鄂尔多斯盆地侏罗纪含煤岩系地下水系统关键要素与格架模型.pdf

第4 5 卷第7 期 2 0 2 0 年7 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 5N o ．7 J u l y 2 0 2 0 移动阅读 焦养泉，王双明，范立民，等．鄂尔多斯盆地侏罗纪含煤岩系地下水系统关键要素与格架模型[ J ] ．煤炭学报， 2 0 2 0 ，4 5 7 2 4 1 卜2 4 2 2 ．d o i 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C C S ．D Z 2 0 ．0 9 3 0 J I A OY a n g q u a n ，W A N GS h u a n g m i n g ，F A NL i m i n ，e ta 1 ．K e ye l e m e n t sa n df r a m e w o r km o d e lo fg r o u n d w a t e rs y s t e mi n J u r a s s i cc o a lm e a s u r e so f O r d o sB a s i n [ J ] ．J o u r n a lo f C h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 2 0 ，4 5 7 2 4 1 卜2 4 2 2 ．d o i 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ． c n k i ．j C C S ．D Z 2 0 ．0 9 3 0 鄂尔多斯盆地侏罗纪含煤岩系地下水系统 关键要素与格架模型 焦养泉1 ”，王双明2 ⋯，范立民4 ，吴立群1 ’2 ，荣 辉1 ’2 ，张帆1 ’2 I ．中国地质大学 武汉 资源学院，湖北武汉4 3 0 0 7 4 ；2 ．中国地质大学 武汉 构造与油气资源教育部重点实验室，湖北武汉4 3 0 0 7 4 ；3 ．陕 西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室，陕西西安7 1 0 0 5 4 ；4 ．陕西省地质调查院矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室，陕西西安 7 1 0 0 5 4 摘要地下水与含煤岩系矿产资源密切共生，直接制约含煤岩系矿产资源的合理开发和长远规 划。鄂尔多斯盆地是我国重要的能源盆地，几十年勘查实践表明侏罗纪含煤岩系除具有5 套 组 可采煤层外，还伴生有丰富的砂岩型铀矿、砂岩型高岭土和石英砂等矿产资源。基于已往对鄂尔多 斯盆地的认知和经验，认为地下水的补给水源和输导通道是侏罗纪含煤岩系地下水系统结构中的 关键要素。其中，潜在的地下水补给水源包含3 套地下水储层 直罗组底部含水层、下白垩统洛河 组含水层和罗汉洞组含水层 和地表水系；地下水输导通道则包含了区域规模的骨架砂体、不整合 界面、断裂系统和人工采动裂隙系统等四大类型。合煤岩系矿产资源开发过程中遇到的“水害”， 通常是原有的地下水系统被动揭露或者被破坏的表现，是人为因素连通了地下水水源与人工作业 面从而导致地下水的泄漏。聚焦侏罗纪含煤岩系矿产资源的安全开发，一方面需要深入总结地下 水系统关键要素的基本特征和分布规律，更进一步则需要揭示地下水系统关键要素与矿产资源的 空间配置关系，并在此基础上构建合煤岩系地下水的格架模型，以此为煤系资源开发和矿井水害防 治提供沉积学一水文地质学基础。在鄂尔多斯盆地，由于构造背景的差异，在不同地区地下水水源 类型、输导通道类型、含煤岩系产状、矿产类型组合等都不尽相同，构成的地下水格架模型也因地而 异，因此需要区别对待和深入研究。 关键词地下水系统；侏罗纪含煤岩系；鄂尔多斯盆地；补给水源；输导通道 中图分类号P 6 4文献标志码A文章编号0 2 5 3 - 9 9 9 3 2 0 2 0 0 7 - 2 4 1 卜1 2 K e ye l e m e n t sa n df r a m e w o r km o d e lo fg r o u n d w a t e rs y s t e mi nJ u r a s s i c c o a lm e a s u r e so fO r d o sB a s i n J I A OY a n g q u a n l ”，W A N GS h u a n g m i n 9 2 ⋯，F A NL i m i n 4 ，W UL i q u n l ”，R O N GH u i ‘”，Z H A N GF a n l 2 1 ．S c h o o lo fE a r t hR e s o u r c e s ，C h i n aU n i v e r s i t yo fG e o s c i e n e e s W u h a n ，W u h a n4 3 0 0 7 4 ，C h i n a ；2 ．K e yL a b o r a t o r yo fT e c t o n i c sa n dP e t r o l e u mR e s o u r c e s ， M i n i s t r yo f E d u c a t i o n ，C h i n aU n i v e r s i t yo f G e o s c i e n c e s W u h a n ，W u h a n4 3 0 0 7 4 ，C h i n a ；3 ．K e yL a b o r a w r yo f G e o l o g i c a lG u a r a n t e e f o rG r e e nD e v e l o p m e n to f C o a l i nS h a a n x i P r o v i n c e ，X i ’a n 7 1 0 0 5 4 ，C h i n a ；4 ．K e yL a b o r a t o r y o f M i n e G e o l o g i c M H m r d M e c h a n i s ma n d C o n t r o l ，S h a a n x i I n s t i t u t e o f G e o E n v i r o n m e n t M o n i t o r i n g 。X i ’a n7 1 0 0 5 4 。C 氕i ，l 口 收稿日期2 0 2 0 0 5 3 1 修回E l 期2 0 2 0 - 0 6 - 2 2责任编辑韩晋平 基金项目中国地质大学 武汉 学科杰出人才基金资助项目 1 0 2 1 6 2 3 0 1 1 9 2 6 6 4 ；陕西省自然科学基础研究计划一陕煤联合基金重点资助 项目 2 0 1 9 J L Z 一0 3 ；陕煤陕北矿业有限公司“神府南区古河道沉积环境演化及地下水动态变化规律研究”资助项目 作者简介焦养泉 1 9 6 3 一 ，男，陕西韩城人，教授，博士。E m a i l y q j i a o c u g ．e d u ．c a 万方数据 2 4 1 2 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 A b s t r a c t G r o u n d w a t e ri So f t e nc l o s e l ya s s o c i a t e dw i t hc o a lr e s o u r c e s ．a n dd i r e c t l yr e s t r i c t st h e i rr a t i o n a ld e v e l o p m e n t a n dl o n g t e r me x t r a c t i o np l a n n i n g ．O r d o sB a s i ni sa ni m p o r t a n te n e r g yb a s i ni nC h i n a ．T h ee x p l o r a t i o np r a c t i c ef o rs e v e r a ld e c a d e ss h o w st h a tJ u r a s s i cc o a lm e a s u r e sh a sn o to n l yf i v es e t so fm i n a b l ec o a ls e a m s ．b u ta l s oi sa s s o c i a t e dw i t h a b u n d a n ts a n d s t o n e t y p eu r a n i u md e p o s i t s ，s a n d s t o n e - t y p ek a o l i n ，q u a r t zs a n da n do t h e rm i n e r a lr e s o u r c e s ．B a s e do n t h ep r e v i o u sk n o w l e d g ea n de x p e r i e n c ea b o u tO r d o sB a s i n ，i ti sc o n s i d e r e dt h a tt h es u p p l ys o u r c ea n dt r a n s p o r tc h a n n e lo fg r o u n d w a t e ra r et h ek e ye l e m e n t so ft h eg r o u n d w a t e rs y s t e ms t r u c t u r eo fJ u r a s s i cc o a lm e a s u r e s ．A m o n gt h e m ， t h ep o t e n t i a lg r o u n d w a t e rr e c h a r g es o u r c e si n c l u d et h r e es e t so fg r o u n d w a t e rr e s e r v o i r s t h eb o t t o ma q u i f e ro fZ h i l u o f o r m a t i o n ，t h eL u o h ef o r m a t i o na q u i f o ra n dt h el u o h a n d o n gf o r m a t i o na q u i f o ro fL o w e rC r e t a c e o u s a n ds u r f a c ew a t e r s y s t e m ．T h eg r o u n d w a t e rt r a n s p o r tc h a n n e li n c l u d e sf o u rt y p e so fr e g i o n a ls c a l ef r a m e w o r ks a n d s t o n eb o d y ，u n c o n f o r m i - t yi n t e r f a c e 。f r a c t u r es y s t e ma n da r t i f i c i a lm i n i n gf r a c t u r es y s t e m ．T h e “w a t e rd i s a s t e r ”e n c o u n t e r e di nt h em i n e r a lr e - s o u r c e sd e v e l o p m e n to fc o a lm e a s u r e si su s u a l l yt h ep a s s i v ee x p o s u r eo rd e s t r u c t i o no ft h eo r i g i n a lg r o u n d w a t e rs y s t e m ， w h i c hi sc a u s e db yh u m a nf a c t o r sc o n n e c t i n gt h eg r o u n d w a t e rs o u r c ea n dt h ea r t i f i c i a lw o r k i n gs u r f a c e ．F o c u s i n go nt h e s a f ed e v e l o p m e n to fm i n e r a lr e s o u r c e so fJ u r a s s i cc o a lm e a s u r e s ，o nt h eo n eh a n d ．i ti S n e c e s s a r yt ou n d e r s t a n dt h eb a s ． i Cc h a r a c t e r i s t i c sa n dd i s t r i b u t i o nl a w so ft h ek e ye l e m e n t so fg r o u n d w a t e rs y s t e m 。a n do nt h eo t h e rh a n d ．i ti Sn e c e s s a r yt or e v e a lt h es p a t i a ld i s t r i b u t i o nr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ek e ye l e m e n t so fg r o u n d w a t e rs y s t e ma n dm i n e r a lr e - s o u r c e s ．O nt h i sb a s i s ，af r a m e w o r km o d e lo fg r o u n d w a t e ri nc o a lm e a s u r e ss h o u l db eb u i l tS O a st op r o v i d eas e d i m e n - t o l o g yh y d r o g e o l o g yb a s i sf o rt h ec o a lm e a s u r e sr e s o u r c ed e v e l o p m e n ta n dm i n ew a t e rd i s a s t e rp r e v e n t i o na n dc o n t r 0 1 ． I nO r d o sB a s i n ，d u et ot h ed i f f e r e n c eo ft e c t o n i cb a c k g r o u n d ，t h et y p e so fg r o u n d w a t e rs o u r c e ，t r a n s p o r tc h a n n e l ，c o a l m e a s u r e so c c u r r e n c ea n dm i n e r a lt y p ec o m b i n a t i o na r ed i f f e r e n ti nd i f f e r e n ta r e a s 。a n dt h eg r o u n d w a t e rf r a m e w o r k m o d e li sa l s od i f f e r e n ti nd i f f e r e n ta r e a s ，S Oi tn e e d st ob et r e a t e dd i f f e r e n t l ya n ds t u d i e di nd e p t h ． K e yw o r d s g r o u n d w a t e rs y s t e m ；J u r a s s i cc o a lm e a s u r e s ；O r d o sB a s i n ；s u p p l ys o u r c e ；t r a n s p o r tc h a n n e l 鄂尔多斯盆地是我国重要的能源盆地，仅含煤岩 系就有3 套 包括石炭一二叠系、三叠系和侏罗系 ， 煤炭资源丰富‘5 j ，其与石油、天然气∞。8 1 和铀矿归_ 叫 资源一并构成我国最重要的大型能源基地。此外，与 侏罗纪含煤岩系相关的矿产资源还有砂岩型高岭土 矿、石英砂矿等⋯⋯。 自2 0 世纪8 0 年代开始的勘查实践表明，鄂尔多 斯盆地是世界级的超大型煤田，其中侏罗纪的煤炭资 源属于低灰、低硫、高发热量的优质煤，最新研究还发 现侏罗纪煤炭资源有相当一部分为富油煤5 ‘1 6J 。地 下水往往与含煤岩系密切共生，煤炭等矿产资源开发 面临的首要问题之一便是“水害”。揭示和阐明含煤 岩系地下水系统结构，特别是阐明制约地下水系统的 关键要素并构建格架模型，对于能源基地规划和煤炭 资源开发具有重要意义m 。22 | 。笔者以侏罗纪含煤 系地下水系统结构为目标，重点阐述含煤岩系的基本 结构、地下水储层、可采煤层与地下水储层空间配置 关系、地下水输导通道等关键要素，以期为大型能源 基地建设提供沉积一水文地质学依据。 1 侏罗纪含煤岩系 鄂尔多斯盆地侏罗纪含煤岩系不仅限于延安组， 还应包括富县组‘2 3 1 和直罗组‘24 I ，即侏罗纪聚煤作用 始于富县组沉积末期的T o a r c i a n 晚期，于延安组沉积 期的A a l e n i a n B a j o c i a n 期达到鼎盛，结束于直罗组沉 积早中期的B a t h o n i a n 期。以往的研究将重点放在具 有煤炭开采价值的延安组，而自从直罗组发现了大规 模铀矿床之后对微弱聚煤作用的研究才得到重视。 研究发现，直罗组微弱的聚煤作用直接制约砂岩型铀 矿的超常富集。1 0 ’”’2 4 ‘2 5 | 。所以，鄂尔多斯盆地侏罗纪 含煤岩系共涵盖3 个岩石地层单元，即富县组顶部、 延安组和直罗组下段一中段。其中，在盆地北部煤系 地层最为齐全，很好地展示了侏罗纪含煤岩系由初始 形成一鼎盛发育一逐渐衰退的完整演化周期 图1 。 区域构造事件、沉积环境和古气候联合制约了侏 罗纪聚煤作用的发生和演变。延安组聚煤作用主要 受到河流沉积体系和湖泊三角洲沉积体系中有利相 带的控制，但是5 个可采煤层组及其地层单元能够在 全盆地范围内同步周期性发育的事实，说明其明显受 到了更高级别的区域构造事件的控制，区域构造事件 引起的区域性基准面变化对含煤岩系的发育具有重 要影响，3 ’2 6 。3 0 j 。比较而言，富县组和直罗组的聚煤 作用明显受到了古气候的控制，前者的聚煤作用发育 于由干旱向潮湿逐渐过渡的古气候背景中，而后者恰 恰相反，发育于由潮湿向干旱逐渐过渡的古气候背景 中[ 3 1 - 3 2 ] 。 m 石 万方数据 第7 期焦养泉等鄂尔多斯盆地侏罗纪含煤岩系地下水系统关键要素与格架模型 2 4 1 3 古气候地下水系统 地层单位岩性柱状聚煤作用沉积体系 _ ；，C 积矿产 演化哭键要素 军并笔兰昂{ 煤层厚度潮湿1 - 旱 白】也k i J 旱 地卞；水地下． 罗汉洞组 K ．胁 度的比例，％ 风成沉积 61 2 1 8 万氟水储层 体系 石矿 W R 一3 1 9 6 ．O m 湖泊湖泊 环河组 K l h 三角洲 X J 域 沉积体系 隔水层 2 4 5 ．0 m 。山 丹 群 洛河组风成沉积 地下水地下 K ，， 方氟求储层 体系 石矿 G W R 2 2 6 5 ．8 m 冲秒l 扇 ⋯安定组 J ，订 潼㈣ 不整合界面 潜在 粗碑屑岩段 J ，矿 潲唬 曲流河一曲流河 输导通道 上段 2 l 盘m／不整合 i 角洲沉积体系 杂色泥岩 伥 b区域 细碎屑岩段 J ，手 最 隔水层 中段 洪泛平原湖 } | ； I 副 沉积体系 j 乓 直 4 8 ．7 m ，煤线 念 曲流河一曲流河 罗 J ，Z I ‘2 ‘1 i＼’、 地下水l 组 耗I E 业段 角洲沉积体系 I 地下 碎 2 4 ．0 m．＼／＼t ／、 瞒叫爆线 水储层 u o o ＼辫状河一辫状河 f Q W R _ 骖 石 J ，Z I ‘l ‘＼√’＼ i 角洲f C 积体系 地下水。 段 下、I E 段 ＼t z ＼以 底砾岩 下段 4 0 ．2 m 藕醺睦 1 ‘行1 i 整合 潜在 ～S B 一2 第V 界[ 面 河流发f 『段 单元罩J 煤组 河流及三角洲 山 。 H 沉积体系 石 3 7 ．0 m 第1 V 二一_ ] 2 垛组 目 麟 单元 岭 l 蕊2 8 ．0 m ．／ 土 延 。ji ● l 鋈 矿 第1 I I 床 砂 湖泊二二角洲 湖泊三角洲 单元定煤层 安 第1 I 耄4 煤组 石岩 体系 3 0 ．6 m 发育段 组 英 型 单元 砂 铀 ’’。l 篆 篓 3 7 ．5 m 、 第1 一一一5 煤细 地下 下切符发育段单元 皇起 河流体系 水储层 2 2 ．0 m 下水 潜在 n 青尔佃特型三砰 石英砂矿床 输导通道 ／ -湖泊jI富县组 不整合界面 暖囹风化壳 砂岩型 河流币湖泊‘一煤线 二角洲沉积 T J 高岭土矿床 体系 瓦窑堡煤系 万方数据 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 部含水层、下白垩统洛河组含水层和罗汉洞组含水 层。它们均以大规模的砂岩为特征，但储层结构、沉 积成因和分布规律却不相同。 直罗组底部的大型骨架砂体具有2 个发育周期， 下部旋回为辫状河一辫状河三角洲沉积体系，上部旋 回为曲流河一 曲流河 三角洲沉积体系，它们既是区 域性地下水储层同时也蕴藏着超常富集的砂岩型铀 矿 即砂岩型铀矿的储层，简称铀储层 [ 9 , 3 3 - 3 S ] 。从多 年追踪编图来看，现今残留的直罗组底部骨架砂体分 布于整个鄂尔多斯盆地，累积砂岩厚度总体上呈现西 部和北部厚、东部和南部薄，且向东部和东南部频繁 分叉而呈现为“朵状”或“扇状”的平面几何形态。以 “朵”或“扇”为中心，主要发育4 个砂体厚度高值区， 由此分别记录了源于4 个物源区的砂分散体系，依次 命名为北部乌拉山的物源一朵体 L A 、西北部狼山弧 物源一朵体 L B 、西部贺兰山物源一朵体 L C 、西南 部西秦岭北坡物源一朵体 L D 旧钊 图2 a 。 洛河组主要发育1 个大型骨架砂体，在全盆地均 有分布，平均厚度3 1 3m ，残留宽度1 0 0k m ，残留长度 3 2 0k m 。骨架砂体总体具有东薄西厚、北薄南厚的基 本特征。东部和北部剥蚀边界一带残留砂体厚度一 般在1 0 0m 左右，而向西至吴旗、志丹一带，砂体厚度 一般都大于3 0 0i n 图2 b 口卜3 9J 。在洛河组骨架 砂体内部共发育1 1 个主要由干旱湖泊泥岩形成的隔 挡层H ⋯，它们分布于盆地的中部和南部，以薄层不连 续分布为特点，厚度一般在6m 左右。 罗汉洞组骨架砂体残留规模相对较小，分割性较 强，共发育3 个骨架砂体。统计发现，骨架砂体平均 厚度1 1 4m ，平均宽度2 8k m ，平均长度4 3k m 。由于 层位、产状和剥蚀等方面的原因，残留的罗汉洞组主 要分布于盆地西侧的平凉东部和石嘴山东部 图 2 C 。 洛河组和罗汉洞组的骨架砂体被解释为风成沉 积体系卜5 0J 。在风成沉积体系中，最具特色的是具 有高角度休止角的、规模巨大的风成砂丘，它们与规 模有限的冲积物联合构成了骨架砂体，是良好的地下 水储层口7 。3 9 ’5 卜56 。，而骨架砂体内部的隔挡层被解释 为干旱湖泊沉积物。最新的野外研究还发现，与洛河 组红色风成砂丘相比，罗汉洞组风成砂丘发育期间的 古潜水面相对较高，导致风成砂丘总体以弱还原灰色 砂岩为主，丘问干旱湖泊频繁发育且规模较小。 2 ．2 地表水系 地表水系可以直接或间接对采煤造成危害，研究 地表水系与含煤岩系空间配置关系有助于“水害”防 治。鄂尔多斯盆地规模最大的水系当属黄河，沿盆地 西北边缘、北缘和东缘分布，先后穿越银川断陷盆 地一河套断陷盆地一晋陕峡谷，至潼关转向东延伸区 外，河道最大落差达到了7 0 0m 图2 d 。受汾渭 断陷盆地、河套断陷盆地，以及白于山分水岭和东胜 梁分水岭的影响，研究区具有几个重要的黄河支流， 分别是分布于汾渭断陷盆地中的渭河流域、最终汇入 渭河的泾河流域和洛河流域、无定河流域以及东胜梁 以北系列自南向北流向的河流∞8 ，5 6J 。湖泊主要发育 于盆地中北部，如红碱淖、湖洞察汗淖、巴汗淖、乌拉 淖和乌兰陶日木等，水体相对偏咸。 3 地下水输导通道 鄂尔多斯盆地与侏罗纪含煤岩系有关的地下水 输导通道有区域规模的骨架砂体、不整合界面、断裂 系统、人工采动裂隙系统4 大类型，它们的成因、空间 分布和输导形式不尽相同。 3 ．1 区域规模的骨架砂体 沉积盆地中具有区域规模的大型骨架砂体通常 是良好的地下水储层，当其与含煤岩系沟通时就充分 体现了多孔介质具有强渗透性的另一功能，所以它们 也是地下水运移的理想输导通道 图2 a ～ c 。 3 ．2 不整合界面 含煤岩系发育过程中通常伴随有沉积间断，其沉 积记录表现为平行不整合和／或角度不整合。不整合 界面是盆地流体运移的输导通道∞7 ‘6 1 j ，当然它也可 以构成含煤岩系地下水输导运移的有利通道。在鄂 尔多斯盆地，有3 个重要的不整合界面可以构成侏罗 纪含煤岩系地下水的输导运移通道。还有一个是正 在发育的侏罗系现今地表剥蚀冲刷面，它也可以构成 地表水系的下渗通道。 J I _ 2 ／T ，不整合界面 s B 一1 是印支运动末期的 产物，在盆地南部表现为角度不整合∽2 吲。而在盆地 北部表现为平行不整合 表1 。在神木一东胜地区， 该界面附近的风化壳及上覆砂岩型高岭土和石英砂 岩极为特征‘1 ⋯。 J 2 z ／J y 不整合界面 s B 一2 是燕山运动早期的 产物，表现特征与J i - 2 ／T ，不整合界面基本相似，在盆 地南部为角度不整合而在盆地北部为平行不整 合 表1 ，在盆地北部的风化壳中也局部形成了砂岩 型高岭土矿床和石英砂矿4 ’2 4 j 。该界面在盆地北部 导致直罗组底部地下水储层与含煤岩系广泛直接接 触，局部可以下蚀切穿延安组顶部的2 套可采煤层， 形成下切幅度达2 5m 、宽度达2 6 ．5k m 的大规模古 河道冲刷无煤带’2 1 ’2 4 ’27 I ，直接威胁延安组采煤安全 生产 图3 。在盆地南部，延安组遭受了严重的构造 万方数据 第7 期焦养泉等鄂尔多斯盆地侏罗纪含煤岩系地下水系统关键要素与格架模型 2 4 1 5 F 1 7 河套断陷 临河乌拉特前旗 F 2 0 F l R 包头 F 1 6梦 ， 磁 F 1 9 托克托 孤 L A 。 节h ’，。t r o ’ ；龄鬻湖螫胜 F 2 1 彩 F 1 5L B 直羊1 | l 河曲 ’谚蓊孽瀵尹篡 汝嗲， r● F 8 瓣F l O , 。I r 篚l l灞锱 』淤醚 F 蕊。_S 一扮 『林 挚县F 2 2 F 4搓 醺淑娑 绥德F 3 i 。 黄陵 饕 鞋 。 1 彰j 。 蒲城 F 2 3华亭100甸邑 麟游 ⋯口1 日唧lP 臼 F 2 5 F 2 7 5 0 。周至 蓝田 F 2 6 O F 1 7 河套 断陷 a 临河 乌拉特前氍 F20 ／一。 ～．一F 9包头 r 托克托 F l ’擎 心 氩{ 自 险 ＼、～ ’，P ]， 噜／ 0 河曲 1。 直早1 I I 、一 A 5 。大柳塔 攀≯／ 鄂托克旗 。神术 ＼、 F 8 囊丘 ≥≤前。 I 乌龟旗 一C一 兴县 F 烈 ，； F 2 2 F 4 艘铡 ∥绥德 F 3惠安螽 。 。 蓊} 蚓 F 2 袋” 缀瓤≥。延安 ， F 1 诲 l 幽原{ 耀 鲻 。黄陵 ～ 彤 潲 蒲城 F 2 3 华毒毒 、’≮⋯，’i j 一 蜘耳。7 。 、‘确游⋯甜 情日I r 『P E t F 2 5 F27 。周至 蓝田 F 2 6 6 0 0 5 0 0 4 0 0 E ＼ 3 0 0 划 世 2 0 0 1 0 0 0 F l 一西华山～六盘山断裂；F 2 一清水河断裂；F 3 一烟筒山一窑山断裂；F 4 一青铜峡一固原断裂；F 5 一韦州一安国断裂；F 6 一青龙山一平凉断裂 F 7 一惠安堡一沙井子断裂；F 8 一贺兰山东断裂；眄一中央断陷西侧正断层；F 1 0 一银川一平罗正断层；F 1 1 一黄河断裂；F 1 2 一正谊关断裂 F 1 3 一桌子山东断裂；F 1 4 一千里沟断裂；F 1 5 一贺兰山西断裂；F 1 6 一巴彦乌拉一狼山断裂；F 1 7 一狼山一色尔腾山山前断裂；F 1 8 一乌拉尔山 山前断裂；F 1 9 一鄂尔多斯北缘断裂；r 2 0 - - 大主t h 山前断裂；F 2 l 一和林格尔断裂；F 2 2 一离石断裂；F 2 3 一中条山断裂；F 2 4 一汾渭断陷北缘断裂 F 2 5 一渭河断裂；F 2 6 一秦岭北麓断裂；F 2 7 一华山山前断裂 图2 鄂尔多斯盆地主要地下水储层和地表水系分布规律 F i g ．2 D i s t r i b u t i o nl a wo fm a i ug r o u n d w a t e rr e s e r v o i ra n dS 1 1 r f a c ew a t e rs y s t e r ni nO r d o sB a s i n J 0| | 一一b ’ _ 1| | | | 。。Ⅵ| | | | 万方数据 2 4 1 6 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 表1鄂尔多斯盆地中生界关键不整合界面特征及其地下水的水力学属性 T a b l e1 K e yu n c o n f o r m i t yi n t e r f a c ec h a r a c t e r i s t i c sa n dg r o u n d w a t e rh y d r a u l i cp r o p e r t i e so fM e s o z o i ci nO r d o sB a s i n 图3神木地区直罗组底部河道砂体 地下水储层 与下伏延安组主煤层的空间配置关系一4 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e nc h a n n e ls a n d s t o n eb o d y g r o u n d w a t e rr e s e r v o i I ’ a tt h eb o t t o mo fZ h i l u oF o r m a t i o na n d n l a i nc o a ls e a mo fu n d e l l y i n gY a n ’a nF o , m a t i o ni nS h e n m ua r e a 。 掀斜和剥蚀作用，导致上覆直罗组地下水储层与延安 组的不同层位或煤层相接触。3 ’2 4 。。 K ．／J ，一不整合界面 S B - 3 是燕山运动主幕 晚 期 的产物。13 ’∞J ，在盆地北部主要表现为微角度不整 合，下白垩统地下水储层直接覆盖于具有宽缓褶皱的 侏罗纪含煤一含铀岩系 延安组一直罗组 之 上刮 表1 ，图4 。 现代地表剥蚀界面 S B 一4 主要分布于现今鄂尔 多斯盆地的周边，最重要的特点是导致侏罗纪含煤岩 系直接与地表水系相接触。处于暴露和氧化条件下 的可采煤层容易自燃，自燃导致煤层顶板熔融和塌 陷，且通常向地下延伸百米左右与可采煤层连接，因 此裂隙发育的多孔烧变岩是现代地表剥蚀界面输导 通道的一种特殊形式【2 1 一。 3 ．3 断裂系统 在鄂尔多斯盆地，影响侏罗纪含煤岩系地下水系 统的断层因地而异，具有多期次和多样性，它们都有 可能成为地下水的输导通道。 万方数据 第7 期焦养泉等鄂尔多斯盆地侏罗纪含煤岩系地F 水系统关键要素1 j 格架模型 2 4 1 7 Z K I Z K 2Z K 3 Z K 4Z K 5 Z K 6 Z K 7Z K 8Z K 9Z K l 0 O O ．】 O ．2 0 ．3 ≥ 皿 0 ．4 茁 ⅡⅢ 0 ．5 莓 O ．6 0 ．7 0 ．8 F s l 一盆地北部伸展断裂体系；S B 一1 - - J H ／T 3 不整合界面；s B 一2 一J 2 z ／J 2 J 不整合界面；S B 一3 ～K l ／J H 不整合界面；S B 一4 一现代地表剥蚀界向 G W R 一1 一直罗组底部地下水储层；G W R 一2 一下白翠统洛河组地下水储层；L 一晚三叠世延长组；J 2 ，一中侏罗n ￡t 延安组 主要 含煤岩系 ；J 。一I } I 侏罗世直罗组；J “一中侏罗世安定组；K ．～下自氍统，下同 图4 鄂尔多斯盆地北部边缘侏罗纪含煤岩系地层一构造一水文典型地震剖面。” F i g ．4 T y p i c a ls t r a t i g r a p h i c s t r u c t u r a l h y d r o l o g i c a ls e i s m i cp r o f i l eo t ‘J u r a s s i c c o a lm e a s u r e si nt h en o r t h e r nm a r g i no fO r d o sB a s i n 3 盆地北部的逆冲断裂体系以泊尔江海子逆冲断 裂为代表，具有长期活动的性质，活动终止于早白垩 世前‘6 6 。“。该断裂隶属于阴山造山带的大型逆冲断 裂体系，与其北部响沙湾、昭君镇一带因逆冲出露的 古老变质岩同属于一个构造体系’69 I 。该断裂体系可 以构成下白垩统洛河组含水层、直罗组底部含水层与 a 侏罗纪含煤岩系的水力联系的输导通道 图5 a 。 盆地北部的伸展断裂体系大部分隶属于河套断陷 的构造体系，为偶发的正断层，断距几米到几十米不等。 但是，这些正断层不仅可以切穿直罗组和下白垩统的多 套地下水储层，而且可以直达煤系地层和地表露头”， 是地下水运移的输导通道 图4 ，5 b ，5 c 。 b C d a 具有逆冲性质的泊尔江海子断裂贯穿侏罗纪含煤岩系以及直罗组和下白垩统地下水储层6 6 ．6 8 ； b 东胜西北部毛不拉昆对沟切穿上白垩 统的高角度正断层 断距2 ．5n l ，与河套断陷匹配发育 ； t - 东胜东部神山沟切穿延安组含煤岩系和直罗组底部大型骨架砂体的高角度正断层 断距2 ．5m ； t 1 东胜东南部采煤裂缝 箭头所指 直达地表河符并切穿直罗组大型骨架砂体 笔者，2 0 1 0 年摄 图5鄂尔多斯盆地北部潜在的地下水运移输导通道 F i g ．5 P o t e n t i a lg r o u n d w a t e l ’m i g r a t i o np a t h w a yi nt h en o r t ho fO r d o sB a s i n 万方数据 煤炭