牛場、以古復向斜主要煤層含氣性特征及控氣地質因素研究

查貴權

摘要：地質勘查和地質研究一直是采礦行業的先行工作，煤層含氣性研究，直接關系著礦產開采工作的規劃布置和采礦安全，十分重要。牛場、以古復向斜煤田位于云南省昭通市鎮雄縣西部，是云南省重要的煤礦產區，文章將以牛場、以古復向斜煤田地質勘查、生產礦井資料和實驗室的分析測試資料為基礎，淺析研究區煤層含氣性在平面和垂向上的展布特征，并探討了其主要地質影響因素，為牛場、以古復向斜煤田的勘探開采工作提供有益的參考和依據。

關鍵詞：牛場、以古復向斜煤田;煤層氣;含氣性;特征;地質因素

1、研究區概況

研究區地處云南省東北部，隸屬于昭通市鎮雄縣，具體位置為鎮雄縣西部，區域上位于特提斯構造域和環太平洋構造域復合部位的滇東北臺褶束的東部，其主體構造為牛場、以古復向斜。該復向斜由牛場向斜、恒底背斜和以古向斜組成，構造線總體呈北東向展布。恒底背斜位于兩向斜之間，三條主體構造線由西向東逐漸撒開，在平面上形似一個平臥的“川”字。除主體構造以外，還伴生了次一級的窩凼溝向斜和一系列斷層。

研究區含煤地層為上二疊統長興組（P3c）與龍潭組（P3l）。一般厚度218.49m，含煤3～13層，其中主采煤層2層，為C1、C5煤層; C6煤層局部可采;其余均為不可采煤層，有零星或小范圍見可采點。

C1煤層位于長興組（P2c）頂部，煤層結構簡單至較簡單.

一般含0～2層夾矸，為灰黑色高嶺石泥巖。頂板巖性為灰色砂質泥巖、粉砂巖，底板為淺灰～灰色泥巖、砂質泥巖。C5煤層位于龍潭組二段頂部，總體煤層結構簡單至較簡單，一般含夾矸0～3層，為灰黑色、棕灰色薄層高嶺石、水云母泥巖，一般厚0.02～0.81m。該煤層沿傾向、走向上厚度較穩定;主采C1、C5煤層煤質均為變質程度較低的無煙煤。

2、主采煤層含氣性特征

2.1 煤層含氣量分布特征

研究區共設置了9口參數井對各煤層的含氣性進行了測試，其中五口參數井對C1、C5（C5c）煤層進行了含氣量測試和煤層氣試井，四口參數井對C5（C5c）煤層進行了含氣量測試和煤層氣試井，為了研究的全面性，本次評價工作還收集了周邊龍頭山煤礦的一口參數井的含氣量測試和煤層氣試井的資料結合參考。分析得出，主采C1、C5煤層含氣量展布特征與下圖圖2圖3類似：

由圖可知，C1、C5主采層平面上向斜控氣特征明顯，瓦斯含量值主要以以古向斜、牛場向斜、窩凼溝向斜為富集中心向向斜兩翼含氣量逐漸變低。此外，在一些封閉性斷裂交匯處及背斜核部局部出現一些小的富集區域，整體上含氣量等值線大體上與煤層底板等高線走向一致。垂向上，整體上C1煤層含氣量低于C5煤層含氣量，表現了隨埋藏深度增加瓦斯含量增加;單層煤含氣量也表現了隨埋藏深度增加瓦斯含量增加的特點，具體測量數據為表1所示，但是，并不是所有的單層煤的瓦斯含量都是隨煤埋藏深度的增加而增加的，局部地區可能受煤厚、構造等條件影響，出現埋深淺含氣量高及埋深深含氣量低的現象。

2.2 氣組分特征

煤層氣的組成特征反映其質量好壞，是煤層氣開發利用的重要參數。根據煤田地質勘查及煤層氣參數井所采煤層氣樣化驗資料分析表明，C1、C5煤層煤層氣成分均以N2和CH4為主，且CH4濃度都相對較低。其中C1煤層N2 含量范圍為：2.28%～77.63%，平均38.71%;CH4的含量范圍為：19.05%～95.10%，平均59.50%，CO2及其它氣體含量較少，平均含量分別為1.45%、0.32%。C5煤層N2 含量范圍為：0～74.84%，平均35.66%;CH4含量范圍為：18.51～97.97%，平均62.68%，CO2及其它氣體含量較少，平均含量分別為1.43%、0.27%。

2.3 含氣飽和度

含氣飽和度是根據實測的煤儲層壓力、含氣量和等溫吸附實驗數據計算得到的。有學者統計我國煤層吸附飽和度與單井日產量之間的關系，單井日產氣超過1000m3的煤層氣井煤層吸附飽和度均大于60%;產氣效果較好的地區，煤層吸附飽和度大于80%。因此初步將煤層氣有利目標區的吸附飽和度劃定在60% 以上。經研究分析，研究礦區的煤層含氣大多處于欠飽和狀態，僅局部構造發育區可達到近飽和或飽和狀態，含氣飽和度地區分布差異也較大。經計算，主采煤層C1煤層含氣飽和度為10.78%～29.89%，平均為21.21%，含氣飽和度低;C5煤層含氣飽和度為62.50%～98.84%，平均為78.43%。

3、控氣地質因素分析

控制煤層含氣量的影響因素很多，這些控氣因素是否對研究區的煤層的含氣性特征產生影響，文章將具體分析。

3.1、埋藏深度

從煤層含氣量垂相在煤層露頭及近煤層露頭附近的瓦斯含量，由于煤層遭受長期的風氧化作用，同時由于斷裂發育，使煤層氣（瓦斯）含量及其成分發生變化，CH4含量降低。但隨深度增加，煤層中煤層氣（瓦斯）含量亦增大。從圖2、3可知勘查區煤層氣（瓦斯）含量隨深度增加呈增大趨勢。

3.2地質構造

區內煤層氣（瓦斯）含量與地質構造分布密切相關，因斷層影響，同一煤層在不同地點的煤層氣（瓦斯）含量也會發生變化。在淺部地質構造變化帶，煤層氣（瓦斯）含量也會減少;深部地質構造變化帶，煤層氣（瓦斯）含量也會增加。此外由于受構造影響，在局部受擠壓和小斷層影響形成的“厚煤包”的厚煤層的煤層氣（瓦斯）含量亦會增加，特厚煤層形成的“煤層氣（瓦斯）包”和厚煤帶的煤層氣（瓦斯）含量也較大。

3.3、煤層頂底板

煤層頂底板是煤層氣封存的第一道天然屏障，其頂板的巖性、厚度、物性及穩定性對煤層氣的保存具有重要的作用。一般來說，巖性越致密，厚度越大，其滲透性越低，越有利于煤層氣的保存。勘查區內C1煤層直接頂板為黃灰色中厚層狀粉砂巖、灰色泥巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖;底板為淺灰色塊狀泥質粉砂巖。C5（C5c）煤層直接頂板一般為深色泥質粉砂巖或泥巖，局部為炭質泥巖、粉砂巖或泥質粉砂，厚0.72～3.44m，一般2.25m。底板為淺灰白色泥巖、砂質泥巖、泥質粉砂巖和泥巖，厚0.50～2.87m，一般厚為1.6m。區內煤層頂、底板主要為泥質粉砂巖、粉砂質泥巖和泥巖，厚度較大，穩定性較好，煤層氣封蓋條件較好。

3.4水文地質條件

良好的水文地質條件不僅可以在煤系上方形成含水層及隔水層封閉，而且可以阻止煤層氣通過煤層露頭逸散。研究區整體上屬于水文地質條件中等類型，在研究區各水文地質單元內，煤系含水層主要通過淺部露頭接受大氣降水和地表水補給，然后向向斜軸部徑流，在一定深度形成承壓水封閉，使深部區的煤層氣保存條件變好。縱向上煤系中泥巖具有較好的封閉性和隔水性，上方存在多個分布范圍廣的含水層和隔水層形成多層封閉，特別是飛仙關組與煤系之間，有一層穩定的泥巖層相隔，使煤系與其上部各含水層不發生水力聯系。不僅含水層對下部的煤層氣具有封閉性，而且隔水層在阻隔地下水徑流的同時，也阻止了煤層氣向外逸散;除了大的斷層影響區域外，橫向上泥巖隔水層與向斜褶皺、封閉性質斷層等非滲透性質邊界組合，構成了不同程度的遮擋，使地下水活動受阻，形成滯流帶承壓水封堵環境，煤層氣藏得以保存和富集。

水文地質條件的控氣作用一般概括為三種：① 水力運移逸散作用;② 水力封閉作用;③ 水力封堵作用。水力運移逸散作用導致煤層氣運移、散失，后兩種作用則有利于煤層氣保存、富集。區域內孔隙含水層組主要為第四系（Q），分布在河溪溝谷沿岸及緩坡地帶，含水層富水性弱。由于其厚度變化大，分布面積小，潛水位動態變化大，對礦床充水一般無直接影響。區域內裂隙含水層組，主要由碎屑巖及火山巖組成，呈條帶狀出露，主要包括三疊系下統飛仙關組（T1f）、卡以頭組（T1k）、二疊系上統長興組（P2c）、龍潭組（P2l）和峨眉山玄武巖組（P2β）。各含水層富水性受裂隙發育率的控制，一般淺部和構造發育帶較強，深部及構造簡單區相對較弱。區域內碳酸鹽巖地層分布較廣，是主要的含水層組，賦存著較豐富的巖溶水。因巖溶發育程度、巖溶發育深度及類型的不同，含水層的富水性、導水性差異大。碳酸鹽巖含水層主要為二疊系下統棲霞茅口組（P1q+m）、三疊系下統永寧鎮組（T1y）、三疊系中統關嶺組（T2g），以上碳酸鹽巖含水層與煤系地層均有隔水層隔離，對煤層基本無影響。

另外，勘查區受斷層影響，巖體破碎，巖石完整性差，但斷裂帶大多導水性差，僅局部發育個別小型導水斷層。

3.5煤層厚度

由于煤層的沉積厚度差異，其煤層氣（瓦斯）含量亦有變化。為了反映厚度與煤層氣含量的變化關系，本次統計了勘查區內所有埋深在400～800m的鉆孔煤層厚度與含氣量，繪制了煤層厚度與煤層氣含量關系圖（圖4-7）。從圖中可看出煤層厚度與煤層氣含氣量具有正相關性，即隨著煤層厚度的增加，煤層氣含量變高。

結論：煤田地質資料的研究分析對煤田的地質勘查和開采都十分重要，文章對云南省昭通市鎮雄縣牛場、以古復向斜煤田地質勘查、生產礦井資料和實驗室的分析測試等各種資料進行了分析了研究，主要針對煤層含氣性在平面和垂向上的展布特征及控氣因素進行了分探究，發現含氣量在平面上具有明顯的向斜控氣特征，煤層厚度對局部區域含氣量異常影響顯著，埋深對煤層的向上含氣量具有重要影響，基本上呈正相關性，這些研究成果，值得牛場、以古復向斜煤田地質勘查、研究等相關工作人員的注意。

參考文獻：

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