彬長礦區位于鄂爾多斯盆地西南緣，屬陜北黃土高原南部塬梁溝壑區的一部分，具有典型的黃土塬梁、溝壑地貌特征。區內海拔高度一般800~1 200 m，平均降水量為561.3 mm/a，平均蒸發量大于900 mm/a。

 

  地處涇河流域中游地段，涇河支流呈樹枝分布，主要有黑河、四郎河等，均常年流水。

 

  礦區內構造較簡單，總體為一向西北緩傾的單斜構造，地層傾角一般小于10?。在礦區中南部發育短軸背斜與寬緩向斜，軸向近東—西，自北向南背斜起伏變大。區內斷層不甚發育，未發現有巖漿侵入。礦區西北部煤層埋藏深，達1 300 m 左右，東南部埋藏較淺，500 m 左右。

 

  研究區煤炭資源豐富，含煤地層為中侏羅統延安組地層，主采煤層為延安組中下部的4 號煤層，該煤層以長焰煤為主，全區分布較穩定，平均厚度9.91 m，為煤層氣的生成及儲集提供了充足的條件。

 

  1 礦區含水 隔水層及水力聯系

 

  根據地層巖性和地層富水性資料分析，研究區自上而下依次發育的主要含水層有：①第四系孔隙含水層；②新近系小章組下部砂卵礫石含水層；③白堊系洛河組砂巖含水層；④白堊系宜君組礫巖含水層；⑤侏羅系安定組下部砂巖含水層；⑥侏羅系直羅組下部砂巖含水層；⑦侏羅系延安組砂巖含水層；⑧侏羅系延安組4 煤含水層；⑨三疊系胡家村組砂巖弱含水層。

 

  主要隔水層有：①新近系小章組上部紅粘土隔水層；②白堊系華池—環河組泥巖隔水層；③侏羅系安定組上部泥巖隔水層；④侏羅系直羅組上部泥巖隔水層；⑤侏羅系延安組頂部泥巖隔水層；⑥侏羅系延安組4 煤頂板泥巖隔水層；⑦侏羅系延安組4 煤底板泥巖隔水層；⑧侏羅系富縣組泥巖隔水層。

 

  各含水層間的水力聯系一般有兩種方式：①含水層之間的垂向滲濾，主要由相關巖層巖性及透水性決定；②含水層之間存在斷層連通，主要由斷層性質、規模和上下盤含水性決定[1-2]。由于研究區斷裂構造幾乎不發育，各含水層之間缺乏直接的水力聯系通道，含水層之間只能通過垂向的滲濾作用發生水力聯系。彬長地區延安組煤系含水層以及可能與煤系地層發生水力聯系的幾個含水層的水文地質特征如下。

 

  1.1 侏羅系延安組煤系含水層

 

  區內廣泛分布，地表未見出露。延安組含水層包括4 煤含水層和砂巖含水層。砂巖含水層巖性主要為中—粗粒砂巖。據鉆孔抽水試驗：單位涌水量0.000 046~0.103 6 L/s·m，富水性弱而不均一；水質類型以SO4·Cl—Na 型為主，東南部為Cl—Na 型；礦化度6.192~15.79 g/L，向東南部礦化度值逐漸增大。

 

  主要隔水層有：①新近系小章組上部紅粘土隔水層；②白堊系華池—環河組泥巖隔水層；③侏羅系安定組上部泥巖隔水層；④侏羅系直羅組上部泥巖隔水層；⑤侏羅系延安組頂部泥巖隔水層；⑥侏羅系延安組4 煤頂板泥巖隔水層；⑦侏羅系延安組4 煤底板泥巖隔水層；⑧侏羅系富縣組泥巖隔水層。

 

  各含水層間的水力聯系一般有兩種方式：①含水層之間的垂向滲濾，主要由相關巖層巖性及透水性決定；②含水層之間存在斷層連通，主要由斷層性質、規模和上下盤含水性決定[1-2]。由于研究區斷裂構造幾乎不發育，各含水層之間缺乏直接的水力聯系通道，含水層之間只能通過垂向的滲濾作用發生水力聯系。彬長地區延安組煤系含水層以及可能與煤系地層發生水力聯系的幾個含水層的水文地質特征如下。

 

  1.1 侏羅系延安組煤系含水層

 

  區內廣泛分布，地表未見出露。延安組含水層包括4 煤含水層和砂巖含水層。砂巖含水層巖性主要為中—粗粒砂巖。據鉆孔抽水試驗：單位涌水量0.000 046~0.103 6 L/s·m，富水性弱而不均一；水質類型以SO4·Cl—Na 型為主，東南部為Cl—Na 型；礦化度6.192~15.79 g/L，向東南部礦化度值逐漸增大。

 

  1.2 侏羅系直羅組下部砂巖含水層

 

  出露于礦區東南部。含水層巖性為中—粗粒砂巖。據鉆孔抽水試驗： 單位涌水量0.000 022~0.002 L/s·m，富水性極弱；水質類型以SO4—Na 為主，向東南部過渡為Cl—Na 型(如圖4)；礦化度5.531~20.45 g/L。

 

  1.3 侏羅系安定組下部砂巖含水層

 

  出露位置與安定組基本一致。含水層巖性為中粗粒砂巖。據鉆孔抽水試驗：單位涌水量0.000 037~0.000 076 L/s·m，富水性極其微弱；水質類型SO4—Na 型；礦化度2.37~3.38 g/L。

 

  1.4 白堊系宜君組礫巖含水層

 

  宜君礫巖含水層段主要出露于火石咀、朱家灣及南溝等礦區南部及外圍地段。巖性為淺紫色、紫灰色塊狀礫巖。據鉆孔抽水試驗：單位涌水量0.008 8~0.145 L/s·m，富水性極弱—弱；水質類型SO4—Na 型；礦化度2.59~5.39 g/L。

 

  1.5 白堊系洛河組砂巖含水層

 

  洛河砂巖含水層全區均有分布。主要出露于涇河亭口以東河谷及其支溝。巖性以紫紅色—暗紫色中、粗粒砂巖為主，礫巖、砂礫巖次之，泥巖、砂質泥巖少見。據鉆孔抽水試驗結果：單位涌水量0.018 2~1.130 3 L/s·m，富水性中—強；水質多為SO4—Na 型；礦化度0.93~5.10 g/L。

 

  通過比較各含水層的礦化度和水質類型，易見延安組煤系含水層比洛河組、宜君組、安定組含水層的礦化度都明顯偏大，而且在水質類型上有明顯不同。由此判斷，延安組煤系含水層與洛河組、宜君組、安定組含水層不具明顯水力聯系。

 

  而與直羅組含水層相比，礦化度值范圍雖然相似，但在礦化度高低分布和水質類型分布情況有明顯區別。從礦化度值的平面分布上看，在詳查區西北部地區，直羅組含水層礦化度為20 g/L 左右，礦化度向礦區東南部變小，而延安組含水層礦化度略大于10 g/L，礦化度向東南部大佛寺向斜區逐漸增大；從水質類型看，延安組含水層以SO4·Cl—Na 型為主，而直羅組含水層以SO4—Na 型為主。由上說明，延安組煤系含水層與直羅組含水層水化學特征存在明顯差異，兩含水層之間也不具明顯水力聯系。

 

  2 礦區含水層水的徑流補給及排泄特征

 

  礦區延安組煤系含水層水，賦存于傾向NW 呈緩波狀起伏的單斜構造之中，系區域性承壓水斜地之東南翼組成部分，向斜西北翼為鄂爾多斯盆地西緣地區，地勢相對東南翼較高。礦區延安組含水層水位標高為800~1 100 m，在礦區西北部水位最高，向東南部逐漸降低，至東南部最低(如圖5)，在東南部形成水勢“低洼帶”，地下水向礦區東南部水勢低洼帶匯聚。

 

  延安組地層在礦區內未見出露，在研究區內基本不直接接受大氣降水的補給；而延安組含水層與其他含水層不具明顯水力聯系，補給主要來源為礦區外四周相鄰的延安組含水層的側向徑流補給。

 

  由于彬長礦區斷裂構造不發育，煤系含水層不與其他含水層構成聯系，礦區內煤礦開采過程中的疏、排水為延安組含水層的主要排泄方式。

 

  3 礦區地下水動力分區

 

  隨著埋深的增加，水中礦物質溶解度低者先沉積，表現為HCO?3 ，SO2?4 ，Cl?的沉積順序，即近地表為低礦化度的HCO?3 ，水流活躍；向下為中礦化度的SO2?4 型水，水流趨緩；更深為高礦化度的Cl?型水，水流趨于停滯。因此，通過地下水位變化和水中離子的狀況可以判斷地下水的水動力強弱[3-4]。

 

  根據礦區延安組含水層的水動力相對強弱情況將彬長礦區延安組含水層分為側向徑流補給區、弱徑流區和相對滯流區3 個區。

 

  側向徑流補給區：位于彬長礦區西北角，由于延安組含水層在彬長礦區基本不出露，幾乎不接受大氣降水補給和其他含水層補給，主要補給來源于礦區外相鄰延安組含水層的側向徑流補給，該區地下水水質類型為SO4·Cl—Na 型，礦化度較礦區其他區域小，水流相對較活躍。

 

  弱徑流區：礦區除西北角和東南部的廣大區域，整體上礦化度較高，水質類型為SO4·Cl—Na 型，徑流強度弱。

 

  相對滯流區：礦區東南部大佛寺向斜區域，礦化度大于15.0 g/L，水質類型為Cl—Na 型，區域劃分為相對滯流區，該處水流基本處于滯流狀態。

 

  4 礦區水文地質條件對煤層氣成藏的控制作用

 

  彬長礦區構造簡單，斷裂構造不發育，延安組煤系含水層與其他含水層之間的泥巖隔水層穩定發育，阻隔了延安組煤系含水層與其他含水層之間的水力聯系，使得延安組煤層中的氣體不易向其它含水層中逸散，起到良好的蓋層作用，使煤層氣處于一個相對有利的賦存條件。

 

  延安組含水層中地下水向礦區東南部水勢“低洼帶”匯聚，地下水的流動攜帶煤層氣沿著水流方向運移，其結果是煤層氣向東南部運移，在礦區東南部形成有利富集區。

 

  礦區延安組地下水整體上處于較高的礦化度，礦化度呈向東南部地區逐漸升高的趨勢；礦區延安組含水層水質類型為以SO4·Cl—Na 型為主，東南部局部地區為Cl—Na 型。由此說明整體上延安組地下水流動較緩慢，對煤層氣的保存有利，而位于礦區東南部的相對滯流區最有利于煤層氣的保存[8-10]。

 

  研究區含氣量在0.12~6.34 m3/t，中部煤層氣含量基本大于3 m3/t，向邊緣煤層氣含量降低，中部的向斜區以及背斜間的區域煤層氣含量相對較高，一般高于4 m3/t，在礦區東南部亭南—大佛寺地區有大于5 m3/t 的異常高值。含氣量最好的區域恰好是水文條件最有利的煤層氣富集區域，說明水文地質條件是礦區煤層氣成藏的重要因素。

 

  5 結 論

 

  a. 彬長礦區構造簡單，斷裂構造不發育，含水層之間泥巖隔水層穩定分布，延安組煤系含水層與其他含水層之間不具明顯水力聯系，有利于煤層氣的保存。

 

  b. 礦區延安組含水層補給主要來源為礦區外四周相鄰的延安組含水層的側向徑流補給，在礦區東南部形成水勢“低洼地”，延安組含水層中地下水向東南部亭南—大佛寺地區匯聚，地下水的流動攜帶煤層氣向東南部聚集。

 

  c. 礦區延安組地下水整體上處于較高的礦化度，水質類型為以SO4·Cl—Na 型為主，東南部局部地區為Cl—Na 型。由此說明整體上延安組地下水流動較緩慢，對煤層氣的保存有利，而位于礦區東南部的相對滯流區最有利于煤層氣的保存。

 

  d. 彬長礦區東南部亭南—大佛寺地區煤層氣富集條件最好，且含氣量最高，是進行煤層氣開發的優選區。