淮南礦區(qū)煤層氣地質控氣因素概述

韓思杰 袁駿 劉亞東

通過對淮南礦區(qū)地應力、煤層埋深、煤巖組分、煤層的滲透性、水文條件等煤層氣資源地質特征的分析，從地質角度揭露了煤層氣勘探開發(fā)的難點，闡述煤層氣的勘探開發(fā)潛勢。

煤層氣；淮南；控氣因素；滲透性

1.前言

淮南礦區(qū)位于安徽省淮河中游，阜淮鐵路橫穿境內，與京九、京滬鐵路及淮河相連，交通十分方便。淮南煤田是國家煤炭生產建設重點礦區(qū)之一，東西長約100km，南北寬約25km，含煤面積近3000km2，是華東地區(qū)經濟發(fā)展的重要能源基地。礦區(qū)現有生產礦井11對和l對在建礦井其中煤與瓦斯突出礦井7對。自建礦以來,淮南礦區(qū)共發(fā)生瓦斯突出117次，其中特大型(1000t以上)突出2次，給安全生產造成重大影響,據估算礦區(qū)每年向大氣排放煤層氣近3億m3既造成了很大的資源浪費，也造成了環(huán)境污染。因此加強對淮南礦區(qū)煤層氣資源地質特征的研究，積極探討煤層氣開發(fā)技術對改變華東和安徽的能源結構、改善大氣環(huán)境以及煤礦安全生產，具有重要的戰(zhàn)略意義。

淮南礦區(qū)賦煤構造為一北西西一東西向延展的復向斜，含煤地層為石炭、二疊系。主要含煤段為山西組、下石盒子組、上石盒子組，厚約750m，發(fā)育26層煤，可采煤層最大累厚達34m。主力煤儲層為1煤層、8煤層、1l~2煤層和13~1煤層。主煤層煤階絕大部分以氣煤為主，部分為肥煤、焦煤、瘦煤和無煙煤類，鏡質組反射率范圍0.65％~1.37％，一般為0.65％~0.5％。

淮南礦區(qū)預測2000m以淺煤層氣資源量為4900.38億m3，1500m以淺2347.86億m3，1000m以淺862.29億m3，是華東煤層氣儲量最大的地區(qū)。礦區(qū)煤層氣儲量總體東高西低，以謝李深部中心的東部區(qū)域含量最高，西部的謝橋礦井含量較低。主采煤層C13~1、B11b煤層氣含量最高，一般為10~26m3/t，含量梯度最大為4.6m3/100m；瓦斯壓力大，2~6MPa，實測最高達6.4MPa；煤層滲透率低，屬難以開發(fā)的煤層氣資源。全煤田有謝李區(qū)、潘集深部區(qū)、謝橋張集深部區(qū)三個高含量區(qū)。按照年開發(fā)抽采煤層氣量10億m3計，可持續(xù)發(fā)展約500年。

淮南煤田煤層氣賦存總量表（單位：億m3）

(引自趙干等《淮南礦區(qū)煤層氣開發(fā)利用現狀及展望》，2007)

2.控氣地質因素

煤層氣富集的必要前提是生成、儲集、封蓋、保存等方面條件及其動態(tài)發(fā)展過程的有利配置，是構造因素主導下多地質因素綜合作用的結果。分析淮南礦區(qū)有關的地質控氣因素制約下的煤層氣聚集規(guī)律，將有利于煤層氣區(qū)帶的評價和優(yōu)選，并為煤層氣資源勘探開發(fā)部署提供決策依據。

構造類型?；茨厦禾锟傮w上為一近東西向展布的斷層、褶皺構造發(fā)育地區(qū),稱為“淮南斷褶帶”?；茨厦禾锏膹拖蛐睒嬙焓窃谕碣_世—白堊紀定型的。該煤田最為重要的構造是阜鳳逆沖推覆構造、南部的謝橋向斜和位于向斜北部并與之平行發(fā)育的潘集背斜。

斷層在一定程度上控制了煤層氣突出危險帶、區(qū)的分布，也影響到對煤田構造形態(tài)的正確認識，斷層的查明、研究對煤層氣安全和高效開采具有重要意義。淮南地區(qū)斷層較發(fā)育,逆沖推覆系統(tǒng)前鋒帶由阜陽一鳳臺斷裂、阜陽一李鄒孜斷裂、山王集斷裂、舜耕山斷裂四條主要斷裂組成。褶皺推覆構造一方面既可形成區(qū)域性的封蓋構造條件，有利煤層氣保存，另一方面又強烈破壞煤層的原生結構使得煤層滲透性降低，從而導致煤層含氣量高而物性比較差。

煤階類型。礦區(qū)的煤種均為煙煤，鏡質組反射率Ro,max為0.688%~1.046%，主要有氣煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤和瘦煤等，以中變質高揮發(fā)分（33%~42%）的氣煤和1/3焦煤為主。按美國的成功經驗，中變質程度的煤層對煤層氣的生成和保存是非常有利的。

由淮南礦區(qū)部分煤層的煤巖顯微分析結果可以看出，鏡質組的含量為44.29%~69.70%，平均51.89%；惰質組20.50%~38.27%，平均29.39%；殼質組5.20%~25.33%，平均15.27%；無機物礦物2.15%~5.48%，平均3.82%。較高含量的鏡質組，不僅是產氣的最大貢獻者，也為煤層氣的儲存提供了大量的空間，同時，低的無機物含量使煤層中有足夠大的煤基質顆粒內表面來吸附煤層氣。

另外，礦區(qū)煤的宏觀煤巖類型主要為半亮型和半暗型煤。這些資料說明淮南礦區(qū)的煤種對煤層氣資源的生成是較有利的。

煤層厚度。煤厚是該礦區(qū)煤層主要的特征之一，淮南礦區(qū)主要含煤地層為石炭、二疊紀，可采煤層主要分布在二疊紀，煤系地層總厚350m，含可采煤層9~18層，可采煤層的總厚22~34m，自下而上分為A、B、C、D、E五組。其中C1，單厚度達6m。具有煤層多、間距近、單層厚度達、總厚度大、煤層分布連續(xù)穩(wěn)定的特點，對煤層氣賦存非常有利。

圍巖的封閉性。煤層頂底板巖層封閉性的好壞，對煤層氣的保存起著非常重要的作用?；茨系V區(qū)煤層的直接頂板巖層多為致密的粘土巖、砂質泥巖等，封閉性好；即使部分地區(qū)是砂巖，也多為低滲透或小滲透的巖層，使煤層氣得以在煤層內較好的保存下來。

水文地質條件。水文地質條件控氣具有雙重性，它既可導致煤層氣逸散，又能起到貯存聚集煤層氣的作用，其根本原因是地層壓力的變化。煤儲層和頂板含水層構成一個完整的地下水徑流系統(tǒng)，在高儲層壓力、高含水層勢能的地區(qū)，也是煤層氣富集的地區(qū)。而在地下水排泄區(qū)，儲層壓力和含水層勢能降低，煤層氣逸散?；茨系V區(qū)總體上由于上部3層隔水層的阻隔，使煤系地下水補給來源貧乏，水平運移緩慢，垂直滲透性差，近于封閉狀態(tài)。因此，在這一地區(qū)的單斜、向斜構造中煤系地層凡與底部含水層接觸區(qū)，如張集、潘集（背斜南翼）、謝李深部等井田煤層中的煤層氣都比較富集。

滲透率。淮南礦區(qū)的煤層為中變質程度、埋深適中，主要煤層的惰質組含量達29.39%，惰質組中的孔隙是以中孔和大孔為主，其含量愈高煤的滲透性愈好，但是，礦區(qū)煤儲存的滲透率普遍低，究其原因，礦區(qū)處于高的地應力場中，各主要煤層的孔隙度低(0.022%~4.3%)，而且在高的地應力場中，煤層的外生節(jié)理大多緊閉。煤層的滲透率受多種因素影響，但是，最主要的因素是有效地應力，據中國礦大的趙陽升等人對煤體的孔隙、裂隙、裂縫在三維應力作用下的滲流規(guī)律的研究后認為，即使是一條裂縫，在高的應力作用下，其滲透率也非常低，甚至不滲透。所以，淮

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南礦區(qū)的煤層氣開發(fā)，應該在借鑒國內外先進技術的基礎上，在提高滲透率上尋求突破。

淮南礦區(qū)煤巖類型多為中變質煙煤、煤層厚、封閉性好，但構造條件相對復雜、地應力高、煤儲層的滲透率低，所以，應該因地制宜的研究和探索適合該地區(qū)煤層氣資源地質條件的開發(fā)技術。

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