新安煤田煤層氣地質特征剖析

■尹世才 趙玉琳（河南省煤炭地質勘察研究總院河南鄭州450052）

新安煤田煤層氣地質特征剖析

■尹世才 趙玉琳
（河南省煤炭地質勘察研究總院河南鄭州450052）

新安煤田中含有可觀的煤層氣，是我國比較有代表性的煤層氣地質。為了便于煤層氣的開采，深入調查新安煤田的地質特征，為煤層氣的開采提供條件和支持。分析煤田地質特征時，根據煤層氣的需求，明確地質中存在的有利、不利條件，不能單純的調查一個方面，更重要的是做好全面研究，降低新安煤田煤層氣的開采難度，便于制定良好的開采方案。地質特征是新安煤田煤層氣開采的基礎條件，做好相應的研究和規劃后，才能掌握煤層氣埋藏、分布的具體情況。在了解新安煤田煤層氣地質特征的同時，也為煤層氣的開采提供詳細的資料，促使勘探人員更為準確的確定煤層氣的位置。因此，本文以新安煤田為研究對象，分析煤層氣的地質特征。

新安煤田 煤層氣 地質特征

新安煤田煤層氣開采區所處的位置，含有豐富的煤炭資源，據參數分析表明，新安煤田勘探區內，蘊含的煤層氣較多，豐度明顯高于其他地區。為了準確、安全的開發煤層氣，需要研究地質特征，如：圍巖、水動力、煤層埋深等，規劃并總結出煤層氣的地質特征。煤層氣是未來發展中的重要能源，具有清潔的特性，逐漸成為能源研究領域中的重點，研究人員著重調查地質特征，一方面提高煤層氣的開采水平，另一方面降低煤層氣在開采時的損失，通過地質特征的剖析，保障煤層氣的經濟效益，進而有效開展各項開采工作。

1　新安煤田煤層氣勘探區的含煤特征

新安煤田礦區的地層主要有：太原組、山西組，石盒子組，整體的厚度達到582m。煤層氣在新安煤田中，位于二1、二2煤層部分，特別是二1煤層部分，厚度4.15m內均可保持穩定的開采狀態，屬于煤層氣的主要地質層，含有豐富的煤層氣[1]。針對新安煤田中的煤層氣，其可根據地質特征表現出不同的含煤特征，例如：新安煤田可以分為新安井田、正村井田，均以獨立的主體存在，含有煤層氣的地質深層，并且含有明顯的斷層地質，據勘探人員了解，含有煤層氣的地層大多處于新安向斜北翼，傾角為7°～11°。新安煤田的煤層氣含量在10～13m3/t，部分地層的含量高達26.22m3/t。

2　新安煤田煤層氣地質中的影響因素

根據新安煤田煤層氣的分布，分析地質因素對煤層氣分布的影響，反應地質特征與煤層氣的關系。例舉比較常見的幾類影響因素，如下：

2.1煤層埋深

煤層埋深與煤層氣存在一定的聯系，勘探煤層氣所處的地層后發現，煤層的埋深越大，煤層氣的含量越大，根據兩者的關聯，繪制散點圖，如下圖1，表明線性關系。

圖1　煤層氣含量和煤層深度的線性關系

圖中，橫軸為x，即煤層埋深數據，縱軸為y，即煤層氣含量，兩者關系為：y=0.008x+1.9229，如上圖中的R2，其為兩者的相關系數，數值為0.8588，說明x、y之間，具有相關性，表明煤層埋深對煤層氣的影響。

煤層埋深中，涉及到地溫梯度、地壓梯度兩項因素，埋深增加后，煤層的溫度、壓力都有明顯的升高，在溫度和壓力作用下，煤層氣的含量也會增加，而且煤層深處，透氣性低，不利于煤層氣散發，所以聚集在煤層深處，煤層埋深越大，煤層氣的含量越多，呈現的線性關系也就越明顯。

2.2圍巖

圍巖地質對煤層氣的影響，需要采取鉆孔的方式進行研究，按照新安煤田的地層分析，太原組的底部，圍巖發育十分堅硬，含有大量的硅質泥巖，頂部圍巖中，含有薄層硅質泥巖，分布十分緊密，也是構成巖層段的底板[2]。除此以外，2.3煤層的頂部圍巖，對煤層氣同樣存在一定程度的影響，頂部圍巖分為泥質、碳質，由于圍巖厚度大，所以降低了煤層氣的滲透性，進而儲存了煤層氣。例如：新安煤田勘探區圍巖中的蓋層部分，很好的存儲了圍巖中的煤層氣，促使吸附和解吸達到平衡的狀態，以免過多的煤層氣處于游離狀態，例如：新安正村勘探區中，煤層氣就具備優質的蓋層條件，防止煤層氣朝向垂直的方向飄散，完好保存煤層氣。

2.3水動力

水動力對煤層氣的影響，表現為水文地質區，按照水文的動力條件，分為不同的區域，如：供水區、停滯區等，只有水動力條件達到穩定的狀態，才能為煤層氣提供恰當的存儲條件，促使煤層氣處于封閉的狀態內。水動力因素來自于煤田地下的液體，提供存儲的壓力以及流動的條件，能夠改變煤層氣的部分特性，如：吸附特性、溶解特性等，特別是交替水的停滯區域，更是有利于煤層氣的存儲。新安煤田煤層礦區內，受到水動力因素的影響，煤層氣勘探區的地質，明顯包含松散巖類和碳酸鹽類，以碳酸鹽類為例，分析其中水動力因素對煤層氣地質的影響[3]。此類巖層發育穩定，巖性較密，為煤層氣提供了穩定的水動力環境，避免相鄰煤層氣之間的水力影響，維持巖層內的相互平衡。

3　新安煤田煤層氣地質特征分析

針對新安煤田煤層氣地質特征進行分析，選擇水文地質、構造地質和儲存特征三方面為分析對象，具體如下：

3.1水文地質

水文地質是煤層氣地質特征的一個類型，新安煤田中，煤層氣所在區域的頂板部分，含水層水位的標高為198.75～323.48m，單位面積內的用水量在0.00025～0.181L/s·m，滲透系數＜0.217m/d。煤層氣勘探區的水質類型，可以分為兩類，第一是HCO3～CaMg，第二是HCO3～Na。含有煤層氣的勘探區域，開放型斷層分布較為明顯，尤其是邊界F58和北側F29，具備導水性，水文補給來自于地表滲水以及大氣降水，水位較高時還需人工輔助排泄，以免影響煤層氣的勘探和開采。

3.2構造地質

煤層穩定的位置，煤層氣的相對含量較多。分析新安煤田的地質特征，首先新安煤田具有開闊的向斜主體，附近伴隨小型張裂，基本構造并不復雜，可以在大范圍內勘探到煤層氣；然后是新安煤田含有煤層氣的區域比較大，有利于提高煤層氣的穩定性，此類構造地質傾角7°～11°，最容易存儲煤層氣，也是新安煤田煤層氣最豐富的地層段；最后是常袋斷層的分析，此類構造集中在新安煤田的東部邊界，傾角77°，落差1500m，其對煤層氣的影響不大，但是屬于新安煤田的一類構造特征。

新安煤田煤層氣地質的構造特征分析中，比較重要的是F2斷層和F58斷層。F2斷層具備阻水隔氣的特點，直到斷層破碎的位置，沒有水文的干擾，而且可以聽到煤層氣的涌動聲音。據監測，F2斷層上盤的煤田內，煤層氣的涌出量高達17m3/t·d，明顯的封閉地質構造，有利于煤層氣的存儲[4]。F58斷層間距多于300m，附近含有逸散帶，該類地質對煤層氣的影響比較大，容易導致煤層氣出現散失。

3.3儲層特征

新安煤田煤層氣儲層受到地質的影響，可以間接反應出煤層氣的地質特征。儲層特征分析體現在兩個部分，即：煤層厚度與結構、煤巖與煤質特征。

3.3.1煤層厚度與結構

新安煤田煤層平均厚度是4.22m，正村井田的煤層平均厚度是3.36m，兩者均具有穩定的煤層，屬于全區可采的類型。新安煤田的煤層結構比較單一，主要是由炭質泥巖、泥巖組成的含夾矸巖，厚度均值為0.07m，分布在煤層的下方。煤田巖層結構，受到構造的影響，出現粉狀、鱗片狀的巖石，或者以碎塊的方式出現在煤層底部，降低了原有結構的強度，不存在原生結構，直接增大了煤層的比表面積，所以煤層氣的含量會明顯提高。如果煤層始終保持原生結構，內部煤層氣的含量就會非常少，不具備形成煤層氣的地質結構，當煤層的地質結構存在一定條件時，即可產生煤層氣。

3.3.2煤巖與煤質特征

以新安煤田某研究區域的二1煤層為例，分析煤巖與煤質的特征。二1煤層中，平均有機質在89.44%，鏡質組占據比例為92.58%，含量最少的是殼質組，平均無機質含量是10.56%，以粘土礦物為主，其中也含有豐富的鏡質組和少量石英等[5]。對煤巖、煤質采取工業分析，通過地質反應的數據，分析試驗區域的煤層氣，具體分析如下表1。表中數據表明，該研究區域的二1煤層，評定結果是貧煤，但是二1煤層區域中，有明顯的氣源條件，其中高鏡質組的條件非常好，而且具有變質可能，所以二1煤層存在優質氣源。

表1　二1煤的工業分析結果

4　地質特征對煤層氣含量的影響

按照地質特征分析，表明其對煤層氣含量的影響，同時也能反映出煤層氣埋藏特征與煤層氣含量的關系。新安煤田煤層氣勘探區內，底板以泥巖、砂質泥巖為主，內部含有充分的植物根部化石，也存在部分區域的底板是由細、中砂巖組成，各類巖層相互沉積。勘探區的頂板，與底板相比，多處灰質泥巖，在～200m的水平位置，檢測到地質中的灰質泥巖含量占95%，而且有明顯的沖刷接觸現象。頂板巖性趨向于中粒砂巖，整體可以評價為三角洲相沉積。由此表明，頂板、底板的泥巖，很大程度上封閉了煤層氣，保護煤層氣的含量，避免散失。

選取新安煤田煤層氣勘探區的96.58～783.42m深度范圍，該區域煤層傾角小于10°，為煤層氣的保存提供優質的條件。地質分析中的沉積體系域，對煤層氣的影響同樣較大。新安煤田的勘探區中，層序地層可以分為多個體系域，頂板、底板的巖性存有很大的差別，因此部分煤層勘探區，現在表現出來的狀態，已經受到后期改造的影響[6]。分析沉積體系域對煤層氣含量的影響，如：（1）層序界面的導氣能力，不利于煤層氣的存儲，煤田的低位體系域、下方層序等位置，均不能保存煤層氣，相反，有明顯細粒沉積的海侵體系域，就可以保存煤層氣，后期海侵商超，細粒沉積覆蓋在煤層上，在煤層氣中發揮保護的作用；（2）高位體系域，受到地質環境的影響，上部層序出現暴露、侵蝕的情況，破壞了高位體系域的整體保護，導致頂部的層序界面中，面臨著導通的破壞，形成疏導的路徑，致使煤層氣散失，也不能較好的保存煤層氣。

5　基于地質特征的煤層氣的形成規律

煤層氣的形成受到地質特征的影響，通過地質特征研究煤層氣的形成，可以發現一定的規律，主要以聚煤環境和聚煤規律為主，對其做如下分析。

5.1聚煤環境

新安煤田的聚煤環境，可以分為三類，分別是：(1)海灣。分布在新安煤田的北部，海灣可以提供致密的地質環境，便于保存煤層氣，再加上海灣形成的煤層厚，內部含有動物化石等因素，能夠形成煤層氣，北部海灣的煤層厚度在3～4m，可以在此區域內勘查煤層氣；(2)潮坪。地質分布最為廣泛，在新安煤田的多個位置均可發現潮坪分布，有泥坪、砂坪等，構成巖性環境，底部較為平坦，煤層厚度3～5m，也是主要的聚煤環境，煤層氣的含量要高于其他位置；(3)三角洲平原。集中在新安煤田的東北部，上部是三角洲的分流河道相，以沖刷接觸的方式存在，潛在一定的突變型，此部分地質形成的煤層氣勘探難度高，而且經常出現無煤帶。

5.2聚煤規律

新安煤田煤層氣地質的聚煤環境，直接決定了聚煤規律，有煤層氣儲存、產生條件的位置，含有量顯著較多，可以根據聚煤環境，劃分煤層氣的存儲規律，標注無煤帶、厚煤帶等位置，有利于降低煤層氣的勘探難度，由此表明，地質特征與聚煤規律的密切性，深入研究地質特征，可以準確的了解聚煤規律。

6　結束語

新安煤田的地質特征，是形成煤層氣的重要條件，煤田中的煤炭沉積后，經過地質改造，演化成大范圍的煤層氣。煤層氣在地質不同期次的影響下，西部含量較多，向東變化的過程中，煤層氣的含量會明顯減少，表現出塑性流變的特點，同時也表明了煤層氣地質的穩定或不穩定特點。煤層地質特征的改造，在煤層氣中起到關鍵作用。目前，新安煤田煤層氣地質，呈現出穩定的特點，再加上水文、構造的簡單化，更是保障煤層氣開發的效率，但是由于地質中煤層結構受到破壞，很容易影響煤田的后期發育，不利于煤層氣的滲透，因此，考慮到煤層氣對地質的要求，開采煤炭資源時要注意方法，以免破壞煤層氣的儲存和形成條件，充分發揮地質特征的優勢。

[1]郭獻林.新安煤田水力沖孔消突效果研究 [D].河南理工大學,2011.

[2]李連昌.新安煤田二1煤層煤與瓦斯突出危險程度預測 [D].河南理工大學,2010.

[3]潘少杰.新安煤田瓦斯賦存規律與突出區域預測指標研究 [D].河南理工大學,2010.

[4]任紅旗.河南省新安煤田二1煤層賦存規律 [J].西部探礦工程,2013,10:105～108.

[5]羅銳,李宏偉,陳江峰.新安煤田煤層氣地質特征研究 [J].煤炭技術,2008,02:125～127.

[6]李新富,徐飛,趙志毅,王得權,劉福勝.新安正村勘探區煤層氣賦存條件與資源分析[J].中國煤炭,2010,10:82～85.

P641.4+61[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～145～2

尹世才（1981～），男，工程師，研究方向為煤田地質、煤層氣地質和礦井地質的勘查及科研。