龙凤井田煤层气赋存特征及勘探潜力分析

2020-03-01蔡杰沈云飞

西部资源 2020年3期

蔡杰沈云飞

摘要：龙凤井田是一高瓦斯矿井，煤层气资源丰富。结合井田地质勘查资料及井下瓦斯资料，对煤岩煤质特征、含气量、赋存因素等方面进行研究，并用体积法估算了煤层气资源量，并且对井田煤层气勘探潜力进行了分析。结果显示：龙凤井田可采煤层4号、5号、9号、13号煤层含气量高，尤其以5、9号煤层较高，煤层气资源估算量为8.23×108m3。构造和封闭条件是龙凤井田煤层气的主控因素。结合贵州煤层气开发积累的工程经验及技术，建议龙凤井田煤层气以5、9号煤层合层开发，具有广阔的开发前景，能为煤矿的安全生产带来较大的效益。

关键词：龙凤井田；煤层气；赋存因素；资源量；勘探潜力

1.引言

黔北地区是我国优质的无烟煤产区，煤炭、煤层气资源丰富。根据《贵州省煤层气资源评价》（1996）结果，黔北煤田2000m以浅煤层气资源总量为3.15×1012m3，占全省煤层气资源总量23.45%[1]。近些年来，黔西、黔北地区受到了大量的关注，贵州省煤炭相关单位进行了一系列的工程，国内外学者针对贵州煤层气的赋存特征、影响因素、开发工艺等进行深入的研究[2-9]。龙凤井田作为一高瓦斯矿井，瓦斯突出问题严重影响了煤矿的安全生产[10]，进行煤层气的相关工作显得必要而紧迫。本文通过对龙凤井田的煤田勘探资料，系统分析了该井田各煤层的分布与含气量特征，井田构造与封闭条件因素对煤层气的控制等，并依据规范估算了煤层气资源储量，对该区煤层气资源勘探开发潜力进行分析，龙凤井田具有较大的开发价值。

2.概况

龙凤井田位于金沙县城南偏西15°，平距约10km处，行政区划属金沙县新化乡管辖。地理坐标：东经106°10′41″～106°12′31″、北纬27°22′17″～ 27°23′38″，东西长3km，南北宽2.39km，面积7.1234km2。

井田位于上扬子地台大娄山背斜南翼，构造以褶曲为主，东侧有金沙-黔西向斜，轴长约20km，走向NNE 20°，向斜宽20余千米，其轴线在平面上呈“S”形，北面变为北东东向，南面为北东向，为一开阔不对称向斜。北西翼倾角较缓，为10°～20°，发育有次级褶皱；南东翼倾角较陡，为 30°～40°左右。井田北西部有新华向斜，走向NEE 70°左右，轴长约11km，为金沙—黔西向斜北西翼的次一级褶曲，为一宽缓的不对称向斜，轴面倾向北西，向斜宽约2km～ 4.5km。自西向东，其轴线先后穿过上二叠统、三叠系。北西翼地层倾角较陡，为7°～35°，一般28°；南东翼地层倾角较缓，为4°～12°，一般为9°～10°（见图1）。

3.煤层及含气特征

3.1煤层

井田内含煤地层为龙潭组，属海陆交互相沉积，厚81.98m～107.49m，平均厚98.58m。主要由细砂岩、粉砂岩、泥岩等夹泥灰岩、灰岩及煤层组成。含丰富的动、植物化石。含煤9层～15层，煤层总厚度8.00m～16.84m，平均11.47m，含煤系数为12%。含可采煤层2层～8层，可采总厚度3.94m～15.00m，平均8.74m，可采含煤系数为9%。可采煤层为4、5、9、13号煤层，其中分布于龙潭组上段的5、9号煤层发育较好，为主要可采煤层（见表1）。

3.2煤岩煤质特征

井田内主要可采煤层为黑色和黑灰色，块状，少量粉粒状，煤岩成分以亮煤为主，镜煤及暗煤次之，少量透镜状丝炭体。煤岩类型有半亮型、光亮-半亮型和半暗-半亮型，以半亮型为主。煤的有机组分大致分为镜质组和惰质组两大类，组分界线较模糊，以镜质组为主，惰质组次要。镜质组以基质镜质体、透镜状、细条带状均质镜质体为主，少量结构镜质体、碎屑镜质体。含量为69.94%～90.36%，平均82.74%。惰质组常见透镜状、不规则状半丝质体、氧化丝质体，次为碎屑丝质体分布于基质镜质体中，少量粗粒体、微粒体，偶见分泌体。惰质组含量为9.64%～30.06%，平均含量为17.26%。无极组分以粘土矿物为主，次为石英，少量黄铁矿、方解石，含量为8.35%～18.34%，平均13.39%。

原煤干燥基灰分含量为11.16%～34.33%，平均20.52%，属中灰煤（MA）。原煤干燥无灰基挥发分含量5.57%～ 13.54%，平均7.43%，均属特低挥发分煤（SLV）。原煤干燥基全硫含量为0.45%～5.78%，平均为2.25%，中硫-高硫煤层。该矿区煤类单一，为无烟煤3号（WY3），可采煤层镜煤最大反射率（Romax）为3.17%～3.50%，平均为3.33%。一般而言，煤层吸附瓦斯的能力随变质程度的增高而增大，龙凤井田煤变质程度高也是导致煤层瓦斯含量高的一个原因。

3.3煤层含气量

龙凤井田煤层气组成主要为甲烷（CH4）、氮氣（N2）和二氧化碳（CO2），含有少量的重烃气体（表2）。主要可采煤层 4号、5号、9号、13号煤层甲烷组分平均值分别为85.68%、82.68%、86.04%、88.20%；平均氮气浓度为11.33%～16.75%；平均二氧化碳浓度为0.47%～0.80%。根据《煤炭资源地质勘探规范》，该井田属于甲烷分布带。

各可采煤层瓦斯平均含量在12.57m3/t～14.01m3/t之间，其中4煤层为13.51m3/t、5煤层为13.49m3/t、9煤层为12.57m3/t、13煤层为14.01m3/t。各可采煤层含气量均较高，为富甲烷煤层。

4.煤层气赋存因素

4.1地质构造

地质构造对煤层气储存影响复杂，且作用显著。在地质历史过程中，构造运动使煤层产生较多的裂隙，尤其是在张应力地区，产生的裂隙不但增加煤层的渗透性，而且增加储气空间，在煤层受到挤压处煤层物性变差。

矿区构造形迹为单斜构造，地表无断层出露，地层走向南东-北西向，倾角7°左右，矿区西南部的浅部地区较平缓，倾角4°左右。井田内断层稀少，发现断层11条，均为隐伏断层，并且断层落差均小于15m。总体上龙凤井田构造形态简单，井田内无深大断层切割煤层，对煤层气的保存较为有利。

4.2封閉条件

根据煤层顶底板岩性分析，龙凤井田的各煤层顶板主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩；煤层底板岩性主要为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩细砂岩。井田内煤层顶底板岩性均为致密、封闭的岩性，岩体结构对象的完整，厚度普遍在10m以上，岩石的孔隙度4.52%～10.66%。上下顶底板围岩的致密性和封闭性，对煤层气的保存起到了至关重要的作用，这是井田内煤层气含量高的重要因素。

5.煤层气资源量估算

龙凤井田可采煤层为无烟煤，根据《煤层气资源/储量规范（DZ/T0216-2002）和《煤层气资源勘查技术示范》（GB/ T29119-2012）规定的下限标准，龙凤井田可采煤层含气量均达到下限标准，可依据规范直接估算煤层气资源量。采用体积法对4、5、9、13号共4个可采煤层进行资源量估算。估算出1500m以浅煤层气资源量为8.23×108m3，其中以5、9号煤层的煤层气资源量较高。龙凤井田煤层气地质储量为小型，但地质丰度达1.16×108m3/km2为中型，具有较好的开发利用前景（见表3）。