2.4.4.1 奥陶系灰岩水
矿区奥灰地下水补给来源为大气降水，其次为南洺河地表水，灰岩裸露补给区HCO3－、Ca2＋与Mg2＋质量浓度小，呈现地表水水质，如矿区西万年以西、西南部南洺河灰岩裸露地段，且受季节性变化较明显。本区奥灰水处于氧化的地化环境，故水中NH4＋质量浓度甚微；NO3－质量浓度较高，因环境及污染问题日益严重，近年来有上升的趋势（8～30mg/L），而反映还原环境的NO－2基本不存在，全部小于0.01mg/L。奥灰受闪长岩侵蚀接触带生成铁矿，FeS2在氧化环境下生成SO2－4，故本区奥灰水的SO2－4质量浓度较高。
图2.24 各主要离子的形成框图Fig.2.24 The formation map of the major ion
矿区奥灰水径流条件较好，矿区奥陶系灰岩水总硬度一般为16～19德度，pH为7.4～8.1，奥陶系灰岩水的HCO－3、Ca2＋与Mg2＋分别为：HCO－3质量浓度范围为204～283mg/mL；Ca2＋质量浓度范围为83～99mg/mL，径流条件较好的地方偏低，如矿区南部及中部，尤其是矿区西南部，多80～90mg/mL，呈现浅部地下水的性质，矿化度及硬度较低，无负硬度出现；径流条件较差的地方偏高，如矿区北部，可达到100mg/mL以上，呈现深部地下水的性质；SO2－4质量浓度为76～116mg/mL，自西向东自南向北呈现逐渐上升的趋势；Ca2＋与Mg2＋质量浓度比值为3.0～5.0，自西向东自从南向北亦有上升趋势，均与该区地下水流向相符。由此可见，奥陶系石灰岩在井田西北部万年村以西接受大气降水和山区地表径流的补给，渗入地下后沿地势顺地层倾向由西向东径流，遇石炭纪—二叠纪地层阻挡后由南向北运动，于北部百泉泉域排泄。南洺河上游（磁山铁道桥以南），河床砂砾石直接覆盖在奥陶系石灰岩之上，雨季南洺河河水渗漏补给水，而后沿南洺河河谷向北运动。
天然条件下井田地下水通过南洺河河谷向北部百泉排泄。目前排泄方式主要为煤矿排水、周围铁矿疏排水、水源地供水和工农业开采等。
本区奥灰水耗氧量甚低，多在0.5mg/L以下，奥灰吃水孔因保持较好的排泄条件，耗氧量几乎为0。由于奥灰地层中存在极少的岩盐（NaCl），奥灰水中含有的Na＋、Cl－的含量很少，K＋＋Na＋质量浓度为10～25mg/L，Cl－质量浓度为17～35mg/L。本区奥灰水为HCO3SO4－CaMg型岩溶地下水。矿化度为364～446mg/L，水中阳离子以Ca2＋、Mg2＋为主，含量分别为62.87％～63.86％和25.87％～26.30％；阴离子以HCO－3为主，含量为250.0～255.6mg/L。其库尔洛夫表达式为：
煤矿底板突水
式中：M为矿化度；T为水温。
本区地下水已达饮用天然矿泉水国家标准，属含Sr的低矿化度中性矿泉水。
2.4.4.2 石炭纪—二叠纪薄层灰岩水
根据水化学分析资料，可将本区大青灰岩水分为HCO3SO4－CaNa型和HCO3SO4－CaMg型两种类型；前者是原始的大青水，后者是通过断裂构造接受奥灰水大量补给后的大青水。
（1）HCO3SO4－CaNa型大青灰岩水：在未受奥灰水扰动时，本区大青灰岩地下水为HCO3SO4－CaNa型，其形成原因是：地下水循环条件较差，进入含水层的地下水难于得到充沛的补给，水中CO2极少或无CO2存在，难以构成碳酸盐的侵蚀性酸性溶滤，当围岩中含有Na2CO3、Na2SiO3等碱性物质时，水中可能出现OH－，并使pH＞8，促使Ca2＋、Mg2＋等迅速沉淀，并使Na＋大量集聚，水型演变为HCO3SO4－CaNa型。
HCO3SO4－CaNa型大青水的主要特征为：较高的pH（7.7～8.8），较高的Na＋（Na＋＋K＋可达50～283mg/L）和HCO－3（280～602mg/L），较高的矿化度（＞600mg/L），一般不含或含有极微量的NO－3。
（2）HCO3SO4－CaMg型大青灰岩水：本区在大青灰岩水与奥灰水有密切水力联系的地段，当奥灰水经断裂构造补给本含水层且经过长期水循环、交替更换之后，大青灰岩地下水的水化学组成将演变为奥灰水的水质类型，即奥灰水所具有的HCO3SO4－CaMg水型。视混合交替程度不同，这种大青灰岩水有时可保存HCO3SO4－CaNa型水的一些痕迹，如pH及NH＋4质量浓度微有上升，CO2、SiO2质量浓度有较大的变化，出现微弱负硬度，Na＋含量较奥灰水（10～25mg/L）偏高。NO－3出现并有较高的质量浓度，是大青灰岩水受奥灰水影响，从还原环境转向氧化环境的重要标志。完全接受奥灰水补给以致混合交替程度很高的大青灰岩水，其水化学组成将完全等同于奥灰水。从水化学变化的概念上来讲，这时“大青灰岩”水已不复存在，奥灰水已完全充储大青灰岩地层，因此奥灰水对它的补给关系十分明确。
大青灰岩含水层主要补给来源为大气降水及奥陶系灰岩水。大气降水补给途径为基岩裸露区直接入渗和南洺河的渗漏补给。奥灰水主要通过大的构造发育地带补给大青灰岩含水层，奥陶系灰岩与大青灰岩含水层间距约30m，本区断距大于30m的断层有29条，在这些区域均有奥灰水补给大青灰岩水的可能，故大青灰岩水的水化学组分受构造控制明显，水力联系程度具有明显的地区差异性。通过水化学组分背景值可见，大青灰岩含水层水样，部分已受到煤系地层水污染，部分与奥灰水特征值接近，如：D17大青观测孔。大青灰岩水化学异常点的分布受构造控制较明显，构造发育地带已接受奥灰水补给；通过大青灰岩水化学组分构成变化可见，在构造发育地带，两含水层联系密切，为矿井突水灾害的主要水源，其主体水型具奥陶系灰岩水特征明显，可见本层已接受奥陶系灰岩水补给，如万87及万5孔处有F3、F5号断层（断距均大于30m）发育，此处大青灰岩含水层水化学主体水型为HCO3SO4－CaMg，且两个含水层水位保持一致。
大青灰岩水的水化学组分受径流条件控制明显，水化学组分构成中SO2－4＋Cl－毫克当量百分含量呈有规律的增高，自西向东自南向北，SO2－4＋Cl－百分含量逐步增高，从52％到73％；12个大青水样中，K＋＋Na＋含量有两个水点超过其背景上限值，估计与煤系地层水污染有关；HCO－3仅一个水点略高于其背景上限值，为602.44mg/L，Ca2＋、Mg2＋含量较稳定，均无超过其背景上限值，大青灰岩水样部分与奥灰水特征值接近，如：D17大青观测孔，此大青灰岩水位于构造发育地带，大于30m断层两条，受构造控制较明显；Cl－有一个水点超过其背景上限值，SO2－4有一个水点高于其背景上限值，均为矿区北部水点，受地下水径流条件控制明显。说明了该区地下水径流方向是自西向东自南向北径流。目前大青灰岩水排泄途径主要为人为排泄。
伏青野青灰岩水具有与大青同样的特征，在原始水型的基础上存在HCO3SO4—CaMg水型，且受断裂构造或人为影响，其与奥灰水的联系程度具有较大的地区差异性。石炭二叠系薄层灰岩水矿化度、硬度、Ca＋、NO－3质量浓度有一定的变化，与奥灰水差异有大有小，这说明受断裂构造或人为影响，奥灰水与薄层灰岩水的水力联系程度有较大的地区差异。
2.4.4.3 涌水水源、通道分析
根据万年矿各含水层水化学组分的构成及水化学组分背景值，我们可以发现，各含水层水pH、总矿化度、7种主要离子（K＋＋Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO42－、HCO3－）的变化特征具有较明显的差别，这是由于各含水层水形成的地质环境和运、储等过程的不同，导致不同含水层中的地下水形成了与众不同的水化学特征。我们在对涌水点的地质及水文地质半经验型判别的基础上，对水质进行分析，与前面得出的各含水层水化学组分构成及背景值进行对比，看符合哪个含水层水的特征，可以相应的得到该涌水点的涌水水源。
本区构造发育，涌水通道最主要的为断层，断层是本区沟通上、下含水层及煤层涌水的主要通道，本区落差大于100m以上的断层有11条，落差30m以上断层有18条。落差100m以上断层使石炭纪—二叠纪地层与奥陶系石灰岩接触，落差30m以上断层可使煤层与下部含水层靠近甚至接触。根据万年矿突水资料统计，断层引起突水事故达12次（占48％），断层引起突水往往是使煤层工作面与单一或多个含水层沟通，涌水的水化学特征就具有了单一含水层或混合水的特征，断层尤其是奥灰补给其他含水层的主要通道，若为奥灰补给则水化学类型则为HCO3SO4－CaMg型水。基岩风化裂隙带其接受大气降水补给，主要通过中上部地段导水和充水，通过大的构造裂隙向深部径流，经风化围岩裂隙溶滤，具有围岩化学成分特征，矿化度往往较高，遇裂隙导致突水3次（占12％）。塌陷和扒裂可使得汛期河水通过卵石层沿扒缝可充入矿井，其水化学成分具有浅部潜水或地表水的水化学特征。