摘 要: 大同煤田正大力向石炭-二疊紀煤田延深，其煤礦開采的主要水害已由原來的侏羅紀采空區積水轉變為上部侏羅紀采空區積水水害和煤系基底奧陶-寒武系巖溶水突水雙重威脅。基于此，通過資料收集、鉆探、抽水試驗、薄片鑒定及統計研究等手段，主要論述該區煤系基底巖溶發育特征。研究認為該區巖溶發育呈現“雙層結構”，巖溶發育主要為構造控制，且受到后期巖漿巖改造影響。

　　關鍵詞: 巖性分析; 薄片鑒定; 資料分析; 構造控水; “雙層結構”; 巖漿巖改造

　　0引言

　　大同煤田位于山西省北部，地跨大同市南郊區、懷仁縣、山陰縣、左云縣、右玉縣，為我國重要的煤炭基地，為侏羅紀和石炭-二疊紀雙紀煤田。現今，侏羅紀煤炭資源已近枯竭，正逐步向下延深開采石炭-二疊系煤層。石炭-二疊紀煤田已探明儲量 308. 3 億 t，主采煤層為石炭系 3 號、5 號、8 號煤層及二疊系山 4 號煤層。

　　延深生產后礦井充水條件將發生較大變化，特別是煤層底板會直接面臨高承壓的煤系基底巖溶水突水威脅。同時，該區為缺水地區，煤系基底巖溶水即是礦井生產水害因素，但同時更是寶貴的深層地下水資源。

　　基于研究區以往對巖溶發育特征研究工作已不能滿足現階段生產生活所需，因此，有必要對該區巖溶發育特征進一步分析研究。

　　1 巖溶發育特征

　　1. 1 形態特征

　　大同煤田寒武-奧陶系為統一的含水巖體，其裸露區分布于東側和西南側的山脈，煤向斜軸部埋深逐步增大。據鉆孔巖心鑒定，巖溶形態主要以溶蝕裂隙、溶孔為主，溶蝕裂隙和溶孔多見于下奧陶灰巖、白云質灰巖、白云巖和中寒武鮞狀灰巖中，裂隙寬度一般小于 2cm，溶蝕裂隙部分被方解石充填，局部裂隙斜交。見圖 1 和圖 2。

　　為了分析巖溶裂隙及成分，筆者 2015 年 12 月于研究區分別采集了奧陶系白云巖和寒武系鮞粒灰巖( 野外定名) 送往中國地質大學( 北京) 實驗室進行了顯微鏡下薄片鑒定。白云巖采樣層位為奧陶系冶里組，據圖 3 可見其間化石殘體，多由生物碎屑灰巖經白云巖化交代作用而成生物碎屑白云巖，形成于淺海上部或潮間帶以上的環境中，其碎屑即由波浪或水流沖擊而成。可見白云巖溶孔或裂隙較發育，部分為粗晶方解石充填。

　　鮞粒灰巖采樣層位為寒武系張夏組。由顯微鏡下薄片鑒定結果可以看出該區鮞粒灰巖中裂隙多細而零亂，其間發育不規則壓溶縫，后為方解石或殘余溶解的泥質充填，鮞狀灰巖裂隙發育，連通性相對較差。見圖 4。

　　1. 2 垂向特征

　　通過對研究區巖溶水勘查鉆孔巖溶發育段數據統計分析，發現該區巖溶發育層段主要集中在奧陶系冶里組和亮甲山組白云巖及白云質灰巖段，以及張夏組鮞狀灰巖層段，兩層段巖溶發育率占全部巖溶發育段的 83. 90%，其中亮甲山和冶里組層段占比最高達到 53. 62%，張夏組層段為 30. 28%。據統計可見該區巖溶垂向發育呈現顯著的雙層結構。見表 1。

　　由表 1 可見，第一層巖溶發育段距離奧陶-寒武系頂界 面 多 在 6 ～ 50m，巖溶發育段底界標高在 722. 52～882. 85m; 第二層巖溶發育段距離奧陶-寒武系頂界面多在 120 ～ 200m，巖溶發育段底界標高在 522. 92～809. 24m。

　　對于垂向的分層性，袁道先[3]已有論述，他認為，山西高原在中生代以后一直處于裸露巖溶狀態，經歷過中生代及新近紀或古近紀的強巖溶化作用。由于后期地殼上升，原先的地下巖溶形態大部分已處于后期地下水系統的包氣帶中。后期的地下巖溶系統的發育，一般不繼承老的溶洞。再者垂直方向上石灰巖與泥灰巖或白云巖交替出現，導致出現巖溶垂向發育的多層性。

　　1. 3 平面特征

　　巖溶的平面發育可以通過該區巖溶含水層的富水性進行分析。

　　通過 勘 查 研 究 區 巖 溶 含 水 層 單 位涌水量為 0. 000 3～ 2. 033L /( s · m ) ，滲 透 系 數 0. 000 3～ 39. 91m /d，富水性由弱至強，變化較大。見表 2。

　　據研究區鉆孔單位涌水量繪制巖溶水富水性分區。據圖 5 可知中等富水區集中于研究區中部，沿北西-南東向展布，僅在 ZK718 號鉆孔附近為強富水區域。分析可見富水性較強區域多為北西向斷層發育區域或北西向斷層與北東向構造交割部位。

　　弱富水區分布于研究區西南部和北東部，東北部主要集中在同忻、四臺井田，其次為燕子山井田北部、馬脊梁井田大部分區域，塔山井田東北區域均為弱富水區。該區鉆孔單位涌水量最大 0. 066 5L/( s·m) ( DT10 號) ，最小為 0. 000 08L/( s·m) ( DT4 號) 。研究區西南部雖為弱富水區，但是因該區域接近西部補給區，富水性較東北部稍強，該區域鉆孔單位涌水量最大者為 0. 018 97L/( s·m) ( A8 號鉆孔) ，最小者為 0. 004 7L/( s ·m) ，東周窯西部鉆孔富水性也在 0. 006 81～0. 016L/( s·m) ，均較研究區東北部富水。

　　據已探明區域資料分析，研究區巖溶地下水主要為構造控水，北西向構造發育區和北西向與北東向構造交割區域富水性較強。即巖溶發育的平面特征主要為北西向構造控制，在北西向和北東向構造切割區域巖溶亦較為發育，而其他區域巖溶發育較差。該區巖溶平面呈現一種線性或帶狀聯通模式而非類似其他大泉泉域水文地質系統的網絡聯通模式。

　　2 巖漿巖對巖溶的后期改造

　　通過資料收集及地面調查，研究區煤礦采掘以及地面中發現該區主要有兩期巖漿巖運動對煤層和原巖進行了一定程度的改造。為此，筆者 2015 年于研究區采集了疑似石灰巖被侵入改造的巖石樣品在中國地質大學進行了顯微鏡下薄片分析。

　　圖 6 為采集自冶里組巖樣分析結果，可以看到碳酸巖呈細脈穿入巖漿巖的現象，表明巖漿巖形成略晚于碳酸巖，與之接觸的圍巖一側具有褪色的蝕變邊。據前述分析，該區冶里組應為巖溶較發育層段，本樣品卻表現為裂隙封閉，巖溶發育較差情況。皆因后期巖漿巖改造而致其裂隙閉合，富、導水性變差。

　　3 結論

　　1) 大同煤田巖溶發育呈現雙層結構，其一發育于下奧陶統亮甲山組及冶里組，其二發育于中寒武統張夏組。相比上層巖溶更發育，為該區煤礦防治水和找水的重點。

　　2) 研究區巖溶發育主要呈現線狀( 帶狀) 聯通，主要為北西向構造控制，其次為北西、北東向構造切割控制。

　　3) 該區巖溶后期曾受多期巖漿巖活動改造，在該區煤礦防治水和找水過程中應考慮其對原生巖溶富水性及水質等的影響。

　　期刊推薦：《中國煤炭地質》期刊，原名《中國煤田地質》，由中國煤炭地質總局于1989年創辦的。本刊主要設有：煤田地質、水文地質與工程地質、煤層氣、物探、鉆探等幾個欄目。有投稿需求的作者，可以直接與在線編輯聯系。