江西地質(zhì)構(gòu)造對煤層氣控制及地氣測量的影響

陳富貴，陳姍姍

（江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001）

江西省廣泛分布各類強(qiáng)烈褶皺、斷裂構(gòu)造，以及推覆和滑覆構(gòu)造。強(qiáng)烈的構(gòu)造變形在很多地區(qū)形成緊密褶皺，甚至造成地層倒轉(zhuǎn)，沿軟弱巖層產(chǎn)生的層間滑動構(gòu)造。主要含煤時代的地層內(nèi)構(gòu)造煤十分發(fā)育。構(gòu)造窗和飛來峰的形成主要受推覆和滑覆構(gòu)造的影響，形成現(xiàn)今的盆嶺構(gòu)造格局。這些地質(zhì)構(gòu)造條件不同程度地影響著煤層氣的賦存和保存。

1 構(gòu)造特征

地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展演化史結(jié)合板塊構(gòu)造理論，將江西省劃分為三大地殼構(gòu)造發(fā)展演化階段：一是晉寧-加里東期板塊活動階段，江西地跨揚(yáng)子板塊的東南緣和華夏板塊西北緣的東段；二是海西-印支期板內(nèi)活動階段，江西位于加里東運(yùn)動揚(yáng)子板塊和華夏板塊拼合而成統(tǒng)一的華南板塊之東北緣；三是中、新生代以來的大陸邊緣活動階段，江西省大地構(gòu)造位置處在濱西太平洋大陸邊緣活動帶西側(cè)的南段?，F(xiàn)今所展示的大地構(gòu)造位置的空間配置，表現(xiàn)為中、新生代以來的大陸邊緣活動體系疊置在揚(yáng)子地臺的東南緣和華南褶皺系的東北域之上。

2 主要地質(zhì)構(gòu)造對煤層氣的控制作用

江西省地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜而強(qiáng)烈，對省內(nèi)各地煤層氣的保存起到極其重要的影響。尤其是印支后期及燕山期的構(gòu)造作用，形成了隆起區(qū)和相對凹陷區(qū)，褶皺形態(tài)被強(qiáng)化，形成的推覆和滑覆構(gòu)造相應(yīng)具有不同的角度。

2.1 區(qū)域大型褶皺隆起與凹陷

江西的賦煤構(gòu)造主要為印支期褶皺的大型向斜槽部。如南昌錦江復(fù)向斜，該向斜軸部大致位于萍鄉(xiāng)長平-宜春楠木-萬載-上高-高安一帶之錦江河谷，軸呈北東東向展布，翼部分布上古生界。江西省規(guī)模最大的幾個礦區(qū)均位于省內(nèi)規(guī)模較大的復(fù)向斜內(nèi)。

從煤層氣資源的總體分布特征上，贛南、贛北地區(qū)因受區(qū)域擠壓隆起或抬升作用強(qiáng)烈，殘留的含煤地層因埋藏淺，煤層氣多已逸散。因此，位于贛南、贛北地區(qū)多為小型礦區(qū)和小礦井。大多數(shù)煤層氣含量普遍較低，個別或局部煤層氣高礦井如贛南的金興煤礦，因井田范圍小、煤層氣資源規(guī)模小，不具備抽采條件，相對而言，江西幾個主要的煤層氣礦區(qū)主要集中在萍樂坳陷的豐城、萍鄉(xiāng)、樂平等幾個向斜盆地內(nèi)。

2.2 復(fù)雜的構(gòu)造變形

由于遭受多期的強(qiáng)烈構(gòu)造作用，造成含煤地層分布的范圍小、多數(shù)煤田的規(guī)模較小，礦區(qū)的情況更是如此。首先是因構(gòu)造破壞而造成很多礦區(qū)內(nèi)煤系地層零星分布，礦點(diǎn)分散。緊密褶皺造成大多數(shù)礦井為高角度急傾斜煤層，甚至造成地層倒轉(zhuǎn)。省區(qū)內(nèi)除豐城、新余和樂平等礦區(qū)構(gòu)造變形相對較輕外，大部分礦區(qū)的斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，從而破壞了礦區(qū)內(nèi)含煤巖系分布的連續(xù)性和完整性，也造成了煤層氣含量分布在空間上的巨大差異。由于礦井的規(guī)模小，采區(qū)和工作面的規(guī)模則更小，采區(qū)和工作面開采周期短。因此，多數(shù)礦井不具備煤層氣井下或地面抽采條件。

如位于贛西的萍鄉(xiāng)礦區(qū)，該區(qū)為江西省主要礦區(qū)之一，礦區(qū)面積不是很大，全礦區(qū)的煤炭產(chǎn)量不是很高，而礦區(qū)內(nèi)以煤系地層出露或因斷層等自然因素劃分的單元礦井就達(dá)130個之多；大部分礦井盡管是高瓦斯礦井，但因單個礦井的規(guī)模小，煤層氣資源量少，分布零散難達(dá)到大規(guī)模的資源量。

2.3 復(fù)雜的推覆與滑覆構(gòu)造

推覆與滑覆構(gòu)造作用具有相同的一面，同樣可以造成地層的重復(fù)和缺失，并在分布范圍或規(guī)模上要比一般的斷層大得多。在江西的很多礦區(qū)，這類構(gòu)造往往形成飛來峰和構(gòu)造窗。在含煤地層分布區(qū)，飛來峰構(gòu)造可造成煤系上部蓋層的加厚，不僅使得煤系地層得以保存，煤層氣的儲層無形中增加了蓋層。因此，在含煤巖系分布區(qū)上方若存在飛來峰構(gòu)造，煤層氣的含量往往較高；相反，在構(gòu)造窗內(nèi)的煤系地層由于直接暴露在地表，更有利于氣體的逸散，煤層氣含量低。從江西部分礦區(qū)的瓦斯含量與分布特征來看，這類推覆與滑覆構(gòu)造作用對煤層氣能起到一定的保存作用。

在萍鄉(xiāng)礦區(qū)、新余礦區(qū)，以及樂平等礦區(qū)，因含煤地層上部的推覆或滑覆構(gòu)造作用而造成不同礦井瓦斯含量顯著差異。如該區(qū)的煤層瓦斯含量總體較高，青山、巨源等大多數(shù)礦井為高瓦斯礦井，甚至為突出礦井。而與青山、巨源緊鄰，位于該礦東南側(cè)的高坑、安源、白源等礦井則是低瓦斯礦井。

2.4 低角度的層間滑動構(gòu)造

從地質(zhì)角度出發(fā)，構(gòu)造煤不僅嚴(yán)重影響煤層氣的賦存，降低了煤層氣的透氣性和氣體的滲透運(yùn)移，使煤層的局部氣體壓力增大和煤層氣含量增高，同時也降低了煤體強(qiáng)度，加劇了煤與瓦斯突出的危險性。據(jù)調(diào)查，江西煤礦區(qū)，大部分煤層均發(fā)育有構(gòu)造煤。在萍鄉(xiāng)礦區(qū)、新余礦區(qū)和樂平礦區(qū)，以及贛南等礦區(qū)，礦區(qū)幾乎所有的煤層均見構(gòu)造破壞的構(gòu)造煤。從礦井開采情況來看，在萍鄉(xiāng)、樂平涌山等礦區(qū)，所有的煤層均被這類構(gòu)造破壞為碎裂狀或粉末狀，煤體的強(qiáng)度降低。

3 地質(zhì)構(gòu)造對地氣測量的影響

地氣測量是在上世紀(jì)八十年代發(fā)展起來的一種預(yù)測隱伏礦產(chǎn)的新方法。它的找礦機(jī)理基于，在地殼內(nèi)存在豐富的上升氣流，氣體成分有N2、甲烷、CO2等。當(dāng)其流經(jīng)礦體(化)時，將微量元素微粒攜帶至地表，便在礦體上方形成了成礦元素和伴生元素等多元素地氣異常。本文是以煤層產(chǎn)生的甲烷為氣源，通過土壤中甲烷正異常來尋找未知煤層氣。

3.1 斷層的影響

由于斷層的連通性，使得斷層內(nèi)聚集大量的CH4等氣體，地氣測量結(jié)果出現(xiàn)干擾異常。通過油氣及金屬礦的地氣測量實(shí)踐，結(jié)合煤層特點(diǎn)，分析斷層引起的異常多為個體，延續(xù)性不強(qiáng)，地氣測量的異常峰多為獨(dú)立單峰，斷層附近分布較多的異常峰。在平面上沿斷層走向分布，呈長條狀或串珠狀，氣體組分的運(yùn)移受斷層控制，異常均分布在斷層地表出口周圍，很少出現(xiàn)水平分帶特征；而煤層引起的異常應(yīng)為連續(xù)的異常峰，理想狀態(tài)下應(yīng)隨著煤層的埋深增加，異常逐漸減小。所以地氣測量的異常峰為多峰式分布，且有逐漸減小趨勢。

3.2 褶曲的影響

背斜核部是良好的儲氣構(gòu)造，易聚集大量CH4等氣體。地氣測量結(jié)果出現(xiàn)的異常核部明顯兩翼高。結(jié)合煤層分布特點(diǎn)，背斜引起的異常由核部向兩翼逐漸減小，主要原因：一是核部是儲氣部位，含氣量較高；二是兩翼煤層埋深逐漸增加。而向斜與背斜相比較，則異常明顯相反，煤層產(chǎn)生的氣體順地層產(chǎn)狀向淺部運(yùn)移，向斜兩翼煤層氣的含量由軸部向兩翼擴(kuò)散，且兩翼埋深變淺，兩翼煤層氣的含量較軸部逐漸增加。理想狀態(tài)下地氣測量的異常峰呈正態(tài)分布，隨煤層的埋深增加，異常逐漸減小。

4 結(jié)語

江西地質(zhì)構(gòu)造對煤層氣的控制作用主要表現(xiàn)在：①區(qū)域大型褶皺隆起與凹陷，對含煤地層的區(qū)域分布與保存起到了控制作用；②復(fù)雜的構(gòu)造變形導(dǎo)致了礦區(qū)和井田的煤系形變，直接影響到煤層和煤層氣含量及空間分布的連續(xù)性；③復(fù)雜的推覆與滑覆構(gòu)造改造了含煤巖系的蓋層條件，有利于井田或礦區(qū)瓦斯賦存及運(yùn)移條件；④低角度的層間滑動構(gòu)造破壞了煤體結(jié)構(gòu)，加劇了煤與瓦斯突出危險性。構(gòu)造對地氣測量的影響較大，不同構(gòu)造的異常反應(yīng)有較大的差異，實(shí)際測量時應(yīng)充分考慮構(gòu)造影響。建議今后在江西煤氣層開發(fā)利用時充分考慮構(gòu)造對其的控制作用，盡量避免大型構(gòu)造對氣源的破壞。