貴州文家壩一礦水文地質條件對煤層氣成藏控制分析

唐長根

（貴州煤礦地質工程咨詢與地質環境監測中心，貴州 貴陽 550008）

1 井田概況

文家壩一礦井田位于織金縣城西北側，規劃生產規模240×104t/a。全井田呈北東—南西向向斜狀延展，走向長約10.88～11.44km，傾向寬約1.8～3.19km，面積28.4328km2。礦區內800m以淺無煙煤保有資源量3.29×108t，采用體積法估算獲煤層氣預測的地質儲量27.88×108m3。

井田處于特提斯構造域與濱太平洋構造域連接復合處，位于阿弓向斜中段，呈不對稱向斜構造形態，軸線呈北東向，兩翼平緩開闊，斷裂方向多與軸向一致，以近東西向的壓扭性斷裂規模最大，一般為高角度的逆沖斷層。

井田地形為正地形向斜盆地構造單元，翼部以剝蝕、侵蝕作用為主的中高山地形；軸部溝谷縱橫，剝夷臺階鱗次櫛比，零星分布溶蝕殘留的碳酸鹽巖孤峰。

井田水文地質單元屬阿弓向斜北段補給區，位于長江流域烏江水系六圭河上游支流地帶。井田范圍內及附近由下至上地層有中二疊統茅口組、上統峨眉山玄武巖組、龍潭組及長興組、下三疊統飛仙關組及第四系，其中含煤地層為龍潭組及長興組。中二疊統茅口組組成向斜盆地邊緣，山坡及坡囇地帶由上二疊統峨眉山玄武巖組、龍潭組及長興組等構成，下三疊統飛仙關組構成向斜盆地軸部。

2 井田含、隔水層

2.1 井田含水層

2.1.1 含煤地層下伏含水層

含煤地層下伏含水層為中二疊統茅口組巖溶水含水層。巖性為厚層狀灰巖，溶洞、漏斗、落水洞等巖溶地貌極發育，有利于吸收大氣降水及地表水。該地層受地殼不斷上升，侵蝕基準面急劇下降，不均勻發育成層巖溶，地下水具有埋藏深、循環深、水力聯系遙遠、水量豐富、排泄條件好等特征。該地層含巖溶水，為區內強含水層。

2.1.2 含煤地層含水層

上二疊統龍潭組為井田內主要含煤地層單元，出露于向斜兩翼。龍潭組為海陸交互相沉積地層，巖性為粉砂質泥巖、泥巖、粉砂巖、細砂巖等，含煤21～22層，其中可采煤層6層，底部為含泥質鋁土巖與中二疊統茅口組地層分界，夾薄層狀泥質灰巖、灰巖及硅質菱鐵巖等多層標志層，平均厚282.83m。該地層中含水層主要由數層細砂巖及灰巖組成，受砂巖體沉積厚度、海進及海退多旋回影響，含水巖層厚度、位置不穩定，含碎屑巖裂隙水為主，少量裂隙溶洞水。在龍潭組地層出露地帶地下水形成潛水，向斜軸部變為承壓水，巖性、節理裂隙及地形等影響其運移。據井田水文鉆孔抽水試驗成果，該含水層單位涌水量低于0.05L/s·m；在靠近向斜軸部、阿烈小溪兩岸時，標三上、標三下、標四等灰巖、含鐵質硅質巖等富水性較強，但其厚度相對較薄，含水量不大，其他砂泥巖含水性相對弱。細砂巖及灰巖等含水巖層間受粉砂質泥巖、泥巖等隔水巖層阻隔，水力聯系弱。綜上，龍潭組巖層總體以隔水性能良好的砂泥巖層為主，地下水類型為碎屑巖裂隙水，含水性不強，為弱含水層。

上二疊統長興組為井田內次要含煤地層單元，位于龍潭組地層之上，僅含1號不可采煤層，主要為中至厚層狀燧石灰巖，夾薄層狀鈣質粉砂巖、粉砂質泥巖，含裂隙溶洞水。受地層中燧石灰巖含水巖層厚薄不均影響，形成弱—中等不均勻富水性的中等含水層。

2.1.3 含煤地層上覆含水層

含煤地層長興組上覆從下至上由下三疊統飛仙關組二、三、四段裂隙溶洞水和五段溶洞裂隙水、永寧鎮組一段裂隙溶洞水及第四系孔隙水含水層組成。

下三疊統飛仙關組二、三及四段地層巖性為灰巖等碳酸鹽巖類，溶溝、溶槽、落水洞、地下暗河、巖溶管道等典型喀斯特溶蝕地貌特征發育，含碳酸鹽巖裂隙溶洞水，地下水極豐富，為區內強含水層；飛仙關組五段由鈣質泥巖與灰巖互層組成，零星出露于礦區山頂，厚度薄，地下水貧乏，未見泉點出露，地下水類型為溶洞裂隙水，含水性弱。

永寧鎮組一段出露于向斜軸部，由白云質灰巖等碳酸鹽巖組成。落水洞、溶蝕漏斗等負地形是大氣降水匯聚、徑流及下滲形成并補給地下水的有利通道。該含水層中地下水運移距離長，埋藏深，地表泉眼稀少，主要在地勢低洼或河谷兩岸以巖溶大泉、暗河等方式排泄出地表。該含水層地下水類型為裂隙溶洞水，含水極豐富，為區內強含水層。

第四系由砂土、碎石土、粘性土等殘、坡積物組成，厚0～20m。該地層巖性疏散，孔隙率高，透水性強，地下水類型為孔隙水，大氣降水補給，含水性弱，屬弱含水層。

2.2 井田隔水層

上二疊統峨眉山玄武巖組為龍潭組含煤地層與下伏中二疊統茅口組強巖溶含水層間良好隔水層，由致密堅硬中厚層狀的拉斑玄武巖等組成，巖石致密、完整，厚度大，一般厚200m。泉點流量為0.003L/s。鉆進過程中未出現涌水、沖洗液漏失現象，地層隔水性優越。

下三疊統飛仙關組一段為長興組含煤地層與上覆下三疊統飛仙關組二段含水層與間良好隔水層，上部為鈣質粉砂巖、泥巖、細砂巖間夾泥灰巖薄層，下部為鈣質泥巖，一般厚150m。泉點流量為0.014～0.222L/s。該地層巖石致密，節理、裂隙發育極少，隔水性能好。

3 含煤地層與上覆及下伏含水層水力聯系

井田地下水主要補給水源為大氣降水，含煤地層的頂、底部所發育的下三疊統飛仙關組一段、上二疊統峨眉山玄武巖組隔水層，阻止上覆及下伏含水層與含煤地層間發生水力聯系。含煤地層主要由大氣降水補給，地下水在淺部經短距離徑流之后，便以泉水形式排泄于溝谷之中。

4 對煤層含氣性的影響

國內外學者作了大量的研究工作認為，水文地質條件對煤中煤層氣的含氣量及運移、富集成藏過程等起到決定性控制作用。

井田內含煤地層在露頭區接受大氣降水補給形成地下水，受向斜構造形態、地層巖性及自身重力共同影響和作用下往向斜軸部徑流，向斜軸部地層平緩地下水形成滯流承壓水，徑流過程中地下水會溶解煤層氣中的甲烷并隨地下水運移至向斜軸部，導致徑流區煤層氣含量低，向斜軸部滯流區煤層氣含量高，且軸部地下水具承壓性質，水動力弱，煤層氣受水壓作用而吸附于煤層中，導致向斜軸部煤中煤層氣含量高并富集（圖1）。

圖1 6號煤層煤層氣含量分布圖

5 對煤層氣成藏的控制作用

井田構造形態為向斜構造貯水單元，含煤地層在翼部出露地帶接受大氣降水補給形成地下水，并由翼部向軸部徑流，水力作用逐漸減弱，最終在向斜核部形成地下水滯留區，地下水徑流對煤層氣逸散產生水力封堵作用，向斜核部地區利于煤層氣富集成藏。

井田內煤層蓋層為致密的粉砂質泥巖等碎屑巖，孔隙及裂隙弱發育，對煤層氣起到良好封、堵、蓋作用。且含煤地層中地下水受碎屑巖巖性及地層傾角較小影響流動很局限并微弱，形成中—弱徑流區，煤層氣被水及蓋層封堵，易形成承壓水封堵煤層氣藏（圖2）。

圖2 礦區煤層氣成藏模式示意圖

6 結論

（1）井田內含水層為中二疊統茅口組、上二疊統龍潭組及長興組、下三疊統飛仙關組、永寧鎮組一段及第四系；隔水層為下三疊統飛仙關組一段、上二疊統峨眉山玄武巖組。下伏中二疊統茅口組、上覆下三疊統飛仙關組、永寧鎮組一段含水層與含煤地層間受隔水層阻隔而水力聯系極弱。

（2）含煤地層地下水徑流方向與煤層氣運移方向相反，對煤層氣產生水力封堵作用，向斜核部地區利于煤層氣的成藏。

（3）向斜的翼部斜坡地帶和核部為地下水中—弱徑流區，煤層蓋層為致密的粉砂質泥巖等碎屑巖，孔隙及裂隙弱發育，對煤層氣起到良好封、堵、蓋作用，易形成承壓水封堵煤層氣藏。