貴州省六盤水煤田麥子溝煤礦煤層氣地質(zhì)賦存特征及控氣因素分析

潘青青, 江雨欣

(1.貴州省森林航空護(hù)林總站，貴州 貴陽 550004；2.貴州省應(yīng)急救援中心，貴州 貴陽 550004)

1 礦井概況

麥子溝煤礦位于貴州省盤州市以北西部，行政區(qū)隸屬于貴州省盤州市柏果鎮(zhèn)和滑石鄉(xiāng)管轄，位于土城礦與月亮田礦之間。地理坐標(biāo)為：東經(jīng)104°29′45″～104°32′43″，北緯25°51′33″～25°54′25″。礦區(qū)長(zhǎng)約3.35 km，寬約1.00 km，面積1.9753 km2。

2 地質(zhì)特征

2.1 地層

麥子溝煤礦位于盤縣煤田北側(cè)，區(qū)域內(nèi)出露地層由老至新有：古生界石炭系上統(tǒng)馬平群(C3mp)、二疊系中統(tǒng)梁山組(P2l)、棲霞組(P2q)和茅口組(P2m)、二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組(P3β)和龍?zhí)督M(P3l)、中生界三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)、永寧鎮(zhèn)組(T1yn)、三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組(T2g)、法郎組(T2f)。

2.2 構(gòu)造

地層走向NWW-SEE，傾向SSW，傾角20°～60°，局部70°。含煤地層主要為龍?zhí)督M(P3l)巖性由灰、深灰色，薄至中厚層狀粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖及煤層組成，地層厚度為252.60～309.00 m，平均厚度275.81 m，含煤約50層?？刹擅簩雍穸燃s12.68 m，可采含煤系數(shù)4.60%。煤層由上到下為1、5、6、19、10、12、15、17、18、19共10層。

礦區(qū)位于軸線方向北西的照子河向斜西端北東翼和土城向斜西端南西翼之間，屬照子河向斜西端北東翼，總體為一向南西傾斜的單斜構(gòu)造。斷層主要由南東—北西向、順地層走向的逆斷層和南西—北東向的正斷層斷層組成。受斷層影響地層產(chǎn)狀有一定的變化，但基本地層走向近于東西，傾向南偏西，傾角36°～54°，一般地層傾角為45°，地層傾角由西向東逐漸變大；淺部?jī)A角大，深部?jī)A角變小。礦區(qū)淺部構(gòu)造形態(tài)主要受大灣背斜及多組走向不同的斷裂控制，深部構(gòu)造形態(tài)主要受拖不科向斜控制，見圖1。

圖1 麥子溝煤礦勘查區(qū)地質(zhì)綱要圖

3 控氣因素

3.1 含氣性特征

煤層氣的化學(xué)組分主要包括甲烷、重?zé)N、二氧化碳和氮?dú)?，區(qū)內(nèi)共收集可采煤層合格瓦斯樣55個(gè)，區(qū)內(nèi)可采煤層的可燃?xì)怏w全區(qū)平均含量為7.06 m3/t。見表1。

表1 煤層鉆孔煤芯解吸匯總表

3.2 孔隙特征

煤的比表面積由煤的孔隙決定，比表面積是度量煤體孔隙內(nèi)表面積發(fā)育程度的物理量，據(jù)收集的相關(guān)資料，區(qū)內(nèi)煤的孔隙率測(cè)定統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 可采煤層孔隙率統(tǒng)計(jì)表

煤層氣大部分以物理形態(tài)吸附于煤層孔隙表面，若孔隙的孔越發(fā)育，則煤的儲(chǔ)氣強(qiáng)度越大，比表面積越多，煤的吸附力越明顯?？紫堵室蛎夯潭燃哟蠖鴾p少，隨煤被破壞程度變大而增大。因勘探區(qū)未對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)分析測(cè)試，但煤的內(nèi)比表面積隨煤化程度的變化而變化，一般呈拋物線形。區(qū)內(nèi)煤層孔隙率為0.047%～10.12%，初步判定為解吸能力和吸附能力較強(qiáng)的煤。

3.3 煤巖特征

煤巖的顯微組分是影響煤層氣含量的另一個(gè)因素。由于無機(jī)物質(zhì)表面與氣體之間沒有親和力，有機(jī)物質(zhì)空間若被無機(jī)物質(zhì)所代替，導(dǎo)致吸附于比表面積的有機(jī)物質(zhì)減少。區(qū)內(nèi)煤層的煤巖成分大部分暗煤為主，夾亮煤及絲炭線理。煤巖類型以半暗型為主。鏡質(zhì)組以基質(zhì)鏡質(zhì)體為主，含量平均63.84%。殼質(zhì)組以厚壁角質(zhì)體為主，含量平均24.97%，惰質(zhì)組常見透鏡狀或不規(guī)則絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體為主，平均含量為11.19%。表明:煤巖鑒定煤層鏡質(zhì)組平均最大反射率(R°max)為0.71%～1.12%，平均為0.84%；煤層的煤化程度為中煤級(jí)煤Ⅱ～Ⅲ階段。

煤巖鑒定結(jié)果煤層有機(jī)組分含量較高，無機(jī)組分較低。區(qū)內(nèi)各煤層的顯微煤巖類型均為微三合煤，顯微礦化類型為微泥質(zhì)煤，變質(zhì)程度相當(dāng)于氣煤變質(zhì)階段(Ⅱ變質(zhì)階段)。

表3 可采煤層煤巖特征表

圖2 煤層煤巖成分含量簡(jiǎn)圖

對(duì)比與同一煤階，無機(jī)組分含量低的煤吸附的氣大于無機(jī)組分含量高的煤。煤中烴類氣體的吸附能力與有機(jī)質(zhì)中的鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組含量息息相關(guān)，煤中的富氫(鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組)顯微組分越多，煤中烴類氣體的吸附能力越強(qiáng)。以煤的變質(zhì)程度R°max<0.65%劃分低階煤，本礦區(qū)為高階煤，瓦斯放散能力強(qiáng)。

3.4 煤層埋深

煤層含氣量因煤層埋深程度較顯著，結(jié)合煤田鉆孔資料，在一定范圍內(nèi)，煤層氣含量與煤層深度之間存在著正相關(guān)性。在一定的埋深范圍內(nèi)，隨著煤層埋深增加煤層的含氣量增大，煤儲(chǔ)層壓力、溫度逐漸增大，煤吸附能力越強(qiáng)，同時(shí)煤層氣由游離態(tài)轉(zhuǎn)化為吸附態(tài)，有利于煤層氣的吸附保存，在深度較淺的范圍內(nèi)，含氣量隨埋深增加呈線性增加，達(dá)到一定埋深(臨界深度)后，壓力正效應(yīng)減弱，溫度負(fù)效應(yīng)增強(qiáng)，含氣量隨埋深的深度變深而增加量逐漸變慢，以12號(hào)煤層為例，其實(shí)測(cè)煤層氣含量與煤層深度關(guān)系的擬合見圖3，同一煤層含氣量隨埋深的增多而增加，但具有一定的離散性，反映在類似儲(chǔ)層物性條件下，埋深是影響煤層含氣量的最主要因素。煤層厚度、地質(zhì)構(gòu)造、地形因素及測(cè)試誤差等原因會(huì)造成個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)有背離這一主要規(guī)律。

圖3 12號(hào)煤層含氣量與埋深關(guān)系變化圖

由表1作煤層氣含氣量與煤層層位之間的關(guān)系如圖4，可知：煤層層位與煤層含氣量?jī)烧哧P(guān)系表現(xiàn)為平均含氣量隨煤層層位降低而呈波動(dòng)式變化，揭示礦區(qū)內(nèi)煤層之間地層流體動(dòng)力聯(lián)系較弱，顯示出獨(dú)立疊置含煤層氣系統(tǒng)的基本特征。

圖4 煤層氣含量的層位分布圖

4 結(jié)束語

本文以貴州省盤縣柏果鎮(zhèn)麥子溝煤礦為例，研究礦區(qū)內(nèi)煤層氣氣藏特征，從構(gòu)造、孔隙、煤巖成分、煤級(jí)、煤層埋深等角度分析區(qū)內(nèi)煤層氣的控氣因素：

(1)孔隙的微孔越發(fā)育，比表面積越大，煤的儲(chǔ)氣能力越強(qiáng)，則煤的吸附能力越高。

(2) 區(qū)內(nèi)煤層有機(jī)組分成分以鏡質(zhì)組為主，顯示該區(qū)煤層具有較強(qiáng)的吸附能力，從而提高了區(qū)內(nèi)煤層氣含量。

(3)礦區(qū)內(nèi)各煤層隨埋深增加變質(zhì)程度有逐漸變高的趨勢(shì)，屬中變質(zhì)程度氣煤，具備較強(qiáng)的生氣能力。

(4)以區(qū)內(nèi)12號(hào)煤層為例，煤層氣含量隨埋深增大呈線性增加，達(dá)到一定埋深后，含氣量隨埋深的繼續(xù)增加而增加量逐漸變緩。