离柳矿区沙曲井田煤层含气性及主控因素分析

常会珍

(山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西　晋城　048000)



离柳矿区沙曲井田煤层含气性及主控因素分析

常会珍

(山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西晋城048000)

摘要通过研究沙曲井田煤层含气性特征，分析了影响含气性分布的主控因素，结果表明，不同地质构造类型、水文地质条件、顶底板岩性对煤层气富集的影响均不同；煤层含气量与煤层埋深、上覆基岩厚度、镜质组含量呈正相关关系。总体上看，水文地质有利于煤层气的富集。

关键词沙曲井田；煤层气；地质背景；含气性；主控因素

山西省柳林县境内的煤层气试验区,是我国第一个成功开发煤层气的生产试验基地[1]。三交-柳林单斜地区构造较简单，含煤地层分布广泛，是煤层气勘探开发的较有利区，可分为青龙城、沙曲和三交3个评价单元[2]。

沙曲井田位于山西省西部河东煤田中段的离柳矿区西南部，地处山西省吕梁市柳林县境内，行政区划属离柳矿区柳林县管辖。井田大致呈北西-南东向弧形，长约22 km，宽4.5～8 km，面积138.35 km2.沙曲矿属高瓦斯和具有煤与瓦斯突出危险的矿井, 2005年，沙曲矿4#煤层鉴定为突出煤层，沙曲矿为突出矿井。煤层瓦斯严重威胁着煤矿安全，近年来，地面预抽煤层气井保障了矿井生产安全，因此，对该井田的煤层进行煤层气开发地质研究是必要的，可为地面煤层气的开采提供理论基础。

1地质背景

1.1井田构造特征

离柳矿区位于河东煤田中段，在鄂尔多斯地块东部边缘，离石-柳林东西向构造带上。沙曲井田位于离柳矿区西部，三交-柳林单斜含煤区中南部，为一缓倾斜的单斜构造，地层走向自北向南由南北向渐变为北西向，倾向由西渐变为南西，地层倾角平缓，一般为3°～7°，局部地段受小褶曲及断层影响可达18°～23°. 井田内以宽缓的小型褶曲构造为主，断层稀少且断距小，仅井田北界为一地堑式断裂带。地表未见陷落柱，仅三川河附近4个钻孔见陷落构造，井田构造属简单型。

1.2含煤地层与煤层

井田内含煤地层为山西组和太原组，共含煤17层，含煤地层总厚为157 m,煤层总厚19.42 m,可采煤层厚度为15.42 m. 煤阶主要以焦煤为主，下部煤层含有较小的贫瘦煤，极少量的肥煤。煤层气开采目的煤层主要为山西组2#、3#、4#、5#与太原组8#、9#煤层。可采煤层情况见表1.

2煤层气含气量特征及其影响因素

2.1煤层气含气量分布特征

井田内煤层气平均含气量9#煤最大，其次是8#煤，2#煤最小。井田走向方向上，以流经井田的三川河为界，井田南翼煤层气含量高于北翼，三川河流域煤层气含量低于两翼;垂向上从上向下呈增高趋势。煤层气含量数据见表2，含气量的垂向变化见图1.

2.2埋深、上覆基岩厚度与含气量

一般情况下，煤层含气量与煤层埋深呈正相关关系，这主要是因为随着煤层埋深增加，煤储层温压逐渐增大，在一定深度范围内，储层压力正效应强于温度负效应，使游离气向吸附气转化，有利于煤层气的吸附保存；同时煤层气向上运移的路径增长，且由于压实作用使煤层孔渗性下降，封闭性变好，对煤层气的封存比较有利[3]。该井田内煤层含气量与煤层埋深呈正相关关系，相关系数为0.29，见图2.

表1可采煤层情况表

表2　煤层气含量数据表

煤层含气量/m3/t煤层含气量/m3/t27.9～13.19/10.6587.95～23.22/13.5237.72～24.86/12.55910.43～22.56/17.0147.32～17.82/10.89106.20～29.08/12.6354.45～17.88/12.06

图1　含气量垂向变化图

煤层上覆基岩厚度指煤层埋藏深度减去第四纪地层厚度。第四纪地层主要为黄土层,一般分布在地表,胶结性不好,孔隙度大,连通性好,容易释放瓦斯[4]。井田地表大部分为黄土覆盖，且梁峁起伏，第四纪地层厚度变化不均匀，煤层含气量与上覆基岩厚度关系图见图3.

图2　煤层含气量与埋深关系图

图3　煤层含气量与上覆基岩厚度关系图

由图3可见，煤层含气量随上覆基岩厚度增大而增大，且相关性较与煤深的相关性大，表明用上覆基岩厚度分析煤层含气量赋存规律更有意义。

2.3构造与含气量

背斜两翼含气性较好，背斜轴部含气性取决于发育构造性质和盖层断层对煤层气赋存的影响情况剥蚀程度; 向斜构造的两翼与轴部中和面以上表现为压应力，阻止煤层气向上逸散，有利于煤层气的富集[5]。断层对煤层气含气性的影响主要取决于断层的性质。 一般而言，正断层多为开放性质，有利于煤层气的逸散；而逆断层以压性为主起封闭作用有利于煤层气的积聚[6]。

井田煤层含气量受构造影响主要体现在：

1) 受褶曲构造的影响，煤层瓦斯含量分布具有走向不均匀性。具体表现为：向斜构造区煤层瓦斯含量较同标高背斜构造区高2～3 m3/t·daf.

2) 本井田北部仅有一聚财塔地堑式断裂带，具有张裂性质，是瓦斯逸散的良好通道，其瓦斯含量明显低于其它地区。因此，井田内北部断裂带外，其它地区的地质构造条件对瓦斯的富集、逸散影响较小。

3) 陷落柱周边一定范围内煤层瓦斯含量明显降低。从井田内揭露的3个陷落柱附近的煤层瓦斯含量测值分析结果看，陷落柱周围100～500 m内煤层瓦斯含量较同标高未受陷落柱影响的煤层低30%～50%，影响范围及程度与陷落柱尺寸密切相关。

2.4顶底板岩性与含气量

煤层顶底板的岩性和厚度直接影响到煤层气的保存能力和封闭层的有效性。一般情况下，砂岩的封存能力不及泥岩、粉砂岩，另外，有效封闭层必须具有一定的韧性，在构造变形中不宜形成裂缝。泥质岩类是煤层气的最佳封闭层[7]。

井田4#煤层顶板以细-粗粒砂岩为主，煤层气沿孔隙、裂隙逸出，甲烷含量较低，而4#煤顶板为砂岩，煤层气含量较高。5#、10#煤顶板多为泥岩、砂质泥岩，透气性差，封闭性较好，利于煤层气的保存。8#煤层顶板以灰岩为主，东南角为砂质泥岩，局部裂隙、岩溶发育，造成煤层气含量分布不均匀。

2.5水文地质与含气量

水文地质条件对煤层气的富集高产起着重要的控制作用,对煤层气赋存、渗流、运移及煤层气生产有重要的影响[8]。

水文地质控气特征主要形式有水力运移逸散作用、水力封闭作用、水力封堵作用。前一种作用导致煤层气散失,后两种则有利于煤层气保存[9]。

煤系中的含水层、隔水层与煤层上下交替存在，形成层间裂隙水，且含水层具有一定的承压性，静止水位一般高于煤层，有时形成自流井。含水层中的水很可能通过岩层裂隙、孔隙侵入或渗入煤层之中，造成煤层含水，由于水的驱动，瓦斯随水做垂向和侧向逸散，从而导致煤层瓦斯含量降低。

地下水从东部的露头区补给，径流进入本区，本区位于地下水弱径流带和滞留区[10]，造成总体瓦斯含量较高。

2.6煤岩特征与含气量

不同煤岩类型和组分的煤中，以壳质组生气量和吸附气量为最大，镜质组次之，惰质组最小[11]。由于煤一般以镜质组为主,含量常为壳质组的十多倍,因此煤系地层中的镜质组应是煤层气的主要贡献者[12]。

井田内煤层的宏观煤岩组分以亮煤、镜煤为主，其次为暗煤，夹少量丝炭条带。煤层有机组分以镜质组最高，少数分层可达95.5%以上；其次是丝质组，一般>20%，最高可达80.8%；再次为半镜质组，其含量一般<10%，因煤化程度高，煤中壳质组已在煤化过程中消失。不同煤层显微组分不同，镜质组含量一般太原组大于山西组，9#煤层最高，6#、10#煤层次之，5#煤层最低；半镜质组含量在各煤层中相差不大，比较稳定，丝质组含量5#煤层最高，4#、8#、3#煤次之，9#煤最低。煤层含气量与煤中镜质组含量呈正相关关系，见图4，煤层中各显微组分含量图见图5.

图4　煤层含气量与镜质组含量关系图

图5　煤层中各显微组分含量图

3结论

1) 井田内煤层气平均含气量9#煤最大，其次是8#煤，2#煤最小。井田南翼煤层气含量高于北翼，三川河流域煤层气含量低于两翼。垂向上从上向下呈增高趋势。

2) 煤层含气性特征与煤层埋深、上覆基岩厚度、煤层镜质组含量均呈正相关关系。

3) 煤层顶底板岩性影响着煤层气的赋存，泥岩、粉砂岩块段的煤层气含气量较高，而细-粗粒砂岩煤层含气量较低；向斜轴部煤层含气量较高，背斜轴部较低，北部聚财塔断裂带处含气量较低；总体上看，水文地质有利于煤层气的富集。

参考文献

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Gas-bearing Property and Main Geological Controls of Coal

Seam in Shaqu Minefield Liliu Mining Area

CHANG Huizhen

AbstractThrough the research of coal seam gas bearing characteristics in Shaqu coalfield,analysis of the main control factors of gas distribution, the results show that the different types of geologicalstructure, hydrogeological conditions, roof and floor lithology influence on coalbed gas enrichment are different; coal seam gas content and buried depth of coal seam, the bedrock thickness, vitrinite content have a positive correlation,Overall,hydrogeology is favorable to coalbed methane enrichment.

Key wordsShaqu Minefield; Coalbed Methane; Geological background;Gas bearing; Main Geological Controls

中图分类号：[TD11]

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2015)04-0048-04