威寧縣陽(yáng)關(guān)寨勘查區(qū)構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的控制作用

王利選　劉靜

摘 要： 在系統(tǒng)分析勘查區(qū)構(gòu)造發(fā)育特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合勘查區(qū)瓦斯實(shí)測(cè)參數(shù)，以區(qū)域構(gòu)造演化和勘查區(qū)構(gòu)造的控制作用為基礎(chǔ)，對(duì)勘查區(qū)的構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存控制作用進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：勘查區(qū)的瓦斯賦存的特征嚴(yán)格受構(gòu)造控制，斷層傾向多與地層傾向大致一致，以逆斷層為主。斷層落差較大，導(dǎo)致煤系地層的不同程度重復(fù)或者缺失，淺部含煤地層的完整性被嚴(yán)重的破壞了。復(fù)雜的構(gòu)造特征致使瓦斯賦存條件由軸部到兩翼逐漸變差且南西翼好于北東翼。

關(guān)鍵詞： 陽(yáng)關(guān)寨勘查區(qū)； 構(gòu)造特征； 瓦斯賦存； 控制作用

瓦斯是與煤有關(guān)的有害氣體，是影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素[1]。以往的研究成果表明，礦井瓦斯賦存特征受控于構(gòu)造、水文、煤階及煤層埋深等綜合控制的結(jié)果[2，3]，特別是地質(zhì)構(gòu)造是最基本的和最重要的，它不僅直接控制瓦斯的生成、運(yùn)移和聚集的各個(gè)環(huán)節(jié)，并且通過(guò)間接的控制其他地質(zhì)因素起作用[4]，然后控制煤礦瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)的分布，也是地質(zhì)構(gòu)造直接地控制了煤礦瓦斯的賦存與礦井瓦斯的突出[5，6]，因此，研究結(jié)構(gòu)的煤礦區(qū)瓦斯賦存的控制作用很必要的。以威寧楊村勘探區(qū)為研究對(duì)象，利用瓦斯賦存構(gòu)造控制理論，在分析構(gòu)造特征的基礎(chǔ)上，弄清調(diào)查區(qū)瓦斯分布規(guī)律，對(duì)瓦斯預(yù)測(cè)和瓦斯治理具有非常重要的意義。

1. 地質(zhì)構(gòu)造特征

1.1 區(qū)域構(gòu)造

勘查區(qū)大地構(gòu)造位于揚(yáng)子陸塊（一級(jí)構(gòu)造單元）黔北隆起（二級(jí)構(gòu)造單元）六盤(pán)水?dāng)嘞荩ㄈ?jí)構(gòu)造單元）。區(qū)域內(nèi)斷層及褶皺較為發(fā)育，發(fā)育了以水城斷裂為主的NW向斷裂和褶皺，其次是NE向的斷裂和褶皺，發(fā)育了少量的南北褶皺和斷裂。區(qū)域內(nèi)次一級(jí)的控煤構(gòu)造為格木底向斜和威水背斜。

1.2 勘查區(qū)構(gòu)造

勘查區(qū)的整體結(jié)構(gòu)特征包括23個(gè)斷層和4個(gè)褶皺，23條斷層中正斷層11條，逆斷層12條，斷層主要分布于勘查區(qū)的中東部地區(qū)，走向以北西—南東向?yàn)橹鳎?條褶皺中背斜1條，向斜3條，其中以陽(yáng)關(guān)寨背斜為主要褶皺構(gòu)造，位于勘查區(qū)中部，貫穿勘查區(qū)南北，為勘查區(qū)內(nèi)的主要控煤構(gòu)造，共同形成了該地區(qū)豐富的地質(zhì)特征[6]?？碧絽^(qū)位于東翼龍場(chǎng)斜坡，平斜北翼通過(guò)眼底到位于楊村中部背斜的包圍區(qū)域的西北段，通過(guò)勘探區(qū)域（圖1）。結(jié)構(gòu)優(yōu)先考慮到NW到勘探區(qū)域，主要發(fā)展在東部和中部，包括格子網(wǎng)底線(xiàn)，楊村背斜，平坦開(kāi)放斜線(xiàn)和共生斷層和褶皺；在勘探區(qū)，近SN的結(jié)構(gòu)主要發(fā)生在西部，包括龍場(chǎng)的斷層和相關(guān)生命的結(jié)構(gòu)。在勘探區(qū)其他地區(qū)，中國(guó)中部和東部地區(qū)也發(fā)展了內(nèi)蒙古的斷層結(jié)構(gòu)。勘探區(qū)形成NW-SE方向，陽(yáng)關(guān)寨背斜北東翼地層傾向南東，傾角為10°～20°；南西翼傾向?yàn)槟衔鳎瑑A角為10°～25°。

2. 勘查區(qū)瓦斯賦存規(guī)律

瓦斯主要自然成分為甲烷，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干燥無(wú)灰基（甲烷+重?zé)N）濃度為27.15%～98.28%，全勘查區(qū)平均為75.44%。其次為氮濃度，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干燥無(wú)灰基N2濃度1.16%～35.90%，全勘查區(qū)平均為17.81%。少量二氧化碳，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干燥無(wú)灰基CO2濃度0.29%～64.09%，全勘查區(qū)平均為6.74%。

本文以5號(hào)煤層為例，描述了勘查區(qū)瓦斯賦存規(guī)律。根據(jù)煤層瓦斯含量數(shù)據(jù)，繪制了5號(hào)煤層中瓦斯含量分布圖（圖2）。根據(jù)圖中的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)瓦斯賦存受到斷層的影響是比較明顯的。

井田的整體是被F1、F2、F6、F16四個(gè)斷層切割封閉性斷層壓性或壓扭性，深部煤層和地表的聯(lián)系被它切斷了，能夠防止煤層瓦斯的排放，從而提高了煤層瓦斯含量，這種情況在F1、F2斷層附近的902、903及1001孔瓦斯含量可以得到驗(yàn)證，煤層在此處瓦斯含量均呈現(xiàn)不同程度的上升，而在一些小型斷層附近，

如804孔附近，瓦斯含量相對(duì)較低，這主要是由于密集型小斷層的發(fā)育，導(dǎo)致煤層圍巖透氣性增加，不利于瓦斯的賦存。斷層對(duì)瓦斯含量的影響在904、905孔附近表現(xiàn)的不是很明顯，這主要是由于煤層埋藏深度是決定煤層瓦斯含量的主要因素，煤層淺，地面應(yīng)力低，煤層透氣性和圍巖較差，煤吸附瓦斯量少，而且瓦斯向地表面的移動(dòng)距離也短，以上因素都不利于煤層瓦斯的儲(chǔ)存，導(dǎo)致瓦斯的含量相對(duì)較低。

3. 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響

瓦斯的形成和成煤物質(zhì)、成煤過(guò)程密切相關(guān)，煤層本身是多種地質(zhì)作用的綜合結(jié)果。因此，瓦斯是地質(zhì)作用的結(jié)果，瓦斯的賦存和輸送受到多種地質(zhì)因素的影響。影響煤層瓦斯賦存的主要地質(zhì)因素是地質(zhì)構(gòu)造、巖漿作用、煤變質(zhì)程度，煤層埋藏深度及上覆有效地層厚度、煤層厚度及其變化、圍巖類(lèi)型及破碎程度、地下水活動(dòng)、地溫等，其中地質(zhì)構(gòu)造是所有地質(zhì)因素中最為重要而直接的控氣因素。

3.1 褶皺構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響

閉合完整的背斜或穹隆和蓋層的密閉地層是一種良好的儲(chǔ)氣構(gòu)造，其軸部煤層往往積聚高壓瓦斯，形成了“氣頂”。在傾伏背斜的軸部，通常也高于同一深度的翼部的瓦斯的含量[ 8，9 ]。

研究區(qū)發(fā)育的最主要控煤構(gòu)造為陽(yáng)關(guān)背斜，其背斜軸部位于勘查區(qū)樂(lè)居—陽(yáng)關(guān)寨—姑住一線(xiàn)，背斜長(zhǎng)約16km，寬約11km，軸向NW-SE。核部最老地層為二疊系上統(tǒng)宣威組（P3x）的深灰色泥質(zhì)粉砂巖，粉砂巖夾泥巖及煤層，兩翼主要由三疊系飛仙關(guān)組，永寧鎮(zhèn)組及關(guān)嶺組地層組成，兩翼巖層傾角15°～30°。陽(yáng)關(guān)寨背斜樞紐斜穿5-11勘查線(xiàn)。在該地區(qū)穿過(guò)的陽(yáng)關(guān)背斜核部的902個(gè)鉆孔，采取的煤樣瓦斯含量分析測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。能夠從表中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，在陽(yáng)關(guān)背斜的軸部，各個(gè)煤層的瓦斯含量都大于平均值，所以陽(yáng)關(guān)背斜軸部的瓦斯含量是比較高的，是瓦斯的富集帶。

3.2 斷裂構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響

煤層瓦斯含量受斷層的影響是比較復(fù)雜的，一方面取決于斷層（帶）的封閉性。另一方面，它取決于煤層接觸地層的滲透性。煤層瓦斯含量受斷層有兩種不同的影響。煤層排放瓦斯的通道是開(kāi)放性的斷層（一般是張性、張扭性或者導(dǎo)水?dāng)鄬樱?，無(wú)論是直接與地表面是否直接的聯(lián)通，斷層周?chē)拿簩油咚购慷紩?huì)被引起降低。當(dāng)與煤層接觸的對(duì)盤(pán)地層的滲透性大時(shí)，氣體含量降低得更大。閉合斷層（一般是壓性、壓扭性、不導(dǎo)水、現(xiàn)在仍受擠壓處于封閉狀態(tài)的斷層）并且與煤層接觸的對(duì)盤(pán)地層滲透性低時(shí)，能夠防止煤層瓦斯的排放，因此煤層瓦斯含量增加。

（1）勘查區(qū)內(nèi)斷層共有23條，其中正斷層11條，逆斷層12條，逆斷層占52%，其中規(guī)模較大斷層皆為逆斷層，這些逆斷層為閉合斷層，封堵了瓦斯逸出通道，有利于瓦斯的保存，從而提高瓦斯含量。表2為902的瓦斯含量的鑒定結(jié)果，瓦斯含量較高，主要是因?yàn)镴902位于F1斷層的附近。F1斷層屬于壓扭性斷層，斷層的斷距是110m～220m，導(dǎo)氣性能比較的差，不方便于瓦斯的逸散，是造成這個(gè)鉆孔中瓦斯的含量較高的主要因素。

（2）在一些斷層密集部位附近，煤體結(jié)構(gòu)較為破碎，煤中裂隙發(fā)育，由于煤層埋藏較淺，地應(yīng)力減小，煤層與圍巖的透氣性都變好，煤吸附的瓦斯量也減小，同時(shí)瓦斯向地表運(yùn)移的距離也變短，不利于煤層瓦斯的儲(chǔ)存。所以在它的附近的瓦斯含量一般較低。

如804號(hào)鉆孔中3、4、7、10號(hào)煤層被兩條小型斷層F8041和F8042所切，其瓦斯含量除10號(hào)煤層的瓦斯含量高于平均值外，其余煤層的瓦斯含量均低于其平均值（表2）。出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因是由于兩條斷層組成一張性破碎帶，煤層埋深也較淺，總體主應(yīng)力較小，瓦斯含量及壓力相對(duì)較低，煤的吸附量減小，瓦斯含量較低。

3.3 構(gòu)造演化對(duì)瓦斯賦存的影響

燕山早期紫云—水城斷裂帶受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，發(fā)生反旋剪切，從而對(duì)斷裂帶南部包括本勘查區(qū)在內(nèi)的區(qū)域產(chǎn)生NE-NNE的擠壓，形成了格目底向斜、陽(yáng)關(guān)寨背斜、開(kāi)坪向斜以及區(qū)域上的威水背斜。并且其頂部巖層透氣性較差，往往形成較好的瓦斯儲(chǔ)存構(gòu)造；在形成褶皺構(gòu)造的同時(shí)形成了NW方向和NE-NEE方向共軛逆沖斷裂組，故本勘查區(qū)NW向的褶皺組同NW方向和NE-NEE方向共軛逆沖斷裂組是具有成生聯(lián)系的同期構(gòu)造，這些良好的儲(chǔ)瓦斯構(gòu)造加上壓性逆沖斷裂組，煤層瓦斯更加難以逸散，形成瓦斯富集帶；燕山運(yùn)動(dòng)中、晚期紫云—水城斷裂帶發(fā)生正旋剪切，從而對(duì)本勘查區(qū)所在區(qū)域產(chǎn)生近EW方向擠壓，從而形成了龍場(chǎng)向斜以及F3、F20正斷裂，龍場(chǎng)向斜是較好儲(chǔ)瓦斯構(gòu)造，但兩條張性正斷層形成兩條瓦斯運(yùn)移通道，導(dǎo)致瓦斯含量有所下降；燕山運(yùn)動(dòng)之后，本區(qū)域可能受區(qū)域伸展作用的影響，從而形成了NWW向的張性正斷層組，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)較小。

4. 結(jié)語(yǔ)

（1）陽(yáng)關(guān)寨背斜是本勘查區(qū)的主要的控煤構(gòu)造，也是最主要的控氣構(gòu)造，同時(shí)煤層上部的巖層的封閉性比較好，使得陽(yáng)關(guān)寨背斜軸部的瓦斯含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于它的兩翼。

（2）張性正斷層是煤層排放瓦斯的通道，有利于瓦斯的運(yùn)移及逸散，瓦斯含量普遍偏低；壓性逆斷層多為封閉性斷層，其割斷了深部煤層與地表的聯(lián)系，可以阻止煤層瓦斯的排放，并且附近的煤層受到了破壞，應(yīng)力相對(duì)較為集中，比較方便于瓦斯的聚集，瓦斯的含量大部分都較高； 斷層比較密集的地方，應(yīng)力集中，煤結(jié)的結(jié)構(gòu)破碎，裂隙發(fā)育多，而且煤層的埋深淺，地應(yīng)力減小，煤層和周?chē)鷰r石滲透性變好，煤吸附的瓦斯量降低，而且瓦斯向地表運(yùn)移的距離也變短，不利于煤層瓦斯的封存，瓦斯含量較低。

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