摘要：斷層富水性的確定，多少年來人們主要依靠地面鉆探及井下揭露獲得信息，繼而提出礦井防治水措施。筆者主要根據瞬變電磁法成果，并結合鉆探成果，對新驛井田內主要斷層進行了研究。主要對這些斷層的富水性進行了探討與評論，得出了本區斷層的富、導水性不均一，同一斷層的不同地段由于兩盤巖性、巖溶發育程度不同，斷層的富、導水性往往存在較大差異的結論，其可成為擬定煤礦防治水方案提供較全面可靠的設計依據。
　　關鍵字：水文地質學；瞬變電磁法；斷層；富水性
　　
　　0引言
　　新驛井田位于山東省濟寧市兗州市西部新驛鎮境內，總面積為56.9km2.該井田自1958年開始進行找煤工作，至2001年7月完成井田勘探（精查）地質報告，共探明地質總資源量29996.4萬t.該礦地質及水文地質條件復雜，根據地震、鉆探及井下揭露，井田內落差100m以上的斷層為9條；50～100m的9條；30～50m的11條；5m以下的有60多條[1]。這些斷層的存在對煤礦的安全生產產生了極大的威脅，因此必須對井田內斷層的富水性進行研究。
　　1研究區地質特征
　　1.1地層
　　本區地層區劃屬華北地層區魯西地層分區濟寧小區，地層層序自下而上為早古生界寒武系、奧陶系；晚古生界石炭系、二疊系；中生界侏羅系；新生界第三系、第四系。區域地層缺失志留系、泥盆系、三疊系、白堊系[1]。
　　1）寒武系（∈1～∈3）
　　在礦區南部南陽湖以東有基巖出露，其余地區均隱伏或埋藏于地下。厚度665.72～783.36m，由海相灰巖、竹葉狀灰巖、鮞狀灰巖、泥巖、砂質泥巖組成。
　　2）奧陶系（Ｏ1～Ｏ2）
　　在兗州、濟寧煤田區均埋藏于石炭系以下，在兗西～鄒西一帶隱伏于第四系以下，總厚度大于800m，由海相灰巖夾薄層泥質灰巖及白云質灰巖組成，偶夾豹皮狀灰巖。
　　3）石炭系（Ｃ2～Ｃ3）
　　平均厚度205m，以深灰～灰黑色粉砂巖、泥巖及雜色泥巖為主，夾石灰巖10～17層，含煤18～25層，底部具G層鋁土巖及山西式鐵礦層。與下伏地層為假整合接觸。
　　4）二疊系（Ｐ11～Ｐ12）
　　（1）二疊系下統（Ｐ11～Ｐ12）：平均厚度145m，頂部下石盒子組以灰綠色砂巖和雜色泥巖、粉砂巖為主；底部山西組為淺灰～灰白色中細粒砂巖及深灰色粉砂巖、泥巖夾煤層，為本區主要含煤地層。與下伏地層呈整合接觸。（2）二疊系上統（Ｐ21）：厚度大于500m，巖性為雜色泥巖、粉砂巖和灰色砂巖，含植物化石，底部含B層鋁土巖。與下伏地層呈整合接觸。
　　5）侏羅系（Ｊ3）
　　厚度大于1300m，上部為灰綠色粉、細砂巖互層夾泥巖；下部為紅色砂巖，并有燕山晚期巖漿巖侵入，底部有不穩定的礫巖。與下伏地層呈不整合接觸。
　　6）第三系（R）
　　厚度0～731.03m，出露于東北部泗河以北地區，巖性為紫紅色細砂巖、粉砂巖、泥巖，半固結。與下伏地層呈不整合接觸。
　　7）第四系（Ｑ）
　　厚度0～350m，黃褐、棕、灰等雜色粘土質砂、砂礫層，廣泛分布于全區，東北薄、西南厚。與下伏地層呈不整合接觸。
　　1.2構造特征
　　1）褶皺構造
　　新驛井田處于汶泗向斜南翼。區內主要褶皺方向為北東向～北東東向，對井田影響較大的為半邊店向斜，向斜軸由南北轉北東，延展長約10km，跨度9km，最大幅度750m.自南向北被長溝斷層及其支斷層等切割成階梯狀斷塊。以長溝支五斷層為界，北半部3上煤層最大埋深750m，地層傾角10～15°左右；南半部3上煤層最大埋深為300m，大部分被剝蝕。下組煤埋藏較淺，地層傾角5～10°.
　　2）斷層構造
　　井田內斷層的力學性質，主要是受后期孫氏店斷層東西向拉伸及南北向擠壓作用而形成的張扭性斷層，造成井田內構造方向大部為北北東或北東向(如圖1所示)。
　　
　　圖1井田構造示意圖
　　Fig.1Mapshowingstructureofcoalmine
　　（1）孫氏店斷層：位于井田西部邊界一帶，為正斷層，走向近南北，向西傾斜，落差500m。它向北延伸切割了一級構造鄆城斷層，向南延伸切割了長溝斷層。斷層東盤抬升造成煤層被剝蝕，是井田西部主要控水構造之一。（2）長溝斷層：是井田南部的自然邊界，為正斷層，走向北東向，向北西傾斜，落差300m.在長溝斷層南盤總體為一奧灰隆起的地壘構造形態，煤系地層缺失，是巖溶地下水的強富水區，對采煤有一定威脅。（3）長溝支一～支五斷層、DF54等：在先期一級斷層構造影響下，派生了次一級的長溝支一～支五斷層、DF54、DF103斷層等，井田自南向北以上北東向的斷層切割成階梯狀斷塊。
　　1.3礦區水文地質特征
　　位于魯西南，屬海陸過渡性溫帶半濕潤季風氣候區，大氣降水在正常情況下通過滲透孔隙含水層，間接補給煤系地層。區內奧灰巖溶地下水主要接受東部巖溶水的側向補給，其次接受覆蓋區第四系地下水的滲漏補給。巖溶地下水總體自東向西徑流，進入勘查區后，受中部半邊店向斜和西部孫氏店斷層阻水作用的控制逐漸轉向南，經長溝支五斷層孔屯～顏家村段向南徑流。礦區的水文地質特征基本確定了礦區的電性特性。含水層的電阻率比周圍地層的電阻率低，但奧陶系灰巖電阻率高于其上覆地層的電阻率，且煤系地層含水層間電阻率變化不明顯，這使得應用瞬變電磁法探測斷層的富水性成為可行[2]。
　　2工作手段
　　2.1瞬變電磁法簡介
　　瞬變電磁法（transientelectromagneticmethod,TEM）是利用不接地回線（大回線磁偶源）或接地線源（電偶源）向地下發送一次場，在一次場的間歇期間，測量地下介質的感應電磁場（二次場）電壓隨時間的變化。該二次場的大小及衰減速度與地下地質體有關，根據二次場衰減曲線的特征，就可以判斷地下地質體的電性、規模、產狀等[3]。由于該方法是純二次場觀測，故與其他電性方法相比，有體積效應小、縱橫向分辨率高、對低阻反應敏感等特點。過去該方法主要應用在金屬礦體的勘探中，近年來，隨著儀器發射功率的加強和接收靈敏度的提高，在解決煤礦水文地質問題上也發揮了較好的作用，在國內外已經取得了令人矚目的效果。
　　2.2應用原理
　　巖層由于斷裂和地應力的作用，會產生破碎而充水，使其導電性增強，形成低阻體；完整的灰巖其導電性較差，但其因斷裂而破碎充水或巖溶發育充水時，其導電性會顯著增強。由于斷裂而形成的低阻體可以用導電薄板來模擬，由于巖溶發育而形成的低阻體則可用導電球體或圓柱體來模擬[4～6]。
　　2.3儀器
　　本次探測使用儀器：西安強源物探研究所產EMRS-2B型微機電磁勘探儀；觀測方式：小線框大電流中心回線法；發射線框尺寸：5m×5m；接收線圈：高頻接收探頭。
　　3結果分析
　　3.1斷層力學性質及富（導）水性分析
　　1）張扭性大斷層的富水、導水性分析
　　井田內斷層的展布方向嚴格受北部鄆城斷層、西部孫氏店斷層、南部長溝斷層等張扭性大斷層控制。其中南部長溝地壘奧灰隆起帶縱貫北東，地層破碎，是一個良好的導水儲水構造，單位涌水量是區內的5～10倍，在以后井下奧陶系灰巖排水情況下，長溝地壘北斷層易轉化為勘查區巖溶水的補給邊界；西部孫氏店斷層東升西降，受西部泥巖隔水層影響，斷層帶閉合較好，阻止了與西部巖溶水的水力聯系，但該斷層東盤奧陶系灰巖隆起帶縱貫南北，并與長溝地壘相交，縱向導水能力較強；北部鄆城斷層為區域性隔水斷層，其導水及富水性較差。
　　2）一般張扭性斷層的富水、導水性分析
　　井田內斷層的力學性質，是在鄆城斷層主張應力作用下，受后期孫氏店斷層東西向拉伸及南北向擠壓作用而形成的張扭性斷層，斷層走向以北北東或北東向為主，多為高角度正斷層。從斷層兩側的巖層組合分析，斷裂帶結構以泥巖、砂巖或灰巖角礫為主，有泥質充填。對于一些小斷層而言，在井下實際揭露過程中閉合一般較好，僅局部導水，有淋水出現。而對于一些大斷層，因具有多期活動性特點，斷層帶膠結和充填程度可能較低。如：長溝支五斷層和DF103斷層東段，物探的低阻即反映了斷層帶膠結松散并有富水特征。在建井期間所揭露的XF27斷層涌水18m3/h，為導水斷層。
　　3）分支斷層的富水、導水性分析
　　在長溝支五斷層和DF103主干斷層東段，發育一些分支斷層，并與主干斷層相交。在交匯部位，往往巖層受力集中，巖石破碎、裂隙發育，是地下水富集的部位。如興隆莊礦在建井期間突水頻繁，有80%的突水點在落差小于14m的分支小斷層上。
　　3.2主要斷層的富（導）水性分析
　　根據本次瞬變電磁及鉆探資料，結合以往勘探資料，區內易導水及富水斷層主要有10條（如圖2所示）。現分述如下：
　　1）長溝支五斷層
　　在勘查區南部，長溝支五斷層落差0～200m，最大落差達200m，造成局部奧灰與下組煤直接對接。據瞬變電磁資料推斷該斷層總體來說富水性強，其中斷層東段富水性強于西段；斷層南盤富水性強于北盤。總體而言，長溝支五斷裂帶地層破碎、裂隙發育，富水性較強，巖石強度低，對下組煤的開采威脅較大。
　　2）DF103斷層
　　在勘查區中部DF103斷層東段，落差達55～95m，造成上、下盤奧陶系灰巖與下組煤直接對接，物探視電阻率曲線低阻特征明顯，推斷為較強富水斷層帶，斷層附近的主3號電測深點顯示，在深度640～890m發育3層巖溶裂隙段，累厚約100m，對下組煤開采威脅較大（如圖3所示）。在DF103斷層西段，物探資料顯示巖溶發育中等偏弱。
　　
　　圖2主要斷層富水性分布圖
　　Fig.2Distributionofwaterabundanceofmajorfaults
　　
　　圖3DF103斷層視電阻率曲線（A－A/）
　　Fig.3CurvesofapparentresistivityofDF103（A－A/）
　　3）DF155斷層
　　斷層落差20～55m，致使局部奧陶系灰巖與下組煤直接對接，且北端與DF103斷層相交，地層破碎、裂隙發育。物探有低阻異常反映，推斷為較強富水斷層。
　　4）DF143斷層
　　斷層落差0～30m，物探有低阻異常反映，推斷為較強—中等富水。
　　5）XF14、XF27斷層
　　斷層落差分別為0～35m、0～55m.物探低阻異常反映不明顯，推斷富水性相對較弱。但建井接露證實XF27涌水18m3/h，為導水斷層。
　　6）DF54、DF68、DF84、DF97斷層：
　　斷層落差分別為60～70m、0～35m、0～22m、0～30m.物探有低阻異常反映，推斷富水性中等。
　　4結論
　　根據本次瞬變電磁及鉆探資料分析，本區內各斷層的富、導水性差異較大。由于兩盤巖性、巖溶發育程度不同，斷層的富、導水性往往存在較大的差異。在礦井開采以后，由于地應力或水壓的突變，一些被認為阻水的斷層也可能因為地應力或水壓的變化轉化為導水斷層，因此，在生產中對斷層破碎帶應引起重視。
　　
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