牛場(chǎng)、以古復(fù)向斜主要煤層含氣性特征及控氣地質(zhì)因素研究

查貴權(quán)

摘要：地質(zhì)勘查和地質(zhì)研究一直是采礦行業(yè)的先行工作，煤層含氣性研究，直接關(guān)系著礦產(chǎn)開采工作的規(guī)劃布置和采礦安全，十分重要。牛場(chǎng)、以古復(fù)向斜煤田位于云南省昭通市鎮(zhèn)雄縣西部，是云南省重要的煤礦產(chǎn)區(qū)，文章將以牛場(chǎng)、以古復(fù)向斜煤田地質(zhì)勘查、生產(chǎn)礦井資料和實(shí)驗(yàn)室的分析測(cè)試資料為基礎(chǔ)，淺析研究區(qū)煤層含氣性在平面和垂向上的展布特征，并探討了其主要地質(zhì)影響因素，為牛場(chǎng)、以古復(fù)向斜煤田的勘探開采工作提供有益的參考和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：牛場(chǎng)、以古復(fù)向斜煤田;煤層氣;含氣性;特征;地質(zhì)因素

1、研究區(qū)概況

研究區(qū)地處云南省東北部，隸屬于昭通市鎮(zhèn)雄縣，具體位置為鎮(zhèn)雄縣西部，區(qū)域上位于特提斯構(gòu)造域和環(huán)太平洋構(gòu)造域復(fù)合部位的滇東北臺(tái)褶束的東部，其主體構(gòu)造為牛場(chǎng)、以古復(fù)向斜。該復(fù)向斜由牛場(chǎng)向斜、恒底背斜和以古向斜組成，構(gòu)造線總體呈北東向展布。恒底背斜位于兩向斜之間，三條主體構(gòu)造線由西向東逐漸撒開，在平面上形似一個(gè)平臥的“川”字。除主體構(gòu)造以外，還伴生了次一級(jí)的窩凼溝向斜和一系列斷層。

研究區(qū)含煤地層為上二疊統(tǒng)長興組（P3c）與龍?zhí)督M（P3l）。一般厚度218.49m，含煤3～13層，其中主采煤層2層，為C1、C5煤層; C6煤層局部可采;其余均為不可采煤層，有零星或小范圍見可采點(diǎn)。

C1煤層位于長興組（P2c）頂部，煤層結(jié)構(gòu)簡單至較簡單.

一般含0～2層夾矸，為灰黑色高嶺石泥巖。頂板巖性為灰色砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，底板為淺灰～灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖。C5煤層位于龍?zhí)督M二段頂部，總體煤層結(jié)構(gòu)簡單至較簡單，一般含夾矸0～3層，為灰黑色、棕灰色薄層高嶺石、水云母泥巖，一般厚0.02～0.81m。該煤層沿傾向、走向上厚度較穩(wěn)定;主采C1、C5煤層煤質(zhì)均為變質(zhì)程度較低的無煙煤。

2、主采煤層含氣性特征

2.1 煤層含氣量分布特征

研究區(qū)共設(shè)置了9口參數(shù)井對(duì)各煤層的含氣性進(jìn)行了測(cè)試，其中五口參數(shù)井對(duì)C1、C5（C5c）煤層進(jìn)行了含氣量測(cè)試和煤層氣試井，四口參數(shù)井對(duì)C5（C5c）煤層進(jìn)行了含氣量測(cè)試和煤層氣試井，為了研究的全面性，本次評(píng)價(jià)工作還收集了周邊龍頭山煤礦的一口參數(shù)井的含氣量測(cè)試和煤層氣試井的資料結(jié)合參考。分析得出，主采C1、C5煤層含氣量展布特征與下圖圖2圖3類似：

由圖可知，C1、C5主采層平面上向斜控氣特征明顯，瓦斯含量值主要以以古向斜、牛場(chǎng)向斜、窩凼溝向斜為富集中心向向斜兩翼含氣量逐漸變低。此外，在一些封閉性斷裂交匯處及背斜核部局部出現(xiàn)一些小的富集區(qū)域，整體上含氣量等值線大體上與煤層底板等高線走向一致。垂向上，整體上C1煤層含氣量低于C5煤層含氣量，表現(xiàn)了隨埋藏深度增加瓦斯含量增加;單層煤含氣量也表現(xiàn)了隨埋藏深度增加瓦斯含量增加的特點(diǎn)，具體測(cè)量數(shù)據(jù)為表1所示，但是，并不是所有的單層煤的瓦斯含量都是隨煤埋藏深度的增加而增加的，局部地區(qū)可能受煤厚、構(gòu)造等條件影響，出現(xiàn)埋深淺含氣量高及埋深深含氣量低的現(xiàn)象。

2.2 氣組分特征

煤層氣的組成特征反映其質(zhì)量好壞，是煤層氣開發(fā)利用的重要參數(shù)。根據(jù)煤田地質(zhì)勘查及煤層氣參數(shù)井所采煤層氣樣化驗(yàn)資料分析表明，C1、C5煤層煤層氣成分均以N2和CH4為主，且CH4濃度都相對(duì)較低。其中C1煤層N2 含量范圍為：2.28%～77.63%，平均38.71%;CH4的含量范圍為：19.05%～95.10%，平均59.50%，CO2及其它氣體含量較少，平均含量分別為1.45%、0.32%。C5煤層N2 含量范圍為：0～74.84%，平均35.66%;CH4含量范圍為：18.51～97.97%，平均62.68%，CO2及其它氣體含量較少，平均含量分別為1.43%、0.27%。

2.3 含氣飽和度

含氣飽和度是根據(jù)實(shí)測(cè)的煤儲(chǔ)層壓力、含氣量和等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的。有學(xué)者統(tǒng)計(jì)我國煤層吸附飽和度與單井日產(chǎn)量之間的關(guān)系，單井日產(chǎn)氣超過1000m3的煤層氣井煤層吸附飽和度均大于60%;產(chǎn)氣效果較好的地區(qū)，煤層吸附飽和度大于80%。因此初步將煤層氣有利目標(biāo)區(qū)的吸附飽和度劃定在60% 以上。經(jīng)研究分析，研究礦區(qū)的煤層含氣大多處于欠飽和狀態(tài)，僅局部構(gòu)造發(fā)育區(qū)可達(dá)到近飽和或飽和狀態(tài)，含氣飽和度地區(qū)分布差異也較大。經(jīng)計(jì)算，主采煤層C1煤層含氣飽和度為10.78%～29.89%，平均為21.21%，含氣飽和度低;C5煤層含氣飽和度為62.50%～98.84%，平均為78.43%。

3、控氣地質(zhì)因素分析

控制煤層含氣量的影響因素很多，這些控氣因素是否對(duì)研究區(qū)的煤層的含氣性特征產(chǎn)生影響，文章將具體分析。

3.1、埋藏深度

從煤層含氣量垂相在煤層露頭及近煤層露頭附近的瓦斯含量，由于煤層遭受長期的風(fēng)氧化作用，同時(shí)由于斷裂發(fā)育，使煤層氣（瓦斯）含量及其成分發(fā)生變化，CH4含量降低。但隨深度增加，煤層中煤層氣（瓦斯）含量亦增大。從圖2、3可知勘查區(qū)煤層氣（瓦斯）含量隨深度增加呈增大趨勢(shì)。

3.2地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)煤層氣（瓦斯）含量與地質(zhì)構(gòu)造分布密切相關(guān)，因斷層影響，同一煤層在不同地點(diǎn)的煤層氣（瓦斯）含量也會(huì)發(fā)生變化。在淺部地質(zhì)構(gòu)造變化帶，煤層氣（瓦斯）含量也會(huì)減少;深部地質(zhì)構(gòu)造變化帶，煤層氣（瓦斯）含量也會(huì)增加。此外由于受構(gòu)造影響，在局部受擠壓和小斷層影響形成的“厚煤包”的厚煤層的煤層氣（瓦斯）含量亦會(huì)增加，特厚煤層形成的“煤層氣（瓦斯）包”和厚煤帶的煤層氣（瓦斯）含量也較大。

3.3、煤層頂?shù)装?/p>

煤層頂?shù)装迨敲簩託夥獯娴牡谝坏捞烊黄琳?，其頂板的巖性、厚度、物性及穩(wěn)定性對(duì)煤層氣的保存具有重要的作用。一般來說，巖性越致密，厚度越大，其滲透性越低，越有利于煤層氣的保存?？辈閰^(qū)內(nèi)C1煤層直接頂板為黃灰色中厚層狀粉砂巖、灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖;底板為淺灰色塊狀泥質(zhì)粉砂巖。C5（C5c）煤層直接頂板一般為深色泥質(zhì)粉砂巖或泥巖，局部為炭質(zhì)泥巖、粉砂巖或泥質(zhì)粉砂，厚0.72～3.44m，一般2.25m。底板為淺灰白色泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖，厚0.50～2.87m，一般厚為1.6m。區(qū)內(nèi)煤層頂、底板主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖，厚度較大，穩(wěn)定性較好，煤層氣封蓋條件較好。

3.4水文地質(zhì)條件

良好的水文地質(zhì)條件不僅可以在煤系上方形成含水層及隔水層封閉，而且可以阻止煤層氣通過煤層露頭逸散。研究區(qū)整體上屬于水文地質(zhì)條件中等類型，在研究區(qū)各水文地質(zhì)單元內(nèi)，煤系含水層主要通過淺部露頭接受大氣降水和地表水補(bǔ)給，然后向向斜軸部徑流，在一定深度形成承壓水封閉，使深部區(qū)的煤層氣保存條件變好?？v向上煤系中泥巖具有較好的封閉性和隔水性，上方存在多個(gè)分布范圍廣的含水層和隔水層形成多層封閉，特別是飛仙關(guān)組與煤系之間，有一層穩(wěn)定的泥巖層相隔，使煤系與其上部各含水層不發(fā)生水力聯(lián)系。不僅含水層對(duì)下部的煤層氣具有封閉性，而且隔水層在阻隔地下水徑流的同時(shí)，也阻止了煤層氣向外逸散;除了大的斷層影響區(qū)域外，橫向上泥巖隔水層與向斜褶皺、封閉性質(zhì)斷層等非滲透性質(zhì)邊界組合，構(gòu)成了不同程度的遮擋，使地下水活動(dòng)受阻，形成滯流帶承壓水封堵環(huán)境，煤層氣藏得以保存和富集。

水文地質(zhì)條件的控氣作用一般概括為三種：① 水力運(yùn)移逸散作用;② 水力封閉作用;③ 水力封堵作用。水力運(yùn)移逸散作用導(dǎo)致煤層氣運(yùn)移、散失，后兩種作用則有利于煤層氣保存、富集。區(qū)域內(nèi)孔隙含水層組主要為第四系（Q），分布在河溪溝谷沿岸及緩坡地帶，含水層富水性弱。由于其厚度變化大，分布面積小，潛水位動(dòng)態(tài)變化大，對(duì)礦床充水一般無直接影響。區(qū)域內(nèi)裂隙含水層組，主要由碎屑巖及火山巖組成，呈條帶狀出露，主要包括三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組（T1f）、卡以頭組（T1k）、二疊系上統(tǒng)長興組（P2c）、龍?zhí)督M（P2l）和峨眉山玄武巖組（P2β）。各含水層富水性受裂隙發(fā)育率的控制，一般淺部和構(gòu)造發(fā)育帶較強(qiáng)，深部及構(gòu)造簡單區(qū)相對(duì)較弱。區(qū)域內(nèi)碳酸鹽巖地層分布較廣，是主要的含水層組，賦存著較豐富的巖溶水。因巖溶發(fā)育程度、巖溶發(fā)育深度及類型的不同，含水層的富水性、導(dǎo)水性差異大。碳酸鹽巖含水層主要為二疊系下統(tǒng)棲霞茅口組（P1q+m）、三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組（T1y）、三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組（T2g），以上碳酸鹽巖含水層與煤系地層均有隔水層隔離，對(duì)煤層基本無影響。

另外，勘查區(qū)受斷層影響，巖體破碎，巖石完整性差，但斷裂帶大多導(dǎo)水性差，僅局部發(fā)育個(gè)別小型導(dǎo)水?dāng)鄬印?/p>

3.5煤層厚度

由于煤層的沉積厚度差異，其煤層氣（瓦斯）含量亦有變化。為了反映厚度與煤層氣含量的變化關(guān)系，本次統(tǒng)計(jì)了勘查區(qū)內(nèi)所有埋深在400～800m的鉆孔煤層厚度與含氣量，繪制了煤層厚度與煤層氣含量關(guān)系圖（圖4-7）。從圖中可看出煤層厚度與煤層氣含氣量具有正相關(guān)性，即隨著煤層厚度的增加，煤層氣含量變高。

結(jié)論：煤田地質(zhì)資料的研究分析對(duì)煤田的地質(zhì)勘查和開采都十分重要，文章對(duì)云南省昭通市鎮(zhèn)雄縣牛場(chǎng)、以古復(fù)向斜煤田地質(zhì)勘查、生產(chǎn)礦井資料和實(shí)驗(yàn)室的分析測(cè)試等各種資料進(jìn)行了分析了研究，主要針對(duì)煤層含氣性在平面和垂向上的展布特征及控氣因素進(jìn)行了分探究，發(fā)現(xiàn)含氣量在平面上具有明顯的向斜控氣特征，煤層厚度對(duì)局部區(qū)域含氣量異常影響顯著，埋深對(duì)煤層的向上含氣量具有重要影響，基本上呈正相關(guān)性，這些研究成果，值得牛場(chǎng)、以古復(fù)向斜煤田地質(zhì)勘查、研究等相關(guān)工作人員的注意。

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