納雍縣木蘭礦區(qū)煤層埋深對煤層氣含量的影響分析

楊通保

（貴州煤礦地質(zhì)工程咨詢與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心）

貴州貧油富煤，是我國南方最重要的煤炭生產(chǎn)基地，其煤層氣資源亦十分豐富。1997 年貴州省煤田地質(zhì)局提交的全省范圍內(nèi)煤層埋深2 000 m 以淺、含氣量大于4 m3/t 可采煤層中的煤層氣地質(zhì)資源量為31 511.59 億m3，占全國煤層氣資源總量22%左右［1］。貴州省煤層氣藏地質(zhì)條件和儲層物性具有煤層多、薄、構(gòu)造復(fù)雜、低滲、高壓、高應(yīng)力等特征，明顯不同于國內(nèi)其他有利開發(fā)區(qū)塊［2］。以木蘭礦區(qū)二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M煤系地層為研究對象，通過系統(tǒng)的煤層氣樣品采集和測試，探討了煤層埋深對煤層氣含量變化的影響。研究成果對木蘭礦區(qū)煤層氣的綠色開發(fā)利用及煤礦先抽后建瓦斯治理的開展具有重要指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于貴州省黔西地區(qū)織納煤田白泥箐向斜南翼，地層走向NEE—SWW，傾向為NNW，傾角為4°～12°，一般為8°。區(qū)內(nèi)褶皺未發(fā)育，地層整體為單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)地層由老至新有二疊系上統(tǒng)峨嵋山玄武巖組（P3β）、龍?zhí)督M（P3l）、長興組（P3c）、三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組（T1f）及第四系（Q）。

研究區(qū)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，地層厚169.17～321.25 m，平均為235.49 m。巖性為灰—深灰色薄層狀粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖及淺灰色薄—中層狀細砂巖、粉砂巖，含煤11～42 層，發(fā)育水平層理、緩波狀層理、波狀層理及少量斜層理，為典型的濱海相陸源碎屑巖含煤沉積。龍?zhí)督M含可采煤層8 層，由上至下編號分別為2、5、6、8、19、28、31、32 號，可采煤層平均總厚9.62 m，可采含煤系數(shù)4.08%。

2 煤儲層特征

區(qū)內(nèi)可采煤層宏觀煤巖類型以半亮型煤為主，少量半暗型、半亮—半暗型煤，夾少量暗煤和透鏡狀絲炭。可采煤層鏡煤反射率（Rmax）為2.61%～3.49%，平均為2.97%，煤化程度均為高煤級煤Ⅰ級。區(qū)內(nèi)可采煤層屬中灰、低硫—中高硫、特低揮發(fā)分煤，煤類均為無煙煤三號。

通過對研究區(qū)內(nèi)煤層樣品的試驗分析及儲層壓力測試，煤儲層壓力以28 號煤層最高，為1.02 MPa，其次為19、32 號煤層，儲層壓力分別為0.93 和0.92 MPa，儲層壓力最低為2 號煤層，僅0.78 MPa（表1）。整體上，研究區(qū)內(nèi)下部煤儲層壓力高于中、上部，表明煤儲層壓力隨著煤層埋藏深度的增加呈正相關(guān)性，儲層壓力的增加有利于煤層氣賦存。

3 煤層含氣性

3.1 煤層氣成分

研究區(qū)煤層氣樣品分析測試表明，其煤層氣的化學(xué)成分以甲烷為主，含少量的二氧化碳、氮氣及極少重?zé)N氣體。

甲烷（CH4）成分為33.33%～98.87%，平均為79.06%；氮氣（N2）成分為0～64.12%，平均為19.00%；二氧化碳（CO2）成分為0.19%～4.41%，平均為1.68%；重?zé)N成分為0.02%～1.17%，平均為0.28%。

3.2 煤層氣含量

煤層氣含量是指單位質(zhì)量的煤炭中所含有的氣體量，是表征煤層的含氣性的最直接參數(shù)［4］。對研究區(qū)內(nèi)8 層可采煤層煤層氣空氣干燥基含氣量進行測定，煤層氣含量為4.58～18.03 m3/t，平均為8.56 m3/t（表1），其中以19、28號煤層含氣量最高，平均分別為12.93、10.39 m3/t，8、32 號煤層含氣量次之，平均分別為7.47和8.63 m3/t；而淺部2、5、6號煤層含氣量最低，表明各煤儲層之間隨埋藏深度的不同，含氣量呈不均衡性波動式變化。

4 煤層埋深對煤層氣含量影響分析

國內(nèi)大量研究表明，儲集層的厚度、展布形態(tài)、儲層物性特征、地質(zhì)構(gòu)造條件、埋藏深度等對煤層氣的含氣量具有重要影響［3］。煤儲層的埋藏深度是煤層含氣量的重要控制因素，直接影響到煤層氣的儲層壓力和保存條件，因此，煤儲層的埋深與煤層含氣量具有較好的相關(guān)性［4］。

通過對織納煤田內(nèi)5 個礦區(qū)煤層氣含量隨埋深的變化情況進行統(tǒng)計（圖1）表明，其含氣量與深度之間的變化具有一定的離散性，但也并非沒有規(guī)律。總體上，煤層氣含量隨煤層埋深增加而增加，埋深在500 m 以淺時，含氣量與埋深呈線性變化規(guī)律［5］。當埋深達到約500 m 時，呈現(xiàn)含氣量隨煤層埋深的增加而降低的趨勢。

對研究區(qū)而言，既符合上述含氣量與埋深之間的統(tǒng)計規(guī)律，同時也具有單個礦區(qū)的特異性。研究區(qū)內(nèi)煤層平均含氣量總體上隨煤層埋深增加而呈增加趨勢，這種遞增趨勢一直持續(xù)到埋深450 m 之內(nèi)的19、28 號煤層，在此埋深時的煤層地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，下伏與上覆地層的封閉性為煤層氣提供了良好的保存空間，表明埋深是影響煤層氣含量的主要因素。而當埋深大于450 m 后，31、32 號煤層的煤層氣含量隨深度增加呈變緩趨勢，甚至出現(xiàn)波動變化，與織納煤田煤層含氣量與煤層埋深之間的變化規(guī)律基本一致［6］。反映出在埋深到達一定的深度時，地質(zhì)構(gòu)造條件基本趨于穩(wěn)定，此時深度對煤層氣含量的影響逐漸減弱，指示區(qū)內(nèi)煤層之間地層流體動力聯(lián)系較弱，表現(xiàn)出獨立疊置含煤層氣系統(tǒng)的基本特征［7］，煤層埋深已不再成為影響煤層氣含量的主要因素。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)內(nèi)各煤層為中灰、低硫—中硫、低—特低揮發(fā)分煤，其煤層氣成分以甲烷為主，平均為79.06%，其次為氮氣和二氧化碳，占有比例分別為19.00%和1.68%。

（2）研究區(qū)內(nèi)煤層埋深450 m 之內(nèi)，煤層氣含量隨煤層埋深增加而呈線性增加的正相關(guān)趨勢，表明埋深是影響煤層氣含量的主要因素。當埋深大于450 m 后，煤層氣含量隨深度增加呈變緩趨勢，表現(xiàn)出獨立疊置含煤層氣系統(tǒng)的基本特征，煤層埋深已不再成為影響煤層氣含量的主要因素。