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我国西部矿井涌水分布特征及充水模式研究

煤炭科学技术 2025年

作者：杨建蒲悦西安科技大学地质与环境学院西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院西安科技大学陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室

我国能源禀赋特征决定了煤炭是未来长期稳定的主体能源，随着东部煤炭资源的枯竭，西北赋煤区已成为煤炭资源开发的核心区域。随着近30年来西部矿区持续深入的地质水文地质勘探、井下采掘揭露，发现不同矿区/矿井地层结构、水文地质条... 详细信息

我国能源禀赋特征决定了煤炭是未来长期稳定的主体能源，随着东部煤炭资源的枯竭，西北赋煤区已成为煤炭资源开发的核心区域。随着近30年来西部矿区持续深入的地质水文地质勘探、井下采掘揭露，发现不同矿区/矿井地层结构、水文地质条件差异极大，导致矿井涌水量也存在非常大的差异，在对西部主要煤炭基地矿井涌水量进行分析的基础上，结合矿区地质水文地质条件，提出开采扰动下顶板/底板含水层充水模式。蒙东煤炭基地主采白垩系煤炭资源，煤系及其顶板地层成岩较差，含水层孔隙率较大，为地下水的储存、运移提供了良好的条件，蒙东基地的平均富水系数最大(2.09m3/t)，总涌水量也最大(5.54×108m3/a)；其他煤炭基地主采侏罗系煤炭资源，平均富水系数都在0.60m3/t左右(除了黄陇基地陕西部分，平均富水系数为1.85m3/t)。蒙东基地的DM、ZNH、YBS等煤矿紧邻大型河流，煤矿涌水量均大于4000m3/h；陕北基地的JJ煤矿煤层埋藏浅，第四系风积沙层厚度大、富水性强，煤炭开采导水裂隙带沟通第四系含水层，矿井涌水量>3000m3/h，高峰期甚至超过6000m3/h；陕北基地的NTT、XW等煤矿受到烧变岩含水层影响，矿井涌水量达到1000m3/h左右；蒙陕接壤区地表为毛乌素沙漠，第四系和白垩系地层厚度大（超过400m），持续补给基岩含水层形成了多层叠加复合含水层结构，矿井涌水量>1500m3/h；黄陇基地（彬长矿区）河流切割白垩系基岩，白垩系含水层厚度大（500～700m），形成了一个“海绵型”巨厚含水层，导水裂隙带发育沟通白垩系含水层中下段，区内GJP煤矿涌水量超过7000m3/h；榆横北区煤层裂隙较发育，煤层含水层赋存范围广，煤层水的静储量大，矿井涌水量>1000m3/h。在西部矿区地质水文地质条件、开采扰动下矿井涌水量差异性分析基础上，总结出常规的煤层顶底板含水层充水模式基础上，提出了“强补径型”浅埋含水层充水模式、“海绵型”厚层含水层充水模式、煤层含水层充水模式。本研究可以为蒙东、蒙西、陕北、黄陇等西部煤炭基地地下水资源主动保护、矿井水协调利用提供科学依据。

关键词：西部矿区地下水资源充水模式富水性水文地质条件

陕北黄土覆盖区煤层上覆岩系层状结构对开采区土壤损伤效应

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煤炭学报 2025年

作者：王双明宋世杰魏江波刘浪牛瑞琳李源红谈庆钰田雨西安科技大学地质与环境学院西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室西安科技大学能源学院

煤炭开采区生态保护是黄河流域高质量发展亟需破解的重大难题。科学认识煤层上覆岩层对煤炭开采采动损害向地表传递的响应规律是实现煤矿区生态环境全生命周期保护的重大需求。以陕北黄土覆盖区煤炭开采区为研究对象，综合运用野外地质... 详细信息

煤炭开采区生态保护是黄河流域高质量发展亟需破解的重大难题。科学认识煤层上覆岩层对煤炭开采采动损害向地表传递的响应规律是实现煤矿区生态环境全生命周期保护的重大需求。以陕北黄土覆盖区煤炭开采区为研究对象，综合运用野外地质调查、采样测试、数值模拟、室内实验和理论计算方法，针对覆岩层数、层厚、岩性、厚硬岩层与煤层的空间位置等层状结构对地下采煤的“响应-传递”特点，研究了相同采矿条件下煤层覆岩层状结构对采动覆岩应力场的影响规律，揭示了不同煤层覆岩层状结构下土壤物理、化学、微生物、侵蚀四大特性的损伤特征及煤炭开采区土壤物理、化学、微生物特性变化对侵蚀特性的作用机制。结果表明：（1）相同或相近的采矿条件下，采煤沉陷区地表生态损害结果的迥异主要取决于煤层上覆岩（土）层对地下采煤活动的应力应变响应、由下向上的传递及土壤损害特点。在覆岩层状结构与采动应力传递的耦合下，煤层覆岩自下而上形成了垂向强力链塑性变形区（VCP）、水平强力链弹塑性变形区（HCEP）、水平强力链弹性变形区（HCE）的采动损害特征。其中，煤层覆岩下部的互层结构及特征对塑性变形区界面高度具有重要影响。煤层上覆岩（土）层和地表土层（壤）均是地下采煤活动及其损害作用的响应载体。岩层层数、层厚、岩性、厚硬岩层与煤层的空间位置及地表变形等是影响土壤损害类型及特点的重要地质因素。（2）厚砂岩在覆岩中的位置是地下“VCP-HCEP”界面、“HCEP-HCE”界面发育高度和地表形变程度的第一主控因素，决定了“两界面”的发育位置和地表变形的程度，高位厚砂岩对“两界面”发育和地表形变具有较明显的抑制作用；砂层系数作为第二主控因素，在既定厚砂岩位置且砂层系数小于73%条件下与“两界面”发育和地表形变均呈正相关关系；（3）基于两大主控因素划分了4个覆岩层状结构基本类型，从“地下覆岩层状结构基本类型+地表形态变化程度+地表采动损害形式+土壤质量特性指标”耦合的角度，发现“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”类型对地表土壤损害效应最为显著，其中沉陷坡面土壤物理、化学、微生物特性指标的损伤均集中在坡顶、坡中部位，降幅介于11.81%～42.01%（p黄土沉陷坡面可蚀性K值与土壤孔隙度呈极显著正相关关系（p黄土沟壑煤炭开采区生态损害的关键区域，应采取充填减沉、土壤改良等人工措施进行保护与修复，对于“低位厚砂岩+砂层系数小于73%”和“高位厚砂岩+砂层系数大于73%” 的覆岩层状结构类型区可采取人工辅助的生态修复方式，对于“高位厚砂岩+砂层系数小于73%”的覆岩层状结构类型区则可采取自然恢复方式进行生态修复。

关键词：覆岩层状结构响应传递土壤损伤效应陕北矿区

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试论中国黄土高原土壤与环境

土壤学报 1992年第4期29卷 351-357页

作者：朱显谟祝一志中科院西北水土保持研究所 712100 中科院西安黄土与第四纪地质研究室 710061

本文仅就黄土高原的土壤和古土壤与环境变迁的轨迹,也就是从黄土沉积和黄土层性质的特殊性入手来剖析一下土壤性征所能反映的生物气候信息,提供一鳞半爪的事实,以期对当前某些学术观点的对立,有所缓和。主要内容:(1)特殊的沉降方式形成... 详细信息

本文仅就黄土高原的土壤和古土壤与环境变迁的轨迹,也就是从黄土沉积和黄土层性质的特殊性入手来剖析一下土壤性征所能反映的生物气候信息,提供一鳞半爪的事实,以期对当前某些学术观点的对立,有所缓和。主要内容:(1)特殊的沉降方式形成特殊的成土母质;(2)特殊的成土母质进行着特殊的成壤过程;(3)特殊的成壤过程形成特殊的土被结构;(4)特别强调土壤形成过程中的生物反馈作用以及提出对有机物的积累和腐解、矿化等方面的新见解,并用事实验证了黄土高原土壤中粘粒胶膜的出现既不是粘粒淋淀又不是土体原位风化而纯系植物尤其草木植物根系的原地腐解、矿化为简单的矿质后再在有利的条件下,经过一定的时段形成新的粘土矿物。

关键词：土壤黄土高原发生过程环境

晚更新世以来黄渤海海侵与黄土高原地貌区域分异

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中国沙漠 1996年第4期16卷 411-416页

作者：张信宝周杰中科院西安黄土与第四纪地质国家实验室

晚更新世以来，黄渤海盆地沉降速率较大，发生了三次大规模的海侵，黄渤海的出现加强了东亚夏季风和黑潮暖流对黄土高原东部地区气候的影响；东部地区晚更新世温湿期的气候较早中更新世为湿润，降水特别是汛期降水较多，侵蚀强烈。和黄... 详细信息

晚更新世以来，黄渤海盆地沉降速率较大，发生了三次大规模的海侵，黄渤海的出现加强了东亚夏季风和黑潮暖流对黄土高原东部地区气候的影响；东部地区晚更新世温湿期的气候较早中更新世为湿润，降水特别是汛期降水较多，侵蚀强烈。和黄渤海三次大规模海侵相对应，东部地区晚更新世以来有三次强侵蚀期，中更新世末的统一黄土高原被侵蚀分异为梁峁区和塬区。东部地区的东北部陕北北部、晋西北一带，由于黄土粒度粗，抗蚀性差，侵蚀暴雨多，侵蚀最为强烈，形成了现今的梁峁地貌；南、西、西北部，由于黄土粒度细，抗蚀性较好，或侵蚀暴雨少，侵蚀相对微弱，形成现今的塬。

关键词：黄土高原黄土地貌区域分异黄海晚更新世

最近800ka黄土高原夏季风变迁的稳定同位素证据

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科学通报 1992年第18期37卷 1691-1693页

作者：林本海刘荣谟中国科学院西安黄土与第四纪地质研究室西安710061

近两年来,安芷生等认为黄土高原的黄土-古土壤序列记录了最近250万年亚洲冬季风占优势(以黄土为代表)和夏季风占优势(以古土壤为代表)气候期相互交替的变迁历史。黄土和古土壤中提取的稳定同位素信息表明,有机碳δ^(13)

关键词：稳定同位素季风变迁黄土高原

根据冰期到后冰期的环境变化研究影响有机湖积物中稳定碳同位素比值的诸因素

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地球与环境 1987年第11期 52-56+10页

作者： S.Hakansson ,周卫健中科院西安黄土与第四纪地质研究室

对瑞典南部八个湖泊中作过14C年龄测定的有机沉积物的13C值进行了研究。研究表明,在晚魏克塞尔冰期/早佛兰德期地层界面附近,13C/12C比值明显降低（***等,1974）。

关键词：沉积物岩心后冰期碳同位素比值碳酸盐岩化学岩沉水植物水生植物有机质甲烷氧化湖积物碳酸氢盐碳酸盐半咸水环境藻类孢子植物湖中

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国际第四纪地质学研究进展

地球科学进展 1995年第2期10卷 136-142页

作者：周卫建薛祥煦中国科学院西安黄土与第四纪地质研究室

与人类环境关系密切的第四纪地质学在“过去的全球变化”研究中取得了一系列重要进展，主要体现在对末次冰期旋回的高分辨率环境信息的提取、高精度分析方法的建立、气候不稳定性的发现与研究以及穿越赤道的南北半球对比研究的开始等。

关键词：第四纪地质学末次冰期旋回气候变化

渭南黄土沉积中十五万年来的古土壤及其形成时的古环境

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第四纪研究 1994年第3期14卷 256-269页

作者：郭正堂刘东生安芷生中国科学院西安黄土与第四纪地质研究室

关中盆地渭南地区十五万年来的黄土剖面记载了６个大的成壤期。本文对古土壤形成时的古环境进行了解译，并对它们在不同分类系统中的位置进行评价。全新世土壤Ｓ０是联合国土壤分类中的淋溶湿草原土。马兰黄土中包含两层古土壤，属典型... 详细信息

关中盆地渭南地区十五万年来的黄土剖面记载了６个大的成壤期。本文对古土壤形成时的古环境进行了解译，并对它们在不同分类系统中的位置进行评价。全新世土壤Ｓ０是联合国土壤分类中的淋溶湿草原土。马兰黄土中包含两层古土壤，属典型黑钙土。Ｓ１古土壤由三层土壤复合组成，从上到下依次为典型黑钙土、淋溶湿草原土和深色淋溶土。成壤期与全球冰量较小的时期相对应，但古土壤的类型及发育程度与深海氧同位素所推测的全球冰量的变化有很大的不一致性，相反许多方面与北半球夏季太阳辐射的变化有较大的可比性。

关键词：黄土古土壤微形态古环境

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陕西渭南介子村黄土的热释光测年

地质论评 1991年第4期37卷 356-362页

作者：卢演俦赵华国家地震局地质研究所中国科学院西安黄土与第四纪地质研究室

利用细颗粒(4—11μm)热释光技术对陕西渭南介子村(34°20’N,109°34’E)剖面晚更新世和全新世黄土、古土壤的11个样品作了年龄测定。通过光晒退实验确定各个样品的残留热释光强度,并用再生热释光方法测定古剂量值。除S_1埋藏古土中部... 详细信息

利用细颗粒(4—11μm)热释光技术对陕西渭南介子村(34°20’N,109°34’E)剖面晚更新世和全新世黄土、古土壤的11个样品作了年龄测定。通过光晒退实验确定各个样品的残留热释光强度,并用再生热释光方法测定古剂量值。除S_1埋藏古土中部粘化层及下伏红亚粘土层的两个样品的年龄测定值偏小外,其余9个样品的年龄测定值可视为样品所在层位的沉积年龄。它们与相应层位的有机碳^(14)C测年结果相吻合,也与深海沉积物氧同位素阶5以上各阶段的年龄可对比。

关键词：黄土热释光测年全新世