威寧縣陽關寨勘查區構造對瓦斯賦存的控制作用

王利選　劉靜

摘 要： 在系統分析勘查區構造發育特征的基礎上，結合勘查區瓦斯實測參數，以區域構造演化和勘查區構造的控制作用為基礎，對勘查區的構造對瓦斯賦存控制作用進行了探討。結果表明：勘查區的瓦斯賦存的特征嚴格受構造控制，斷層傾向多與地層傾向大致一致，以逆斷層為主。斷層落差較大，導致煤系地層的不同程度重復或者缺失，淺部含煤地層的完整性被嚴重的破壞了。復雜的構造特征致使瓦斯賦存條件由軸部到兩翼逐漸變差且南西翼好于北東翼。

關鍵詞： 陽關寨勘查區； 構造特征； 瓦斯賦存； 控制作用

瓦斯是與煤有關的有害氣體，是影響煤礦安全生產的重要因素[1]。以往的研究成果表明，礦井瓦斯賦存特征受控于構造、水文、煤階及煤層埋深等綜合控制的結果[2，3]，特別是地質構造是最基本的和最重要的，它不僅直接控制瓦斯的生成、運移和聚集的各個環節，并且通過間接的控制其他地質因素起作用[4]，然后控制煤礦瓦斯突出危險區的分布，也是地質構造直接地控制了煤礦瓦斯的賦存與礦井瓦斯的突出[5，6]，因此，研究結構的煤礦區瓦斯賦存的控制作用很必要的。以威寧楊村勘探區為研究對象，利用瓦斯賦存構造控制理論，在分析構造特征的基礎上，弄清調查區瓦斯分布規律，對瓦斯預測和瓦斯治理具有非常重要的意義。

1. 地質構造特征

1.1 區域構造

勘查區大地構造位于揚子陸塊（一級構造單元）黔北隆起（二級構造單元）六盤水斷陷（三級構造單元）。區域內斷層及褶皺較為發育，發育了以水城斷裂為主的NW向斷裂和褶皺，其次是NE向的斷裂和褶皺，發育了少量的南北褶皺和斷裂。區域內次一級的控煤構造為格木底向斜和威水背斜。

1.2 勘查區構造

勘查區的整體結構特征包括23個斷層和4個褶皺，23條斷層中正斷層11條，逆斷層12條，斷層主要分布于勘查區的中東部地區，走向以北西—南東向為主，4條褶皺中背斜1條，向斜3條，其中以陽關寨背斜為主要褶皺構造，位于勘查區中部，貫穿勘查區南北，為勘查區內的主要控煤構造，共同形成了該地區豐富的地質特征[6]。勘探區位于東翼龍場斜坡，平斜北翼通過眼底到位于楊村中部背斜的包圍區域的西北段，通過勘探區域（圖1）。結構優先考慮到NW到勘探區域，主要發展在東部和中部，包括格子網底線，楊村背斜，平坦開放斜線和共生斷層和褶皺；在勘探區，近SN的結構主要發生在西部，包括龍場的斷層和相關生命的結構。在勘探區其他地區，中國中部和東部地區也發展了內蒙古的斷層結構。勘探區形成NW-SE方向，陽關寨背斜北東翼地層傾向南東，傾角為10°～20°；南西翼傾向為南西，傾角為10°～25°。

2. 勘查區瓦斯賦存規律

瓦斯主要自然成分為甲烷，標準狀態下干燥無灰基（甲烷+重烴）濃度為27.15%～98.28%，全勘查區平均為75.44%。其次為氮濃度，標準狀態下干燥無灰基N2濃度1.16%～35.90%，全勘查區平均為17.81%。少量二氧化碳，標準狀態下干燥無灰基CO2濃度0.29%～64.09%，全勘查區平均為6.74%。

本文以5號煤層為例，描述了勘查區瓦斯賦存規律。根據煤層瓦斯含量數據，繪制了5號煤層中瓦斯含量分布圖（圖2）。根據圖中的結果可以發現瓦斯賦存受到斷層的影響是比較明顯的。

井田的整體是被F1、F2、F6、F16四個斷層切割封閉性斷層壓性或壓扭性，深部煤層和地表的聯系被它切斷了，能夠防止煤層瓦斯的排放，從而提高了煤層瓦斯含量，這種情況在F1、F2斷層附近的902、903及1001孔瓦斯含量可以得到驗證，煤層在此處瓦斯含量均呈現不同程度的上升，而在一些小型斷層附近，

如804孔附近，瓦斯含量相對較低，這主要是由于密集型小斷層的發育，導致煤層圍巖透氣性增加，不利于瓦斯的賦存。斷層對瓦斯含量的影響在904、905孔附近表現的不是很明顯，這主要是由于煤層埋藏深度是決定煤層瓦斯含量的主要因素，煤層淺，地面應力低，煤層透氣性和圍巖較差，煤吸附瓦斯量少，而且瓦斯向地表面的移動距離也短，以上因素都不利于煤層瓦斯的儲存，導致瓦斯的含量相對較低。

3. 地質構造對瓦斯賦存的影響

瓦斯的形成和成煤物質、成煤過程密切相關，煤層本身是多種地質作用的綜合結果。因此，瓦斯是地質作用的結果，瓦斯的賦存和輸送受到多種地質因素的影響。影響煤層瓦斯賦存的主要地質因素是地質構造、巖漿作用、煤變質程度，煤層埋藏深度及上覆有效地層厚度、煤層厚度及其變化、圍巖類型及破碎程度、地下水活動、地溫等，其中地質構造是所有地質因素中最為重要而直接的控氣因素。

3.1 褶皺構造對瓦斯賦存的影響

閉合完整的背斜或穹隆和蓋層的密閉地層是一種良好的儲氣構造，其軸部煤層往往積聚高壓瓦斯，形成了“氣頂”。在傾伏背斜的軸部，通常也高于同一深度的翼部的瓦斯的含量[ 8，9 ]。

研究區發育的最主要控煤構造為陽關背斜，其背斜軸部位于勘查區樂居—陽關寨—姑住一線，背斜長約16km，寬約11km，軸向NW-SE。核部最老地層為二疊系上統宣威組（P3x）的深灰色泥質粉砂巖，粉砂巖夾泥巖及煤層，兩翼主要由三疊系飛仙關組，永寧鎮組及關嶺組地層組成，兩翼巖層傾角15°～30°。陽關寨背斜樞紐斜穿5-11勘查線。在該地區穿過的陽關背斜核部的902個鉆孔，采取的煤樣瓦斯含量分析測試結果見表1。能夠從表中的統計數據得出結論，在陽關背斜的軸部，各個煤層的瓦斯含量都大于平均值，所以陽關背斜軸部的瓦斯含量是比較高的，是瓦斯的富集帶。

3.2 斷裂構造對瓦斯賦存的影響

煤層瓦斯含量受斷層的影響是比較復雜的，一方面取決于斷層（帶）的封閉性。另一方面，它取決于煤層接觸地層的滲透性。煤層瓦斯含量受斷層有兩種不同的影響。煤層排放瓦斯的通道是開放性的斷層（一般是張性、張扭性或者導水斷層），無論是直接與地表面是否直接的聯通，斷層周圍的煤層瓦斯含量都會被引起降低。當與煤層接觸的對盤地層的滲透性大時，氣體含量降低得更大。閉合斷層（一般是壓性、壓扭性、不導水、現在仍受擠壓處于封閉狀態的斷層）并且與煤層接觸的對盤地層滲透性低時，能夠防止煤層瓦斯的排放，因此煤層瓦斯含量增加。

（1）勘查區內斷層共有23條，其中正斷層11條，逆斷層12條，逆斷層占52%，其中規模較大斷層皆為逆斷層，這些逆斷層為閉合斷層，封堵了瓦斯逸出通道，有利于瓦斯的保存，從而提高瓦斯含量。表2為902的瓦斯含量的鑒定結果，瓦斯含量較高，主要是因為J902位于F1斷層的附近。F1斷層屬于壓扭性斷層，斷層的斷距是110m～220m，導氣性能比較的差，不方便于瓦斯的逸散，是造成這個鉆孔中瓦斯的含量較高的主要因素。

（2）在一些斷層密集部位附近，煤體結構較為破碎，煤中裂隙發育，由于煤層埋藏較淺，地應力減小，煤層與圍巖的透氣性都變好，煤吸附的瓦斯量也減小，同時瓦斯向地表運移的距離也變短，不利于煤層瓦斯的儲存。所以在它的附近的瓦斯含量一般較低。

如804號鉆孔中3、4、7、10號煤層被兩條小型斷層F8041和F8042所切，其瓦斯含量除10號煤層的瓦斯含量高于平均值外，其余煤層的瓦斯含量均低于其平均值（表2）。出現此現象的主要原因是由于兩條斷層組成一張性破碎帶，煤層埋深也較淺，總體主應力較小，瓦斯含量及壓力相對較低，煤的吸附量減小，瓦斯含量較低。

3.3 構造演化對瓦斯賦存的影響

燕山早期紫云—水城斷裂帶受構造運動影響，發生反旋剪切，從而對斷裂帶南部包括本勘查區在內的區域產生NE-NNE的擠壓，形成了格目底向斜、陽關寨背斜、開坪向斜以及區域上的威水背斜。并且其頂部巖層透氣性較差，往往形成較好的瓦斯儲存構造；在形成褶皺構造的同時形成了NW方向和NE-NEE方向共軛逆沖斷裂組，故本勘查區NW向的褶皺組同NW方向和NE-NEE方向共軛逆沖斷裂組是具有成生聯系的同期構造，這些良好的儲瓦斯構造加上壓性逆沖斷裂組，煤層瓦斯更加難以逸散，形成瓦斯富集帶；燕山運動中、晚期紫云—水城斷裂帶發生正旋剪切，從而對本勘查區所在區域產生近EW方向擠壓，從而形成了龍場向斜以及F3、F20正斷裂，龍場向斜是較好儲瓦斯構造，但兩條張性正斷層形成兩條瓦斯運移通道，導致瓦斯含量有所下降；燕山運動之后，本區域可能受區域伸展作用的影響，從而形成了NWW向的張性正斷層組，煤體原生結構受到破壞，煤層瓦斯得以逸散，其附近瓦斯相對較小。

4. 結語

（1）陽關寨背斜是本勘查區的主要的控煤構造，也是最主要的控氣構造，同時煤層上部的巖層的封閉性比較好，使得陽關寨背斜軸部的瓦斯含量遠遠高于它的兩翼。

（2）張性正斷層是煤層排放瓦斯的通道，有利于瓦斯的運移及逸散，瓦斯含量普遍偏低；壓性逆斷層多為封閉性斷層，其割斷了深部煤層與地表的聯系，可以阻止煤層瓦斯的排放，并且附近的煤層受到了破壞，應力相對較為集中，比較方便于瓦斯的聚集，瓦斯的含量大部分都較高； 斷層比較密集的地方，應力集中，煤結的結構破碎，裂隙發育多，而且煤層的埋深淺，地應力減小，煤層和周圍巖石滲透性變好，煤吸附的瓦斯量降低，而且瓦斯向地表運移的距離也變短，不利于煤層瓦斯的封存，瓦斯含量較低。

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