摘要：斷層富水性的確定，多少年來(lái)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(jù)瞬變電磁法成果，并結(jié)合鉆探成果，對(duì)新驛井田內(nèi)主要斷層進(jìn)行了研究。主要對(duì)這些斷層的富水性進(jìn)行了探討與評(píng)論，得出了本區(qū)斷層的富、導(dǎo)水性不均一，同一斷層的不同地段由于兩盤(pán)巖性、巖溶發(fā)育程度不同，斷層的富、導(dǎo)水性往往存在較大差異的結(jié)論，其可成為擬定煤礦防治水方案提供較全面可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。
　　關(guān)鍵字：水文地質(zhì)學(xué)；瞬變電磁法；斷層；富水性
　　
　　0引言
　　新驛井田位于山東省濟(jì)寧市兗州市西部新驛鎮(zhèn)境內(nèi)，總面積為56.9km2.該井田自1958年開(kāi)始進(jìn)行找煤工作，至2001年7月完成井田勘探（精查）地質(zhì)報(bào)告，共探明地質(zhì)總資源量29996.4萬(wàn)t.該礦地質(zhì)及水文地質(zhì)條件復(fù)雜，根據(jù)地震、鉆探及井下揭露，井田內(nèi)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(duì)煤礦的安全生產(chǎn)產(chǎn)生了極大的威脅，因此必須對(duì)井田內(nèi)斷層的富水性進(jìn)行研究。
　　1研究區(qū)地質(zhì)特征
　　1.1地層
　　本區(qū)地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)魯西地層分區(qū)濟(jì)寧小區(qū)，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(qū)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(qū)南部南陽(yáng)湖以東有基巖出露，其余地區(qū)均隱伏或埋藏于地下。厚度665.72～783.36m，由海相灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、泥巖、砂質(zhì)泥巖組成。
　　2）奧陶系（Ｏ1～Ｏ2）
　　在兗州、濟(jì)寧煤田區(qū)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?guī)r夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r組成，偶夾豹皮狀灰?guī)r。
　　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?guī)r10～17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(tǒng)（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(xì)粒砂巖及深灰色粉砂巖、泥巖夾煤層，為本區(qū)主要含煤地層。與下伏地層呈整合接觸。（2）二疊系上統(tǒng)（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(xì)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(wěn)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(qū)，巖性為紫紅色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖，半固結(jié)。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(zhì)砂、砂礫層，廣泛分布于全區(qū)，東北薄、西南厚。與下伏地層呈不整合接觸。
　　1.2構(gòu)造特征
　　1）褶皺構(gòu)造
　　新驛井田處于汶泗向斜南翼。區(qū)內(nèi)主要褶皺方向?yàn)楸睎|向～北東東向，對(duì)井田影響較大的為半邊店向斜，向斜軸由南北轉(zhuǎn)北東，延展長(zhǎng)約10km，跨度9km，最大幅度750m.自南向北被長(zhǎng)溝斷層及其支斷層等切割成階梯狀斷塊。以長(zhǎng)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(gòu)造
　　井田內(nèi)斷層的力學(xué)性質(zhì)，主要是受后期孫氏店斷層?xùn)|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(nèi)構(gòu)造方向大部為北北東或北東向(如圖1所示)。
　　
　　圖1井田構(gòu)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(jí)構(gòu)造鄆城斷層，向南延伸切割了長(zhǎng)溝斷層。斷層?xùn)|盤(pán)抬升造成煤層被剝蝕，是井田西部主要控水構(gòu)造之一。（2）長(zhǎng)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(zhǎng)溝斷層南盤(pán)總體為一奧灰隆起的地壘構(gòu)造形態(tài)，煤系地層缺失，是巖溶地下水的強(qiáng)富水區(qū)，對(duì)采煤有一定威脅。（3）長(zhǎng)溝支一～支五斷層、DF54等：在先期一級(jí)斷層構(gòu)造影響下，派生了次一級(jí)的長(zhǎng)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(qū)水文地質(zhì)特征
　　位于魯西南，屬海陸過(guò)渡性溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，大氣降水在正常情況下通過(guò)滲透孔隙含水層，間接補(bǔ)給煤系地層。區(qū)內(nèi)奧灰?guī)r溶地下水主要接受東部巖溶水的側(cè)向補(bǔ)給，其次接受覆蓋區(qū)第四系地下水的滲漏補(bǔ)給。巖溶地下水總體自東向西徑流，進(jìn)入勘查區(qū)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(zhuǎn)向南，經(jīng)長(zhǎng)溝支五斷層孔屯～顏家村段向南徑流。礦區(qū)的水文地質(zhì)特征基本確定了礦區(qū)的電性特性。含水層的電阻率比周?chē)�地層的電阻率低，但奧陶系灰?guī)r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(yīng)用瞬變電磁法探測(cè)斷層的富水性成為可行[2]。
　　2工作手段
　　2.1瞬變電磁法簡(jiǎn)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(fā)送一次場(chǎng)，在一次場(chǎng)的間歇期間，測(cè)量地下介質(zhì)的感應(yīng)電磁場(chǎng)（二次場(chǎng)）電壓隨時(shí)間的變化。該二次場(chǎng)的大小及衰減速度與地下地質(zhì)體有關(guān)，根據(jù)二次場(chǎng)衰減曲線的特征，就可以判斷地下地質(zhì)體的電性、規(guī)模、產(chǎn)狀等[3]。由于該方法是純二次場(chǎng)觀測(cè)，故與其他電性方法相比，有體積效應(yīng)小、縱橫向分辨率高、對(duì)低阻反應(yīng)敏感等特點(diǎn)。過(guò)去該方法主要應(yīng)用在金屬礦體的勘探中，近年來(lái)，隨著儀器發(fā)射功率的加強(qiáng)和接收靈敏度的提高，在解決煤礦水文地質(zhì)問(wèn)題上也發(fā)揮了較好的作用，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了令人矚目的效果。
　　2.2應(yīng)用原理
　　巖層由于斷裂和地應(yīng)力的作用，會(huì)產(chǎn)生破碎而充水，使其導(dǎo)電性增強(qiáng)，形成低阻體；完整的灰?guī)r其導(dǎo)電性較差，但其因斷裂而破碎充水或巖溶發(fā)育充水時(shí)，其導(dǎo)電性會(huì)顯著增強(qiáng)。由于斷裂而形成的低阻體可以用導(dǎo)電薄板來(lái)模擬，由于巖溶發(fā)育而形成的低阻體則可用導(dǎo)電球體或圓柱體來(lái)模擬[4～6]。
　　2.3儀器
　　本次探測(cè)使用儀器：西安強(qiáng)源物探研究所產(chǎn)EMRS-2B型微機(jī)電磁勘探儀；觀測(cè)方式：小線框大電流中心回線法；發(fā)射線框尺寸：5m×5m；接收線圈：高頻接收探頭。
　　3結(jié)果分析
　　3.1斷層力學(xué)性質(zhì)及富（導(dǎo)）水性分析
　　1）張扭性大斷層的富水、導(dǎo)水性分析
　　井田內(nèi)斷層的展布方向嚴(yán)格受北部鄆城斷層、西部孫氏店斷層、南部長(zhǎng)溝斷層等張扭性大斷層控制。其中南部長(zhǎng)溝地壘奧灰隆起帶縱貫北東，地層破碎，是一個(gè)良好的導(dǎo)水儲(chǔ)水構(gòu)造，單位涌水量是區(qū)內(nèi)的5～10倍，在以后井下奧陶系灰?guī)r排水情況下，長(zhǎng)溝地壘北斷層易轉(zhuǎn)化為勘查區(qū)巖溶水的補(bǔ)給邊界；西部孫氏店斷層?xùn)|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(lián)系，但該斷層?xùn)|盤(pán)奧陶系灰?guī)r隆起帶縱貫?zāi)媳保�并與長(zhǎng)溝地壘相交，縱向?qū)�水能力較強(qiáng)；北部鄆城斷層為區(qū)域性隔水?dāng)鄬樱�其�?dǎo)水及富水性較差。
　　2）一般張扭性斷層的富水、導(dǎo)水性分析
　　井田內(nèi)斷層的力學(xué)性質(zhì)，是在鄆城斷層主張應(yīng)力作用下，受后期孫氏店斷層?xùn)|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?yàn)橹鳎�多為高角度正斷層。從斷層兩�?cè)的巖層組合分析，斷裂帶結(jié)構(gòu)以泥巖、砂巖或灰?guī)r角礫為主，有泥質(zhì)充填。對(duì)于一些小斷層而言，在井下實(shí)際揭露過(guò)程中閉合一般較好，僅局部導(dǎo)水，有淋水出現(xiàn)。而對(duì)于一些大斷層，因具有多期活動(dòng)性特點(diǎn)，斷層帶膠結(jié)和充填程度可能較低。如：長(zhǎng)溝支五斷層和DF103斷層?xùn)|段，物探的低阻即反映了斷層帶膠結(jié)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(dǎo)水?dāng)鄬印?br /> 　　3）分支斷層的富水、導(dǎo)水性分析
　　在長(zhǎng)溝支五斷層和DF103主干斷層?xùn)|段，發(fā)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(fā)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(diǎn)在落差小于14m的分支小斷層上。
　　3.2主要斷層的富（導(dǎo)）水性分析
　　根據(jù)本次瞬變電磁及鉆探資料，結(jié)合以往勘探資料，區(qū)內(nèi)易導(dǎo)水及富水?dāng)鄬又饕��?0條（如圖2所示）。現(xiàn)分述如下：
　　1）長(zhǎng)溝支五斷層
　　在勘查區(qū)南部，長(zhǎng)溝支五斷層落差0～200m，最大落差達(dá)200m，造成局部奧灰與下組煤直接對(duì)接。據(jù)瞬變電磁資料推斷該斷層總體來(lái)說(shuō)富水性強(qiáng)，其中斷層?xùn)|段富水性強(qiáng)于西段；斷層南盤(pán)富水性強(qiáng)于北盤(pán)。總體而言，長(zhǎng)溝支五斷裂帶地層破碎、裂隙發(fā)育，富水性較強(qiáng)，巖石強(qiáng)度低，對(duì)下組煤的開(kāi)采威脅較大。
　　2）DF103斷層
　　在勘查區(qū)中部DF103斷層?xùn)|段，落差達(dá)55～95m，造成上、下盤(pán)奧陶系灰?guī)r與下組煤直接對(duì)接，物探視電阻率曲線低阻特征明顯，推斷為較強(qiáng)富水?dāng)鄬訋В瑪鄬痈浇�的�?號(hào)電測(cè)深點(diǎn)顯示，在深度640～890m發(fā)育3層巖溶裂隙段，累厚約100m，對(duì)下組煤開(kāi)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(fā)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?guī)r與下組煤直接對(duì)接，且北端與DF103斷層相交，地層破碎、裂隙發(fā)育。物探有低阻異常反映，推斷為較強(qiáng)富水?dāng)鄬印?br /> 　　4）DF143斷層
　　斷層落差0～30m，物探有低阻異常反映，推斷為較強(qiáng)—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(duì)較弱。但建井接露證實(shí)XF27涌水18m3/h，為導(dǎo)水?dāng)鄬印?br /> 　　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(jié)論
　　根據(jù)本次瞬變電磁及鉆探資料分析，本區(qū)內(nèi)各斷層的富、導(dǎo)水性差異較大。由于兩盤(pán)巖性、巖溶發(fā)育程度不同，斷層的富、導(dǎo)水性往往存在較大的差異。在礦井開(kāi)采以后，由于地應(yīng)力或水壓的突變，一些被認(rèn)為阻水的斷層也可能因?yàn)榈貞?yīng)力或水壓的變化轉(zhuǎn)化為導(dǎo)水?dāng)鄬樱�因此，在生產(chǎn)中對(duì)斷層破碎帶應(yīng)引起重視。
　　
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