豐城礦區(qū)煤層氣賦存影響因素分析

【摘要】本文簡要敘述了豐城礦區(qū)內(nèi)煤層氣賦存的特征，通過煤層埋深、煤的變質(zhì)程度、地質(zhì)構(gòu)造和地下水四個相關(guān)因素分析了其對煤層氣賦存的影響。

【關(guān)鍵詞】豐城礦區(qū)；煤層氣；影響因素

1、概況

豐城礦區(qū)位于江西省中部，東起豐城市，西至新余市，東西長75.59km；北起高安市太陽圩鄉(xiāng)境內(nèi)，南至浙贛鐵路線附近，南北寬16.23km，面積約1226.67km2。礦區(qū)內(nèi)含煤地層主要為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M和三疊系上統(tǒng)安源組。安源組僅在礦區(qū)內(nèi)局部發(fā)育，煤層氣含量少。二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M主采煤層B4位于該組老山段，全區(qū)發(fā)育穩(wěn)定，煤層氣含量豐富；C煤組位于該組王潘里段，全區(qū)發(fā)育，煤層層數(shù)多，含煤面積大，但其單層厚度小，C煤組煤層含氣量相比B煤組煤層含量要低。

煤層氣含量隨著煤層埋藏深度的增加而增高，這在區(qū)內(nèi)均表現(xiàn)得非常明顯。沿煤層露頭線附近，含氣量均很低，有的屬于煤層氣風(fēng)化帶，含氣量一般小于8m3/t，在向斜軸部含氣量高達(dá)25.3m3/t。區(qū)內(nèi)煤層氣含量賦存變化的另一個趨勢是由東往西，煤層含氣量有增高的趨勢，表現(xiàn)在同一深度，西部煤層的含氣量一般比東部高。因此，研究區(qū)內(nèi)煤層氣賦存的影響因素情況，對其資源開發(fā)利用及瓦斯突出防治具有十分重要的指導(dǎo)意義。

2、煤層氣賦存的影響因素分析

2.1煤層埋深對煤層氣賦存的影響

區(qū)內(nèi)煤層沉積之后，在其上又沉積了巨厚的蓋層，之后在印支期形成了軸向為北東向的平緩復(fù)向斜，燕山運動又承襲了印支期的構(gòu)造格局，煤層賦藏在向斜內(nèi)，由兩翼向向斜軸部埋藏深度加深。隨著煤層埋藏深度的增加，地層壓力、煤層氣壓力不斷增加，煤巖層滲透性下降，封閉性變好，煤層吸附煤層氣的能力提高，游離的煤層氣向吸附的煤層氣轉(zhuǎn)化，不利于煤層氣的釋放。同時，煤的變質(zhì)程度增高，煤層氣的生成量和儲氣量增高。

通過區(qū)內(nèi)18個鉆孔的埋深與煤層氣含量進(jìn)行相關(guān)分析（圖1），建立起線性相關(guān)公式：q=2.279+0.015d

式中：q—煤層甲烷含量（m3/t.daf），d—煤層埋深

二者的相關(guān)系數(shù)s=0.88，表明煤層埋藏深度與煤層氣含量存在明顯的正相關(guān)。因此，煤層埋深控制著礦區(qū)煤層氣含量的分布，這與本區(qū)向斜軸部煤層氣含量較高相符。

2.2煤的變質(zhì)程度對煤層氣賦存的影響

一般來說，同等條件下，隨著煤的變質(zhì)程度的增高，煤層氣的生產(chǎn)量和儲存量增高。本區(qū)位于萍樂拗陷帶，構(gòu)造應(yīng)力變質(zhì)作用是決定煤變質(zhì)差異的主要因素。由于受南北邊界條件的控制，西部比東部狹窄，背、向斜交替出現(xiàn)，發(fā)育緊密線性褶曲，強(qiáng)大的、集中的構(gòu)造應(yīng)力形成局部較高的熱力場，使西部煤變質(zhì)程度增高，形成無煙煤；東部賦煤構(gòu)造比較寬緩，構(gòu)造應(yīng)力較弱，熱力場相對較低，因而煤的變質(zhì)較低，形成焦煤、瘦煤、貧煤。變質(zhì)作用同時影響煤層的滲透性，在東部中等變質(zhì)程度的焦煤、瘦煤要比西部高變質(zhì)的無煙煤裂隙發(fā)育，煤層氣容易逸散。在煤化作用過程中，煤的孔隙率、孔深、孔面積和孔徑等也隨著變質(zhì)程度的增高而降低。因此，煤的變質(zhì)程度是決定本區(qū)煤層氣含量高低的主要因素。

2.3地質(zhì)構(gòu)造對煤層氣賦存的影響

煤層沉積并被埋藏后，能否形成氣藏，主要取決于后期構(gòu)造發(fā)展條件。本區(qū)構(gòu)造表現(xiàn)為以NE向褶皺為主，其褶皺復(fù)雜程度總體上自西向東變?yōu)楹唵?。東部煤層原始層狀破壞較小，煤的透氣性較好；西部煤層被強(qiáng)烈擠壓破壞，形成有利于煤層氣封閉的條件，與區(qū)內(nèi)煤層氣賦存的特征一致。

斷層對煤層氣的賦存影響情況主要取決于斷層的性質(zhì)，在本區(qū)也表現(xiàn)的比較明顯。一般而言，正斷層多為張性，而逆斷層以壓性為主，起封閉作用，有利于煤層氣的聚集。通過區(qū)內(nèi)坪湖礦礦井絕對瓦斯涌出量與張性斷層建立（圖2）關(guān)系，從圖中可見張性斷層發(fā)育的地段瓦斯涌出量較小，印證了張性斷層發(fā)育使含氣量降低的特點。

2.4地下水對煤層氣賦存的影響

礦區(qū)內(nèi)主采煤層下伏地層為二疊系中統(tǒng)茅口組灰?guī)r，上覆地層為二疊系上統(tǒng)長興組灰?guī)r和三疊系下統(tǒng)大冶組。長興組灰?guī)r和茅口組灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，含水豐富，與煤系地層龍?zhí)督M之間普遍有密切的水力聯(lián)系。有時由于斷層錯動增加了含水層與煤層直接接觸或間距縮水，溝通各含水層的水力聯(lián)系。而地下水對煤層氣含量的負(fù)面影響作用主要表現(xiàn)在煤層中的水與煤層氣爭奪空間，溶解甲烷和CO2，加快煤層氣的運移和流通，其沖刷、溶蝕形成了圍巖的裂隙和孔洞，從而構(gòu)成煤層氣運移的通道，水吸附在煤體或裂隙表面，減弱了對煤層氣的吸附。根據(jù)地下水對煤層氣影響的特征，本區(qū)的地下水水力聯(lián)系表現(xiàn)為由東往西增強(qiáng)，這也體現(xiàn)了區(qū)內(nèi)煤層氣含量由東往西增高的趨勢。礦區(qū)內(nèi)各煤礦的開采情況也證實水大瓦斯小，水小瓦斯大這一特點。

3、結(jié)語

豐城礦區(qū)煤層氣含量賦存變化特征為由東往西煤層氣含量有增高的趨勢，且隨著埋藏深度的增加其含量也增加。通過分析認(rèn)為，這是在煤層埋深條件、煤的變質(zhì)程度、地質(zhì)構(gòu)造和地下水共同影響的結(jié)果，在這些因素的疊加效應(yīng)下，增加了該礦區(qū)煤層氣賦存的復(fù)雜性和不均衡性。

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作者簡介

吳輝明（1985-），男，福建南靖人，2010年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，本科學(xué)歷，助理工程師，現(xiàn)就職于江西省煤田地質(zhì)勘察研究院。