论烧变矿床与烧变岩研究及其意义

烧变矿床及烧变岩系煤自燃的产物。从宏观及微观上搞清其产状、分带性、物质组分及其形成机理。开拓地质科学的新领域,填补岩石矿物学及矿床学中的空白。并作为找煤的有效标志及增加耐火材料、建材、陶瓷原料的新类型和基地。     

生态脆弱区烧变岩研究现状及方向

烧变岩是地质历史时期煤层自燃形成的一种特殊类型的岩体。烧变岩的研究有益于对煤层形成以来所经历的构造运动、古气候和古地理的研究。同时,它也是重要的水文地质勘查对象。50年来,烧变岩的研究多集中于其勘查方法,尤其是较多的论述了其磁性特征与物探确定烧变岩体边界问题。近年来,研究了其水文地质特征。笔者论述了烧变岩的研究现状,提出了烧变岩是一种特殊类型的岩体,空隙、裂隙发育,具有形成富水区的有利条件,是陕北煤炭开发区良好的供水水源。提出了应加强烧变岩内部结构、非均质性特征和空间分布形态的研究,系统开展烧变岩水文地质勘查,评价烧变岩地下水资源,为合理开发利用烧变岩奠定基础。     

红柳林井田烧变岩富水性分区与水害防治措施

烧变岩是陕北浅埋煤层上覆的重要含水层之一,烧变岩水是威胁矿井安全生产的重要水源,同时也是河谷径流的重要补给来源。科学评价烧变岩含水层富水性,有利于保护生态水资源与矿井安全。以红柳林井田为例,根据原岩烧变程度不同,将烧变岩分为类熔岩、烧结岩和烘烤岩3大类。研究区各煤层烧变岩分布面积3.07 km²,烧变岩泉6处,泉流量0.014～6.984 L/s。根据烧变岩泉流量、钻孔单位涌水量、瞬变电磁物探综合成果,将烧变岩含水层富水性分为中等—弱类型。结合研究区内的烧变岩分布和富水特征,给出了烧变岩水的防治措施建议。烧变岩水尽管威胁矿井安全生产,但也具有重要的生态价值,煤炭开采在做好矿井防治水工作的同时也应尽量对烧变岩水进行保护。     

神府矿区活鸡兔矿井烧变岩水害防治工程研究

活鸡免矿井是神木北部矿区首批建设的现代化煤矿之一，于2000年12月投产，生产原煤800万t/a。由于该矿井范围内煤层上部（垂距21-30m）赋存有10.97km^2烧变岩裂隙含水层，其静储量高达130万m^3，单孔涌水量可达2000m^3/d，对煤矿的安全开采构成了巨大威胁。同时，烧变岩裂隙水双是可供矿区开发利用的宝贵水资源，为消除水害隐患及合理利用地下水资源，采用了钻孔泄水方式将烧变岩裂隙水引入矿区供水系统，既保证了矿井的安全生产，又取得了巨大的经济效益与环境效益。     

神府矿区活鸡兔矿井烧变岩水文地质特征

烧变岩是活鸡兔矿井的顶板充水含水层,直接威胁着矿井的生产安全。烧变岩分布广泛,裂隙发育程度在垂向上规律明显:下剧—中强—上弱。其富水性除受构造、地形和地貌的控制外,还决定于是否接受其他含水层的补给。烧变岩水水质良好,符合国家饮用水标准,供排结合是矿井水综合利用的有效方法。     

神府煤田张家峁煤矿烧变岩与水库水力联系研究

为了张家峁煤矿5-2煤工作面安全回采和常家沟水库水资源保护,根据水文地质调查结果,采用水位流量响应法确定了水库水是陈家塔沟泉水的来源;按照水库、烧变岩、泉点的地质关系分析了水库补给泉水的通道,认为4-2煤烧变岩与水库存在水力联系,为开采煤层上覆烧变岩帷幕截流工程提供了重要的依据。烧变岩帷幕截流工程及相应水文地质工作证明了研究成果。     

烧变岩岩石学及稀土元素地球化学特征

烧变岩的研究有益于对煤层形成以来所经历的构造运动、古气候和古地理的探讨.为了获得有关烧变岩基本特征的数据资料, 本文利用扫描电镜、能谱测试、古地磁及ICP-MS等测试手段对陕北神木地区烧变岩进行了系统的岩石学及稀土元素地球化学的分析研究.剖面上将烧变岩分成烧熔岩和烧烤岩两个序列.扫描电镜观察及能谱测试显示, 各矿物均显示烧熔迹象, 除伊利石外未发现其他类型粘土矿物; 磁化率测试显示烧变岩具异常高的磁化率; 地球化学分析显示烧变岩稀土元素配分特征近于沉积岩(原岩) 特征; 纵向剖面上, 随烧变程度增大(由烧烤岩至烧熔岩) 其稀土元素总量逐渐减小, 烧熔岩稀土元素总含量较烧烤岩的要明显低; 另外, 烧熔岩表现为较明显的Ce负异常, 而烧烤岩则表现为无Ce异常, 有些甚至表现为偏正异常.      

煤田烧变岩非均匀磁化的二度半模型反演

针对煤田火烧区烧变岩体的单一磁化模型反演解释难以达到预期效果的缺点,根据烧变岩体热剩磁随温度及深度的变化规律,结合小波多尺度分解二阶逼近,消除区域场,建立了非均匀磁化烧变岩体二度半多边形体反演模型。实例计算,效果良好。     

陕北烧变岩水-岩作用的劣化特性

鄂尔多斯盆地东北缘陕晋蒙交界地区存在大量煤火高温烘烤形成的烧变岩。与原岩相比,烧变后的岩体结构破碎孔隙发育,在长期水–岩作用下,形成了大量危岩体。以陕北神木大柳塔地区的烧变岩为对象,开展了50次干湿循环试验,测试不同循环次数后烧变岩物理性质与力学性质及其变化,探讨不同烧变程度烧变岩劣化特性。结果表明：烧变岩质量、硬度、力学性质下降,表面亮度降低,粗糙度与红黄色度增强;基于低场核磁共振技术(NMR)测试,烧变岩孔隙体积比例曲线右移,最大孔径扩张;微孔向大孔转化,大孔含量与总孔隙率升高;烧变作用使岩体孔隙发育,且提高了烧变岩的抗侵蚀能力,降低了色度、质量、粗糙度、硬度、力学性质的变化程度。长期水–岩作用可对烧变岩的物理力学性质与孔隙结构造成明显改变,烧变程度与初始孔隙结构能够影响劣化效果。根据研究不同烧变岩的劣化过程,得出加固低烧变程度岩体表面、加固沉积层理与原有裂隙、堵塞高烧变程度岩体孔隙,可降低水-岩作用的侵蚀破坏强度。     

注浆技术在治理烧变岩区煤层涌水中的应用

烧变岩储水空间开阔,补泄通畅,富水性强,是陕北侏罗纪煤田采煤区特殊而重要的含水层。基于火烧区分布范围、烧变岩物性特征和矿井主斜井涌水特征的研究,总结出其涌水规律。根据井巷布置和涌水特征,认为对烧变岩区煤层涌水的治理应采取井下注浆和地面注浆相结合的方法,并对各种方法在注浆时注浆孔的布局、结构,注浆材料及其配方、注浆参数等进行了详细说明。注浆效果显示：主斜井、1^#副斜井井壁进行壁后注浆处理后．井壁涌水量控制到3m^3／h以下,封水效果明显;3^-1煤中央胶运大巷及辅运大巷进行超前预注浆后,巷道出水量一直控制在50m^3／h以下．从而保证了巷道掘进的正常进行。顺利的通过了火烧区的富水段。     

甘肃省民勤干旱区红沙岗矿区水资源模拟与评价

结合甘肃省民勤红沙岗矿区疏干水利用实例,基于Visal Modflow4.1软件对矿区第四系疏干水可利用量进行了数值模拟计算,并对矿区第四系松散岩类孔隙水的补给及储量进行了研究。研究结果表明:矿区第四系松散岩类孔隙水天然补给源为沟谷雨洪水入渗量和基岩裂隙水的侧向流入量之和98.41×10~4m~3/a(2 696.16 m~3/d),其储存量为2 798.45×10~4 m~3;设计矿区疏干水开采时间为30年、40年及50年时,与其对应第四系可利用疏干水量分别为281.98×10~4m~3/a(7 725.48 m~3/d)、225.32×10~4m~3/a(6 173.15 m~3/d)和183.55×10~4m~3/a(5 028.77 m~3/d),矿区疏干水不能满足计划用水量600.00×10~4 m~3/a,需寻找新的供水水源;计算结果较真实地反映了矿区疏干水储量,具有较好的实用性;所建模型为其它类似矿区疏干水可利用量的计算提供了借鉴。     

面向生态的干旱半干旱地区区域地下水资源评价的方法体系

为了提高区域地下水资源评价的可靠性、扩展干旱半干旱地区面向生态的区域地下水资源评价方法,对准噶尔盆地和鄂尔多斯盆地地下水与生态环境关系进行调查研究,认为地下水具有重要的生态价值。目前在干旱半干旱地区区域地下水资源评价中对地下水的生态价值考虑不够,是造成地下水资源评价可靠性不高的原因之一。因此,提出了干旱半干旱地区地下水生态价值的概念,围绕可持续利用的地下水资源量与生态环境良性循环的目标,构建了面向生态的区域地下水资源评价方法体系。方法体系的基本思路是突出系统的观点和地表水与地下水统一评价、水质水量并重、地下水资源与其相关生态环境统一评价的3个原则;通过建立水文地质概念模型、集中参数型模型、分布参数型模型和基于地下水变化的生态环境综合评价4个模型,加上引进水量、水位与水质3个约束条件,以及开发基于GIS的地下水资源评价信息系统的平台,对地下水资源、调蓄能力与生态环境效益进行整体评价与预警。方法体系注重了地下水的资源和生态的双重属性,强调地下水资源与相关生态环境整体评价和预警的一体化,突出了模型体系与GIS技术在区域地下水资源评价和相关生态环境评价的有效集成。     

贺兰山西麓典型干旱区绿洲地下水水化学特征与演变规律

针对地下水资源过量开采而出现的绿洲水文生态问题,以贺兰山西麓具有典型特征的内蒙古腰坝绿洲为研究对象,分开采期、非开采期对地下水进行系统取样分析,综合运用描述性统计、相关性分析、离子比例系数和Piper三线图示法,全面系统地研究了地下水水化学的时空变异特征与演变规律。研究结果表明：①季节变化对潜水和承压水水化学类型空间变异性影响较小,潜水水文化学性质受外界因素干扰较大,承压水受外界因素干扰较少;②蒸发浓缩、阳离子交换和人为混合是控制研究区潜水水质演变的主要水文化学过程;③潜水子系统总溶解固体较高,水化学类型变化也较复杂,主要从HCO3·SO4.Cl-Na·Mg·Ca型向Cl·SO4·HCO3-Mg·Na、Cl·SO4-Na·Mg型演化。承压水水化学类型比较单一,主要以低矿化度的HCO3-Na·Mg·Ca型为主。     

干旱区绿洲地下水位调控方法与模型研究进展

适宜的地下水位是干旱区绿洲健康稳定发展的基础。从地下水生态水位的调控机理、调控方法、调控模型和应用实践入手,综述了干旱区绿洲地下水生态水位调控的研究进展:地表水与地下水相互转化规律是干旱区绿洲地下水生态水位调控的理论基础,掌握人类活动强烈影响下的地表水与地下水的响应关系是关键;地下水的补给、排泄和开发利用是实现地下水位调控的三个主要途径,不同调控方法在作用环节、适用性及效果方面存在显著差异;基于不同的研究重点,目前形成了以水资源配置、水循环过程和生态过程为核心的三类调控模型;建议继续深化强人类活动影响下干旱区绿洲生态水文响应机理与演变规律研究,构建基于调控措施-循环转化-响应反馈的地下水生态水位调控体系。     

基于统计方法的干旱区地下水最大可开采量的确定

为克服地下水可开采量确定过程中确定性模型的局限性、失真和参数确定困难等弊端,合理的确定地下水可开采量,基于研究区不同区域地下水水位与开采量监测资料,采用多元线性回归和非线性多元回归统计方法对不同情况下地下水最大开采量进行探讨。结果表明：1964—1990年期间百口泉水源地地下水开采量在持续增加,并以1976年前增加较明显,且地下水水位均表现为下降趋势;非线性多元回归分析法对降深与开采量拟合的结果和误差精度均优于多元线性回归分析法;基于拟合的非线性多元回归方程,可确定水源地正常运行条件下的开采量为1 391万m3、极限开采条件下的开采量1 856万m3、疏干开采条件下的开采量1 992万m3。     

激发极化法在早前寒武纪变质岩系找水中的应用

通过对在早前寒武纪变质岩系进行抗旱找水中利用地球物理勘探定井的实例分析,阐述了利用激发极化法在早前寒武纪变质岩分布区辨认含水层,确定含水层埋深,最终确定较好井位的方法。该方法对解决早前寒武纪变质岩系的干旱缺水现状有广泛深远的意义。     

“逐步逼近式”找水方法及其在缺水地区水文地质勘查中的应用

在缺水地区开展找水水文地质勘查工作,如何提高成井供水效率,科学的找水方法至关重要.笔者介绍近10年来在我国西部地区300多个缺水村镇找水水文地质勘查实践中,总结出"逐步逼近式"找水方法.主要包括利用前人调查成果通过预研究确定找水方向、应用遥感解译方法圈定找水靶区、辅以简易快速物探方法的中比例尺地面调查确定富水地段、详细地面调查与物探组合技术结合优化确定钻探孔位、不同含水层选择相应钻探方法和成井工艺5个步骤.以及针对不同找水区在遥感数据源选择、简易快速物探方法应用与多方法有效组合探测的技术要点.