井田属天桥泉域水文地质单元.docx

神东煤炭集团保德煤矿生产地质报告
第五章 水文地质
第一节 区域水文地质概况
一、区域水文地质概况
保德井田属天桥泉域水文地质单元。泉域面积约13921.5km2，其中碳酸盐岩裸露及半裸路面积9607.9km2，碎屑岩分布面积3410.4km2，变质岩分布面积903.2km2，天桥泉域又分成老牛湾岩溶子系统和天桥岩溶子系统，老牛湾岩溶子系统面积为2185.3km2，天桥岩溶子系统面积为11736.2km2。
二、区域含水层及其特征
依据岩性特性和含水空隙的性质，将区内地下含水层划分为以下五种类型。
1．前寒武系变质岩及岩浆岩裂隙含水层
分布于天桥泉域的南部，含水层为前寒武系花岗片麻岩、片岩和石英岩等组成。风化裂隙和构造裂隙较发育，易于接受大气降水入渗补给，水化学类型以HCO3—Ca·Mg型为主，为中等富水～弱富水。当地入渗补给，就近排泄，多以散泉形式流出。
2．碳酸盐岩岩溶裂隙含水层
为本区主要地下水类型，分布较广。寒武、奥陶系碳酸盐岩总厚度770～885m，岩性以白云岩、白云质灰岩、灰岩和泥灰岩为主。地下水的富水性主要受构造、岩性、岩溶发育程度和水动力条件的控制。岩溶裂隙水的富水性一般较强。
3．碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙岩溶含水层
石炭系地层中的砂岩及石灰岩为主要含水层，分布于西部地区。地下水往往沿砂岩、石灰岩与下伏页岩的接触面流出，形成下降泉，富水性中等，水质类型HCO3—Ca·Mg型。
4．碎屑岩裂隙含水层
在区内西部，该含水层从南到北均有分布，为山区及丘陵区人畜用水的主要水源。含水层地层为二叠、三叠、侏罗、白垩系砂岩，单层厚度5～15m，层间分布的页岩、泥岩为隔水层，砂岩与泥页岩接触带有泉水出露。为弱富水性岩组，水质类型以HCO3—Ca·Mg型和HCO3—Ca·Na型为主。
5．松散岩类孔隙水层
河谷冲积层孔隙水主要分布于黄河及其支流河漫滩及阶地内，含水层为砂砾石层，厚度5～30m，水位埋深0～5m，黄河谷地富水性较强，单井涌水量一般小于1000m3/d。支流冲积层富水性较差，水质类型为HCO3—Ca型、HCO3·SO4—Ca·Mg型。
三、区域地下水补给、径流和排泄特征
1．岩溶水的补给
天桥泉域岩溶水补给来源有大气降水的垂直入渗补给以及黄河及其支流的渗漏补给，前者为岩溶地下水的主要补给来源。裸露与隐伏于松散层下的碳酸盐岩，岩溶较为发育，可直接接受大气降水入渗补给，但由于山坡较陡，地形切割强烈，沟谷发育，地表径流条件好，一般入渗条件差。
2．岩溶水的径流
泉域内岩溶地下水的排泄通道为天桥泉群，沿黄河河谷低洼处可自流。受碳酸盐岩地层向西倾的控制，岩溶地下水的总径流方向基本上与太古界变质岩基底及上覆单斜构造层的倾斜方向一致：自南东向北西运移，由东向西及北东向南西运移，途经两条强径流带，从北部陈家沟向南及由东西三个方向向天桥排泄区运移。
3．岩溶水的排泄
岩溶水的排泄方式以天然排泄为主，排泄条件主要受天桥背斜和黄河侵蚀下切深度的控制。岩溶地层沿天桥背斜轴部成条带状隆起，使岩溶含水层隆起，形成了南北长12km的岩溶排泄地段。黄河切穿了奥陶系上马家沟组部分含水层，使岩溶水沿黄河溢出成泉。
四、天桥泉域岩溶水水文地质特征
井田区域上处于天桥泉域。山西岩溶是中国北方岩溶重要组成部分，区内形成了数十个相对独立的岩溶水系统，天桥泉域是其一。泉域地处吕梁山西侧，分布于晋、陕、蒙接壤地区的黄河峡谷两岸，南北长约200km，东西长约100km，总面积约13974km2，其中可溶岩裸露面积约4404km2，主要分布在泉域的东部和东北部，占泉域面积的31.52%。泉域岩溶类型属于覆盖型。
五、天桥泉域岩溶水补、径、排条件
天桥泉域由天桥泉、龙口泉及老牛湾泉三个岩溶水子系统组成，子系统间以地下水分水岭相间。受天桥水库和万家寨水库蓄水影响，岩溶水子系统间的分水岭逐渐消失，泉域将具有统一的地下水渗流场。
天桥岩溶水系统为一补给、径流、排泄完整，独立的全排型岩溶水水文地质单元，宏观上为一个巨大向西倾斜的簸箕状岩溶水盆地，泉水以河底泉形式向黄河排泄。岩溶水系统的东、南、北三面，均为隔水边界，分别以地下水分水岭、地表分水岭和与不透水岩体接触带为界；系统西部，随着中奥陶统灰岩含水层埋深增加，岩溶水处于滞流状态，构成灰岩深埋滞流性边界，视为隔水边界。

图5-1 天桥泉域老牛湾-龙口-天桥水文地质剖面图
1．泉域岩溶水补给特征
泉域岩溶水的补给来源主要有大气降水入渗补给、黄河及其支流的渗漏补给。
1. 降雨入渗补给
在黄河东部山区分布有大面积裸露型和覆盖型灰岩，裸露灰岩区以接受大气降水的入渗补给为主，而黄河及其支流流经薄松散堆积层分布区时也会发生向下渗漏补给岩溶水。煤系中裂隙水垂向或侧向补给岩溶水
2. 黄河渗漏补给
黄河自北向南切穿泉域，是区内最重要的外源水。在欧犁嘴挠曲等处，黄河下切出灰岩，渗漏补给岩溶水。
水平方向上，由于东西向、北西向及南北向构造的存在即岩溶发育的不均一性，泉域富水地段主要位于南北向条带状分布的强径流带；垂向上，奥灰含水层富水性不均一，存在层间富水带，主要为马家沟组。
3. 水库渗漏补给
泉域内沿黄河建有天桥水库和万家寨水库，蓄水后大大增大了黄河水位，增大了黄河水对泉域岩溶水的补给量。
2．泉域岩溶水径流特征
泉域岩溶水径流主要受奥灰含水层空间展布特征控制。岩溶水在东部接受大气降水入渗补给后，总体上由北、东、南向西部中段天桥、龙口方向汇流，天桥背斜于天桥一带被黄河切割而奥灰出露(天桥泉)，是泉域岩溶水最终排泄点。天桥泉作为最低排泄基准点，与区域构造格架共同控制了泉域岩溶水流场的基本形态。
3．泉域岩溶水排泄特征
天桥岩溶水系统的排泄条件，主要受天桥背斜和黄河侵蚀下切深度的控制。由于黄河沿背斜轴部发育，切穿上马家沟组部分含水层，使岩溶水沿黄河沿岸溢出成泉。
在补给、径流和排泄过程中，岩溶水的水力梯度发生着变化，总的规律是从补给区至排泄区，水力梯度依次降低，且补给区的水力梯度远大于排泄区，这是因为补给区岩溶发育弱，对地下水渗流阻碍作用明显，而排泄区岩溶发育较好，导水能力强。
六、天桥泉域岩溶强径流带特征
岩溶水强径流带是指岩溶区以溶蚀裂隙为主，并与溶洞、溶孔相互交织形成的岩溶水集中径流带或富水带。
受到东侧的吕梁山隆起和鄂尔多斯盆地的控制，泉域含水层总体上从东向西倾斜，形成单斜。在东侧的吕梁山一带，奥灰上覆于元古界或太古界变质岩之上，于黄河东岸倾伏于煤系之下。岩溶水在补给区获取补给后，顺强岩溶化层位和层面溶隙向下运移，当流至奥陶纪灰岩与石炭系的接触面时，由于岩溶水水头压力大，且此深度的灰岩岩溶发育程度差，造成岩溶水滞流受阻，岩溶地下水径流方向改变，形成了与接触面相平行的向上的径向径流，该方向上由于水流通量大，并有上覆煤系酸性水的渗入，有利于岩溶的发育，从而形成接触带型岩溶强径流带。沿着泉域西部边界，自北向南发育的龙口-天桥、兴县-天桥强径流带及沿朱家川部分河段存在强径流带。

1-松散岩覆盖区；2-碎屑岩覆盖区；3-变质岩分布区；4-碳酸盐岩裸露区；5-岩溶水强径流带；6-岩溶水等水位线；7-岩溶水系统边界；8-地下水流向；9-岩溶大泉；10-强富水区；11-中等富水区；12-弱富水区；13-岩溶水富水性分区界线；14-钻孔，分子：涌水量(m3/d)-降深(m)；分母：井深(m)。
图5-2 天桥泉域区域水文地质图
据研究分析，天桥泉域岩溶水强径流带具如下水文地质特点：
1. 强径流带发育于马家沟组厚层灰岩中，且较集中在浅部地下水的积极交替带，埋深50～300m。
2. 强径流带本身就是溶隙网络状岩溶带。强径流带沿层面溶隙和溶隙密集带发育，溶隙之间相互构成网络状结构。
3. 强径流带内各向异性明显。顺径流带方向导水性强，水力坡度小；在垂直于强径流带方向上，岩溶发育程度相对较弱，导水性也差，水力坡度较大。
4. 强径流带含水丰富且均匀，是岩溶富水带。强径流带上，单井出水量大于1000m3/d，富水性较好地段，单井出水量可达5000m3/d以上。
5. 强径流带地下水面呈槽谷型，导水性强。
6. 强径流带地下水动态稳定，对降水的补给具有滞后效应，并且有较强的地下水调节功能。
7. 强径流带地下水以岩溶泉群形式排泄。由于强径流带不具备地下暗河那种单一的大型岩溶管道，而由一系列网络系统组成，在排泄区，纵横交错的网道上均可形成泉点，岩溶水多以泉群形式排泄。
七、天桥泉域岩溶水水化学特征
天桥泉域内岩溶水水化学类型简单，绝大多数为HCO3-Ca·Mg或HCO3-Ca型水。
泉域水化学总体变化特征表现为：从补给区向排泄区，阳离子K+、Na+、Mg2+、Ca2+、SO42-及阴离子Cl-含量明显增加，水化学类型呈现出HCO3→HCO3·SO4或HCO3·Cl的演化顺序，在滞流区将出现SO4或Cl型水。这种变化特征反映出岩溶水径流条件的改变。
从补给区向滞流区，泉域岩溶水矿化度的变化也具有明显的规律性：泉域东侧边界一带，岩溶水矿化度最低，为250mg/L左右，水化学类型为HCO3型，反映出降水补给特征。向西矿化度逐渐升高，大部分地区仍为HCO3型水；至黄河河谷一带矿化度为430mg/L左右，岩溶水类型变为HCO3·SO4型，表明岩溶水向西径流，水的停留时间加长，矿化度逐渐升高的特征。再向西至王清塔—府谷一线，由于上覆石炭系和二叠系阻隔，岩溶地下水处于封闭的滞流状态，矿化度增高到2000mg/L以上，水化学类型为SO4或Cl型。在清水河县木沟-阳坡上一带，由于受上覆石炭系和二叠系影响，局部地带水化学类型为HCO3·SO4型。
第二节 井田水文地质特征
保德煤矿位于黄土梁峁丘陵区，朱家川河从井田中部流过。全区总的趋势是中部低，南北高，地面标高+812.2m～+1148.1m，高差335.9m，区内沟谷发育切割强烈。为倾斜的“U”字地形。
一、井田主要含水层
1．新生界松散岩类孔隙含水层
第四系河流堆积物分布在沟谷中，孔隙水主要靠降水补给，水量不大，沿朱家川河有许多民井分布。第四系黄土广泛分布于全区，厚度变化较大，该层水样(大树梁村南沙坡沟井)，水质类型为HCO3—Ca×Mg型，矿化度403.99mg/L，沿新近系红土或基岩顶面有小股渗流，但流量很小。新近系底部砂砾层内亦有孔隙水，沿下层基岩面有泉水出露，流量也较小。本区孔隙水主要靠大气降水入渗补给，因本区为半干旱区，故孔隙水的水文地质意义不大。
2．石炭、二叠系基岩裂隙含水层
石炭、二叠系主要由泥岩、砂岩和薄层泥灰岩及煤层组成，主要包括以下含水层：11#煤层底部粗粒石英砂岩、晋祠砂岩(S1)、8#煤顶部(S4)粗砂岩及8#煤层底部(S3)粗粒砂岩。层间及层内节理发育，形成几个含水层，层间有又一定水力联系。该含水层主要接受地表水，大气降水及上覆含水层的越流补给，富水性较差，水量不大，沿朱家川河有泉出露，部分民井亦在该含水层不同部位取水。抽4及探3等钻孔含煤地层抽水，水量0.274～8.84m3/h，降深14.95～58.02m。
钻探过程中涌水情况：
1. 放2号钻孔施工至C2t地层53.2m第一次涌水，涌水量为1.67m3/h；
2. 观7号钻孔施工至C2t地层25.1m第一次涌水，涌水量为0.35m3/h；
3. 放1号钻孔施工至C2t地层21.6m第一次涌水，涌水量为4m3/h；至C2t地层77.6m时涌水量为14m3/h；
该层地下水浅部和深部水质差别较大，水质类型一般为HCO3—Na×Ca×Mg型。
石炭、二叠系基岩裂隙砂岩含水层地下水补给、径流条件优越，水质较好，为当地民用生活用水的主要水源。
3．奥陶系灰岩岩溶含水层
保德煤矿位于天桥岩溶泉域径流排泄区，主要含水层为奥陶系岩溶含水层。奥陶系地层在本区无出露。埋藏深度76～422.6m，水位标高+840m左右。井田范围内单井涌水量为360～2300m3/d，富水性差别很大，显示了本区灰岩含水层的裂隙岩溶发育很不均匀。奥灰含水层是本区主要含水层之一，也是11#煤开采的主要防治水对象。
保德井田中奥陶系灰岩，其岩性结构与层组划分基本与华北地区相一致，自上而下为峰峰组、上马家沟组与下马家沟组。峰峰组在本区只存在一段，二段被剥蚀，水文地质勘探钻孔进入上马家沟组50～100m。
二、井田主要隔水层
1．新近系上新统保德红土隔水层，厚度较大，分布稳定，沿沟谷处出露地表，是一个稳定的隔水层。
2．石炭二叠系泥(页)岩隔水层，在石炭二叠系地层中有多层分布稳定的泥(页)岩层，是良好的隔水层。
3．石炭系本溪组铝土泥(页)岩隔水层，本溪组厚6.74～52.37m，平均厚度20.45m，岩性为铝土质泥岩或页岩，为区域性隔水层，是防止奥灰水上突的直接隔水层。11#煤层至奥陶系碳酸盐岩的地层以泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩为主的岩性组合构成了11#煤层的底板隔水层。
三、井田地下水的补给、径流、排泄条件
从区域来看井田位于天桥岩溶水文地质单元径流区的末端，且处于深部径流滞缓区。
本区地下水的补给来源主要为大气降水和地表水入渗补给，另外接受上部含水层的越流补给。新近系、第四系为就地补给，就近排泄；石炭二叠系出露较少，主要分布于朱家川沟谷中，接受各种补给量有限，沿微弱裂隙顺岩层缓慢向深部运移，且沿朱家川河谷有人工开采点或在最低侵蚀基准面泉流排泄。
本区的主要含水层为奥灰含水层，大面积出露于井田东部，接受大气降水的补给，水量丰富，并沿含水层由东向西径流，原康家滩井田位于该径流带末端。本区岩溶水排泄主要以岩溶泉形式在天桥泉域向黄河排泄。在采掘过程中，要随时密切注意岩溶水、地表水对矿井的潜在威胁。
保德井田水文地质情况见图5.3。

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图5-3 井田水文地质

第三节 井田奥灰含水层水文地质特征
一、奥灰含水层富水性分析
井田内奥陶系灰岩岩性结构与层组划分，基本与华北地区相一致，自上而下为峰峰组、上马家沟组与下马家沟组。峰峰组在本区只存在一段，二段被剥蚀。
岩性及含水空间发育情况：
本区岩溶发育总体以溶隙、溶孔和小型溶洞为主，溶隙、溶孔比较发育，岩芯表面溶隙、溶孔清晰可见。小溶洞发育很不均一，直径约0.5~1.5cm，个别达5~7cm，且多被泥钙质充填，部分被方解石、石膏充填，并有明显的方解石结晶。
1. 奥陶系峰峰组灰岩岩溶含水层
奥灰峰峰组的岩性以泥灰岩、白云质泥灰岩及角砾状泥灰岩为主，其上部夹有几层泥岩，下部常赋存石膏层，峰峰组的底部石膏层尤为发育。钻进岩芯资料表明，各孔所取岩芯O2f地层岩芯较完整，有裂隙发育但均被方解石脉充填，未发现溶蚀现象；层间夹有几层泥岩。
2. 奥陶系上马家沟组灰岩岩溶含水层
上马家沟组岩性为泥灰岩、白云质泥灰岩、角砾状泥灰岩、豹皮状灰岩和纯灰岩，颜色以浅黄色、土黄色、灰白色、灰色为主，中上部发育有豹皮状灰岩，尤以中部较多，呈厚层状隐晶质结构，灰岩普遍比较纯。上马家沟组分为三段，其中两段岩性单一，为厚层状灰岩，灰岩内豹皮状构造甚为发育，部分钻孔已揭露该段。从钻探岩芯看，本区奥灰含水层为厚层状、隐晶质结构，岩层比较完整，采芯率高，局部裂隙发育段岩芯为碎块状。上马家沟组岩溶裂隙比较发育，可见锯齿状水平裂隙和垂直裂隙，以锯齿状垂向裂隙为主，且发育有小的溶洞、溶孔和溶隙，为地下水的储存提供了良好的空间。。
2．水文观测成果分析
1. 抽水试验钻孔简易水文观测：
矿区水文地质勘探成果显示，本区奥灰含水层岩性、裂隙和岩溶发育程度差别很大，单孔和群孔抽水试验中钻孔出水量明显不同，单位涌水量0.011~0.278L/s∙m，其周围观测孔(包括峰峰组的观5孔)均有不同程度的反映，这说明本井田奥灰岩溶含水层富水性中等，且在平面上与垂向上具有水力联系。
峰峰组冲洗液消耗量普遍较小。通过抽4孔对峰峰组抽水试验，抽水水量2.82~12.25m3/h，降深为31.1m，观1孔未观测到水位变化，降落漏斗很尖。钻孔单位涌水量q=0.011~0.0211L/s∙m，说明峰峰组富水性较弱，属弱含水层。
奥灰上马家沟组冲洗液消耗量普遍较大，在垂向上具有明显的分带性，在平面上各个钻孔差别也很大。通过单孔和群孔抽水试验，钻孔出水量15~98m3/h，属中等富水性的含水层。降深0.15~46m，降落漏斗普遍很尖，抽水降落漏斗向外扩散范围很小。抽水成果亦反映了该含水层富水性在平面上具有差异性。
奥灰含水层各钻孔单位涌水量见表5-1。
表5-1 奥灰含水层钻孔单位涌水量表
孔号
钻孔稳定涌水量/m3/h
钻孔直径
/mm
钻探揭露含水层
厚度/m
钻孔单位涌水量
/L/s·m
富水性
抽1
65~75
168
64.02
0.241~0.278
中等
抽2
70~85
219
65.75
0.226~0.274
中等
抽3
14.5~15.5
219
61.27
0.052~0.054
小
抽4
92~98
219
116.23
0.168~0.179
中等
抽5
20~22
219
110.2
0.039~0.041
小
抽4峰峰组
3.58~6.55
219
68
0.011~0.021
小
2. 钻孔施工过程中涌水情况
已施工的放1、放2、观7三个孔钻进过程中涌水情况：
1) 放2号钻孔施工至O2m地层65.33m时涌水量为32.15m3/h，至O2m地层155.89m时增大为80.42m3/h；
2) 观7号钻孔施工至O2m地层15.41m时涌水量为10.3m3/h，至O2m地层144.53m时增大为140m3/h；
3) 放1号钻孔施工至进入O2f地层200m时开始涌水，涌水量为0.3m³/h；241m时的涌水量为3m³/h；进入O2m地层267.3m的涌水量为30m³/h；269.3m的涌水量为60m³/h；270.13m的涌水量为210m³/h。
通过上述描述了解到O2f地层出现涌水现象，且观7、放2号钻孔未出现涌水现象，仅在放1号钻孔中涌水量较小为3m³/h，可以反映出O2f地层富水性较弱；进入O2m地层水量增大，放2、观7钻孔均为进入O2m地层150m后水量增大，放1号钻孔进入O2m地层50m后水量瞬间增大为210m³/h，可以说明O2m地层为本区奥灰主要含水层，且水量较大。
3. 放水试验水文观测
评价含水层的富水性，钻孔单位涌水量以口径91mm、抽水水位降深10m为准。据放水试验资料，放1孔的单位涌水量为q=0.6584l/s·m，放2孔的单位涌水量为q=0.6559l/s·m，由煤矿防治水规定，0.1(l/s·m)<q<1.0(l/s·m)，可判断放1孔和放2孔两处及附近奥灰含水层富水性中等。
综上，本井田峰峰组富水性较弱，属弱含水层；上马家沟组地层富水性中等，为本井田奥灰主要含水层。总体上，奥灰岩溶含水层富水性中等，且在平面上与垂向上具有水力联系。
二、井田奥灰含水层水化学特征分析
研究区内岩溶水补给来源主要为井田东部奥灰出露区(铁匠铺、桥头镇)接受大气降水入渗和地表水入渗补给，奥灰岩溶水总体上沿东北部、东部、东南部方向向西部黄河天桥泉群方向径流，排泄通道为天桥泉群，沿黄河河谷低洼处可自流。
区内奥灰岩溶水化学成分的演化主要受以下三项化学溶解反应影响：
CaCO3(方解石)+ H2O+ CO2Ca2++2HCO3- (5.1)
CaSO4·2H2O(石膏)Ca2++SO42-+ H2O (5.2)
CaMg(CO3)2(白云石)+ Ca2+Mg2++2 CaCO3¯ (5.3)
受以上三个平衡化学式影响，区内奥灰岩溶水化学成分具如下演化特征：在补给区，CO2供给充足可以溶解方解石、石膏和白云石，沿岩溶水径流路径，Mg2+、Ca2+、SO42-及HCO3-离子含量均呈增加趋势，矿化度也随之增加；随着岩溶水径流条件变差，CO2逐渐消耗，则方解石趋于饱和、不再溶解，奥灰水中HCO3-离子含量逐渐稳定，而石膏和白云石仍在溶解，SO42-离子含量仍在增加；岩溶水径流条件进一步变差，白云石趋于饱和、停止溶解，Mg2+离子含量逐渐趋于稳定，当石膏也趋于饱和、停止溶解后，SO42-离子含量也逐渐稳定，此时岩溶水处于滞流状态。随着岩溶水径流路径的延长，浓缩作用不断增强，加之煤系中淋滤作用，岩溶水中Na+(K+)、Cl-离子含量随径流条件的改变不断增加。
根据2002年抽水地段奥灰地下水γCa2+/γMg2+、γSO42- /γCl-比值表可知，从桥头观4孔(水井)向西至抽5孔，Ca2+含量从82mg/l升至500mg/l左右，碳酸盐岩地下水的γCa2+/γMg2+比值(γ为毫克当量值. 从1.53升至1.99，均在石灰岩区地下水指标范围内，显示本地段奥灰地下水流经较纯质石灰岩地层，且在向西径流中，该值不断上升，说明奥灰含水层地下水在井田内滞流时间较久，钙质灰岩溶解程度不断增大。同时在该方向上，γSO42-/γCl-比值显著降低，Cl-含量大幅度上升高达2700mg/l，显示该段地下水仍在经历石盐溶解过程。抽3孔水质反应出该地段的特殊性，该孔水质中含有异常高的SO42-离子，浓度达1051mg/l，为水井孔的8倍，抽2，抽4孔的5倍以上，相应Ca2+离子含量已明显增高，该特征反映出抽水地段奥灰含水层岩性、构造及岩溶发育程度影响所导致的地下水水质、水量的不均一性。见表5-2(a)。
表5-2(a) 抽水地段奥灰地下水γCa2+ /γMg2+、γSO42- /γCl-比值表
孔号
指标
观4
抽3
抽2
抽4
抽1
抽5
Ca2+ /mg/l
82.14
454.03
127.93
319.82
507.69
457.82
Ca2+ /γMg2+
1.53
2.14
1.98
1.99
1.97
1.88
Cl- /mg/l
41.27
380.00
327.56
1648.14
2772.06
2524.19
SO42- /mg/l
132.48
1051.53
211.48
465.41
634.13
513.17
γSO42- /γCl-
2.49
1.86
0.38
0.19
0.16
0.14

而根据2011年所得水化学资料整理计算出的奥灰地下水γCa2+/γMg2+、γSO42-/γCl-比值表可知，从SK30孔向西至放1孔，Ca2+含量从12.02mg/l升至2184.96mg/l左右，显示本地段奥灰地下水流向西径流，说明奥灰含水层地下水在井田内滞流时间较久，钙质灰岩溶解程度不断增大。同时在该方向上，Cl-含量从98.78mg/l大幅度上升到1904.47mg/l，显示该段地下水仍在经历石盐溶解过程。γSO42-/γCl-的比值在东西方向上，由观4往东到水井2不断升高至放2的0.752；在南北方向上，由观4的0.02到放1至北部观7的0.18不断升高。放1孔水质中含有异常高的SO42-离子，浓度达13083.6mg/l，反映出放水地段奥灰含水层岩性、构造及岩溶发育程度影响所导致的地下水水质、水量的不均一性。
综合2002年及2011年井田及外围23组水样水化学分析结果，依据舒卡列夫分类方法确定了各组水样的水质类型，如表6.3所示，在此基础上绘制了煤矿奥灰含水层水质piper三线图。可知径流区HCO3-离子含量80%左右，弱径流区Cl-、SO42-离子含量50%左右，滞流区Cl-、SO42-离子含量则达到90%左右。各水样点水质类型分布于不同的图像区域。井田外围铁匠铺、梁家村及银子塔、窑洼首沟水样点位于HCO3—Na至HCO3—Na•Ca型区域(菱形图左方)，显示径流区水质特征；大黄坡、放2、SK30、观4及井田外围腰庄、南河沟等水样点位于菱形图中部及中下方，水质类型HCO3—Na至HCO3·Cl—Na·Ca，处于径流区向滞流区演化的弱径流区；井田内抽1~抽5、观6、水井2、观7、放1奥灰水水样点位于SO4—Na或Cl—Na·Ca型区域，显示弱径流区~滞流区水质特征。
表5-2(b) 放水地段奥灰地下水γCa2+ /γMg2+、γSO42- /γCl-比值表
指标
孔号
Ca2+ /
mg/l
Mg2+ /
mg/l
γCa2+/γMg2+
Cl- /
mg/l
SO42- /
mg/l
γSO42-/γCl-
观4
12.63
12.16
0.623
4.94
180.48
0.020
水井2
77.35
33.32
1.393
156.82
546.04
0.208
观7
645.29
232.38
1.667
831.43
3331.89
0.181
放2
94.79
27.36
2.079
149.82
144.31
0.752
放1
2184.96
580.28
2.259
1904.47
13083.6
0.105
Sk30
12.02
0.97
7.435
98.78
182.96
0.391
观6
16.43
0.85
11.598
260.54
72.33
2.610
保德井田及邻区岩溶水水样点水质分析数据见表5-3，水质piper三线图
总结可知，区内奥灰岩溶水径流条件自东向西变化规律是：径流区→弱径流区→滞流区，K+、Na+、Mg2+、Ca2+、SO42-及Cl-离子含量呈总体增加趋势，水质类型呈HCO3-Na(Na·Ca)→HC O3·Cl-Na·Ca(Ca·Mg)→Cl-Na(Na·Ca)的演化顺序。
经分析还可发现，区内奥灰岩溶水矿化度变化的规律也十分明显：井田内自南向北，由东南部边界水井(原桥头观4)取样点至北部观7孔，奥灰水矿化度明显增高，由492.91mg/L升至6725.83mg/L以上；自东向西，由井田东部奥灰埋藏浅处水井孔经抽3、抽4至抽5，奥灰水矿化度升至4961.57mg/L。矿化度变化反映了水力联系的差异。
三、矿井奥灰水异常区分布
（一）奥灰含水层相对富水区平面分层分析
根据瞬变电磁资料结合水文地质和钻孔资料分析，在井田电法勘探范围内进行富水异常区圈定，具体情况如下：
1. 8#煤层顶板砂岩的富含水性
8#煤层顶板砂岩富水异常区主要分布在测区中部铁路和公路两旁，且该范围内控制程度较差；在测区南部和北部则零星分布一些，该层位富含水性较弱。详见图5-4（蓝色相对强富水区，为富水异常区）。
2. 8#煤层底板砂岩的富含水性
8#煤层底板砂岩富水异常区主要分布在测区中部铁路和公路两旁，但该范围内在实测时受影响较大，故其控制程度较差；在测区南部和北部有较小的区域富含水，整体上看，该层位富含水性较弱。详见图5-5（蓝色相对强富水区，为富水异常区）。
3. 11#煤层底板砂岩的富含水性
从整体上看11#煤层底板砂岩厚度较小，富水性较弱，其富水异常区在北部和南部都有一定的分布，但其富水性较弱；在公路北边也有一定的分布，同样的，该范围内控制程度较差。详见图5-6（蓝色相对强富水区，为富水异常区）。
4. 奥陶系灰岩顶部富含水区分析
根据区内钻孔资料揭露，奥灰顶界面上距13#煤层50m左右，岩性为奥陶系峰峰组石灰岩。在测区南部和北部各有一快富含水较多的区域，并且其富水性较强；在测区其他地方只有很少的分布，说明该层位岩层发育较弱。详见图5-7（蓝色相对强富水区，为富水异常区）。
5. 奥陶系灰岩顶界面下20m富含水区分析
在测区南部和北部各有一区域含水，且其面积较大；测区中部有较小区域含水，其富含水性明显较弱。详见图5-8（蓝色相对强富水区，为富水异常区）。
6. 奥陶系灰岩顶界面下50m富含水区分析
在测区南部和北部富水性较强，有较大的区域含水；测区中部有较小区域含水且其富含水性较弱；其他区域零星分布。详见图5-9（蓝色相对强富水区，为富水异常区）。
7. 奥陶系灰岩顶界面下100m（峰峰组与马家沟组分界面）富含水区分析
在测区南部富水性较强，有较大的区域含水；测区中部和北部零星分布；整体上看，该层位岩溶发育较强。详见图5-10（蓝色相对强富水区，为富水异常区）。
8. 奥陶系灰岩顶界面下150m富含水区分析
在测区南部富水性较强，分别在西南角和中间有较大面积含水；测区北部零星分布，其富水性较弱。详见图5-11（蓝色相对强富水区，为富水异常区）。
9. 奥陶系灰岩顶界面下200m富含水区分析
在测区南部富水性较强，有较大区域含水；测区北部零星分布，其富水性较弱。详见图6.10（蓝色相对强富水区，为富水异常区）。

图5-4 8#煤层顶板砂岩富水异常区平面图

图5-5 8#煤层底板砂岩富水异常区平面图

图5-6 11#煤层底板砂岩富水异常区平面图

图5-7 奥陶系灰岩顶界面富水异常区平面图

图5-8 奥陶系灰岩顶界面下50m富水异常区平面图

图5-9 奥陶系灰岩顶界面下50m富水异常区平面图

图5-10 奥陶系灰岩顶界面下100m富水异常区平面图

图5-11 奥陶系灰岩顶界面下150m富水异常区平面图

图5-12 奥陶系灰岩顶界面下200m富水异常区平面图

（二）奥灰含水层相对富水区断面分析
砂岩、石灰岩在电性上呈高阻反映，但在同一深度，裂隙发育的砂岩、石灰岩的相对含水性好，其视电阻率值低于裂隙不发育的砂岩、石灰岩，也就是高阻中的相对低阻异常，以此为理论依据利用井下直流电法的探测结果来寻找富含水异常区。
井下高分辨直流电法大巷布置勘探线4条，工作面布置勘探线4条，控制巷道底板下0~180m深度范围内的岩层含富水性分布情况。分析8条勘探线视电阻率低阻异常断面图可知：
1. 8#煤辅运大巷8处（见表5-3）。其中，2号、3号和4号异常有连成一片的趋势，异常的幅值也相对较强，为该巷道探测区段内的主要异常部位；
表5-3 保德煤矿8号煤辅运大巷电法探测异常表
异常编号
位置
发育层段
含富水性
备注
1号异常
0#～30#
太原组砂岩
相对较强

2号异常
40#～65#
峰峰组灰岩
中等

3号异常

70#～120#

太原组砂岩

相对较强
76#～92#探测点附近与深部灰岩异常存在一定水力联系
4号异常
125#～155#
太原组砂岩
相对较强

5号异常
175#～200#
太原组砂岩
中等

6号异常
205#～235#
峰峰组灰岩
中等
向上有一定导升
7号异常
250#～295#
峰峰组灰岩
中等
向上有一定导升
8号异常
305#～323#
峰峰组灰岩
中等
上部隔水层比较完整
2. 81112回风顺槽7处（见表5-4）。其中，1号、7号异常幅值相对较强；
3. 81300-2胶运顺槽5处（见表5-5）。2号异常为奥陶系灰岩内部的异常，且上部的砂泥岩隔水层不是很完整，低阻异常向上方有一定的导升趋势，对该异常部位应予以足够的重视。4号、5号异常范围相对较大，横向上有连成一片的趋势，说明该部位的隔水层也不是很完整，因此还需进一步查明该区段下部奥陶系含水层的含富水性；
4. 81304一号回风顺槽7处（见表5-6）。1号、2号、3号、4号异常为浅部砂岩层段的低阻异常，说明这几处浅部砂岩隔水层相对比较破碎，5号、6号异常为峰峰组灰岩层段的低阻异常，异常向上均有一定程度的导升趋势；

表5-4 保德煤矿81112回风顺槽电法探测异常表表
异常编号
位置
发育层段
含富水性
备注

1号异常

210#～180#
太原组砂岩和 峰峰组灰岩层段均有发育

相对较强

上下裂隙存在导通趋势
2号异常
175#～145#
太原组砂岩
相对较弱

3号异常
135#～115#
峰峰组灰岩
中等
上部砂岩隔水层裂隙发育
4号异常
105#～90#
太原组砂岩
中等

5号异常
80#～40#
峰峰组灰岩
中等
向上有一定的导升
6号异常
30#～17#
峰峰组灰岩
相对较弱
灰岩层段局部小范围的异常
7号异常
10#～0#
峰峰组灰岩
相对较强
上部隔水层比较完整
表5-5 保德煤矿81300-2胶运顺槽电法探测异常表
异常编号
位置
发育层段
含富水性
备注
1号异常
0#～7#
太原组砂岩
中等

2号异常

13#～65#

峰峰组灰岩

相对较强
上部隔水层不完整，灰岩异常有向上导升的趋势
3号异常
78#～120#
太原组砂岩
中等

4号异常
130#～165#
太原组砂岩
中等
4号、5号异常有连成一片的趋势，隔水层裂隙发育
5号异常
170#～222#
太原组砂岩
中等
5. 81503一号回风顺槽10处（见表5-7）。异常大都发育在推测的奥灰顶界面之下，说明该区域附近的奥陶系峰峰组可能是受风化剥蚀的影响，浅部灰岩裂隙较为发育，含富水性也较为不均匀；
6. 集中辅运大巷18处（见表5-8）。其中，5号、6号、7号、8号、9号异常为浅部砂岩裂隙发育且相对富水所致，推测这五处异常的含富水性相对较强，裂隙在横向上还有相互导通的趋势，7号异常部位裂隙还有向深部灰岩层段延伸的趋势。3号、4号、11号、13号、15号、16号、17号、18号异常为奥灰内部的异常，11号、18号异常的幅值相对较强；
7. 五盘区集中辅运大巷7处（见表5-9）。5号异常和6号异常在横向上有连成一片的趋势，为该巷道本次探测区段内的主要异常部位，异常在浅部的石炭系砂泥岩层段和深部的奥陶系灰岩层段都大范围的存在，而且上下也有导通的趋势；

表5-6 保德煤矿81304一号回风顺槽电法探测异常表
异常编号
位置测点
发育层段
含富水性
备注
1号异常
0#～15#
峰峰组灰岩
中等
上部隔水层比较完整
2号异常
25#～55#
太原组砂岩
相对较弱
45#～55#探测点之间，裂隙有向下部峰峰组延伸的趋势
3号异常
70#～95#
太原组砂岩
相对较弱

4号异常
140#～170#
太原组砂岩
相对较弱

5号异常

180#～200#
太原组砂岩和峰峰组灰岩层段均有发育

相对较弱

上下裂隙存在导通的趋势

6号异常

210#～245#
太原组砂岩和峰峰组灰岩层段均有发育

中等
232#～242#探测点存在灰岩异常，上部隔水层比较破碎
7号异常
255#～270#
峰峰组灰岩
中等
上部隔水层比较完整
表5-7 保德煤矿81503一号回风顺槽电法探测异常表
异常编号
位置
发育层段
含富水性
备注
1号异常
414#～394#
峰峰组灰岩
相对较弱
上部隔水层相对比较完整
2号异常
374#～329#
峰峰组灰岩
相对较弱
上部隔水层相对比较完整
3号异常
324#～304#
峰峰组灰岩
中等

4号异常
294#～274#
峰峰组灰岩
中等

5号异常
264#～244#
太原组砂岩
相对较弱

6号异常
235#～195#
峰峰组灰岩
中等
向上有一定的导升
7号异常
179#～164#
峰峰组灰岩
中等
向上有一定的导升
8号异常
154#～119#
峰峰组灰岩
相对较强
向上有一定的导升
9号异