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为深化西部煤矿区脆弱的生态环境、矿井水疏放和水资源存储的内在联系,首次在鄂尔多斯盆地东缘开展矿井水深部转移存储的研究,系统研究了呼吉尔特矿区母杜柴登矿侏罗系中下统延安组底部宝塔山砂岩与三叠系下统刘家沟组地层的水文地质特征和补径排条件,利用MC-1井岩芯、测井资料,通过开展岩石物理力学参数测试、电镜扫描、X衍射、压汞试验、渗流试验、水质检测、注水试验和压水试验等一系列的试验,定性与定量评价鄂尔多斯盆地深层目的转移存储层刘家沟组砂岩的潜力和前景。（1）系统研究了宝塔山砂岩的区域和井田范围内地质背景、岩石成分、水文地质条件和沉积条件,开展了微观分析测试,获取了其岩石学特征、孔隙结构、物性特征、岩石物理力学特征和渗流规律。延安组底部宝塔山砂岩为灰白色含砾粗砂岩,表现为辫状河三角洲沉积体系的河道砂坝与河漫滩交互,以河道砂坝为主,成分以石英-长石为主,弱胶结,结构疏松,孔隙度14%48%,以粒间孔为主,孔隙发育。宝塔山砂岩的自然抗压强度为33.90MPa,吸水率为5.53%,总孔隙度为19.89%,主要孔径范围为66nm8.48μm,相对较大的纳米级至微米级孔隙较发育,具有潜力可观的存储空间。宝塔山砂岩水为强碱CO3-Na型及CO3·Cl-Na型,因补径排有限和蒸发-浓缩-结晶作用呈现强碱性。在渗流演化上,长期疏排水能够增强其渗透率,与西部弱胶结砂岩的特性相符,在微观条件下,在饱和渗流阶段,水岩强度大且渗透系数迅速降低,进入稳定渗流阶段,水岩强度弱,渗透系数稳定在2.515×10-7m/d5.649×10-6m/d。（2）三叠系下统刘家沟组地层岩性为紫色泥岩、灰白色中砂岩、灰白色和肉红色细砂岩,局部发育水平裂隙和垂直裂隙,是一套在炎热气候和强氧化环境中形成的河流-三角洲沉积建造,与上覆和尚沟组构成完整的沉积旋回。首次对刘家沟组进行了岩石学、孔喉结构特征、成岩、渗流、垂向非均质性等进行了综合研究和细致评价,全面刻画了刘家沟组的回灌潜力。刘家沟组砂岩以石英、长石为主,含量分别为40.1%和31.1%,上段石英含量低于下段,长石含量上段高于下段,整体上石英、长石、方解石构成的颗粒骨架在含量上,上段高于下段。黏土矿物含量为17.8%,以伊利石、绿蒙混层和伊蒙混层为主,其中,伊蒙混层和绿蒙混层含量占据主导地位,发育粒间孔、溶孔和微裂隙,其孔径范围分别为295.3nm19.01μm、72.09nm9.085μm和77.7nm4.86μm,以粒间孔为主。根据压汞试验,喉道中值孔径为4.44×102nm,喉道平均孔径为48.39nm,总孔隙度为7.50%,孔径<10μm的孔隙度为5.26%,有效孔隙的孔径范围为6.3312.08μm。孔隙率范围3.32%6.48%,均值5.03%,属于低孔隙致密砂岩,但从在深/浅侧向电阻率测井曲线上,其垂向裂缝发育且岩性变化明显高于其它地层,垂向非均质性强。刘家沟组共计含水层38层,合计厚度177.1m,占地层总厚度的36.1%,以粗砂岩、中砂岩和细砂岩为主。在岩石物理力学特征上,刘家沟组底部砂岩岩石强度低于上部,但各组砂岩岩石物理力学参数与埋深未呈现明显的相关性,规律不明显,垂向力学特征呈现非均质性。（3）刘家沟组原生地层水为酸性极高矿化度的Cl-Ca·Na型,受构造、沉积成岩、温度等作用和极差的补径排条件影响,岩盐、碳酸钡石、萤石处于溶解状态,且溶解潜势依次减小;重晶石、方解石、硬石膏、白云石、石膏和文石均处于沉淀状态,且沉淀潜势逐渐下降。混合水样的岩盐、碳酸钡石、萤石、石膏和硬石膏处于溶解状态,白云石、方解石、文石和重晶石均处于沉淀状态。（4）为增强回灌层刘家沟组的渗透性能,利用水力压裂拓展运移通道,既增加孔隙度,又增强裂缝的连通性。通过对砂岩压裂机理和模拟,刘家沟组地层破裂压力需大于31.5MPa,水力压裂人造裂隙易沟通原生裂隙形成地层破漏。深部砂岩在矿井水回灌过程中会受到矿井水压力、地层地应力、温度和水岩作用的影响和控制,原地应力决定天然裂隙扩展和延伸方向,矿井水压力促进诱导性裂隙扩展和延伸,温度降低形成的热胀冷缩效应仅对裂隙和颗粒的浅表面有效,水岩作用中酸碱水中和、可溶性矿物和亲水性矿物溶蚀、溶解等改变孔隙结构和孔隙度。刘家沟组地层厚层砂岩垂向裂隙发育,岩性组合面水平裂隙发育,人为主动提供矿井水回灌压力形成的诱导性裂缝会沿天然裂缝的北北东向和南北向地应力方向扩展和延伸形成主渗流通道。（5）通过先后开展自然水位恢复试验、多次注水试验,采用多种配线法对自然水位恢复试验的数据拟合,得到刘家沟组砂岩含水层水文地质特征表现为弱渗贫水含水层,渗透性和富水性均差,K值为5.31×10-6m/d6.19×10-6m/d。高压注水后,地层被压裂,渗透性和储水性能均大幅增加,K值为0.0111m/d0.0146m/d,Q稳定值为103.3m3/d,井口稳定压力6.8MPa。根据多期次的压力、流量监测,持续将高压低温矿井水进行回灌,能够共同促进地层潜在的储水能力。其中,高压能够压裂砂岩裂缝,作用最大;相对低矿化度矿井水能够溶蚀裂缝中岩盐、石膏等矿物成分,改变孔隙结构;低温矿井水吸收岩石热量使其发生微弱的热胀冷缩进而再次促进裂缝发育,三者相互作用,共同增强了深部储水层裂隙网络空间的回灌潜力。利用容积法计算可得极限储水量为131.8万m3,圆锥体数学模型估算了有效储水量为80.06104.72万m3。通过开展正常长期回灌工况的情景模拟,不同岩性含水层的渗透能力差异会导致矿井水水平扩散运移距离不同,粗砂岩内运移距离最远,井壁附近不易形成憋压,粉细砂岩内运移距离最短,井壁附近容易形成憋压。回灌初期转移存储层近区内矿井水扩散速率快、影响半径快速增大,呈现指数递增趋势,回灌中后期远区矿井水扩散速率慢、影响半径缓慢增加,呈现线性递增。（6）矿井水转移存储补充和深化了水资源存储的范畴,对西部矿区具有重要的生产实践意义。通过开展区域和局域的地下水流场模拟、温度场和水化学场分析,确定了矿井水长期回灌后形成倒U型地下水丘和漏斗型低温区,对区域深部地下水循环产生一定的人为影响,会阻碍上游地下水迫使其绕流。大量矿井水进入深部砂岩层形成矿井水、混合水和原生地层水三类过渡区域,水质类型分别为SO4-Na型、SO4·Cl-Na型和Cl-Ca·Na型,矿井水长期回灌促使地层中富钙钠型水向富钠型转变,且矿物的溶解与沉淀一直存在,其中,岩盐、碳酸钡石、萤石、石膏、硬石膏等矿物处于溶解状态,白云石、方解石、文石和重晶石等逐渐趋向沉淀状态。该论文有图126幅,表15个,参考文献276篇。