永隴礦區麟北區水文地質特征及其對煤層氣的控制作用

王少鋒 藺亞兵

(陜西煤田地質勘查研究院有限公司，陜西 710018)

麟北礦區位于閣頭寺背斜以北，屬彬長坳陷Ⅲ級構造單元。溝谷中出露的白堊系地層產狀平緩，其深部構造總體為一走向NE、傾向NW的單斜構造。在單斜構造上，發育著次一級寬緩的褶曲構造。礦區構造簡單，區內斷層不甚發育，未發現巖漿巖侵入。

礦區煤炭資源豐富，含煤地層為中侏羅統延安組地層，主采煤層為2號、3號煤層，該煤層以不粘煤為主，全區分布較穩定，2號煤層平均厚度7.03m，3號煤層平均厚度4.27m，為煤層氣的生成及儲集提供了充足的條件。

1 礦區含、隔水層及水力聯系

根據地層巖性和地層富水性資料分析，麟北區主要含水層為白堊系洛河組，其他地層基本含隔相互交替，含水巖組裂隙不發育，富水性弱，各含水層之間缺乏直接的水力聯系通道。同時通過比較各含水層的礦化度和水質類型，易見延安組煤系含水層比洛河組、宜君組、安定組含水層的礦化度都明顯偏大，而且在水質類型上有明顯不同。由此判斷，延安組煤系含水層與洛河組、宜君組、安定組含水層不具明顯水力聯系。

而上覆接觸的直羅組地層，通過本區與鄰區彬長礦區含水層的礦化度和水質類型分析，延安組煤系含水層與直羅組含水層水化學特征存在明顯差異，兩含水層之間也不具明顯水力聯系。

區內廣泛分布，地表未見出露。延安組含水層包括2、3煤層含水層和砂巖含水層，砂巖含水層巖性主要為中～粗粒砂巖，屬含水性弱的含水層。根據鉆孔抽水試驗： 單位涌水量0.000216～0.0353L/s·m，富水性弱而不均一。因受埋藏條件和地質構造控制，侏羅系延安組承壓裂隙水的補徑排自礦區內以側向補徑排為主，主要由南向北徑流及排泄。礦區延安組含水層水位標高+810～+1120m之間，西南部水位最高，向西北部逐漸降低，至鉆孔Z3-2附近，在此形成水勢“低洼區”，礦區總體地下水向西北部低洼地帶匯聚。加之延安組巖性以粉、細粒砂巖和泥巖為主，其補給量很小，因此含水量很微弱、流速很緩慢，為煤層氣的儲存創造了良好條件，延安組含水層地下水等水位線見圖1。

圖1 麟北區延安組含水層地下水等水位線圖

地下水的化學特征也能反映出地下水流速和方向，即地下水水流流場。水化學特征可以用來確定補給區和排泄區。根據礦區內水文孔抽水試驗水質測試結果，水質類型以Cl-Na型為主，礦化度734.49～6274.13mg/L，向西北部礦化度值逐漸增大(見圖2、3)。

圖2 麟北區延安組地下水礦化度等值線圖

圖3 麟北區延安組地下水水質類型范圍圖

圖4 麟北區延安組地下水氯離子含量等值線圖

麟北區延安組地下水礦化度等值線如圖1～2所示，礦化度呈現由西南部、東部向西北部增大的趨勢，與地下水等水位線圖趨勢顯示較一致的吻合，礦化度最高值區域位于西北部Z3-2鉆孔附近，由此表明此處地下水存在滯留區，由周邊向此區域礦化度逐漸增大，同時反映出地下水動力場由補給區、徑流區向滯留區的變化。類似研究麟北區延安組地下水水質類型范圍圖(圖3)發現，同時也反映出以上地下水運動規律。

麟北區延安組地下水氯離子含量等值線如圖4所示，氯離子含量值總體向西北部逐漸增大，最大值位于Z3-2、Z3-8鉆孔附近。氯離子含量等值線圖趨勢與等水位線圖、礦化度等值線圖、水質類型范圍圖基本呈現高度一致。

2 礦區內鉆孔實測

據陜西煤田地質局186隊及陜西煤田勘察研究院在園子溝井田、丈八井田內施工的5個煤層氣鉆孔資料知：在Z3-2、Z3-8鉆孔附近施工的煤層氣鉆孔YZG-C2、YZG-C3鉆孔2號煤層平均含氣量較周邊增大，比較符合水文地質特征分析結果。對比發現，麟北區延安組地下水動力分區與煤層含氣性趨勢表現出較強的一致性，總體上由南向北增大，形成了4-4、K3-9鉆孔區域、Z9-5、Z10-4鉆孔區域的兩個匯流區和3-2、Z3-8鉆孔區域煤層氣聚集區。究其原因，地下水動力場決定著煤儲層壓力的分布，從而控制了煤層氣分布，在3-2、Z3-8鉆孔區域的相對較高含氣量區，對應于地下水滯留區域，等勢面呈四周高、中間低的匯流狀態，地下水從各個方向向該處匯流，此處的地下水徑流條件減弱，對煤層氣形成水動力封閉作用；而4-4、K3-9鉆孔區域、Z9-5、Z10-4鉆孔區域含氣量相對較低，為大氣降水徑流區，地下水交替較積極，徑流強度較大，煤層氣向外解吸逸散作用較強，導致這些地區在煤級、煤厚、圍巖等保存條件類似的情況下煤層含氣量降低。含氣量最好的區域恰好是水文條件最有利的煤層氣富集區域，說明水文地質條件是礦區煤層氣成藏的重要因素之一。

3 結論

(1)麟北區構造簡單，斷裂構造不甚發育，含水層之間泥巖隔水層穩定分布，延安組煤系含水層與其他含水層之間不具明顯水力聯系，有利于煤層氣的保存。

(2)麟北區延安組含水層補給主要來源為礦區外四周相鄰的延安組含水層的側向徑流補給，在礦區西北部形成水勢低洼地，延安組含水層中地下水向西北部3-2、Z3-8鉆孔區域匯聚，地下水的流動攜帶煤層氣向西北部聚集。

(3)麟北區延安組地下水整體上處于較高的礦化度，水質類型為以SO4-Na型為主，西北部地區為Cl-Na型。由此說明整體上延安組地下水流動較緩慢，對煤層氣的保存有利，而位于礦區西北部的相對滯流區最有利于煤層氣的保存。

(4)麟北區西北部3-2、Z3-8鉆孔區域煤層氣富集條件最好，且含氣量相對最高，是進行煤層氣開發的潛力地區。

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