樂平礦區(qū)煤層氣賦存規(guī)律及資源潛力分析

祝 強，肖富強

（1.江西省煤田地質(zhì)局，江西 南昌 330001；2.江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001）

1 概述

隨著煤炭、石油、天然氣等常規(guī)能源資源的大量開發(fā)，可利用資源已日益減少，煤層氣作為一種清潔非常規(guī)能源資源逐漸受到重視［1］，煤層氣已被納入推動能源生產(chǎn)和消費革命的重要載體。近年來，江西省對油氣資源的調(diào)查投入許多工作，從頁巖氣、煤層氣等不同方向進行調(diào)查研究［2-4］，取得了豐富的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。隨著江西省能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，大量煤炭生產(chǎn)礦井調(diào)整關(guān)閉，但在煤礦區(qū)仍保有大量煤層氣資源，從資源利用最大化的角度出發(fā)，對省內(nèi)煤層氣資源進行調(diào)查研究，具有重要意義［5］。

樂平礦區(qū)位于江西省東北部的樂平市- 鄱陽縣一帶，主要包括鳴山礦區(qū)和涌山礦區(qū)（見圖1），鳴山礦區(qū)位于樂平市西側(cè)的鳴山- 梓埠一帶，面積達697.85 km2，涌山礦區(qū)位于樂平市涌山鎮(zhèn)北側(cè)，包括涌山、沿溝、仙槎勘探區(qū)等，呈北東向展布，面積為9.72 km2。

圖1 樂平礦區(qū)簡圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)構(gòu)造

樂平礦區(qū)位于欽杭結(jié)合帶之萍樂拗陷帶東部，為進賢- 樂平復(fù)向斜的一部分，主體呈北東向延伸，由印支和燕山兩期褶皺形成。印支期褶皺軸向偏近北東東，燕山期軸向近北東向。向斜由于受斷層破壞及后期沉積充填，為第四系地層及紅層覆蓋，多形成不完整向斜，構(gòu)造線一般呈北東向。復(fù)向斜軸部由三疊系及二疊系上統(tǒng)地層組成，翼部由二疊系下統(tǒng)及石炭巖系地層組成。復(fù)向斜走向并不連續(xù)，受斷層切割嚴(yán)重。向斜兩翼產(chǎn)狀較陡，且局部有倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

2.2 煤層發(fā)育特征

樂平礦區(qū)主力含煤地層為二疊系上統(tǒng)樂平組及三疊系上統(tǒng)安源組。

（1）樂平組

樂平煤系主要分布于鳴山礦區(qū)，自下而上分為官山段、老山段、獅子山段和王潘里段，除獅子山段外，其它均為含煤段，分別發(fā)育A、B、C煤組。主力可采煤層為B3煤層，位于老山段下部，煤層厚度一般為0.22～5.82 m，平均厚度為2.26 m，在勘探區(qū)內(nèi)穩(wěn)定分布，煤層結(jié)構(gòu)簡單，大部分可采。A煤組、C煤組發(fā)育較差，為極不穩(wěn)定的不可采煤層。

鳴山東部勘探程度較高，且B3煤層埋深較淺，一般小于1 000 m；西部受紅層覆蓋影響，勘探程度相對偏低。通過二維地震、電磁等資料的初步預(yù)測，西部B3煤層埋深較大，多在1 000～2 500 m之間。B3煤層厚度在區(qū)域上表現(xiàn)為，東西方向煤厚變化不大，南北方向煤厚變化相對較大。礦區(qū)深部由于施工鉆孔少，預(yù)測鳴山勘探區(qū)深部B3煤層均厚為1.63 m。

（2）安源組

安源煤系主要分布于涌山礦區(qū)的涌山、沿溝、仙槎等勘探區(qū)；自下而上分為四段，分別為白衣沖段、峽口段、井坑山段、螞臘山段；根據(jù)巖性組合特征，劃分為上、下兩個含煤組。下含煤組為白衣沖段和峽口段，上含煤組為螞蠟山段和井坑山段。含煤多達18 層，可采煤層共計13 層，集中分布于下含煤組峽口段，累計可采煤層總厚度為18.61 m，其他煤層發(fā)育不穩(wěn)定，為局部可采煤層。

涌山向斜北翼受逆沖推覆構(gòu)造破壞，含煤區(qū)域總體呈現(xiàn)單斜構(gòu)造，安源組地層在南翼地表出露，煤層埋深由南向北逐漸加深，主力含煤層段峽口段在各勘探區(qū)埋深一般在1 000 m 以淺。

3 煤層氣賦存規(guī)律

3.1 煤系地層含氣性

（1）安源組

據(jù)涌山勘探區(qū)以往勘查資料，實測煤層含氣量為5.22～20.89 m3/t，平均含氣量為14.65 m3/t。其中白衣沖段三煤層含氣量較小（5.22 m3/t），峽口段六煤層和七煤層含量均較大。

沿溝勘探區(qū)各煤層含氣量為5.37～13.23 m3/t，平均含氣量為8.46 m3/t。其中，含氣量最大為八煤層，其次為六煤層，最小為二煤層。從垂向分布來看，煤層含氣量由下至上呈逐漸變小趨勢。

此外，涌山礦區(qū)各勘探區(qū)歷史開采數(shù)據(jù)顯示，主要礦井均為煤與瓦斯突出礦井。在瓦斯突出次數(shù)、突出強度、最大涌出瓦斯量等方面，顯示瓦斯突出在區(qū)域上自東向西逐漸增強的趨勢明顯。

（2）樂平組

樂平組地層主要分布在樂平礦區(qū)西部的鳴山礦區(qū)，以往地質(zhì)資料鉆孔瓦斯測試數(shù)據(jù)稀少，僅有的鉆孔測試煤層含氣量為1.97 m3/t。據(jù)鳴山礦區(qū)歷年井下瓦斯數(shù)據(jù)，主煤層B3井下瓦斯相對涌出量為2.38～4.30 m3/t，平均3.27 m3/t，且瓦斯相對涌出量隨深度變深有增大的趨勢。

對鳴山礦區(qū)含氣量采用瓦斯含量梯度推測，鳴山淺部（700～1 500 m）區(qū)域的中心埋深為1 000 m，根據(jù)瓦斯含量梯度推測平均含氣量4.67 m3/t，鳴山深部（1 500～2 500）區(qū)域的中心埋深為2 000 m，推測平均含氣量12.94 m3/t。

3.2 煤層氣成藏影響因素

煤層氣的富集成藏受多種地質(zhì)因素制約，包括煤層的變質(zhì)程度、地質(zhì)構(gòu)造、煤層埋深、水文地質(zhì)條件等。

（1）煤變質(zhì)程度

煤變質(zhì)程度直接影響煤層的生氣條件及吸附性能，進而影響煤層瓦斯含量。鏡質(zhì)組最大反射率是反映煤變質(zhì)程度直接指標(biāo)。一般來說，煤變質(zhì)程度越高，煤的生烴量越大，但隨著煤變質(zhì)程度達到無煙煤后期階段，煤層含氣量反而急劇降低。

涌山礦區(qū)煤系地層為安源組，其變質(zhì)程度受多種因素控制，通常認為燕山期巖漿活動對涌山礦區(qū)煤的變質(zhì)程度影響較大。據(jù)基礎(chǔ)資料推測涌山礦區(qū)西側(cè)深部存在隱伏巖漿巖體，導(dǎo)致西側(cè)煤層的變質(zhì)程度高于東部煤層。涌山礦區(qū)鉆孔中不同變質(zhì)程度的煤層含氣性數(shù)據(jù)顯示（見表1），礦區(qū)西部涌山勘探區(qū)煤變質(zhì)程度達到無煙煤，平均含氣量達14.65 m3/t；礦區(qū)東部沿溝勘探區(qū)為貧煤，含氣量次之，平均含氣量為8.46 m3/t。

表1 樂平礦區(qū)煤類與含氣量數(shù)據(jù)

鳴山礦區(qū)老山段B3煤層，變質(zhì)程度較低，為低變質(zhì)氣肥煤。B3煤層鉆孔取樣含氣量測試顯示，煤層瓦斯含量最高為1.97 m3/t（VII-3 孔），含氣量較涌山礦區(qū)偏低。

從上述討論可知，樂平礦區(qū)不同煤層的變質(zhì)程度和含氣量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，即煤變質(zhì)程度越高，煤層氣含量相對也越高。

（2）構(gòu)造條件

不同的構(gòu)造條件對煤層氣保存會產(chǎn)生不同的影響，結(jié)合樂平地區(qū)構(gòu)造特征認為，對煤層氣保存影響較大的主要為褶皺及斷裂構(gòu)造。

樂平礦區(qū)整體上為復(fù)式向斜構(gòu)造，煤層氣不易散失，向斜軸部中和面與兩翼呈正應(yīng)力，頂?shù)装辶严恫话l(fā)育，煤層氣易于保存。從褶皺構(gòu)造角度評價，對區(qū)內(nèi)煤層氣賦存相對較為有利。

斷裂構(gòu)造對于煤層氣賦存的影響在樂平地區(qū)則顯得尤為重要。斷裂活動不但破壞了煤層的完整性，并成為煤層氣逸散的通道，使煤層含氣量降低。樂平地區(qū)斷裂構(gòu)造主要分為兩大類：一類是發(fā)育在涌山礦區(qū)北側(cè)、西北側(cè)的逆斷層，這類斷層多屬區(qū)域性斷裂構(gòu)造，由于其多是壓性構(gòu)造，對煤層氣的賦存影響不大；而另一類在鳴山礦區(qū)，斷層多呈斜交張性正斷層，對煤層氣的逸散比較有利。這也可能是導(dǎo)致鳴山礦區(qū)淺部煤層含氣量明顯低于涌山礦區(qū)的原因之一。

（3）煤層埋深

煤層氣主要以吸附狀態(tài)賦存于煤層中，含氣量直接受儲層壓力控制，即埋深對含氣量的控制實質(zhì)是通過儲層壓力來控制。隨著煤層埋深的增大，儲層壓力增高，含氣量隨之增加，有利于煤層氣的保存。

據(jù)涌山勘探區(qū)和沿溝勘探區(qū)以往鉆孔瓦斯含氣量數(shù)據(jù)分析見圖2，隨著煤層埋深的增大，含氣量呈現(xiàn)明顯增大的趨勢，二者表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性系數(shù)較高。

圖2 煤層埋深與含氣量關(guān)系

鳴山礦區(qū)以往地質(zhì)工作主要集中在東部1 000 m 以淺區(qū)域，在斷層等地質(zhì)因素影響下，煤層含氣量較低。鳴山西部及北部區(qū)域，據(jù)部分鉆孔及二維地震、電磁等資料顯示樂平組埋深普遍在1 000～2 500 m 范圍。根據(jù)前述理論，結(jié)合鳴山東部VII-3 孔含氣量數(shù)據(jù)及區(qū)域瓦斯含量梯度推算，鳴山北部核心區(qū)2 000 m 深度含氣量可達12.94 m3/t。

（4）水文地質(zhì)條件

涌山礦區(qū)斷裂構(gòu)造以壓性構(gòu)造為主，斷層的導(dǎo)水性較差，僅局部發(fā)育張性、張扭性斷裂。安源組煤系地層多為泥巖、煤層、頁巖、砂巖等互層構(gòu)成，整體上富水性弱。鉆探及礦井開拓資料顯示，煤系地層一般不含水，煤層上部有多層隔水層。因此，涌山礦區(qū)水文地質(zhì)條件相對較為簡單，且存在多個隔水層隔斷安源組煤層與淺部的水力聯(lián)系，煤層氣受水文地質(zhì)條件的影響較小。

鳴山礦區(qū)樂平煤系地層夾持于長興組和大冶組灰?guī)r地層之間，其官山段和獅子山段本身也為弱含水層，區(qū)域上發(fā)育的張性正斷層溝通煤系地層及含水層，導(dǎo)致煤層氣隨地下水通過導(dǎo)水通道逸散，使得鳴山礦區(qū)淺部煤層含氣量較小。

4 煤層氣資源潛力

根據(jù)掌握的煤炭及煤層氣相關(guān)資源參數(shù)，分別對樂平礦區(qū)涌山和鳴山兩個區(qū)域進行煤層氣資源量估算。涌山礦區(qū)以勘探區(qū)為單元進行資源量估算，鳴山礦區(qū)由于西部埋深較大，劃分為淺部（-1 000 m）和深部（-1 000～-2 000 m）分別估算資源量。各區(qū)煤層氣資源量估算結(jié)果見表2。

表2 樂平礦區(qū)煤層氣資源量估算

樂平礦區(qū)主要煤層氣富集區(qū)預(yù)測煤層氣資源量達到107.8 億m3。從賦存層位來看，涌山礦區(qū)煤層氣賦存于1 000 m 以淺，煤層氣資源量為3.76 億m3；鳴山礦區(qū)是區(qū)內(nèi)煤層氣的主力富集區(qū)域，2 000 m以淺資源量達到104 億m3。當(dāng)前開采技術(shù)條件下，一般認為2 000 m 以淺是煤層氣開采的有利深度，因而鳴山深部豐富的煤層氣資源具備開采利用價值。

綜合煤層氣資源量和開采技術(shù)條件認為，樂平礦區(qū)煤層氣資源量較大，賦存地質(zhì)條件較好，且埋深適中，煤層氣資源潛力較大。

5 結(jié)語

樂平礦區(qū)位于萍樂坳陷帶東部，煤系地層包括樂平組和安源組。樂平組地層主要位于鳴山礦區(qū)，安源組地層主要位于涌山礦區(qū)。區(qū)內(nèi)煤炭資源豐富，且煤層含氣量較好，結(jié)合煤變質(zhì)程度、構(gòu)造、埋深、水文地質(zhì)條件等方面，對煤層氣賦存規(guī)律進行分析發(fā)現(xiàn)，樂平礦區(qū)具備較好煤層氣賦存條件。

煤層氣資源量估算結(jié)果顯示，樂平礦區(qū)潛在煤層氣資源量極為可觀，資源優(yōu)勢顯著。在煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整背景下，發(fā)揮煤層氣資源潛力優(yōu)勢，對適應(yīng)我省能源結(jié)構(gòu)調(diào)整具有積極意義。