中國煤田區域水文地質概況
一、華北賦煤區水文地質概況
根據水文地質條件的不同，華北賦煤區可分為沁水煤田、鄂爾多斯東緣含煤區、渭北煤田、太行山東含煤區、京唐含煤區、豫西和徐淮含煤區，各區的水文地質條件有所不同。
1、、區域含水層
① 煤系基底為巨厚的寒武奧陶系灰巖 厚約800余m，出露廣泛,接受大氣降水后形成儲量巨大的強含水層。根據寒武奧陶系灰巖與煤系地層之間沉積的隔水層在各地區變化狀況，大致可分為三種類型：
·隔水層厚度在百余m以上。所處地區構造相對簡單，寒武奧陶系灰巖水對煤系地層威脅較小，如沁水盆地、京唐地區、兩淮地區等。
·隔水層厚度較薄，約為30~50m。所處地區構造相對較復雜，使寒武奧陶系灰巖水與煤系地層含水層發生水力聯系，并對煤層造成充水威脅，如太行山東含煤區 。
·奧陶系地層缺失。在豫西臨汝一帶缺失奧陶系地層。使寒武系灰巖成為煤系地層的基底，但寒武系灰巖出露不夠廣泛，巖層的富水性較差，如平頂山礦區多數礦井在開采一、二號煤層時發生寒武系灰巖突水，淹沒礦井，但在較短時間內即可將水排干，恢復生產，說明寒武系灰巖外來補給不充裕，巖層富水性不強，對煤系地層和煤層開采威脅較小。
上述三種不同類型對煤層氣賦存有不同作用，見后述。
② 太原組薄層灰巖 厚度為1~2m至6~7m，層數為幾層到十幾層，各地不等，常為煤層的直接頂板。含水性弱～中等，對煤層 影響 較大，但由于厚度薄，水的儲存量小，在無補給或少量補給的情況下，煤層開采后很快就可以疏干，如遇較大斷裂與奧陶系灰巖發生水力聯系，外來補給充裕，則對煤層的開采和煤層氣影響則較大。
③ 煤系地層上覆的砂巖地層 厚度較大，除地表風化帶和裂隙發育的淺部富水性較強外，一般隨深度加深，裂隙逐漸減小，富水性逐步變弱，在一般開采深度對煤層氣影響較小。
④ 巨厚新生界覆蓋層 僅開平向斜、兩淮煤田和太行山東麓少數煤田賦存有巨厚的新生界覆蓋層，對煤系地層影響較大。一種情況，新生界覆蓋層巨厚，接受大氣降水后直接補給煤層頂部或夾于煤系地層中的裂隙砂巖，由于覆蓋層巨厚，水儲存量大，形成了充沛的補給來源，如開平向斜。另一種如兩淮煤田，新生界覆蓋層巨厚，自上而下分為四個含水層，間含三層隔水層，新生界含水層與煤系地層的含水層相隔，使煤田的水文地質條件簡單化，形成了兩淮地區獨特的水文地質條件。
(2)、沁水煤田、渭北煤田、鄂爾多斯東緣含煤區
本區屬大陸性氣候，年降雨量為400-580 毫米。石炭-二疊系煤系的為奧陶系峰峰組，厚約50~100余m，為極弱含水層，與太原組、本溪組隔水層相加，厚約百余m，成為這一地區的相對隔水層，把奧陶系上、下馬家溝組的巨厚巖溶裂隙含水層與煤系地層隔絕開來，使煤系地層的水文地質條件趨于簡單化。煤系地層的含水層為太原組薄層灰巖，下二疊統山西組、下石盒子組的砂巖。太原組薄層灰巖的單位涌水量0.0004~0.108L/s.m。山西組、下石盒子組砂巖的單位涌水量0.00005~0.137 L/s.m，滲透系數0.0002~0.137m/d。這二個含水層的含水性微弱，水動力小。
太原組薄層灰巖及山西組、下石盒子組砂巖的降雨補給有限，水質皆為HCO3-Ca.Mg型，礦化度皆小于0.5g/l。地下水逕流緩慢。由于構造形式皆為單斜或向斜一翼，故以靜水壓力將煤層氣封閉于單斜的中深部。
(3)、太行山東含煤區
本區含水層為巨厚的奧陶系巖溶裂隙含水層，厚約600余m，上覆本溪組厚度30m左右。當斷裂斷距較大時，奧陶系灰巖與太原組薄層灰巖或山西組砂巖直接接觸，上、下含水層發生水力聯系。含水層水動力強，補給、涇流、排泄體系完整。本區西部皆為廣泛出露的寒武、奧陶系灰巖，面積可達千余平方公里，接受大氣降雨后形成了巨厚的奧陶系灰巖巖溶裂隙水。當煤田中有背斜或抬升地層出露時，由于地層阻擋，灰巖泉水即出露地表，形成了完整的補逕排系統。
本區為斷塊構造，導致煤系地層中的太原組薄層灰巖和山西組砂巖與奧陶系直接接觸，發生水力聯系，因此煤層中煤層氣被奧灰水攜帶運移，形成無氣或貧氣地區，如邢臺礦區、峰峰礦區鼓山西的和村-孫莊向斜、安陽礦區珍珠泉以西塊段、鶴壁礦區小南海泉群以西塊段等。東部，寒武奧陶系地下水流向為由西向東，隨著深度的增加巖溶裂隙隨之減少，水壓由+130m~-500m左右, 水位年變化幅度為10~20m。在深部對煤系地層形成了巨大的水壓。由于邯邢深大斷裂的阻隔，奧灰水在這一帶只有補給、逕流，無排泄地點，地下水的水化學類型為Cl-Na型，礦化度為5g/l左右，充分顯示了地下水呈停滯狀態。
(4)、豫西煤田
該區地形為低山丘陵和平原，年降雨量為700~800毫米。其顯著特點為，缺失奧陶系灰巖，煤系直接超覆于寒武系上。寒武系灰巖單位涌水量為1.325~0.0000718 L/s.m，滲透系數為4.8~0.00075 m/d，水化學類型為HCO3-Ca.Mg型水，礦化度為0.255-0.324 g/l。含水性為中等偏弱。而煤系地層的薄層灰巖其單位涌水量為0.302~0.0000479 L/s.m，滲透系數2.93~0.000458 m/d, 水化學類型為HCO3-Ca.Mg型，礦化度為0.55g/l左右。其含水性微弱，煤系砂巖層單位涌水量0.45~0.000217 L/s.m，滲透系數4.0~0.000721 m/d，水化學類型HCO3-Na.Ca型水，礦化度為0.37g/l左右，含水性微弱。
煤系地層的下伏、上覆和夾于煤系的含水層，除寒武系灰巖水有時略大一點可造成礦井突水外，其余的含水性都較弱，地下水逕流緩慢，可以其靜水壓力對煤層氣進行封閉，形成煤層氣區域性富集。其中的平頂山礦區地下水由西南流向北東方向，水壓由+80~-400m，對煤層形成了較大壓力，地下水的年變化幅度小，為3~7m。
(5)、徐淮含煤區
本區計有四個煤田，本書敘述以兩淮為主。該區地形基本上為一西北高東南低的沖積洪積平原區，年降雨量為750~900 毫米。煤系地層上覆新生界松散層，厚度較大，200-400m。煤田呈軸向NWW~EW向的復向斜構造，兩翼發育有一系列走向壓扭性逆斷層，部分地層直立倒轉。煤田內部走向逆斷層也較發育。
主要含水層為新生界松散孔隙含水層，分為四含三隔，特別是底含和三含對煤田有重要影響。底含的單位涌水量0.0176~0.8311 L/s.m，滲透系數0.002226~2.367m/d，水化學類型為Cl- K+Na型水，三含與上部含水層有一些水力聯系，單位涌水量0.025~2.3L/s.m。滲透系數0.82~15.98m/d，水化學類型為Cl- K+Na型水，礦化度為0.8~2.69g/L。因此，含水層補給源貧乏，地下水運移緩慢，近于停滯，垂直滲透性差，近于封閉狀態，含水層以儲存量為主。
煤系地層中，砂巖裂隙含水層單位涌水量為0.00152~0.8911 L/s.m，滲透系數為0.00152~2.37m/d，礦化度為2.368~2.45g/l，水化學類型為Cl-K+Na型。含水層含水性極弱。太原組薄層灰巖其單位涌水量為0.00105~0.224 L/s.m，滲透系數為0.0017~3.09m/d，礦化度1.9~2.99g/l，水化學類型為Cl-K+Na型。煤系地層砂巖、薄層灰巖含水性微弱，地下水逕流緩慢或停滯。
四含覆蓋于煤系地層之上，其地下水運移緩慢或停滯，對煤系地層幾乎沒有補給。
二、西北賦煤區水文地質概況
西北賦煤區包括柴北-祁連、準南和塔北等煤田或含煤區。地勢較高，降水量稀少，大部分地區有黃土覆蓋，黃土滲透性能較差，降水后大部分順溝渠流走，很少能透過黃土層補給基巖。基巖中的含水層絕大部分為碎屑巖，巖層中夾有粘土層或粘土質，含水性微弱，滲透性能較差，含水層對煤層充水較差，對主要開 采煤層基本無威脅。根據地形地貌、地質和水文地質條件，華北北緣的大青山和華北西部的卓賀礦區，與西北的水文地質特征基本類似。
柴北-祁連含煤區地面標高為2000~2400m，準南煤田為1038m，華北北緣的大青山則為1250~1500m，桌賀含煤區為1089~1400m。這些地區的多數煤田處于構造抬升隆起區，如內蒙高原、鄂爾多斯臺緣、鄂爾多斯西南部的隆起帶等。降雨后多以地表逕流方式流走，很難在當地存留。地下水具有上升型水文地質特征。地貌上以構造剝蝕或剝蝕堆積地形為主。地層由巨厚的碎屑巖組成，第四系沉積很薄。由于地殼的穩定上升，地下水循環速度加快，溶濾作用加強。經過漫長的地質時期，地下水埋藏漸深，含水層變薄，層次增多且不連續，因而含水層的水量一般偏小。
這四個地區均為半干旱大陸性氣候，雨量稀少，如柴北--祁連含煤區年平均降雨量為106.6mm，而蒸發量卻十倍于降雨量，準南降雨量為152.3mm，蒸發量十二倍于降雨量，大青山降雨量322mm，桌賀的降雨量為106.6mm。上述四個地區，由于降雨稀少，具有干旱型的水文地質特征，蒸發和降雨嚴重失調，補給條件貧乏，地面水體少，地表排泄條件好，因此地下水鹽化現象突出，一般形成硫酸鈉鈣型水或氯化鈉型鹽鹵水。
柴北--祁連含煤區是中晚侏羅煤田，巖性以碎屑巖為主，煤田內主要含水層有兩層：⑴，第四系含水層，厚312m，單位涌水量0.534~3.74L/s.m;⑵，窯街組第二巖組(煤2頂板)，屬層間裂隙水，單位涌水量0.021L/s.m，滲透系數0.0169m/d。 大青山煤田有三個含水層：⑴，第四系孔隙潛水，單位涌水量0.25L/s.m;⑵，基巖裂隙承壓水，其中拴馬樁煤系石葉灣組礫巖、砂礫巖單位涌水量0.00233~0.136L/s.m，而石拐煤系召溝組、五當溝組粗砂巖單位涌水量小于0.2L/s.m;⑶，煤系基底灰巖裂隙水單位涌水量小于0.001L/s.m。
桌賀地區為石炭二疊系煤田，有五個含水層：⑴，第四系沖積扇潛水，單位涌水量0.94~7.08L/s.m，滲透系數1.51~16.5m/d;⑵，二疊-三疊系裂隙水，單位涌水量0.0047~0.10941L/s.m，滲透系數0.00000565~0.119m/d;(3)，石炭-二疊系裂隙水，單位涌水量0.01L/s.m，滲透系數小于0.1m/d;(4)，奧陶系巖溶裂隙水，含水層厚約700余m，單位涌水量0.50~5.98L/s.m，滲透系數0.024~2.88m/d，雖然水量巨大，但由于上石炭統本溪組厚度大，約1196~1381m，最薄19.68 m，最厚3168 m，將煤系和奧陶系灰巖水隔絕開來;(5)，太古界千里山群裂隙水，單位涌水量0.000157~0.009L/s.m，滲透系數0.002~0.06m/d。
準南煤田為中侏羅世煤田，含水層計有：⑴，第四系含水層，單位涌水量0.515~1.95L/s.m，滲透系數4.221~0.29m/d;⑵，八道灣組砂巖含水層，單位涌水量0.0001~0.0078L/s.m，滲透系數0.55~0.044m/d;⑶，斷層組，單位涌水量0.067L/s.m，滲透系數0.044~0.98m/d。
本區構造形式多為沉積坳陷，向斜或盆緣單斜。中新生代坳陷盆地中的地下水形成封閉式獨立的水文地質循環系統，盆地內沉積有厚度較大的第三系、白堊系、侏羅系碎屑巖，其上覆蓋有厚度較大的第四系松散堆積物，周邊往往有基巖出露。封閉型水文地質特征表現為地下水內循環作用突出，地下水形成的補逕排均發生在盆地邊緣至中心的地層中，大氣降水為盆地的主要補給來源，垂直蒸發為盆地的主要排泄方式。小型盆地內按區域地下水循環方式進行系統內循環。
三、華南賦煤區水文地質概況
華南煤系地層主要為龍潭組，有湘中-贛中、東南、川東、川南-黔北、滇東-黔西、黔桂等含煤區。根據其水文地質條件的不同可分為兩大地區：(1)，湘中-贛中和東南地區;(2)，川東、川南-黔北、滇東-黔西地區。兩者的水文地質條件大相徑庭。湘贛地區的主要特點，降雨氣沛，含水層露頭巖溶裂隙發育，易于補給，含水層富水性中等～強，含水層亦即充水巖層距主要開采煤層較近，亦是煤層的充水層，對煤層開采威脅較大。而川滇黔地區的主要特點，地形陡峭，降雨充沛，降雨順溝渠流走，較難補給地下水。煤系上覆地層以砂質頁巖、泥巖為主，含水微弱，下伏茅口灰巖雖然含水性強，但由于與煤系地層有較厚的峨嵋山玄武巖-良好的隔水層，使煤系地層的水文地質條件趨于簡單。
(1)、湘中-贛中及東南含煤區
本區為低山丘陵地形，亞熱帶大陸性氣候，年降雨量1339mm。向斜或單斜構造。主要含水層皆為巖溶裂 隙含水層，其中有：(1)，上二疊統大冶組巖溶裂隙含水層，厚均72m左右，單位涌水量0.00001~0.1101L/s.m;(2)，上二疊統大隆組(長興組)含水層，厚75m左右，單位涌水量0.00363~1.38 L/s.m，距龍潭組煤組為30m左右;(3)，下二疊統茅口組，厚350m，單位涌水量0.00085~3.735 L/s.m，礦化度0.29~0.57g/l，水質為HCO3-Ca型。各含水層之間均有良好的隔水層，層位厚度穩定，一般平均50~70m左右。
本區巖溶裂隙含水層均在煤系地層的頂或底部，由于降水量大，降水的很大一部分補給了巖溶裂隙含水層，這些巖溶裂隙水在一定標高以泉的形式泄露于地表，因此煤系地層中煤層氣被水攜帶走并在泉的排泄處逸散掉。在中深部為向斜或單斜，巖溶裂隙隨深度增加而逐漸減弱，地下水的靜水壓力將煤層氣封閉于向斜或單斜中深部的有利部位，并使之富集。
(2)、川東、川南-黔北、滇東-黔西、黔桂等含煤區
本區為山地與丘陵地形，年降水量均為1000~1800毫米。以向斜寬、背斜窄的"隔檔式"梳狀褶皺構造發育為特點。斷裂多為高角度正斷層，逆沖斷層次之。由于煤系地層龍潭組與下伏的茅口灰巖之間沉積有峨嵋山玄武巖，厚約50~200余m。隔絕了煤系地層與茅口灰巖強含水層的水力聯系，使煤系地層水文地質條件趨于簡單化。煤系地層以上飛仙關組以砂巖、粉砂巖、泥巖為主，其單位涌水量0.02L/s.m 。煤系地層巖性以泥巖、砂巖、灰巖、泥灰巖為主，其單位涌水量0.269L/s.m，滲透系數0.375m/d。總體來講煤系地層及其上覆地層含水層含水微弱。
本區的降雨量比較大，但由于地形陡峭，降雨以地表逕流形式流走，很少能補給地下水。煤系地層及其以上蓋層由于含水微弱，構造形式為向斜或單斜，以靜水壓力把煤層氣封閉于煤系地層中。
四、東北賦煤區水文地質特征
(1)、大興安嶺以東
包括三江-穆棱河含煤區五個煤田，松遼-遼西四個煤田和渾江―紅陽二個煤田。這些煤田的水文地質特征基本上是一致的。
本地區除雞西、鶴崗為低山、丘陵、斜坡盆地地形外，其余煤田多為平原。溫帶大陸性氣候，年降水量約為546~700毫米。主要為早白堊世煤系地層，以碎屑巖為主。一般以風化帶裂隙含水帶為主，層間裂隙含水層為輔，即以帶為主，帶中有層。地下水運動主要在淺部風化裂隙帶中，在風化裂隙帶下部為微裂隙帶和構造裂隙帶，存在著封閉狀態的地下水。風化裂隙帶單位涌水量0.24~2.73 L/s.m，滲透系數為1.22~3.03m/d，而風化裂隙帶以下含水層，單位涌水量為0.0048L/s.m，滲透系數0.223m/d，水質類型為HCO3-MgCa型水，礦化度為0.249g/l。
集賢和紅陽兩煤田，雖然地層和構造不盡相同，而其煤系頂部卻都覆蓋著巨厚的第三系、第四系松散地層，總厚約280~1430m。特別是集賢煤田的第三系地層，以灰綠色砂礫巖及粗砂巖為主，顆粒上細下粗、半膠結，厚約200m，單位涌水量0.0012~0.83L/s.m，滲透系數0.0302~0.093m/d，含水性微弱，對煤系地層阻隔地表水和淺部含水性較強的含水層進入煤系地層起了很大作用。同時，煤系地層本身及其上下圍巖在中深部含水微弱，地下水處于封閉狀態。
紅陽煤田雖然第三系、第四系蓋層水文地質條件復雜，而含煤地層之上有中生代侏羅系較厚的砂巖、泥巖、火山巖等蓋層，封閉了晚古生界上部的不整合面，再加以石炭二疊系含煤地層以砂巖、泥巖為主，它們是層間裂隙水，含水微弱，對阻隔含水層起了很好作用。特別是石炭二疊系可采煤層頂底板大部分為泥巖或粘土巖、粉砂巖，它們是良好的隔水層，對煤層氣的賦存封閉條件起到了保護作用。
(2)、大興安嶺以西
包括伊敏、霍林河等中西部斷陷盆地，水文地質條件獨特，煤層是主要的含水層。這類煤田由于成煤時期較晚，上部覆蓋層薄，煤層的煤化程度低，煤層中的成巖裂隙和風化裂隙較發育，井下巷道所見煤層裂隙，有時可達100余mm。地表降雨后，通過新生界松散層補給煤層的裂隙，使煤層成為主要含水層。雨季時煤層充水，只有將煤層水疏干才能采煤。這類煤田由于賦存深度淺，煤層本身富水性，水動力強。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
