河南省太行山東麓煤層氣成藏主控因素及有利區(qū)優(yōu)選

羅洪浩，王德偉，吳會永，許 軍，劉炎昊，陳俊俠

(河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院，鄭州 450000)

0 引言

研究區(qū)主要位于河南省北部安鶴煤田內(nèi)，屬華北板塊板內(nèi)區(qū)太行構(gòu)造區(qū)太行斷隆內(nèi)。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化經(jīng)歷了基底建立、蓋層形成、斷塊發(fā)展等階段。巖漿巖零星發(fā)育，按形成時代及產(chǎn)狀類別可分為燕山期晚期中性侵入巖、喜馬拉雅期早期超基性侵入巖和基性噴出巖?？傮w構(gòu)造形態(tài)為一單斜構(gòu)造，位于湯東斷裂控制下斷塊內(nèi)的階地上，地層走向NNE，傾向SEE，傾角2°～35°，發(fā)育有較大型褶皺，斷層多以NNE、NE、EW與NW向展布(圖1)。

圖1 河南省構(gòu)造綱要圖

屬華北地層區(qū)太行山小區(qū)。地層由老至新依次為太古界登封群，古元古界嵩山群，新元古界熊耳群、汝陽群與前震旦系，下古生界寒武系、奧陶系，上古生界石炭系、二疊系，中生界三疊系以及新生界新近系和第四系。太古界與元古界多出露于研究區(qū)南的淇縣境內(nèi)，寒武系與奧陶系主要出露于煤田西及西南部山區(qū)，石炭-二疊系含煤地層在煤田均有賦存，三疊系僅隱伏于煤田北、東深部，新生界廣泛覆蓋在上述各地層之上。

1 研究區(qū)深部晚古生代沉積相研究

研究區(qū)石炭-二疊紀含煤巖系由陸源碎屑巖和煤、碳酸鹽巖多次交替疊置組成。共識別出砂巖、粉砂巖、泥巖、碳酸鹽巖、煤5種巖石類型，劃分出16種巖相類型。

研究區(qū)石炭-二疊系發(fā)育一套由海向陸過渡的海陸交互相含煤巖系[1]，晚石炭世到早二疊世早期為一套障壁-潟湖-潮坪沉積體系，早二疊世晚期及晚二疊世早期發(fā)展為三角洲沉積體系，到晚二疊世晚期，發(fā)育一套陸相河流-三角洲-湖泊沉積。

在野外剖面、鉆孔巖心宏觀沉積相分析及巖相類型的歸納總結(jié)基礎(chǔ)上，根據(jù)各類巖相在垂向上的組合關(guān)系及在平面上的分布，識別出5種沉積體系10種沉積相類型(圖2)。

A.曲流河沉積序列；B.曲流河三角洲平原沉積序列；C.二1煤頂部三角洲前緣沉積序列；D.湖泊沉積序列；E.潟湖-障壁島沉積序列；F.潮坪-碳酸鹽臺地沉積序列

2 煤層氣成藏主控因素及富集規(guī)律

2.1 煤層特征及煤層氣成藏的控制作用

2.1.1 厚度

煤層作為煤層氣的烴源巖層和儲集層，煤層越厚，煤層氣生烴潛力越大、儲集能力越強、含量越高。煤層相對于圍巖透氣性差，對于厚煤層來說，在一定程度上會形成厚煤層頂部和底部的分層，相對于中間煤層，頂?shù)撞康姆謱幽軌蜃柚姑簩託獾囊萆?，因此，煤層中部煤層氣含量較高，對于薄煤層來說，煤層氣直接向圍巖逸散，相對含量會低一些[2]。

研究區(qū)二1煤層穩(wěn)定，屬全區(qū)可采的中厚—厚煤層，最厚可達到29.95m，多數(shù)為3～13m，結(jié)構(gòu)簡單，總體上厚度變化趨勢為北西薄南東厚，這與早二疊世海退方向一致。早二疊世初，隨著海水向南東退卻，自北西而南東逐步由潮坪相轉(zhuǎn)化為泥炭沼澤相，北西部泥炭沼澤相持續(xù)時間較短，煤厚較小，南東部泥炭沼澤相持續(xù)時間較長，煤厚較大，為煤層氣富集提供了良好的儲集空間。

另外，局部的煤厚變化與沉積基底起伏等因素有關(guān)。由于構(gòu)造擠壓作用引起煤層塑性流變的緣故，構(gòu)造形跡的旁側(cè)煤厚往往有一定變化。橫彎褶皺作用形成的背斜的軸部受力較大，一般煤厚較小，向兩翼厚度逐漸增大，如白蓮坡背斜的軸部煤厚3～5m，兩翼煤厚4～6m。縱彎褶皺作用形成的向斜兩翼受較大剪切應(yīng)力，使得煤層擠向軸部，因此軸部煤層較厚，向兩翼變小，如當中崗向斜軸部煤厚6m左右，兩翼煤厚為4～6m。斷層帶及其附近，由于擠壓導(dǎo)致流變，煤厚通常較小。所以，構(gòu)造背斜的翼部、縱彎褶皺的軸部等構(gòu)造部位煤層較厚，煤層氣的形成和保存都是有利的，是煤層氣富集的有利場所。

2.1.2 埋深

一般而言，從瓦斯風化帶以下1 000m范圍內(nèi)煤層氣含量隨著埋深的增大呈線性增高趨勢，而超過1 000m后煤層氣含量會隨著深度增加而減少。主要是因為煤層的溫度與壓力隨著煤層埋深的增加而增大，從而使得煤層吸附的煤層氣含量增大，但是煤體顆粒對甲烷氣體的吸附隨煤層埋藏深度的增加不可能無限地增高，即隨著煤層埋藏深度的增加，煤中吸附瓦斯量逐漸趨于飽和，當煤層瓦斯以吸附態(tài)的賦存方式達到80%～90%時[3-4]，煤體中瓦斯含量隨煤層埋深的總體變化趨勢由開始時的增加較快到后來逐漸減慢，最后逐漸趨于某一常量。不同地區(qū)因受開放性構(gòu)造、巖漿活動、水文等地質(zhì)因素的影響，煤層氣體含量存在不均衡性，從而煤層含氣量與埋深的關(guān)系在不同區(qū)域也存在較大的差異。

2.1.3 上覆有效地層厚度

煤層上覆有效地層厚度控制煤層含氣性是由早期抬升剝蝕和后期沉降作用共同造成的。一般來說煤儲層上覆地層的有效厚度越大，保存條件越好；有效地層厚度越薄，表明構(gòu)造抬升、剝蝕強烈，地層壓力降低越大，氣體散失量越大。

研究區(qū)二1煤層上覆有效地層厚度為133～1 500m，平均為937m，總體厚度較大，有利于煤層氣藏的富集，上覆有效地層厚度大的區(qū)域，煤層含氣量也較大，也存在一定的正相關(guān)性(圖3)。區(qū)域上，南部石林地區(qū)為615.09～1 429.6m，平均969.98m；彰武倫掌地區(qū)為652.76～1 499.9m，平均1 030.11m；安鶴北段為568.35～1 466.94m，平均為1 045.76m；淺部九礦十礦地區(qū)為133.08～1 054.29m，平均為579.30m?？傮w上，除西部邊界處上覆有效地層厚度較薄外，其它區(qū)域分布較均衡，沿煤層埋深趨勢，越往東越厚。

圖3 上覆有效地層厚度與煤層氣含量關(guān)系

2.1.4 煤類

中高階煤類具有相當高的含氣量，煤層一般在中煤階階段開始大規(guī)模生成煤層氣，隨著煤階的升高，生成的煤層氣含量逐漸增加。另外煤層氣80%以上的含氣量都是以吸附的形式存在，而中高階煤類鏡質(zhì)組含量較高，碳含量越大，在同等溫度、壓力等條件下，煤層的吸附能力較強，這是形成煤層氣有利區(qū)非常重要的條件，也是變質(zhì)作用增強使煤表面不飽和力場密度增大，以及提升了煤中微小孔隙比例而增大了孔隙比表面積，使煤表面吸附能力增強的結(jié)果。但平衡水條件下煤的飽和吸附氣量(朗繆爾體積)與煤階呈兩段式模式，其拐點大約在鏡質(zhì)組反射率Ro,max為4.0%。

據(jù)研究Ro,max<4.0%，朗繆爾體積隨煤階增加而增大，朗繆爾體積與煤階的擬合公式：

VLdaf=7.959 3Ro,max+3.991 3

(1)

(Ro,max<4.0%，相關(guān)系數(shù)0.89)

Ro,max>4.0%，朗繆爾體積隨煤階增加而減少，即：

VLdaf=-6.586Ro max+61.122

(2)

(Ro,max>4.0%，相關(guān)系數(shù)0.97)

平衡水條件下，低煤階煤(Ro,max<0.65%)吸附氣量一般小于12m3/t，高煤階煤(Ro,max為4.0%)吸附氣量可達40 m3/t[5]。

高階煤雖然生儲氣方面具有先天的優(yōu)勢，但是，高階煤由于經(jīng)歷多個期次、多個方向的應(yīng)力場改造，已經(jīng)富集的煤層氣容易受到構(gòu)造運動的破壞，導(dǎo)致煤層氣氣藏發(fā)生不同程度的散失。而且大部分高煤階的形成與巖漿熱變質(zhì)事件有關(guān)，導(dǎo)致其演化程度較高、割理不發(fā)育、煤層的滲透率極低，不利于煤層氣的運移，同時也給煤層氣的開發(fā)帶來了極大的困難。

研究區(qū)二1煤層形成以西北部巖漿體為中心，由天然焦-無煙煤-貧煤-貧瘦煤-瘦煤-焦煤-肥煤組成的，變質(zhì)程度遞減的環(huán)帶狀變化帶，上述煤變質(zhì)特征，主要是燕山期中深成巖漿隱伏體的影響，受古地熱高異常的烘烤和汽水熱液作用，使區(qū)內(nèi)煤變質(zhì)程度加深，又因距巖漿體遠近不同煤變質(zhì)呈現(xiàn)出分帶性。在巖漿巖接觸帶上煤層逐漸變?yōu)樘烊唤?，此過程中氣體大量生成，多以游離態(tài)的方式賦存，一旦封蓋條件被破壞，氣體將大量逸散，造成煤層氣含量的下降。

隨著煤層埋藏深度的加深，受深成熱變質(zhì)作用的影響，研究區(qū)東部煤變質(zhì)程度將逐步升高，除天然焦外，本區(qū)煤層Ro,max均在4.0%以下，含氣量將隨著煤階的升高而增大，對深部地區(qū)煤層氣的富集較為有利。

2.1.5 煤體結(jié)構(gòu)

構(gòu)造煤在構(gòu)造應(yīng)力作用下發(fā)生了超前演化的動力變質(zhì)作用，使得構(gòu)造煤的變質(zhì)程度普遍高于原生結(jié)構(gòu)煤，且構(gòu)造煤演化過程中會發(fā)生生烴作用，有大量烴類氣體生成；另外大量的煤與瓦斯突出現(xiàn)場調(diào)研資料顯示，構(gòu)造煤更加有利于氣態(tài)烴的富集和保存，且極易快速解吸。同時脆性變形的構(gòu)造煤體(碎裂煤)重構(gòu)后形成的微張裂隙和微剪裂隙，其總體特點與張、剪節(jié)理特征類似，使大量的粒間隙和孔隙相互連通有利于形成煤層氣體的運移通道。而韌性變形的構(gòu)造煤(糜棱煤)煤體發(fā)生了強烈的塑性變形，致使煤體中破碎的殘斑越來越少，塑性變形形成的流動構(gòu)造越來越明顯，且紋理越來越細，形成大量的新生面理構(gòu)造，面理之間不僅被緊密壓實封閉，且斷續(xù)不相連通，面理間隙和煤巖孔隙連通性差，對煤層氣的運移造成了阻隔作用。

研究區(qū)煤體結(jié)構(gòu)多以構(gòu)造煤為主，原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤混合的形式存在，垂向上有一定的分層規(guī)律，頂部和底部以糜棱煤和碎粒煤為主，中部夾少量原生結(jié)構(gòu)煤和碎裂煤，平面上無明顯的分帶性。這一特征總體上有利于本區(qū)煤層氣的生成和富集，但對煤層氣的運移易產(chǎn)生不利因素。

2.2 構(gòu)造特征及對煤層氣成藏的控制作用

不同類型地質(zhì)構(gòu)造，在形成過程中構(gòu)造應(yīng)力場特征及內(nèi)部應(yīng)力分布不同，均會導(dǎo)致煤儲層和封蓋層的產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)、物性、裂隙發(fā)育狀況及地下水徑流條件等出現(xiàn)差異，并進而影響到煤儲層的含氣特性。

2.2.1 斷層

斷層破壞了生儲蓋層的連續(xù)性和完整性，擾亂了正常生氣與儲氣系統(tǒng)的動態(tài)平衡，引起煤層氣擴散，從對煤層氣儲存的角度來看可將斷層分為開放性斷層和封閉性斷層，開放性斷層具有良好的透氣性，有利于煤層氣的逸散和運移，封閉性斷層則利于煤層氣的保存。斷層的開放與封閉不可簡單一概而論，而是受斷層力學(xué)性質(zhì)、斷層兩盤巖性、斷層規(guī)模、斷層埋深和現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場等因素共同決定[6-8]。

研究區(qū)總體為一單斜帶泥巖封蓋區(qū)，被斷層切割，形成許多單斜斷塊，且斷層大部分為高角度正斷層，根據(jù)斷層形成的力學(xué)機制分析，本區(qū)古構(gòu)造應(yīng)力場總體上為NE向拉張的，因此區(qū)內(nèi)大部分斷層在過去很長時期內(nèi)為開放性斷層。在各個斷塊內(nèi)部又發(fā)育有斷裂帶，這些開放性斷層和斷裂帶加速了本區(qū)煤層氣的逸散，對煤層氣富集不利。

研究區(qū)斷層對煤層氣的控制作用主要表現(xiàn)為安鶴北段深部勘查區(qū)在F113～F153斷層之間和石林北部LDF3～F115之間所夾的地壘斷塊，煤系地層被抬生剝蝕，煤層埋深變淺，煤層氣運移、失散，煤層氣含量相對較低，且越靠近大斷裂附近含氣量越低，如D22-1鉆孔含氣量為25.64m3/t，同一區(qū)塊內(nèi)臨近F113斷層的D21-1、D20-2、D18-2鉆孔含氣量僅為12.82～15.61 m3/t。

各個斷塊內(nèi)斷裂帶的發(fā)育對含氣量影響較為顯著，如F153～LDF3所夾的地塹區(qū)域，煤層埋深變深，但含氣量總體較小，大多在20 m3/t以下，主要由于落差60～350m，NE-SW向斷層密集均勻分布全斷塊內(nèi)。

F113～F153斷層之間所夾的地壘區(qū)域，受SF10、SF11、SF12、SF13、SF14等斷層所構(gòu)成的斷裂帶影響，鉆孔含氣量最低為0.16 m3/t，多數(shù)在5 m3/t以下，甲烷濃度也普遍偏低；斷裂帶北部天助和當中崗地區(qū)，大型斷層減少，煤層含氣量則普遍較高，如鉆孔D18-2(12.82m3/t)，D18-3(27.31m3/t)，D20-1(32.84m3/t)，D20-2(15.62m3/t)，D20-7(26.52m3/t)等。

西北部淺部地區(qū)的彰武-倫掌勘查區(qū)的大型斷層總體不發(fā)育，煤層含氣量較高，鉆孔含氣量為6.31～33.46 m3/t，平均為21.73 m3/t；相比而言，石林勘查區(qū)大型斷層數(shù)量增多，煤層含氣量即出現(xiàn)明顯的下降，鉆孔含氣量數(shù)值為4.01～36.82 m3/t，平均為16.72 m3/t。

2.2.2 褶皺

褶皺是構(gòu)造應(yīng)力作用下煤巖層發(fā)生連續(xù)形變的產(chǎn)物。大量的實際資料表明，褶皺對煤層氣的的運移和聚集具有明顯的控制作用。在褶皺的不同位置，煤巖的應(yīng)力狀態(tài)和封閉能力都有很大不同，一般來說，背斜有利于煤層氣的保存，甲烷只能沿煤層向高處運移。但是如果煤層頂板為脆性巖層，若煤層在背斜構(gòu)造中和面以上表現(xiàn)為拉張應(yīng)力，巖層受力較大，生成大量張裂隙，應(yīng)力釋放為低壓區(qū)，這樣煤層氣就容易沿著這些通道逸散，煤層氣含量變小，相反，在褶皺中和面以下煤層氣容易聚集[7]。在向斜樞紐部位，節(jié)理以壓性或壓扭性為主，圍巖的封存能力較強，在樞紐部位也會形成高壓圈閉?？碧綄嵺`亦表明，褶皺的樞紐部位是煤層氣富集有利場所。

研究區(qū)總體為一單斜構(gòu)造，煤層氣富集受褶皺控制不顯著，僅在局部地區(qū)表現(xiàn)較明顯，如西部龍山煤礦總體上為向斜構(gòu)造，由于煤層氣向仰起端運移，使得其淺部煤層氣含量較高，在煤礦開采過程中煤與瓦斯突出頻繁，最大突出強度為902t。與此賦存條件相同的有銅冶向斜、張莊向斜等，這些區(qū)域的煤層氣藏都屬于向斜水力封堵型。魯仙井田的8804孔打在背斜的翼部，由于構(gòu)造應(yīng)力處于壓扭狀態(tài)，煤層破壞程度較低，雖然煤層埋深只有570m左右，但煤層氣含量卻高達28.85m3/t。

2.3 水文地質(zhì)條件

煤層氣主要以吸附狀態(tài)賦存在煤的孔隙中，地下水系統(tǒng)通過地層壓力對煤層氣吸附聚集起控制作用。水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存、運移影響很大，主要表現(xiàn)為水力運移逸散作用、水力封閉作用。

研究區(qū)水文地質(zhì)條件豐富，其含水層和隔水層的分布多與煤層氣相近，并能夠通過附近的斷層或裂隙，使煤層產(chǎn)生水力聯(lián)系。因此，研究區(qū)水文地質(zhì)條件對煤層氣的賦存主要起以下控制作用。

1)水力運移逸散作用主要是通過導(dǎo)水斷層或裂隙，溝通煤層與含水層。另外，煤系地層中灰?guī)r巖溶裂隙含水層或砂巖裂隙含水層的水動力強，可通過導(dǎo)水斷層或裂隙與煤層之間產(chǎn)生水力聯(lián)系，造成煤層氣含量降低。研究區(qū)西部邊界外近南北向延伸的含水巖層出露地表，有利于大氣降水及地表水補給，從而構(gòu)成地下水相對補給區(qū)，水力運動強烈，部分以上升泉水的形式溢于地表，且淺部煤礦排水致使煤層頂?shù)装逅幌陆祰乐?，成為地下水主要排泄區(qū)，煤層氣主要受水力運移逸散作用影響，加之各類型斷層密集展布，煤層與斷層之間易產(chǎn)生水力聯(lián)系，加速了煤層氣的逸散，總體不利于煤層氣的富集。

2)水力封閉作用一般發(fā)生在深部，地下水通過壓力傳遞作用，使煤層氣吸附于煤中，煤層氣相對富集而不發(fā)生運移，煤層含氣量較高。主要表現(xiàn)在一定壓力差條件下，煤層氣從高壓力區(qū)向低壓力區(qū)滲流，或者說由深部向淺部滲流。壓力降低使煤層氣解吸，因此在煤層露頭及淺部是煤層氣逸散帶。如果含水層或煤層從露頭接受補給，地下水順層由淺部向深部運動，則煤層中向上擴散的氣體將被封堵，致使煤層氣聚集。研究區(qū)中東部區(qū)域因湯西大斷裂所形成的相對阻水邊界，使該區(qū)塊成為一個大的構(gòu)造儲水區(qū)，地下水為弱徑流狀態(tài)，煤層氣主要受水力封閉作用影響，有利于煤層氣的富集。

另外，水力封閉作用還表現(xiàn)在煤系地層上部和下部存在良好隔水層也能夠阻擋含水層對煤層氣的逸散作用。同時，煤層直接充水含水層為頂板含水，水動力較弱，地下水徑流緩慢甚至停滯，對煤層氣產(chǎn)生水力封閉作用。同時，斷裂不甚發(fā)育的寬緩向斜或單斜中，斷裂構(gòu)造為不導(dǎo)水性斷裂，也可產(chǎn)生對煤層氣的封閉作用。

2.4 頂?shù)装宓姆忾]條件及對煤層氣的控制作用

煤層的頂?shù)装迨欠舛旅簩託獾闹饕琳?，是煤儲層圍巖組合中最重要的巖層。頂?shù)装鍘r性的透氣性好與否，直接影響著煤層氣的儲存、運移或富集。圍巖若為泥巖或含泥質(zhì)較多，裂隙不發(fā)育且具備一定厚度(一般>0.5m)時，對煤層甲烷的逸散起阻礙作用，封閉性較好，利于煤層氣的富集。與此相反，若頂?shù)装鍨榱Χ容^粗的砂巖或透氣性更好的石灰?guī)r，則利于煤層甲烷的逸散，不利于煤層氣的富集。

研究區(qū)二1煤層頂板巖性均以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，其次為中、細粒砂巖，其中泥巖發(fā)育厚度0.13～15.44m，平均為4.04m，砂質(zhì)泥巖厚0.57～17.96m，平均5.76m；底板巖性為泥巖為主，次為砂質(zhì)泥巖，其中泥巖發(fā)育厚度0.2～16.41m，平均為3.65m，砂質(zhì)泥巖厚0.2～16m，平均5m(圖4)。單從圍巖特征來看，本區(qū)煤層基本處在一個較封閉的環(huán)境中，有利于煤層氣的富集，如淺部高瓦斯礦井煤層頂?shù)装寤径及l(fā)育厚層泥巖，但是構(gòu)造運動將會打破這一平衡，使煤層氣呈現(xiàn)出區(qū)域上的不均衡性。

圖 4 頂?shù)装鍘r性分布

2.5 煤層氣的富集規(guī)律

研究區(qū)煤層氣的生成主要取決于煤變質(zhì)作用的影響(巖漿熱變質(zhì)和深成熱變質(zhì)作用)，全區(qū)煤層變質(zhì)程度普遍較高，生烴能力較強，具有較強的吸附能力，易形成高含氣量煤層，再加上研究區(qū)二1煤層厚度較厚，煤層穩(wěn)定，所以煤層氣生烴潛力大，儲集空間大，并且隨著埋深的增加，相對應(yīng)的煤層溫度和壓力越有利于煤層氣的保存。

研究區(qū)煤層氣的形成不僅與現(xiàn)今煤層氣所處的環(huán)境、煤層特征有關(guān)，而且與構(gòu)造特征密切相關(guān)，構(gòu)造演化決定了煤層的構(gòu)造形態(tài)、埋藏-熱演化史，而構(gòu)造形態(tài)和構(gòu)造應(yīng)力對煤儲層具有改造作用、構(gòu)造活動控制著煤層氣的富集成藏，如研究區(qū)二1煤層經(jīng)歷較短的抬升作用形成的較厚的煤層氣儲層和上覆有效地層，多期次形成的封閉性斷層對煤層氣的保存有重要作用，而密集分布的大型斷層和斷裂帶對煤層氣保存的破壞作用明顯。本區(qū)的構(gòu)造煤發(fā)育，構(gòu)造煤演化過程中的生烴作用，會有大量烴類氣體生成，構(gòu)造煤獨特的孔裂隙特征也更加有利于氣態(tài)烴的富集和保存。

研究區(qū)水文地質(zhì)條件對煤層氣的影響主要體現(xiàn)在導(dǎo)水斷層或裂隙的水力逸散作用，水力傳遞產(chǎn)生的封閉作用和良好隔水層產(chǎn)生的封閉作用。

二1煤層的頂?shù)装寰鶎儆诘蜐B透型的隔擋巖層，在斷裂不太發(fā)育的寬緩向斜或單斜中的煤層頂?shù)撞康貙痈凰暂^強，且全區(qū)大部分處在構(gòu)造儲水區(qū)，地下水為弱徑流狀態(tài)，對煤層氣形成封閉或封堵控氣作用，有利于煤層氣的富集成藏，具有較大的勘探開發(fā)潛力。

3 煤層氣有利區(qū)優(yōu)選

影響煤層氣勘探開發(fā)的地質(zhì)風險因素主要有四大類別：含氣性、煤儲層、蓋層和控氣背景因素，其中，含氣因素包括含氣量、含氣飽和度、資源量、資源豐度；煤儲層因素又可進一步分為煤層幾何因素(煤層厚度、煤層穩(wěn)定性、煤層面積、煤層埋深)和煤層物性參數(shù)(煤級、滲透性、吸附性、孔隙性、儲層壓力、煤體結(jié)構(gòu)等)，蓋層因素包括頂板巖性、厚度、頂板物性等，控氣背景包括水文地質(zhì)條件、構(gòu)造地質(zhì)條件、沉積環(huán)境以及煤的熱演化史。

通過煤層氣富集控制因素的分析結(jié)果，結(jié)合《煤層氣資源勘查技術(shù)規(guī)范》(GB/T 29119—2012)，采用定性與定量相結(jié)合的評價思路，首先依據(jù)構(gòu)造地質(zhì)條件將研究區(qū)分為各個相對獨立區(qū)塊，然后綜合考慮各個區(qū)塊的構(gòu)造發(fā)育情況、煤厚、煤層埋深、含氣量、資源豐度、勘查程度、經(jīng)濟地理條件，將各要素疊加分析，優(yōu)選出煤層氣勘查開發(fā)的有利區(qū)、次有利區(qū)和遠景區(qū)。由于煤層埋深2 000m以深的區(qū)域缺少實測數(shù)據(jù)，其大部分評價因素由淺部勘查區(qū)預(yù)測得到，僅作為遠景區(qū)。

3.1 煤層氣區(qū)塊劃分

研究區(qū)總體構(gòu)造形態(tài)為地層走向波狀起伏的單斜構(gòu)造，局部發(fā)育少量褶曲，一般較寬緩，大型斷裂將本區(qū)切割成臺階狀斷塊，形成相對獨立的控氣單元。因此，依據(jù)大型斷層將研究區(qū)劃分為相對獨立的小區(qū)塊，再以2 000m的煤層埋深等值線細分，共劃分為9個區(qū)塊(圖5)，自北到南具體情況如下(表1)(根據(jù)影響煤層氣的主控因素分析，主要統(tǒng)計了研究區(qū)落差在50m以上的大型斷層，利用其中貫穿整個煤田的大型斷層進行區(qū)域劃分)。

表1 分區(qū)單要素特征

第一分區(qū)：研究區(qū)西部邊界至F113斷層之間的區(qū)域，該地區(qū)分布大型斷層5條，斷層密度0.07條/km2，具有34口瓦斯測試鉆孔控制，鉆孔密度0.51個/km2，煤層氣含量為6.42～33.46m3/t，平均含氣量為21.54m3/t，煤層厚度為3.20～8.82m，平均厚度為6.20m。

第二分區(qū)：F113、F153和-1 900m底板等高線之間的區(qū)域，該地區(qū)分布大型斷層30條，斷層密度為0.33條/km2，具有37口瓦斯測試鉆孔控制，鉆孔密度為0.41個/km2，煤層氣含量為6.35～49.89m3/t，平均含氣量為20.03m3/t，煤層厚度為2.33～8.38m，平均厚度為6.36m，西南部地區(qū)具有天然焦。

第三分區(qū)：F113、F153、-1 900m底板等高線和東部邊界之間的區(qū)域，該地區(qū)分布大型斷層較少，勘查控制程度較低，尚無瓦斯鉆孔控制。

第四分區(qū)：研究區(qū)西部邊界、F153、LDF3和-1 900m底板等高線之間的區(qū)域，該地區(qū)分布大型斷層10條，斷層密度為0.24條/km2，具有10口瓦斯測試鉆孔控制，鉆孔密度為0.27個/km2，煤層氣含量為13.54～37.23m3/t，平均含氣量為21.99m3/t，煤層厚度為4.17～6.67m，平均厚度為5.44m，西部地區(qū)具有天然焦。

第五分區(qū)：-1 900m底板等高線、F153、LDF3和研究區(qū)東部邊界之間的區(qū)域，該地區(qū)分布大型斷層較少，勘查控制程度較低，尚無瓦斯鉆孔控制。

第六分區(qū)：研究區(qū)西部邊界、F115、LDF3和-1 900m底板等高線之間的區(qū)域，該地區(qū)分布大型斷層8條，斷層密度為0.19條/km2，具有22口瓦斯測試鉆孔控制，鉆孔密度為0.53個/km2，勘查程度高，煤層氣含量為5.54～40.73m3/t，平均含氣量為19.40m3/t，煤層厚度為3.90～10.41m，平均厚度為7.78m。

第七分區(qū)：研究區(qū)西部邊界、青羊口斷層、LDF3和-1 900m底板等高線之間的區(qū)域，該地區(qū)分布大型斷層15條，斷層密度為0.24條/km2，具有27口瓦斯測試鉆孔控制，鉆孔密度為0.43個/km2，勘查程度較高，煤層氣含量在6.31～29.95m3/t，平均含氣量為17.68m3/t，煤層厚度1.42～13.78m，平均厚度為7.89m。

第八分區(qū)：-1 900m底板等高線、LDF3、青羊口斷層和東部邊界之間的區(qū)域，該地區(qū)大型斷層分布數(shù)量較少，勘查控制程度較低，尚無瓦斯鉆孔控制。

第九分區(qū)：研究區(qū)西部邊界、青羊口斷層、南部邊界和東部邊界之間的區(qū)域，該地區(qū)大型斷層分布數(shù)量較少，勘查控制程度較低，尚無瓦斯鉆孔控制。

3.2 煤層氣有利區(qū)優(yōu)選

3.2.1 選區(qū)原則

依據(jù)《煤層氣資源勘查技術(shù)規(guī)范》(GB/T 29119—2012)中有利區(qū)一般應(yīng)同時具備的條件，①可采煤層凈總厚度大于5m；②煤層氣含量總體大于8m3/t；③煤層埋深一般淺于2 000m；④煤層氣資源總量大于3×108m3，資源豐度較好；⑤勘探程度較高；⑥斷裂構(gòu)造不發(fā)育，煤層賦存相對完整。結(jié)合研究區(qū)的實際情況，如煤體結(jié)構(gòu)多以頂?shù)装l(fā)育碎裂和碎粒煤，中部夾原生結(jié)構(gòu)煤和碎裂煤的形式存在，煤層的內(nèi)外生裂隙發(fā)育，且受地應(yīng)力影響多為張性裂隙，區(qū)域上基本無差異，因此該部分內(nèi)容不再參與評價。

3.2.2 區(qū)塊優(yōu)選

由于第三、五、八、九分區(qū)二1煤層埋深在2 000m以深，勘查程度較低，直接劃定為煤層氣資源遠景區(qū)，其它區(qū)域評價情況如下：

1)構(gòu)造發(fā)育情況。據(jù)統(tǒng)計的各分區(qū)落差大于50m以上的斷層數(shù)量顯示，不同區(qū)域斷層發(fā)育存在較大的差異性，第二分區(qū)最多為30條，密度0.33條/km2，第一分區(qū)最少，僅有5條，密度0.07條/km2，其他分區(qū)大致相當；依據(jù)構(gòu)造發(fā)育情況對各分區(qū)評價結(jié)果見圖5。

圖5 主要區(qū)域構(gòu)造分區(qū)

2)煤厚。各分區(qū)煤層厚度均變化較大，變化范圍為2～12m，分區(qū)之間差距較小，煤厚平均值為5.44～7.89m，第六、七分區(qū)均值最大，第四分區(qū)均值最小。

3)含氣量。各分區(qū)煤層氣量與煤厚情況相似，分區(qū)內(nèi)含氣量數(shù)值變化較大，各分區(qū)之間變化較小，基本在20 m3/t，最大為第四分區(qū)，最小為第七分區(qū)。

4)資源豐度。研究區(qū)各區(qū)域煤層氣資源豐度總體無較大差異，基本在2×108m3/km2，其中最大為第六分區(qū)，最小為第四分區(qū)。

5)勘查程度。研究區(qū)煤炭勘查程度在埋深1 500m以淺區(qū)域均已達到了詳查階段，在2 000m以淺的范圍內(nèi)布設(shè)了大量的煤炭勘查鉆孔，并進行了煤層氣參數(shù)的測試。據(jù)見煤鉆孔的瓦斯含量數(shù)據(jù)顯示，第一、二分區(qū)鉆孔數(shù)量最多，其次為六、七分區(qū)，最少為第四分區(qū)。鉆孔分布密度除第四分區(qū)較稀少外，其他分區(qū)大致相當。

各分區(qū)有利條件排序及綜合評價結(jié)果見表2。

表2 有利條件排序及綜合評價表

4 結(jié)論

1)研究區(qū)石炭-二疊紀含煤巖系由陸源碎屑巖(砂巖、泥巖等)和煤、碳酸鹽巖多次交替疊置組成，發(fā)育一套由海向陸過渡的海陸交互相含煤巖系。

2)查明了影響煤層氣成藏的主要控制因素，包括煤層的厚度、埋深、上覆有效地層厚度、煤類和煤體結(jié)構(gòu)等；不同類型的地質(zhì)構(gòu)造，斷層和褶皺對煤儲層含氣性的影響；含水層和隔水層的分布多與煤層氣相近，并通過附近的斷層或裂隙使煤層產(chǎn)生水力聯(lián)系；煤層的頂?shù)装迨欠舛旅簩託獾闹饕琳?，是煤儲層圍巖組合中最重要的巖層；總結(jié)了煤層氣的富集規(guī)律。

3)對研究區(qū)進行了區(qū)塊劃分，依據(jù)煤層氣成藏的主要影響因素和富集規(guī)律，結(jié)合《煤層氣資源勘查技術(shù)規(guī)范》(GB/T 29119—2012)，將各要素疊加分析，優(yōu)選出煤層氣勘查開發(fā)的有利區(qū)、次有利區(qū)和遠景區(qū)。