黔西地區(qū)煤層氣地質(zhì)特征分析

陳朝玉，袁余洋，何文剛

(1. 遵義師范學(xué)院，貴州 遵義 563006； 2. 成都理工大學(xué)，四川 成都 618000)

煤層氣主要以吸附狀態(tài)賦存于煤層中，吸附氣可占煤層氣總量的70%～80%，少量以游離氣和溶解氣的形式存在，游離氣占總量的10%～20%，溶解氣所占比例很小。煤層氣的化學(xué)組分主要包括甲烷、硫化氫以及微量的稀有氣體(氦氣、氖氣、氬氣等)。其中，甲烷和重?zé)N氣統(tǒng)稱為烴氣。煤層埋藏深度增加，煤層氣化學(xué)成分隨之變化，從地表至煤層氣分化帶下限深度依次形成二氧化碳-氮?dú)鈳А⒌獨(dú)?甲烷帶和甲烷帶。根據(jù)煤芯解吸數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，黔西地區(qū)煤層甲烷濃度為1.88%～99.98%，平均為68.61%，以大寨井田最高(78.61%)，捷達(dá)井田最低(49.69%)；氮?dú)鉂舛葹?～70.96%，平均為25.15%，以捷達(dá)井田最高(42.69%)，月亮田井田最低(14.68%)；二氧化碳濃度為0～42.45%，平均為5.45%；僅在捷達(dá)井田含有一定數(shù)量的重?zé)N，其中乙烷濃度含量為0.06%～11.77%，平均濃度為3.99%.

1 煤層氣化學(xué)組分

1.1 煤層氣化學(xué)組分的區(qū)域分布

黔西地區(qū)各井田統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，煤層氣的化學(xué)組分總體甲烷濃度偏低，氮?dú)鉂舛绕撸瑑H在捷達(dá)井田含有重?zé)N(圖1). 煤層甲烷濃度最高分別在大寨井田和松河井田，平均為78.61%和78.53%，最低的為老屋基井田和捷達(dá)井田，甲烷平均濃度分別為50.47%和49.69%. 氮?dú)鉂舛容^高，最高的是捷達(dá)井田，達(dá)到42.69%. 二氧化碳濃度最高的為月亮田井田，為13.04%，其次為黎明井田，為9.96%. 其中，捷達(dá)井田雖有微量重?zé)N存在，但未達(dá)到異常。

圖1 黔西地區(qū)各井田煤層氣的平均化學(xué)組成圖

1.2 煤層氣化學(xué)組分的層位分布

黔西地區(qū)部分井田煤層氣化學(xué)組分的層位分布情況見圖2. 捷達(dá)井田各煤層甲烷濃度較低，在±50%；氮?dú)鉂舛容^高，在±30%. 隨著煤層層位的降低，甲烷濃度與氮?dú)鉂舛瘸什▌?dòng)式變化。金佳、松山和火鋪井田各煤層甲烷濃度相對(duì)較高，最高濃度均達(dá)到了95%以上。隨著煤層層位的降低，甲烷濃度增加、氮?dú)鉂舛冉档停疑畈棵簩颖３州^高的甲烷濃度，說(shuō)明深部煤層封閉性好，各煤層之間相互封閉性強(qiáng)。水塘和大寨井田各煤層甲烷濃度相對(duì)不高，在±75%. 甲烷濃度隨著煤層層位的降低呈降低趨勢(shì)，說(shuō)明淺部煤層封閉性較深部煤層好。

圖2 黔西地區(qū)8個(gè)典型井田煤層氣的化學(xué)組分層位分布圖

在煤層氣資源勘探中，煤層含氣量是需要確定的最基本參數(shù)。煤層只有含有一定數(shù)量的煤層氣，才可能具有進(jìn)一步勘探和開發(fā)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí)，煤層含氣量在地域和層域上具有高度的非均質(zhì)性。

2 煤層氣各組分含量統(tǒng)計(jì)特征

該次研究共收集黔西地區(qū)上二疊統(tǒng)煤層含氣量數(shù)據(jù)600余個(gè)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，含氣量為5.31～17.11 m3·t-1，平均11.76 m3·t-1. 其中，煤層甲烷平均含量超過(guò)15 m3·t-1的為柏坪、山腳樹、捷達(dá)和大寨4個(gè)井田。氮?dú)夂繛?.30～17.74 m3·t-1，平均6.63 m3·t-1；二氧化碳含量為0.28～2.47 m3·t-1，平均0.78 m3·t-1，各井田普遍較低；重?zé)N含量為0.22～8.26 m3·t-1，平均2.49 m3·t-1，甚至超過(guò)了二氧化碳平均含量，在多數(shù)井田都有產(chǎn)出，構(gòu)成黔西地區(qū)煤層氣產(chǎn)出特點(diǎn)之一(圖3).

圖3 黔西地區(qū)15個(gè)井田煤層氣各組分氣體含量圖

3 煤層甲烷含量

3.1 煤層甲烷含量的區(qū)域分布

黔西地區(qū)構(gòu)造較為復(fù)雜，區(qū)內(nèi)煤層甲烷含量的區(qū)域分布與單個(gè)向斜的規(guī)模和“拗陷”深度直接相關(guān)，具有向斜控氣的典型特征。因此，不同煤層其含氣量的區(qū)域分布規(guī)律類似，只是下部煤層高含氣量分布范圍略大于上部煤層。含氣量大于20 m3·t-1的地帶主要分布于煤田各向斜的軸部，但深部地段大多缺乏勘探實(shí)證資料，多數(shù)為預(yù)測(cè)結(jié)果。含氣量變化于12～20 m3·t-1的地帶一般位于向斜兩翼斜坡部位。

3.2 煤層甲烷含量的層位分布

黔西地區(qū)部分井田主要煤層平均含氣量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，煤層含氣量與煤層層位之間的關(guān)系分為3類基本表現(xiàn)形式(圖4). 第一類表現(xiàn)為非單調(diào)函數(shù)分布，平均含氣量隨煤層層位降低而呈波動(dòng)式變化，如金佳、山腳樹、毛寨、土城等井田。第二類表現(xiàn)為單調(diào)遞減趨勢(shì)，煤層層位降低，煤層含氣量趨于降低，如松河井田。第三類表現(xiàn)為單調(diào)遞增趨勢(shì)，煤層層位降低，煤層含氣量趨于增加，如老屋基井田。第一類形式表明，煤層(群)之間地層流體動(dòng)力聯(lián)系較弱，顯示出獨(dú)立疊置含煤層氣系統(tǒng)的基本特征。第二類與第三類形式表明，整個(gè)含煤地層不同煤層之間具有較強(qiáng)的流體動(dòng)力聯(lián)系，屬于同一含煤層氣系統(tǒng)。

注：平均埋深和平均含氣量均為勘探深度范圍內(nèi)的平均值圖4 黔西地區(qū)部分井田煤層甲烷平均含量的層位分布圖

4 結(jié) 論

1) 黔西地區(qū)各井田統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，煤層氣的化學(xué)組分總體甲烷濃度偏低，氮?dú)鉂舛绕摺?/p>

2) 黔西地區(qū)部分井田煤層氣化學(xué)組分的層位分布情況顯示，隨著煤層層位降低，甲烷濃度與氮?dú)鉂舛瘸什▌?dòng)式變化。局部地區(qū)隨著煤層層位的降低，甲烷濃度增加、氮?dú)鉂舛冉档停疑畈棵簩颖３州^高的甲烷濃度。

3) 黔西地區(qū)不同煤層其含氣量的區(qū)域分布規(guī)律類似，只是下部煤層高含氣量分布范圍略大于上部煤層。