江西地質構造對煤層氣控制及地氣測量的影響

陳富貴，陳姍姍

（江西省煤田地質勘察研究院，江西 南昌 330001）

江西省廣泛分布各類強烈褶皺、斷裂構造，以及推覆和滑覆構造。強烈的構造變形在很多地區形成緊密褶皺，甚至造成地層倒轉，沿軟弱巖層產生的層間滑動構造。主要含煤時代的地層內構造煤十分發育。構造窗和飛來峰的形成主要受推覆和滑覆構造的影響，形成現今的盆嶺構造格局。這些地質構造條件不同程度地影響著煤層氣的賦存和保存。

1 構造特征

地質構造發展演化史結合板塊構造理論，將江西省劃分為三大地殼構造發展演化階段：一是晉寧-加里東期板塊活動階段，江西地跨揚子板塊的東南緣和華夏板塊西北緣的東段；二是海西-印支期板內活動階段，江西位于加里東運動揚子板塊和華夏板塊拼合而成統一的華南板塊之東北緣；三是中、新生代以來的大陸邊緣活動階段，江西省大地構造位置處在濱西太平洋大陸邊緣活動帶西側的南段。現今所展示的大地構造位置的空間配置，表現為中、新生代以來的大陸邊緣活動體系疊置在揚子地臺的東南緣和華南褶皺系的東北域之上。

2 主要地質構造對煤層氣的控制作用

江西省地質構造復雜而強烈，對省內各地煤層氣的保存起到極其重要的影響。尤其是印支后期及燕山期的構造作用，形成了隆起區和相對凹陷區，褶皺形態被強化，形成的推覆和滑覆構造相應具有不同的角度。

2.1 區域大型褶皺隆起與凹陷

江西的賦煤構造主要為印支期褶皺的大型向斜槽部。如南昌錦江復向斜，該向斜軸部大致位于萍鄉長平-宜春楠木-萬載-上高-高安一帶之錦江河谷，軸呈北東東向展布，翼部分布上古生界。江西省規模最大的幾個礦區均位于省內規模較大的復向斜內。

從煤層氣資源的總體分布特征上，贛南、贛北地區因受區域擠壓隆起或抬升作用強烈，殘留的含煤地層因埋藏淺，煤層氣多已逸散。因此，位于贛南、贛北地區多為小型礦區和小礦井。大多數煤層氣含量普遍較低，個別或局部煤層氣高礦井如贛南的金興煤礦，因井田范圍小、煤層氣資源規模小，不具備抽采條件，相對而言，江西幾個主要的煤層氣礦區主要集中在萍樂坳陷的豐城、萍鄉、樂平等幾個向斜盆地內。

2.2 復雜的構造變形

由于遭受多期的強烈構造作用，造成含煤地層分布的范圍小、多數煤田的規模較小，礦區的情況更是如此。首先是因構造破壞而造成很多礦區內煤系地層零星分布，礦點分散。緊密褶皺造成大多數礦井為高角度急傾斜煤層，甚至造成地層倒轉。省區內除豐城、新余和樂平等礦區構造變形相對較輕外，大部分礦區的斷裂構造十分發育，從而破壞了礦區內含煤巖系分布的連續性和完整性，也造成了煤層氣含量分布在空間上的巨大差異。由于礦井的規模小，采區和工作面的規模則更小，采區和工作面開采周期短。因此，多數礦井不具備煤層氣井下或地面抽采條件。

如位于贛西的萍鄉礦區，該區為江西省主要礦區之一，礦區面積不是很大，全礦區的煤炭產量不是很高，而礦區內以煤系地層出露或因斷層等自然因素劃分的單元礦井就達130個之多；大部分礦井盡管是高瓦斯礦井，但因單個礦井的規模小，煤層氣資源量少，分布零散難達到大規模的資源量。

2.3 復雜的推覆與滑覆構造

推覆與滑覆構造作用具有相同的一面，同樣可以造成地層的重復和缺失，并在分布范圍或規模上要比一般的斷層大得多。在江西的很多礦區，這類構造往往形成飛來峰和構造窗。在含煤地層分布區，飛來峰構造可造成煤系上部蓋層的加厚，不僅使得煤系地層得以保存，煤層氣的儲層無形中增加了蓋層。因此，在含煤巖系分布區上方若存在飛來峰構造，煤層氣的含量往往較高；相反，在構造窗內的煤系地層由于直接暴露在地表，更有利于氣體的逸散，煤層氣含量低。從江西部分礦區的瓦斯含量與分布特征來看，這類推覆與滑覆構造作用對煤層氣能起到一定的保存作用。

在萍鄉礦區、新余礦區，以及樂平等礦區，因含煤地層上部的推覆或滑覆構造作用而造成不同礦井瓦斯含量顯著差異。如該區的煤層瓦斯含量總體較高，青山、巨源等大多數礦井為高瓦斯礦井，甚至為突出礦井。而與青山、巨源緊鄰，位于該礦東南側的高坑、安源、白源等礦井則是低瓦斯礦井。

2.4 低角度的層間滑動構造

從地質角度出發，構造煤不僅嚴重影響煤層氣的賦存，降低了煤層氣的透氣性和氣體的滲透運移，使煤層的局部氣體壓力增大和煤層氣含量增高，同時也降低了煤體強度，加劇了煤與瓦斯突出的危險性。據調查，江西煤礦區，大部分煤層均發育有構造煤。在萍鄉礦區、新余礦區和樂平礦區，以及贛南等礦區，礦區幾乎所有的煤層均見構造破壞的構造煤。從礦井開采情況來看，在萍鄉、樂平涌山等礦區，所有的煤層均被這類構造破壞為碎裂狀或粉末狀，煤體的強度降低。

3 地質構造對地氣測量的影響

地氣測量是在上世紀八十年代發展起來的一種預測隱伏礦產的新方法。它的找礦機理基于，在地殼內存在豐富的上升氣流，氣體成分有N2、甲烷、CO2等。當其流經礦體(化)時，將微量元素微粒攜帶至地表，便在礦體上方形成了成礦元素和伴生元素等多元素地氣異常。本文是以煤層產生的甲烷為氣源，通過土壤中甲烷正異常來尋找未知煤層氣。

3.1 斷層的影響

由于斷層的連通性，使得斷層內聚集大量的CH4等氣體，地氣測量結果出現干擾異常。通過油氣及金屬礦的地氣測量實踐，結合煤層特點，分析斷層引起的異常多為個體，延續性不強，地氣測量的異常峰多為獨立單峰，斷層附近分布較多的異常峰。在平面上沿斷層走向分布，呈長條狀或串珠狀，氣體組分的運移受斷層控制，異常均分布在斷層地表出口周圍，很少出現水平分帶特征；而煤層引起的異常應為連續的異常峰，理想狀態下應隨著煤層的埋深增加，異常逐漸減小。所以地氣測量的異常峰為多峰式分布，且有逐漸減小趨勢。

3.2 褶曲的影響

背斜核部是良好的儲氣構造，易聚集大量CH4等氣體。地氣測量結果出現的異常核部明顯兩翼高。結合煤層分布特點，背斜引起的異常由核部向兩翼逐漸減小，主要原因：一是核部是儲氣部位，含氣量較高；二是兩翼煤層埋深逐漸增加。而向斜與背斜相比較，則異常明顯相反，煤層產生的氣體順地層產狀向淺部運移，向斜兩翼煤層氣的含量由軸部向兩翼擴散，且兩翼埋深變淺，兩翼煤層氣的含量較軸部逐漸增加。理想狀態下地氣測量的異常峰呈正態分布，隨煤層的埋深增加，異常逐漸減小。

4 結語

江西地質構造對煤層氣的控制作用主要表現在：①區域大型褶皺隆起與凹陷，對含煤地層的區域分布與保存起到了控制作用；②復雜的構造變形導致了礦區和井田的煤系形變，直接影響到煤層和煤層氣含量及空間分布的連續性；③復雜的推覆與滑覆構造改造了含煤巖系的蓋層條件，有利于井田或礦區瓦斯賦存及運移條件；④低角度的層間滑動構造破壞了煤體結構，加劇了煤與瓦斯突出危險性。構造對地氣測量的影響較大，不同構造的異常反應有較大的差異，實際測量時應充分考慮構造影響。建議今后在江西煤氣層開發利用時充分考慮構造對其的控制作用，盡量避免大型構造對氣源的破壞。