区普遍存在的上层滞水。新活动断裂或节理带所造成的构造裂隙系统和浅部裂隙系统相复合时,则形成潜水,单井涌水量变化很大,地下水位变幅大、变动快。
(二)地下水流系统的划分
对于地下水流系统来说,不同层级地下水流系统之间的界限是不同的,其所处的深度也因此具有较大的差异,但是各层级地下水流系统所处的空间基本上都在中深层地下水的下界(埋深约300m)之上,因地形的起伏而在南阳盆地中部平原区发育的局部地下水流系统所处空间也大致可以归并到浅层水(埋深小于50m)的深度范围之内。
1.区域地下水流系统
由于地下水流系统理论是建立在地下水的重力穿层基础之上的,并且规定其发育、发展具有较长的时间尺度背景,区域地下水流动系统的形成以及规模的大小主要取决于区域性地质格局的规模大小、含水介质的渗透性以及补给与排泄区地下水之间的势差等因素,而不受含水层的约束。
通过对南阳地区地质资料以及水文地质资料的收集、整理与分析,对比浅层以及中深层地下水等水位线图,大致可以勾画出南阳盆地内部地下水运动的趋势以及浅层与中深层地下水之间的补排关系等信息。综合地质岩性条件、构造条件以及气象条件,不难得出浅层以及深层地下水的补给来源、径流途径以及排泄方式等运动特征。
南阳断陷盆地作为一个相对完整和独立的构造地质单元,其边缘上升山区、山前地带的孤山丘陵以及剥蚀垄岗与中部下降沉积平原天然构成了一个层级完整、规模较大的地下水流系统。盆地中发育的规模较大的区域地下水流系统使得浅层以及中深层地下水产生了天然的联系。
对浅层以及深层地下水的补给、径流和排泄等运动特征的分析可知,山区向盆地内排泄的地下及地表径流首先在山前地带聚集,进而在山前断裂等构造条件的影响下向地下含水层排泄,形成了浅补深的关系,因此山前地带地下水构成了中深层地下水的天然补给来源,随着地下水的运移,中深层地下水或者在基底凸起处抬升进而向临区排泄,或者通过导水通道向上补给浅层水,甚至形成自流区。区域地下水流系统的轮廓在中深层地下水的运动过程中自然也就被勾勒了出来。
区域地下水流系统的补给区在研究区北部、东北部以及西北部的南阳断陷盆地北部伏牛山山前地带,水化学类型以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg为主;矿化度较低,平均为0.35g/L。排泄区一般在中部平原的中部与南部,水化学类型有HCO3-Ca·Na、HCO3Ca·Mg等,局部地区出现HCO3·Cl-Na·Ca、HCO3·Cl-Ca·Mg·Na等,从补给区至排泄区,地下水的矿化度大致呈现逐渐升高的趋势,但总矿化度为0.26~0.83g/L。
与浅层地下水形成的局域地下水流系统不同的是,区域地下水流系统受到地表起伏的影响不大,主要按深层地质格局天然形成的地下分水岭来划分区域地下水流系统的亚区,大致可分为四个区域:①张林—吴集以西,地下水运动方向为西南方向,张林以北,水力坡度约为2.7‰,以南为1.1‰;②张林—吴集以东,罗湾—桐寨铺的西南地区,溧河以东,地下水由北向南运移,水力坡度为1.0‰~1.9‰;溧河以西,向东南方向运移,上游水力坡度为4.2‰,下游为1.5‰。早更新世以来,南部沉降幅度大于北部,由于深层水的水力坡度小于现代地形坡度,形成了吴集、黑龙集、青华乡、元庄一带的自流区;③罗湾—桐寨铺的东北,唐河以西的地区,地下水向东南方向运移,水力坡度约为0.4‰~2.6‰;④唐河以东的地区,地下水运移方向为西南。
罗湾—桐寨铺一线的深层地下水分水岭,大体位置和南阳—唐河活动性隐伏大断裂的位置相当,该断裂自晚更新世以来,南盘相对上升,是形成深层地下水分水岭的重要原因。受该断裂的控制,加上0.4‰~2.6‰的水力坡度小于地形坡度,厚达百米的砂体,形成了水量丰富的高庙自流区和社旗—青台自流区。
2.局域地下水流系统
系统的层次性是相对而言的,局域地下水流系统的发育主要与盆地内地形的波状起伏有关,受地表地形的影响很大,南阳盆地内部平原与孤山、丘陵、剥蚀垄岗、河间洼地以及背河槽型、蝶形洼地交错分布的现象,塑造了盆地内部浅层地下水极为复杂的补、径、排关系,为盆地内中间地下水流系统以及中部平原区发育的局域地下水流系统的形成提供了天然有利的条件。
按地下水时空演变规律的差异,在研究区内部浅层地下水所处的空间大致可以划出七个中间地下水流系统(图2-8),自西向东分别为:①湍河以西,地下水自西北向东南方向流动。②大致在白营—裴营一线以西,地下水大致由北向南流动,水力坡度岗地2.5‰左右,平原1‰左右。③白营—裴营一线以东,卧龙岗以西,地下水大致向东南方向流动。潦河—夏集以北,水力坡度2‰左右,以南1.25‰左右,水位埋深多小于6m,小于2m的埋深主要出现在河间地块。④卧龙岗以东,桐河以西,地下水大致向西南方向流动,水力坡度0.8‰左右。⑤桐河以东,刘寺—前营以西,地下水大致向南流动,水力坡度1.4‰左右,水位埋深多小于2m。⑥刘寺—前营以东,社旗以南,地下水大致自东北向西南方向运移,水力坡度0.4‰左右。⑦唐河—泌阳—新野一线的东南部,地下水大致自东、东偏北,向西、西南方向流动。
图2-8 局域地下水流系统分区示意图(单位:m)
中部平原区平坦的地形之中也会存在局部洼地、低地等局部微起伏的地形,为局部地下水流系统的形成提供了条件,一般情况下,局部水流系统嵌套在区域地下水流系统与中间地下水流系统的内部,规模较小,受气候条件、岩性条件以及临区地下水径流的特征影响显著。
发育在南阳盆地中部平原地区的局域地下水流系统,其补给方式多样,径流特征复杂,排泄主要为蒸发以及人工取水。由于各局部水流系统的界限不太明显、规模较小且数目较多,在此不一一列举。地下水化学类型主要有HCO3·Cl-Na·Ca、HCO3-Ca·Na、HCO3Ca型等,少数地区出现分布范围极小的Cl·HCO3·SO4-Ca型地下水,可能与深层水的垂向补给有关。矿化度随地下水流向、径流途径的加长而具有增大的趋势,变化范围较大,为0.04~1.01g/L,河间地块的低洼地带、蒸发强烈的局部水流系统的汇矿化度相对较大,波状岗地相对较小。
Ⅹ 水文地质工程地质条件勘探与分析
由于注浆截流防治矿井水害技术有其特定的应用条件,所以在确定是否采用注浆技术之前必须进行矿井水文地质条件和施工工程地质条件的勘探与分析。勘探与分析研究的主要内容包括水害形成的地质构造因素和人为工程活动因素、水害形成的层位、含水层岩性、突水水源、矿井充水补给通道的性质及其分布范围、最大突水量、稳定突水量、过水通道内或突水口处的地下水流速、静水压力等。只有弄清这些问题,才能制定切实可行的注浆堵水技术与工程方案。
(1)查明矿井所在地区造成矿床充水的充水水源及其赋存条件、控制矿井水害的主要因素及其变化规律,用以进行综合防治水技术路线的分析比较,以决策总体治水方案。
(2)查明矿井局部地区水文地质结构与矿井充水条件,用以决策防治水工程的具体布设和工程的经济可行性分析,避免工程宏观规划布设不当,影响防治水效果或造成工程浪费。该阶段应重点查明矿区和采区主要构造单元的特征,陷落柱和断层显现规律及其断距、产状要素,小构造特征等;查明施工地段岩层的岩石成分,岩石可钻性等级,岩石的裂隙性特征、孔隙度或者裂隙张开性与切穿性;查明含水层特征、厚度和赋存深度,地下水的静水压力水头,含水层的渗透系数等。查明地下水的矿化类型和程度,硬度、酸度指标,对水泥和金属侵蚀的类型和程度,地下水化学成分随深度的变化规律等化学特性。
(3)查明工程施工条件,包括查明施工地段的工程地质条件、运输施工条件、材料供应条件、采掘工程条件等,确定防治水工程要求达到的精度,以便进行施工程序与施工工艺方法的设计。查明矿区和采区的地理位置和行政位置、地表地形、区域水文网、当地的气候条件;查明区域的经济状况,运输、电站、供水和供热源,以及当地现有的适于制备止水浆液的建筑材料。