貴州省織金縣戴家田井田構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的控制作用

李鴻磊

(貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 550081)

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貴州省織金縣戴家田井田構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的控制作用

李鴻磊

(貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 550081)

戴家田煤礦；構(gòu)造特征；瓦斯賦存

1 引言

煤瓦斯，即煤層氣，是一種熱值高、污染少、安全性高的新型能源，其主要成分為甲烷，是成煤過(guò)程中生成的以吸附和游離狀態(tài)賦存于煤層中的自生自儲(chǔ)式天然氣體，屬于非常規(guī)天然氣[1-2]。前人研究成果表明，礦井瓦斯的賦存特征是受構(gòu)造、水文、煤階及煤層埋深等綜合控制的結(jié)果[3-5]，其中尤以地質(zhì)構(gòu)造最基本和最重要，這些條件均在不同程度上受地質(zhì)構(gòu)造及其演化的控制，一方面控制著構(gòu)造的形成及分布，另一方面影響著煤層瓦斯的生成、運(yùn)移和聚集過(guò)程，因此，研究構(gòu)造演化對(duì)構(gòu)造和瓦斯賦存的控制作用至關(guān)重要。我國(guó)煤田地質(zhì)條件的復(fù)雜性決定了不同區(qū)域和不同礦井瓦斯地質(zhì)的特殊性。本文以織金縣戴家田井田為研究對(duì)象，在構(gòu)造特征分析的基礎(chǔ)上探討礦井構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的控制作用，揭示瓦斯賦存規(guī)律，對(duì)礦井安全高效生產(chǎn)具有重要的理論及實(shí)踐意義。

2 井田概況

3 井田構(gòu)造特征

圖1 井田構(gòu)造綱要圖

4 井田瓦斯賦存規(guī)律

礦區(qū)內(nèi)含煤地層為三疊系龍?zhí)督M，含煤19-30層，可采煤層7層，煤層為無(wú)煙煤三號(hào)，煤化程度較高。煤巖組分多以鏡煤、亮煤為主，夾少量暗煤和絲炭。各可采煤層煤為灰黑色至黑色，似金屬光澤為主，細(xì)至中條帶狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，內(nèi)生裂隙和外生裂隙較發(fā)育，煤層有擠壓變形現(xiàn)象發(fā)生。本文以6、16號(hào)煤層為例對(duì)井田瓦斯賦存規(guī)律進(jìn)行描述。

根據(jù)煤層瓦斯含量數(shù)據(jù)繪制了6號(hào)煤層和16號(hào)煤層瓦斯含量分布平面圖(圖2、圖3)，從圖中可以看出斷層對(duì)瓦斯賦存的影響比較明顯。

井田被BaF1、BaF2、BaF4、F8四條主要斷層所切，在BaF4斷層附近，兩煤層瓦斯含量均呈現(xiàn)不同程度的下降，而在盲斷層附近(DF2，DF8， F1003-1等)，卻為瓦斯富集帶。斷層對(duì)瓦斯含量的影響在6號(hào)煤層中表現(xiàn)的不是很明顯，在BaF4斷層以北部分地區(qū)瓦斯含量較低，在礦區(qū)北西部雖有諸多盲斷層，瓦斯含量卻不高，這是由于存在煤層尖滅帶，導(dǎo)致煤層瓦斯含量偏低。但在北西向的F1304-1斷層附近鉆孔顯示，瓦斯含量高達(dá)18 ml / g·r。

圖2 6號(hào)煤層瓦斯分布平面圖

圖3 16號(hào)煤層瓦斯分布平面圖

而在BaF4斷層南部，由于受到BaF4以及F8斷層的影響，瓦斯得到釋放，瓦斯含量較低。與6號(hào)煤層瓦斯含量分布相比，16煤層瓦斯分布與構(gòu)造關(guān)系更為緊密。在礦區(qū)的北西部，出現(xiàn)一瓦斯富集帶，主要原因是瓦斯富集帶附近盲斷層較多，煤體結(jié)構(gòu)破碎，加上圍巖透氣性較差，容易使瓦斯聚集。而在BaF4附近，瓦斯含量明顯降低，這與BaF4斷層的性質(zhì)有關(guān)。與6煤層不同的是，在BaF4斷層以南，礦區(qū)的南西部地區(qū)卻出現(xiàn)瓦斯異常增高區(qū)，這是由于邊界斷層BaF1與DF8、F102-1等斷層組成一壓扭性破碎帶，有利于瓦斯富集，所以導(dǎo)致該處瓦斯含量急劇增高。

可以看出，瓦斯的運(yùn)移、富集主要還是受到礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造的控制。一方面，原先瓦斯含量低的，瓦斯比較分散的煤層，由于后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使得瓦斯向有利瓦斯富集的地段聚集，形成局部瓦斯高壓帶；另一方面，高瓦斯煤層受到構(gòu)造的改造作用，發(fā)育較多的張性斷裂，煤體結(jié)構(gòu)破碎，裂隙發(fā)育，形成瓦斯運(yùn)移的通道，瓦斯便向地表運(yùn)移散失，導(dǎo)致瓦斯含量減少。因此，地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯的賦存具有雙重作用，開(kāi)放型的地質(zhì)構(gòu)造不利于瓦斯的保存，使煤層瓦斯含量減少，而在封閉型的地質(zhì)構(gòu)造內(nèi)，瓦斯運(yùn)移、排放較困難，瓦斯可以得到很好地保存。

5 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響

影響瓦斯分布的主要是各種自然地質(zhì)因素，包括煤層厚度、煤體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、煤層圍巖透氣性和煤質(zhì)變質(zhì)程度等[6-7]。研究表明在諸多因素中，瓦斯的運(yùn)移、富集最主要還是受到礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造的控制[8-9]。

5.1 褶皺構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響

向斜軸部受到的擠壓作用強(qiáng)烈，圍巖的透氣性變得比較低，煤體結(jié)構(gòu)變得松散，游離狀態(tài)的瓦斯增加，瓦斯壓力高，有利于瓦斯在向斜軸部富集，所以向斜軸部瓦斯含量往往高于兩翼[10]。研究區(qū)發(fā)育的褶皺構(gòu)造最主要的為八步向斜，其北西翼為本次勘探工作的主要區(qū)域，南東翼由于受構(gòu)造影響，斷層發(fā)育，地層傾角較大，局部地段地層倒轉(zhuǎn)，煤層埋深較深，部分鉆孔受斷層影響，地層缺失。

表1 J802鉆孔瓦斯含量統(tǒng)計(jì)情況

本區(qū)J802鉆孔穿過(guò)八步向斜核部，其中所取煤樣瓦斯含量測(cè)試結(jié)果如表1。從表中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，在八步向軸部，除27號(hào)煤層瓦斯含量略低于平均值以外，其余各煤層瓦斯含量均高出平均值，因此八步向斜軸部瓦斯含量比較高，為瓦斯富集帶。

5.2 斷裂構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響

斷裂構(gòu)造破壞了煤層的連續(xù)性和完整性，改變煤層中瓦斯賦存的條件，影響瓦斯賦存的規(guī)律。煤層中斷層的性質(zhì)(壓性、張性等)、數(shù)量等特征的不同都對(duì)瓦斯賦存有重要影響。一般而言，張性斷層屬開(kāi)放性斷層，利于煤層瓦斯的運(yùn)移與逸散；而壓扭性斷層為封閉性斷層，加之?dāng)D壓作用會(huì)使圍巖及煤層變的更加致密，有利于瓦斯的封存[11]。同時(shí)，斷層發(fā)育的密集程度不同，瓦斯賦存特征不同。斷層越密集，構(gòu)造應(yīng)力越大，煤體結(jié)構(gòu)破壞越嚴(yán)重，裂隙越發(fā)育。當(dāng)圍巖透氣性較好或斷層為開(kāi)放性質(zhì)時(shí)，煤層中吸附態(tài)的瓦斯易向游離態(tài)轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致瓦斯含量較小[12]。

研究區(qū)位于八步向斜北西翼，為一單斜構(gòu)造，斷層比較多，斷層對(duì)礦區(qū)瓦斯賦存有著重要的影響。

1)戴家田井田發(fā)育較多正斷層，占到礦井的69%，這些斷層均為開(kāi)放性正斷層，一般閉合程度不高，利于煤層瓦斯的運(yùn)移與 逸散，導(dǎo)致瓦斯含量較低。

根據(jù)瓦斯含量鑒定結(jié)果顯示(表2)，J303鉆孔瓦斯煤樣瓦斯含量均較低，主要原因是J303號(hào)鉆孔位于BaF4斷層附近。BaF4斷層屬于張扭性斷層，斷層斷距80 m，有良好的導(dǎo)氣性，有利于瓦斯的排放，是導(dǎo)致該鉆孔中瓦斯含量降低的主要因素。

表2 J303鉆孔瓦斯含量統(tǒng)計(jì)情況

礦區(qū)內(nèi)大型逆斷層比較少，而且在逆斷層附近所采的煤樣有限，其中J702鉆孔16號(hào)煤層煤樣瓦斯含量15.23 ml / g·r，J603鉆孔14煤層煤樣瓦斯含量17.29 ml / g·r、16號(hào)煤層煤樣瓦斯含量14.77 ml / g·r，含量均較高，所以逆斷層對(duì)瓦斯有一定的封閉作用。

2)在一些小斷層附近，煤體結(jié)構(gòu)較為破碎，煤中裂隙發(fā)育，加上頂?shù)装鍘r層透氣性差，瓦斯難以得到排放，所以在附近其一般為瓦斯富集帶，瓦斯含量較高[13]。

如1303號(hào)鉆孔中6、7號(hào)煤層被兩條小型斷層F1301-1和F1303-2所切(圖4)，兩條斷層斷距分別為2 m和6 m，該處6號(hào)煤層煤樣瓦斯含量為18.37 ml / g·r，而17號(hào)煤層則為19.54 ml / g·r，遠(yuǎn)高于各自的平均瓦斯含量。出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因是由于兩條斷層組成一壓性破碎帶，而頂板又是以泥巖粉砂質(zhì)泥巖等不透氣巖層為主，因此瓦斯相對(duì)富集。

5.3 構(gòu)造演化對(duì)瓦斯賦存的影響

燕山運(yùn)動(dòng)早期區(qū)內(nèi)NE、NNE向的背斜和向斜構(gòu)造形成以后，受到持續(xù)的擠壓，被一系列的NE-SW、NNE-SSW向的逆斷層切割，但由于這些斷層規(guī)模較小，對(duì)煤體結(jié)構(gòu)影響較小，煤層瓦斯難以逸散，導(dǎo)致其附近瓦斯相對(duì)較大；而燕山運(yùn)動(dòng)晚期區(qū)內(nèi)近NS向擠壓的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)使早燕山期形成的NE及NNE向褶皺和斷層發(fā)生變形，形成“S”形疊加褶皺和斷層，先前形成的NNE及NE向逆斷層受到強(qiáng)烈剪切作用，發(fā)生大量左移，部分逆斷層轉(zhuǎn)換為正斷層，區(qū)內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為強(qiáng)烈，大中型斷層構(gòu)造發(fā)育，煤體原生結(jié)構(gòu)受到破壞，煤層瓦斯得以逸散，其附近瓦斯相對(duì)較大。

圖4 1303號(hào)鉆孔中盲斷層

Fig.4 Blind fault in NO. 1303 drilling

6 小結(jié)

1)八步向斜是礦區(qū)的主要控煤構(gòu)造，同時(shí)也是主要控氣構(gòu)造，并且煤層上部巖層封閉性較好，使得八步向斜軸部瓦斯含量遠(yuǎn)高于兩翼。

2)正斷層多表現(xiàn)為張性斷層，利于瓦斯的釋放，瓦斯含量普遍偏低；逆斷層附近煤層遭到破壞，應(yīng)力較為集中，利于瓦斯的集聚，瓦斯含量普遍較高；斷層密集處，應(yīng)力集中，煤體結(jié)構(gòu)破碎，裂隙較發(fā)育，加上頂?shù)装鍘r層透氣性差，形成瓦斯富集帶，瓦斯含量較高。

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Structure Control on Gas Deposition of Daijiatian Coalfield，Zhijin County of Guizhou Province

LI Hong-lei

(No.174ExplorationTeam，GuizhouBureauofCoalGeologicalExploration，Guiyang550081，Guizhou，China)

Daijiatian coalfield；Structural features；Gas occurrence

2016-06-15

李鴻磊(1985—)，男，河南南陽(yáng)人，碩士，工程師，長(zhǎng)期從事煤炭勘查工作。

P54；P694

A

1000-5943(2016)03-0225-05