水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存的控制作用

林 超

（山西藍焰煤層氣集團有限責任公司，山西 晉城 048000）

隨著經(jīng)濟社會的持續(xù)快速發(fā)展，煤層氣開發(fā)與利用迎來了前所未有的重大發(fā)展機遇，如何通過采取科學規(guī)范的分析與方法，全面細致掌握水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存的控制作用，全面優(yōu)化提升對煤層氣賦存的分析精準度，已成為業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注的焦點課題，本文對此展開了探討。

1 煤層氣賦存簡述

煤層氣是現(xiàn)代經(jīng)濟社會能源體系中重要的構(gòu)成項目之一，屬于清潔能源概念范疇，具有能量大、環(huán)保效果好、燃燒效率高等現(xiàn)實優(yōu)勢，在降低燃燒排放、推動實現(xiàn)能源利用體系多樣化等方面扮演著不可替代的關(guān)鍵角色。近年來，國家相關(guān)部門高度重視煤層氣的開發(fā)與利用，在煤層氣賦存狀態(tài)的研判分析、綜合開發(fā)利用規(guī)劃、開發(fā)效果評價等方面制定并實施了一系列重大方針政策，為新時期的經(jīng)濟社會實現(xiàn)多類別能源利用提供了基本遵循與導向，同時實現(xiàn)了對煤層氣形成和儲存狀態(tài)影響因素的精準識別，以及對地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、地層壓力等方面影響因素的系統(tǒng)化掌握。此外，諸多相關(guān)技術(shù)單位也在分析煤層氣賦存狀態(tài)方面進行了大量的卓有成效的研究與探索，在一定程度上降低了煤層氣的開發(fā)與利用難度，并初步構(gòu)建形成了以煤層氣賦存狀態(tài)分析為主要導向的控制作用研判方法。盡管如此，受復雜水文地質(zhì)條件等因素的影響，當前對煤層氣賦存狀態(tài)的分析依舊存在諸多短板，例如對煤層氣的動態(tài)化賦存狀態(tài)把握不夠充分，需要給予高度重視。在此大背景下，深入探討水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存的控制作用，具有極為深刻的現(xiàn)實意義。

2 水動力特征對煤層氣賦存的控制

2.1 水力運移逸散控氣作用

在導水性相對較強的斷層構(gòu)造中，水力運移逸散作用往往表現(xiàn)得最為突出。在導水斷層的作用下，不同層次之間的地質(zhì)單元在水分補充與轉(zhuǎn)換方面得以串聯(lián)，形成相對封閉且整體的補水、排水及徑流系統(tǒng)，對于煤層氣賦存具有明顯的控制作用。在水利運移逸散控氣作用下，含水層與煤層之間的聯(lián)系性更強，地下水在運移逸散過程中，往往會成為煤層氣體游移的重要載體，因而容易形成含量相對較少、儲量相對貧瘠的煤層氣分布區(qū)。水力運移逸散空氣作用的強弱會隨著地下水流動方向、灰?guī)r含水層狀態(tài)等要素的變化而變化。

2.2 水力封堵控氣作用

在部分不對稱向斜與單斜的地層中，水力封堵控氣作用較為常見，容易形成儲量更為豐富的煤層氣空間。在特定的壓力差環(huán)境下，煤層氣往往保持著特定流向，即從相對較高壓力數(shù)值區(qū)向相對較低壓力數(shù)值區(qū)流動，并存在緩慢的同步滲透狀態(tài)。此外，上述狀態(tài)還表現(xiàn)出深部與淺部控氣交織等特征。若含水層或煤層從露頭接受補給，地下水順層由淺部向深部流動，那么相對應的煤層氣運動路徑將被截斷，形成煤層氣相對富集的區(qū)域。在我國山西晉城礦區(qū)便存在顯著的上述特征，因此該區(qū)域擁有豐富的煤層氣資源。

2.3 水力封閉控氣作用

現(xiàn)代科學技術(shù)的快速發(fā)展，為研究判斷水動力特征對煤層氣賦存的控制作用提供了更為豐富的技術(shù)手段，使得傳統(tǒng)環(huán)境下難以精準把握的賦存控制狀態(tài)得以清晰展現(xiàn)。在水力封閉控氣作用下，容易在斷裂發(fā)育相對薄弱的區(qū)域形成煤層氣區(qū)域，這是由于斷裂地帶形成了具有一定阻隔力的隔水層，降低了常見的水文導水作用效果。在地下水流速流量相對較小的狀態(tài)下，水力封閉控氣作用也容易受到重力影響，或以靜水壓力形式出現(xiàn)，從而導致不均衡的受力狀態(tài)，因此在煤層氣區(qū)域集中的水文環(huán)境下，逸散和轉(zhuǎn)移作用也趨于弱化。

3 地質(zhì)條件對煤層氣賦存的控制作用

3.1 地質(zhì)演變的變化作用

在地質(zhì)學領(lǐng)域，地質(zhì)演變始終處于動態(tài)變化中，這對于煤層氣賦存狀態(tài)的影響是連續(xù)性的、不可控的。在漫長的地質(zhì)演變過程中，地質(zhì)形態(tài)與形狀發(fā)生改變，新舊地質(zhì)層交替覆蓋，被覆蓋的地質(zhì)層使煤層厚度得以提高，為煤層氣的儲存創(chuàng)造了良好條件，使得煤層氣在形成及儲存過程中更具便利性。同時，在地質(zhì)演變過程中，煤塵的壓力也受到相應影響，這對可能出現(xiàn)的煤層氣逸散現(xiàn)象進行了有效控制。由此可見，地質(zhì)演變過程中形成的特定構(gòu)造狀態(tài)與煤層氣賦存之間存在千絲萬縷的直接聯(lián)系。

3.2 回返抬升作用

回返抬升作用是地質(zhì)構(gòu)造演變中的常見現(xiàn)象之一，由于地質(zhì)層運動具有動態(tài)性與連續(xù)性，因此相應的回返抬升作用也具有相同特征。在此狀態(tài)下，回返抬升出現(xiàn)的時間節(jié)點有所差異，因此對煤層氣儲水量的影響也不同。實踐表明，若地質(zhì)構(gòu)造演變中的回返抬升出現(xiàn)的時間節(jié)點相對較晚，煤層的儲量就會較大，對煤層氣逸散的量則會相應降低。此外，地質(zhì)構(gòu)造回返抬升而引起的煤層氣存儲差異較大的地域，對煤層氣富集的控制作用也更為明顯。

3.3 地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的差異

大自然的力量是無窮大的，由于地殼運動形成的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的不同，使得其對煤層氣富集的控制作用相對突出。其中，相對封閉的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)能夠形成更為優(yōu)良的煤層氣儲藏環(huán)境，而相對開放的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)則受逸散等作用的影響，不利于形成良好的煤層氣儲藏環(huán)境。以最典型的兩種地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)為例，褶皺和斷層的煤層氣賦存環(huán)境便存在顯著差異，前者可分為背斜和向斜兩種狀態(tài)，背斜有利于煤層氣儲存，而向斜則有利于煤層氣富集，需要根據(jù)實際情況進行具體分析。

3.4 煤層氣開采現(xiàn)狀

我國煤層氣資源儲量豐富，在全世界處于領(lǐng)先地位，但由于我國人口基數(shù)大，人均煤層氣資源占有量相對較低。在我國陜西、山西、內(nèi)蒙古以及云貴等地區(qū)存儲著全國半數(shù)以上的煤層氣資源。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新，煤層氣的增產(chǎn)技術(shù)更為先進，現(xiàn)可在更短的時間內(nèi)，通過更低的能源資源消耗，獲得更好的煤層氣開發(fā)利用效果。同時，在當前世界清潔能源資源利用需求日趨旺盛的背景下，水力壓裂技術(shù)、微生物增產(chǎn)技術(shù)以及解析法開采技術(shù)等的應用，同樣有助于提高煤層氣開采利用效率和質(zhì)量。

4 結(jié)語

在當前技術(shù)條件下，水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存的控制作用表現(xiàn)在多個方面、多個維度，因此需要綜合利用現(xiàn)代科學規(guī)范的分析方法對其進行辨識，以實現(xiàn)對煤層氣賦存狀態(tài)的精準把握。因此，有關(guān)人員應該從水文地質(zhì)條件的客觀實際出發(fā)，遵循煤層氣分布與賦存的客觀實際規(guī)律，創(chuàng)新水文地質(zhì)分析方法，強化煤層氣賦存狀態(tài)分析深度，為全面優(yōu)化提升煤層氣分析研判效果奠定基礎(chǔ)，從而為有效推動煤層氣開發(fā)利用事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展保駕護航。