阜康白杨河矿区水动力条件对煤层气富集影响的研究

2019-06-03胡振鹏

中国煤层气 2019年1期

胡振鹏

(新疆煤田地质局一五六煤田地质勘探队，新疆 830000)

1 阜康白杨河矿区水动力条件概况

1.1 地形地貌

阜康白杨河矿区地处准噶尔盆地东南缘之博格达山北麓低山～丘陵地带,地表植被稀疏，为典型的阶地状地形，南高北低，西高东低，中部高东西低，矿区内海拔一般为1000～1100m，最高约1244.50m，最低约1045m，相对高差一般100m，最大200m。地形切割中等。

1.2 水源补给

白杨河由南向北从白杨河矿区东部穿越，该河发源于博格达山主峰的冰川区，河水流量随季节而变化，主要由融化的雪水与泉水补给，最大流量在7～8月份，入冬后流量显著降低。平均流量2.504m3/s，最大洪流量44m3/s，最大流速4.80m/s，历年最大洪峰流量为150m3/s。白杨河水在流经本区过程中有一定的漏失量，漏失量中有一部分通过渗透补给地下含水层，因此本区河流是地下水含水层的主要补给来源。

1.3 主力煤层及径流方向

白杨河矿区煤系地层为侏罗系八道湾组中段(J1b2)至侏罗系八道湾组下段(J1b3)，含35～36、37、39、40、41、42、43和44等主力煤层。其上覆地层(34号煤层上部地层，该层平均厚244.60m)和下伏地层(44号煤层下部地层，该层厚120.50～162.70m)均为巨厚隔水层，煤系地层与上下含水层之间不具水力联系或水力联系弱。

煤系地层内部含水层岩性以中、粗砂岩、砂砾岩及煤层为主，含水层和隔水层以互层形式组成，煤层之间由粉砂岩、泥岩等隔水层隔离。根据本区抽水孔可知钻孔单位涌水量0.0021～0.020L/m·s，渗透系数0.00032～0.001m/d，由此可知含水层组富水性弱，透水性差，为弱含水层组，对煤层气的富集和逸散作用很小。

煤系地层地下水水平方向总体表现为由南向北、由东西两侧向泉水沟径流，浅部煤层分布烧变岩裂隙，以条带状横贯东西，因烧变岩中裂隙极其发育，径流较快，携带煤层气向大气中逸散，是煤层气浅、中部逸散的主要动力。

2 阜康白杨河矿区水动力条件对煤层气富集的影响

2.1 水动力条件对煤层气富集影响机理

煤层中的水主要包括基质孔隙中的束缚水、游离水和裂隙系统中的游离水。束缚水难以流动，游离水始终处在不断的交替循环之中，煤基质中的煤层气处于吸附态与游离态动态平衡之中，在浓度梯度差的作用下由煤基质的微孔隙扩散运移至裂隙系统，然后随地下水流动，发生运移、逸散(或再吸附)。在漫长的地质历史过程中，这种长时间的水动力作用，对煤层气的富集将产生较大的影响。

2.2 白杨河矿区水动力强弱的判断

地下水的水化学场可以反映地下水流场特征和活跃度。当地下水的矿化度比较高时，说明该区域水流动缓慢，属于滞流区，利于煤层气的富集。当地下水的矿化度较低时，说明水流动活跃，煤层气容易随水流动，煤层含气量通常较低。

根据采样化验数据显示，白杨河矿区北部矿化度较低，随着煤层埋深的增加，沿煤层倾向向南矿化度增加；特别是煤层埋深沿倾向由北向南增加至700m以后，矿化度显著增高(见表1)。这反映了矿区北部煤层径流交替条件好，南部区域煤层径流缓慢甚至呈滞流状态。

表1 白杨河矿区不同区域水质化验主要离子统计值

2.3 水动力条件对白杨河矿区煤层气富集的影响

白杨河矿区无断裂、陷落柱等构造影响，煤系地层顶底板为巨厚隔水层，储层含水层中的水流动主要在重力驱动下由南向北、由东西两侧向泉水沟流动。水在运移过程中，将溶于水的煤层气带走，是煤层中含气量降低的重要原因，其降低量与地下水的流量、流速及作用时间有关，白杨河矿区北部径流速度快，属于矿区由东西两侧向泉水沟径流区，含气量明显偏低。

矿区南侧煤储层埋深较深，处于地下水的滞流区，与地下水联系不紧密，有利于煤层气的保存，煤层含气量高。主要原因有两个：第一，水的承压作用，致使煤储层处于较高的压力状态，煤层不易发生解吸；第二，由于地下水的循环交流作用较弱，水溶解带走的煤层气量较少。

矿区内水动力条件特征决定了煤层含气性特征，主力煤层含气量由北向南，从4m3/t缓慢增加至22.78m3/t。