晉城潘莊區塊煤層氣開采對地下水環境影響分析

岳鵬翼

（山西省水資源研究所，030001，太原）

山西晉城潘莊區塊是我國煤層氣開發試驗最早的地區之一，位于山西省沁水縣嘉豐鎮與端氏鎮之間，是我國幾個儲積層較厚而且幅員遼闊的無煙煤產地之一。潘莊區塊構造簡單、煤層發育、區域穩定、煤層厚度大，煤體結構良好，煤層埋深淺，煤層頂板封閉性能好，煤層氣含量高，含氣飽和度高，煤層滲透性好，是一個得天獨厚的煤層氣開發有利區。

一、施工期對地下水影響分析

工程施工期對地下水可能造成的影響主要存在于鉆井施工環節，即鉆井施工、壓裂對地下水含水層結構的破壞和鉆井液滲漏對地下水的污染。

在鉆井過程中，勢必造成地層震動，有可能導致地層細小斷裂、破損，但由于本工程在鉆井過程中充分考慮到了項目區的地質特征，采用低密度鉆井技術，可避免井塌、井漏等復雜情況的發生，大幅度減少化學泥漿材料的使用，從源頭上減少可能進入地下的污染物的量。潘莊區塊鉆井采用清水鉆井技術和空氣鉆井技術，即分別采用空氣泡沫或清水作為鉆井循環介質，實現欠平衡和近平衡鉆井。在鉆井過程中可以最大限度地減少鉆井液對地下水含水層的污染。降低了污染地下水的可能性。鉆井施工由于采用成熟的止水技術，在固井施工結束后不會出現不同含水層連通的情況，避免對地下水含水層結構的影響。因此，在上述工程措施的保證下，因地層破裂導致地下水污染的情況發生概率較低。建議在鉆井同時加強對周圍地下水的監測，以便及時發現問題，采取相應的補救措施。

采用常規直井工藝則必須通過壓裂改造實現商業性生產。潘莊區塊現階段常規直井僅開采了3號煤層，壓裂射孔層段原則上限制在3號煤層之內。壓裂施工中，在強大壓力作用下地層的節理裂隙張開、擴展、貫通，并被壓裂液中攜帶的支撐劑（金剛砂等）所充填。施工結束后，由于支撐劑的存在，使得節理、裂隙難以愈合，裂隙的含水或導水性能發生改變，壓裂影響范圍可達百米以上。雖然壓裂層段原則上限制在目的煤層之內，實際對煤層頂底板的破壞是不可避免的。壓裂施工將破壞煤系地層的含水、隔水結構，這種破壞是永久的、不可逆的。3號煤層以下至奧陶系頂面隔水巖柱地層有，本溪組平均9.7 m左右，太原組平均98.08 m，山西組大約10m，總厚約為118.15m。3號煤層壓裂施工對含隔水層結構的影響僅限于煤系地層之中。

二、運營期對地下水的影響分析

區煤層氣的開采是通過煤層氣井排水降壓，使吸附于煤的多孔介質中的吸附氣解吸附，解吸附的氣體通過擴散作用進入到孔隙及裂隙系統中，然后滲流到井筒，再被采出地面。

潘莊區塊煤層埋藏深度250～600 m，采氣層位一般限制在目的煤層及其直接頂底板。本區煤系地層富水性弱，出水量較小。據本區已施工煤層氣孔排水資料，單孔排水量最大僅為69.53m3/d（PZP01-1）。

排采活動貫穿于煤層氣開采的全過程。煤層氣井的排水量不是固定值，其排水量不僅受水文地質條件的控制，還受到氣井排采活動的控制。一般開采初期排水量較大，后期排水量逐漸減少。

潘莊區塊煤系地層深埋地下水，補給條件較差，煤層氣井排水將導致分析區及其周邊區域煤系地層地下水水位下降，也將導致地下水流場的改變。一方面，這使得煤系地層淺埋露頭區排泄量減少，局部補排關系發生轉化；另一方面，使得煤系地層裂隙承壓水向上越流量減少甚至發生逆轉，進而影響淺層地下水。由于煤系地層含水層為弱含水層，水量有限，它的疏干對區域水資源影響較小，且分析區內及周邊直接開采利用煤系地層地下水的極少，現狀條件下煤系地層地下水主要順層向南徑流，在南部煤礦開采區轉化為礦井涌水，排至地表。煤層氣井的開采破壞對區域地下水系統影響較小。

2008年9月5日在PZP01-1號井出水口進行了采樣。監測結果顯示煤層氣井抽采排水水質，pH值7.98，礦化度較高達1 583 mg/L，水質類型屬 HCO3-K+Na型，F含量 5.24 mg/L，總硬度12.38 mg/L，負硬度1 254.24 mg/L，是典型的煤系地層地下水水質特征。排水水質總體主要反應礦化度和F含量較高，其他有害元素均未超限。水質符合污水綜合排放標準一級標準的要求。

三、固廢物排放對環境影響分析

潘莊區塊煤層氣開采運營期固廢物以生活垃圾為主，組成類型簡單。由于項目在營運過程中實際每年使用人數不同，分析報告按人數最多時進行估算（788人），人均生活垃圾產生量每天為1kg，則年生活垃圾產生量為287.62 t。收集后交由市政部門集中處置。

我隨手撳亮了燈具，看見白麗筠獨自坐在沙發里，我們曾在那個沙發上盡情地做愛狂歡。白麗筠說，你坐吧，我給你煮一杯咖啡去。

排水采氣過程中排水通過沉淀處理以后達標排放，沉淀池產生的污泥量較少（最大量為3.19 t/a），污泥組成簡單，經過化驗可滿足《農用污泥中污染物控制標準》（GB 4284-84）中規定的重金屬允許含量，將其熟化后作為農肥直接施用。

根據潘莊區塊已有工程運行經驗類比分析，項目集氣管線每年產生約150 kg清管廢渣，擬交由山西省相關環保部門處置。

由于項目營運期固廢全部可以得到集中處置或者綜合利用，因此不會對潘莊區塊環境產生影響。

四、煤層氣開采對延河泉域巖溶水環境影響分析

煤層氣開采對巖溶地下水的影響，一方面是工程活動對地下水系統結構和流場的影響，另一方面還與開采區下伏巖溶水系統的發育條件密切相關。

由于延河泉域奧陶系地層巖溶發育程度不均，在不同區域巖溶水賦存的層位、富水性及水壓值等存在很大差異。所處位置不同，相同工程活動對巖溶水的影響程度也存在很大差別。

潘莊區塊處于延河泉域北部，區內巖溶含水層上覆地層厚度400～600m。據水文地質勘探資料，區內O2f含水層單位涌水量 0.00035～0.0015 L/（s·m），富水性弱～極弱，水位標高530～540m；鄭村鎮夏荷村水源井、侯村煤礦2號水源井鉆探也顯示O2f和O2S3，富水性弱，屬深埋藏徑流區～滯流區。

潘莊區塊內斷裂構造不發育，僅在西北邊界毗鄰寺頭斷層，斷距250～300 m左右，潘莊區塊處于斷層的上升盤。斷層兩側派生或次生斷裂發育，斷裂帶的導水性和富水性可能稍好。

潘莊區塊煤層氣開采主要目的層位是3號、15號煤層。15號煤層至奧陶系頂面隔水巖柱厚度20～50 m，在褶皺軸部厚度較厚。采用多分支水平井技術開發，不會破壞煤系地層和奧陶系灰巖間的含隔水結構，鉆井和排采活動對延河泉域巖溶地下水的影響較小；采用常規直井開發，壓裂施工會破壞3號煤層底板的隔水巖柱，使得斷層裂隙的導水、隔水性能發生改變，這種破壞是長期的不可逆的。由于3號煤層底板與奧陶系頂面之間的隔水巖柱厚度約110 m左右，壓裂施工一般不會波及奧陶系巖溶含水層。

總之，潘莊區塊煤層氣的開發對延河泉域巖溶地下水系統影響微弱，且影響是階段性的，隨著煤層氣井的關閉，影響將基本消除。

五、降低煤層氣開采對水環境影響的對策措施

在鉆井過程中，盡量減少化學泥漿材料的使用，最大限度地減少鉆井液對地下水含水層的污染。鉆井施工必須采用成熟有效的止水技術，不允許出現連通不同含水層的情況。在鉆井同時還應加強對周圍地下水的監測，以便及時發現問題，采取相應的補救措施。

評價區內淺層地下水是當地居民生產生活的重要供水水源，也是對水環境狀況最為敏感和脆弱的水源。煤層氣井采排水水質礦化度和氟含量遠比表層原生環境水中含量高。排采廢水直排入滲將污染淺層地下水，長期飲用高氟水也會導致慢性氟中毒，危及當地居民和企業員工的身體健康。必須按照 《地下水質量標準》（GB/T14848-93）Ⅲ類標準值處理達標后排放或利用，不得直接排放。

項目產生的固體廢物必須進行無害化處理，對于集氣管線每年產生的清管廢渣，交由專業部門處置；生活垃圾必須集中堆放，統一進行定時定點處理；建設固體廢物堆放場堆放施工期產生的固體廢物，并對防滲基層按國家的有關法律、法規的要求進行防滲處理，在堆放場修建排水涵洞，對收集到的淋溶水處理后再綜合利用。

在建設和運營期間，選定周邊環境敏感的井場制定監測計劃，定期進行水環境監測，及時了解水質、地下水水位等變化情況，并將監測結果定期上報當地水行政主管部門。