劉橋一井田北部斷裂構造導水特征分析
（張廣好 皖北煤電集團公司劉橋一礦， 安徽省濉溪縣， 234001）
基金項目：安徽省教育廳自然科學基金
摘 要 根據鑽孔揭露時的簡易水文觀測、礦井放水試驗、瞬變電磁（TEM）法探水資料及井下煤（岩）巷揭露斷層時斷層的淋水、湧水情況和工作麵出水期間斷層兩盤水文觀測孔的水位變化情況，對斷層導水性特征進行了03manbetx 。研究表明井田內主要斷層導水性具有明顯的差異性，導水斷裂以北北東走向為主。
關鍵詞 斷裂構造 展布方向 導水性
1 前言
劉橋一井田位於安徽省淮北市濉溪縣劉橋鎮境內。礦井西北以土樓斷層和穀小橋斷層與劉橋二礦為界，東南以劉橋斷層為界；淺部至六煤層露頭，深部至-600m水平。該井田構造位置處於中朝板塊南緣，郯廬斷裂西部，徐宿弧形推覆構造中段的大吳集複向斜南部的翹起端，總體上為一不完整的向斜構造形態（圖1）。地層傾角一般在8°~15°，受構造影響局部傾角變化較大，構造較為發育。區內落差大於10m的斷層25條，其中正斷層19條，逆斷層6條。
根據鑽探和井巷揭露，井田內所見地層有：奧陶係、石炭係、二疊係、第三係和第四係，主采二疊係下石盒子組及山西組的四、六煤層。隨著六煤層回采與礦井的延深，底板下伏太原組灰岩水（簡稱太灰水）和奧陶係灰岩溶水（簡稱奧灰水）的突水危險將日趨突出，而大多數突水都與斷裂構造有明顯關係，因此，研究斷裂構造的導水性，對井田預防底板突水具有十分重要的意義。
2 井田主要斷層導水性03manbetx
21 陳集斷層導水性
陳集斷層位於井田北部，向斜軸部東翼附近，為逆斷層。斷層走向NE，傾向SE，傾角25～60°，落差0~30m。其落差小於六煤底板隔水層厚度，因此不存在斷層與煤層的對接。井下巷道多次穿過該斷層，僅局部地段出現滴水，表明斷層垂向不導水。
圖1 劉橋礦區構造圖（略）
該斷層水平方向隔水性明顯。為了研究礦井太灰水位變化規律，2001年在井田深部12線附近的陳集斷層兩盤分別布置了水16（下盤）和水15（上盤）太灰水位觀測孔，兩孔水平距離500m左右。
永夏礦區兩孔初始水位分別是－11150m和－10197m，相差953m。由於下盤采區出水及放水作用，太灰觀測孔水位不斷下降。到2003年8月，水16孔水位下降到－2124m，水15孔水位下降到－108m，兩孔水位差達1056m，如此大的水位差說明陳集斷層在該區起著隔水作用。
22 土樓斷層的導水性
土樓斷層的最大落差達200m，從南向北斷層的落差逐漸變小。為了研究斷層的透水性，劉橋二礦放水試驗時，采用水4(下盤)和Ⅱ檢3(上盤)兩觀測孔分別監測斷層兩盤的水位變化。從放水試驗所揭露的水動態特性來03manbetx ，土樓斷層在隔水效果上顯示出多重性。
（2）垂向不導水性。放水前土樓斷層附近的太灰鑽孔水位比較低，如水10和Ⅱ檢3孔水位分別為-12722m和-12494m，均比放水孔附近G1孔的和G2孔的水位(-10604m和-10437m)低得多，如果土樓斷層在垂向上導水，那麼下伏奧陶係灰岩水將沿斷層上升補給太原群灰岩，太灰水的水位絕不可能如此低。
（2）水平方向隔水不均一性明顯。從斷層兩盤水位對比可發現這一規律，如斷層中部的Ⅱ檢3孔與水4孔分別位於土樓斷層的上、下盤，水平距離僅550m左右，試驗初始水位分別為－104174m和－12494m，兩孔的水位差達2077m。若本地帶斷層隔水性能不好，二者間絕不可能有如此大的水位差。盡管緊靠土樓斷層的Ⅱ檢3孔 (上盤)與水4孔 (下盤)之間2077m的水位差顯示出斷層帶的良好隔水性，但是在放水過程中，在中心孔附近的G1孔水位降深1112m的情況下，水4孔水位降深達789m，Ⅱ檢3孔水位降深也達515m，在放水孔關閉後水4孔與Ⅱ檢3孔水位分別回升了298m和131m，並且當G3孔封孔後，兩個孔的水位都有一定反應。這些現象均表明放水孔與兩個觀測孔存在水力聯係，隻是與Ⅱ檢3孔的聯係性差一些。這實際意味著土樓斷層並未在太灰含水層間起到完全隔水的效果。
劉橋一礦北翼深部瞬變電磁（TEM）法探水資料03manbetx 也表明，在深部土樓斷層上盤存在視電阻率異常區。
以上資料表明，土樓斷層的隔水性具有不均一性，在井田南部隔水能力最強；到中部一帶，雖然有明顯的隔水證據，但斷層兩側太灰水的相互聯係證據也異常明顯；北部的相對較差。總的來看，土樓斷層的隔水性也具有由南向北逐漸變差的特征。
23 劉橋斷層的導水性
該斷層位於井田東北部，為淺部邊緣斷層。落差110~290m。研究區內太原組灰岩與煤層直接接觸。 劉橋斷層的導水性與土樓斷層的導水性具有相似性。鑽孔資料表明，劉橋斷層的滲透性相差較大，滲透係數在001154 ~0859 m/d（表1）。井下六煤開采資料表明該斷層在井田南部隔水能力最強，但從瞬變電磁（TEM）法探水剖麵分析，深部劉橋斷層的北部上盤隔水性較差，具有一定的導水性。
3 導水斷裂構造展布特征
根據井下裂隙觀測統計（圖2），按走向分，砂岩中裂隙主要發育有5~6個方向，其中主要一組為平均走向359°，傾角一般大於80°，傾向近東，該組裂隙的開啟性較好，常有淋水或湧水現象；其它方向的裂隙或是裂隙麵為緊密狀，或是裂隙被泥質、鈣質所充填。
井田早期形成的北東向剪切斷層受到多次北北東向擠壓，而多表現為右型走滑，且出現部分拉張，而具有一定的導水性。據統計，井下落差大於5m的導水特征的斷層90%以上走向為N20~45°之間（圖2、圖3）。
圖2 砂岩裂隙走向玫瑰花圖（略）
圖3 導水斷層統計圖（略）
4 導水性斷裂構造的演化特征
構造展布特征表明，本區構造經曆了多期不同方向應力場的複合作用，而局部應力場方向又無不受到區域大地構造應力場的控製。各期構造相互幹擾、疊加，而形成現今礦區的構造格局。
表1 劉橋一礦主要斷層水文孔抽水試驗資料（略）
41 印支期
三疊紀時期，揚子板塊與中朝板塊發生碰撞。在近南北向主壓應力場作用下，華北地區發生近東西向褶皺，並伴生軸向逆衝斷層及北北東向左旋剪切斷層，在本區表現為煤係形成後第一期應力場。在該應力作用下，劉橋斷層、土樓斷層此時表現為左旋張剪性。
42 燕山期（一期）
中生代晚期，東部Iznagi板塊向北西西向移動，使中國東部褶皺成山，形成本區煤係形成後第二期應力場。據劉橋二礦砂岩石英光軸組構分析，本區發生的最大擠壓方向為N102~ 124°之間。該期構造在本區主要表現為東西向縮短，形成了陳集向斜、土樓背斜等北北東向褶曲（圖1），並出現北北東向逆衝斷層。此時，劉橋斷層、土樓斷層進一步發育，並表現為壓扭性。該期褶曲構造受印支期褶皺的限製，基本不穿越前期背斜軸。
印支期及燕山期為兩近於垂直的主壓應力場，是本區構造形跡的主要形成期。印支期及燕山期形成的斷層時間較早，井下觀測發現，其斷層帶充填物基本已膠結成岩。在未受後期改造的情況下，其斷層基本不導水。
43 燕山期（二期）
早白堊世至始新世期，岡瓦拉板塊北移，在本區形成北北東向擠壓作用，形成本區煤係形成後第三期應力場。研究區構造主要表現為早期北北東向斷裂活化，並出現右型走滑。在該應力作用條件下，本區形成了一係列較為平緩開闊、軸向近於平行，沿北北西向展布的褶曲，及與褶曲軸平行發育的逆衝斷層。早期形成的北東向斷裂出現一定程度的拉張，導致部分早期形成的北北東向斷層活化。由於該期構造運動形成時間較晚，斷裂帶充填物膠結相對鬆散，礦井井下遇到該方向的斷層易發生出水或湧水現象。
44 新構造運動
該期構造在本區主要表現拉張性質。井下發現各區段普遍發育一組近北東向張裂隙，裂隙的充填性較差，成為礦井砂岩中主要導水裂隙。當山西組六煤底板砂岩發育時，其裂隙易導通太原組灰岩水，使六煤開采時，易發生底板湧水。
5 結論
(1)井田內主要斷層的導水在垂向和水平方向上具有明顯的差異性。陳集逆斷層在垂向具有不導水性，水平方向隔水性明顯；土樓斷層和劉橋斷層在淺部（南部）隔水性明顯，但隔水性具有由南向北逐漸變差的特征。
(2)本區構造形跡的主要形成於印支期及燕山一期，但由於形成的斷層時間較早，其斷層帶充填物基本已膠結成岩。燕山一期及新構造運動使早期形成的北東向斷裂出現一定程度的拉張，導致部分早期形成的北北東向斷層活化。由於這兩期構造運動形成時間較晚，斷裂帶充填物膠結相對鬆散，礦井井下遇到該方向的斷層易發生出水或湧水現象。
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