淮南礦區(qū)煤層氣地質(zhì)控氣因素概述

韓思杰 袁駿 劉亞東

通過對淮南礦區(qū)地應力、煤層埋深、煤巖組分、煤層的滲透性、水文條件等煤層氣資源地質(zhì)特征的分析，從地質(zhì)角度揭露了煤層氣勘探開發(fā)的難點，闡述煤層氣的勘探開發(fā)潛勢。

煤層氣；淮南；控氣因素；滲透性

1.前言

淮南礦區(qū)位于安徽省淮河中游，阜淮鐵路橫穿境內(nèi)，與京九、京滬鐵路及淮河相連，交通十分方便。淮南煤田是國家煤炭生產(chǎn)建設重點礦區(qū)之一，東西長約100km，南北寬約25km，含煤面積近3000km2，是華東地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要能源基地。礦區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)礦井11對和l對在建礦井其中煤與瓦斯突出礦井7對。自建礦以來,淮南礦區(qū)共發(fā)生瓦斯突出117次，其中特大型(1000t以上)突出2次，給安全生產(chǎn)造成重大影響,據(jù)估算礦區(qū)每年向大氣排放煤層氣近3億m3既造成了很大的資源浪費，也造成了環(huán)境污染。因此加強對淮南礦區(qū)煤層氣資源地質(zhì)特征的研究，積極探討煤層氣開發(fā)技術(shù)對改變?nèi)A東和安徽的能源結(jié)構(gòu)、改善大氣環(huán)境以及煤礦安全生產(chǎn)，具有重要的戰(zhàn)略意義。

淮南礦區(qū)賦煤構(gòu)造為一北西西一東西向延展的復向斜，含煤地層為石炭、二疊系。主要含煤段為山西組、下石盒子組、上石盒子組，厚約750m，發(fā)育26層煤，可采煤層最大累厚達34m。主力煤儲層為1煤層、8煤層、1l~2煤層和13~1煤層。主煤層煤階絕大部分以氣煤為主，部分為肥煤、焦煤、瘦煤和無煙煤類，鏡質(zhì)組反射率范圍0.65％~1.37％，一般為0.65％~0.5％。

淮南礦區(qū)預測2000m以淺煤層氣資源量為4900.38億m3，1500m以淺2347.86億m3，1000m以淺862.29億m3，是華東煤層氣儲量最大的地區(qū)。礦區(qū)煤層氣儲量總體東高西低，以謝李深部中心的東部區(qū)域含量最高，西部的謝橋礦井含量較低。主采煤層C13~1、B11b煤層氣含量最高，一般為10~26m3/t，含量梯度最大為4.6m3/100m；瓦斯壓力大，2~6MPa，實測最高達6.4MPa；煤層滲透率低，屬難以開發(fā)的煤層氣資源。全煤田有謝李區(qū)、潘集深部區(qū)、謝橋張集深部區(qū)三個高含量區(qū)。按照年開發(fā)抽采煤層氣量10億m3計，可持續(xù)發(fā)展約500年。

淮南煤田煤層氣賦存總量表（單位：億m3）

(引自趙干等《淮南礦區(qū)煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀及展望》，2007)

2.控氣地質(zhì)因素

煤層氣富集的必要前提是生成、儲集、封蓋、保存等方面條件及其動態(tài)發(fā)展過程的有利配置，是構(gòu)造因素主導下多地質(zhì)因素綜合作用的結(jié)果。分析淮南礦區(qū)有關(guān)的地質(zhì)控氣因素制約下的煤層氣聚集規(guī)律，將有利于煤層氣區(qū)帶的評價和優(yōu)選，并為煤層氣資源勘探開發(fā)部署提供決策依據(jù)。

構(gòu)造類型。淮南煤田總體上為一近東西向展布的斷層、褶皺構(gòu)造發(fā)育地區(qū),稱為“淮南斷褶帶”。淮南煤田的復向斜構(gòu)造是在晚侏羅世—白堊紀定型的。該煤田最為重要的構(gòu)造是阜鳳逆沖推覆構(gòu)造、南部的謝橋向斜和位于向斜北部并與之平行發(fā)育的潘集背斜。

斷層在一定程度上控制了煤層氣突出危險帶、區(qū)的分布，也影響到對煤田構(gòu)造形態(tài)的正確認識，斷層的查明、研究對煤層氣安全和高效開采具有重要意義。淮南地區(qū)斷層較發(fā)育,逆沖推覆系統(tǒng)前鋒帶由阜陽一鳳臺斷裂、阜陽一李鄒孜斷裂、山王集斷裂、舜耕山斷裂四條主要斷裂組成。褶皺推覆構(gòu)造一方面既可形成區(qū)域性的封蓋構(gòu)造條件，有利煤層氣保存，另一方面又強烈破壞煤層的原生結(jié)構(gòu)使得煤層滲透性降低，從而導致煤層含氣量高而物性比較差。

煤階類型。礦區(qū)的煤種均為煙煤，鏡質(zhì)組反射率Ro,max為0.688%~1.046%，主要有氣煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤和瘦煤等，以中變質(zhì)高揮發(fā)分（33%~42%）的氣煤和1/3焦煤為主。按美國的成功經(jīng)驗，中變質(zhì)程度的煤層對煤層氣的生成和保存是非常有利的。

由淮南礦區(qū)部分煤層的煤巖顯微分析結(jié)果可以看出，鏡質(zhì)組的含量為44.29%~69.70%，平均51.89%；惰質(zhì)組20.50%~38.27%，平均29.39%；殼質(zhì)組5.20%~25.33%，平均15.27%；無機物礦物2.15%~5.48%，平均3.82%。較高含量的鏡質(zhì)組，不僅是產(chǎn)氣的最大貢獻者，也為煤層氣的儲存提供了大量的空間，同時，低的無機物含量使煤層中有足夠大的煤基質(zhì)顆粒內(nèi)表面來吸附煤層氣。

另外，礦區(qū)煤的宏觀煤巖類型主要為半亮型和半暗型煤。這些資料說明淮南礦區(qū)的煤種對煤層氣資源的生成是較有利的。

煤層厚度。煤厚是該礦區(qū)煤層主要的特征之一，淮南礦區(qū)主要含煤地層為石炭、二疊紀，可采煤層主要分布在二疊紀，煤系地層總厚350m，含可采煤層9~18層，可采煤層的總厚22~34m，自下而上分為A、B、C、D、E五組。其中C1，單厚度達6m。具有煤層多、間距近、單層厚度達、總厚度大、煤層分布連續(xù)穩(wěn)定的特點，對煤層氣賦存非常有利。

圍巖的封閉性。煤層頂?shù)装鍘r層封閉性的好壞，對煤層氣的保存起著非常重要的作用。淮南礦區(qū)煤層的直接頂板巖層多為致密的粘土巖、砂質(zhì)泥巖等，封閉性好；即使部分地區(qū)是砂巖，也多為低滲透或小滲透的巖層，使煤層氣得以在煤層內(nèi)較好的保存下來。

水文地質(zhì)條件。水文地質(zhì)條件控氣具有雙重性，它既可導致煤層氣逸散，又能起到貯存聚集煤層氣的作用，其根本原因是地層壓力的變化。煤儲層和頂板含水層構(gòu)成一個完整的地下水徑流系統(tǒng)，在高儲層壓力、高含水層勢能的地區(qū)，也是煤層氣富集的地區(qū)。而在地下水排泄區(qū)，儲層壓力和含水層勢能降低，煤層氣逸散。淮南礦區(qū)總體上由于上部3層隔水層的阻隔，使煤系地下水補給來源貧乏，水平運移緩慢，垂直滲透性差，近于封閉狀態(tài)。因此，在這一地區(qū)的單斜、向斜構(gòu)造中煤系地層凡與底部含水層接觸區(qū)，如張集、潘集（背斜南翼）、謝李深部等井田煤層中的煤層氣都比較富集。

滲透率。淮南礦區(qū)的煤層為中變質(zhì)程度、埋深適中，主要煤層的惰質(zhì)組含量達29.39%，惰質(zhì)組中的孔隙是以中孔和大孔為主，其含量愈高煤的滲透性愈好，但是，礦區(qū)煤儲存的滲透率普遍低，究其原因，礦區(qū)處于高的地應力場中，各主要煤層的孔隙度低(0.022%~4.3%)，而且在高的地應力場中，煤層的外生節(jié)理大多緊閉。煤層的滲透率受多種因素影響，但是，最主要的因素是有效地應力，據(jù)中國礦大的趙陽升等人對煤體的孔隙、裂隙、裂縫在三維應力作用下的滲流規(guī)律的研究后認為，即使是一條裂縫，在高的應力作用下，其滲透率也非常低，甚至不滲透。所以，淮

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南礦區(qū)的煤層氣開發(fā)，應該在借鑒國內(nèi)外先進技術(shù)的基礎上，在提高滲透率上尋求突破。

淮南礦區(qū)煤巖類型多為中變質(zhì)煙煤、煤層厚、封閉性好，但構(gòu)造條件相對復雜、地應力高、煤儲層的滲透率低，所以，應該因地制宜的研究和探索適合該地區(qū)煤層氣資源地質(zhì)條件的開發(fā)技術(shù)。

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