貴州省織金縣中寨井田煤層氣分布特征及資源潛力

何金坪 汪小勇 駢紅野

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一〇五地質(zhì)大隊)

煤層氣是一種高效清潔的新型能源，對煤層氣進行高效開發(fā)利用，既有助于改善我國能源結(jié)構(gòu)，又能提高煤礦資源開采的安全性。貴州省煤炭資源豐富、種類齊全、煤質(zhì)優(yōu)良[1]，境內(nèi)煤層氣的重點勘探區(qū)為織納、六盤水和黔北煤田，三者煤層氣資源量占全省總量的92.79%[2]。近年來，大量學者對織納煤田的煤層氣進行了深入研究，黃文等[3]認為比德向斜為煤層氣勘探的有利靶區(qū)；王蒙等[4]指出了影響煤層吸附解吸特征的主控因素為煤儲層條件及煤質(zhì)，即煤儲層的溫度、壓力，煤的變質(zhì)程度，灰分含量與水分含量；楊瑞東等[5]認為向斜軸部更有利于煤層氣富集。本研究結(jié)合織納煤田中寨井田煤層氣地質(zhì)勘探成果，對該井田內(nèi)的煤層氣分布特征及資源潛力進行探討，為井田內(nèi)煤層氣后續(xù)勘探開發(fā)提供參考。

1 井田地質(zhì)概況

中寨井田為貴州織納煤田的重要部分，屬揚子陸塊、黔北隆起、遵義斷拱、畢節(jié)NE向構(gòu)造變形區(qū)，發(fā)育十余個較大褶曲，走向均為NE向，由北往南有張維背斜、三塘向斜、后寨背斜、阿弓向斜、地貴背斜、珠藏向斜等(圖1)[6]。斷裂構(gòu)造主要有NE向、近SN向及NW向3組，其中以NE向斷裂為主，次之為NW向斷裂。中寨井田位于三塘向斜北東端。三塘向斜為一北西翼寬緩、南東翼狹窄的不對稱向斜，長約5.1 km，地層走向SW—NE、NEE，NW翼傾角29°～40°，除煤系地層淺部傾角較大以外，該翼大部分區(qū)域的地層傾角在13°以下；SE翼傾角40°～89°，除軸部附近外，大部分傾角在25°以上。井田內(nèi)斷層較發(fā)育，但落差較小，對煤層破壞較小[6]。井田出露的地層由老至新有中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)，上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組(P3β)、龍?zhí)督M(P3l)、長興大隆組(P3c+d)，下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)、永寧鎮(zhèn)組(T1yn)及第四系(Q)。井田地層巖性特征參數(shù)見表1。

圖1 中寨井田區(qū)域地質(zhì)特征

表1 中寨井田地層巖性特征

系統(tǒng)組代號巖性簡述厚度/m第四系黏土、亞黏土及沙、礫石等0～166.42三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組T1yn以白云巖、灰?guī)r為主,下部為灰色泥巖418～730574飛仙關(guān)組T1f泥巖、粉砂巖及灰?guī)r、白云巖、溶塌角礫巖464～615541二疊系上統(tǒng)中統(tǒng)長興組P3c硅質(zhì)巖夾蒙脫石泥巖、燧石石灰?guī)r15～3018龍?zhí)督MP3l以粉砂巖、細砂巖及泥巖為主,夾灰?guī)r及煤層242～375289峨嵋山玄武巖組P3β集塊巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r、玄巖>100茅口組P2m灰色薄—中厚層狀石灰?guī)r及含燧石灰?guī)r>100

2 煤層特征

3 現(xiàn)場解析及測試

根據(jù)《煤層氣測定方法(解析法)》(MT/T 77—1994)對煤層瓦斯進行現(xiàn)場解析，并按照規(guī)范裝入瓦斯灌，送實驗室對瓦斯含量及瓦斯組分進行測試。

注：煤層層間距為煤層與上一可采煤層的距離；3#煤層層間距為該煤層上距長興組的距離。

區(qū)內(nèi)共采取267件瓦斯檢測樣品，剔除參考樣品59件，合格樣品為208件。瓦斯采樣深度為100～900 m，對各煤層在不同地段、不同深度的瓦斯含量及組分進行分析，所采樣品代表性較好。井田內(nèi)各煤層中煤層氣及甲烷含量測試結(jié)果見表3。

表3 井田內(nèi)各煤層煤層氣組分及含量

4 煤層氣特征

4.1 煤層氣變化規(guī)律

井田內(nèi)各煤層煤層氣含量在平面上變化較小，但不同部位含量有一定差異，主要表現(xiàn)在煤層露頭附近及張性斷裂帶(F1)附近含量偏低，三塘向斜軸部含量相對較高，其余區(qū)域煤層氣含量變化較小，總體上往深部甲烷含量有逐漸增加的趨勢(圖2)。井田內(nèi)可劃分為貧甲烷區(qū)(含量小于8 m3/t)，含甲烷區(qū)(含量為4～8 m3/t)和富甲烷區(qū)(含量大于8 m3/t)。

圖2 中寨井田6#、30#煤層甲烷含量平面分布特征

在縱向上，甲烷含量隨深度的增加而增高，在煤層淺部露頭處及斷層處瓦斯含量相對偏低。煤層埋藏深度每增加25.42 m，甲烷含量增加1 m3/t；煤層埋藏深度每增加100 m，瓦斯含量增加3.68 m3/t。

4.2 煤層氣賦存規(guī)律

煤層中煤層氣含量受到多種地質(zhì)因素的影響[7]，主要為煤層厚度、深度、圍巖封閉性、地質(zhì)構(gòu)造等，同時煤巖組分、煤層結(jié)構(gòu)、煤質(zhì)、水文地質(zhì)條件等對煤層氣含量也有一定影響。

(1)煤層厚度。在相同或相近的地質(zhì)條件下及有限的深度范圍內(nèi)，煤層甲烷含量與煤層厚度成正相關(guān)關(guān)系[8-11]，煤層厚度是決定煤層生氣量和吸附量的內(nèi)在因素[12-13]。井田內(nèi)煤層較厚，有利于煤層氣富集。

(2)埋藏深度。中寨井田各煤層露頭附近大面積處于甲烷含量貧氣區(qū)(含量小于4 m3/t)。各煤層甲烷含量與煤層埋藏深度成正相關(guān)關(guān)系[8-11]，井田內(nèi)煤層埋藏深度最大超過900 m，對煤層氣的保存非常有利。

(3)圍巖封閉性特征。煤層頂?shù)装鍘r性及其封閉性是影響煤層氣富集的重要因素[8-9]，井田中煤層頂、底板巖性主要為泥巖、碳質(zhì)泥巖與少量細砂巖、粉砂巖互層?？刹擅簩又苯禹?shù)装鍘r性雖然有差異，但是含煤地層巖性組合基本相同，以碎屑巖、黏土巖組合為主，孔隙度較小，滲透率較低，使煤層氣能夠有效地被圈閉于煤層中或煤層頂?shù)装逯?，有效地阻止了煤層氣逸散。對于整個井田來講，圍巖巖性對于煤層氣的儲存較有利。

(4)地質(zhì)構(gòu)造。井田位于三塘向斜北東端，產(chǎn)狀淺部較平緩，深部地層傾角逐漸變大，總體為一向斜構(gòu)造，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅F1斷層發(fā)育于井田邊界。三塘向斜軸部煤層氣含量高于兩翼，F(xiàn)1斷層附近煤層氣含量較低，向斜構(gòu)造及逆斷層有利于煤層氣富集，而正斷層對煤層氣的儲存有一定的破壞作用。

5 煤層氣資源量估算

煤層氣估算公式為

Gi=0.01A·h·D·Cad ，

式中，Gi為煤層氣地質(zhì)資源量，m3；A為煤層含氣面積，km2；h為煤層凈厚度，m；D為煤的空氣干燥基質(zhì)量密度，t/m3；Cad為煤的空氣干燥基含氣量，mL/(g·r)。

中寨井田參與煤層氣資源量計算的煤層有11層，估算面積為37.74 km2(圖3)，井田共探明的煤層氣資源量估算為24.90×108m3，具有較好的資源利用前景。

6 結(jié) 論

(2)中寨井田總體為一向斜構(gòu)造，斷層不發(fā)育，煤層厚度、煤層埋藏深度、頂?shù)装鍘r性及封閉性等因素均有利于煤層氣富集。三塘向斜煤層氣資源潛力大，進一步勘探開發(fā)的前景較好。

圖3 中寨井田甲烷平均含量等值線分布特征