永陇矿区麟北区水文地质特征及其对煤层气的控制作用

王少锋 蔺亚兵

(陕西煤田地质勘查研究院有限公司，陕西 710018)

麟北矿区位于阁头寺背斜以北，属彬长坳陷Ⅲ级构造单元。沟谷中出露的白垩系地层产状平缓，其深部构造总体为一走向NE、倾向NW的单斜构造。在单斜构造上，发育着次一级宽缓的褶曲构造。矿区构造简单，区内断层不甚发育，未发现岩浆岩侵入。

矿区煤炭资源丰富，含煤地层为中侏罗统延安组地层，主采煤层为2号、3号煤层，该煤层以不粘煤为主，全区分布较稳定，2号煤层平均厚度7.03m，3号煤层平均厚度4.27m，为煤层气的生成及储集提供了充足的条件。

1 矿区含、隔水层及水力联系

根据地层岩性和地层富水性资料分析，麟北区主要含水层为白垩系洛河组，其他地层基本含隔相互交替，含水岩组裂隙不发育，富水性弱，各含水层之间缺乏直接的水力联系通道。同时通过比较各含水层的矿化度和水质类型，易见延安组煤系含水层比洛河组、宜君组、安定组含水层的矿化度都明显偏大，而且在水质类型上有明显不同。由此判断，延安组煤系含水层与洛河组、宜君组、安定组含水层不具明显水力联系。

而上覆接触的直罗组地层，通过本区与邻区彬长矿区含水层的矿化度和水质类型分析，延安组煤系含水层与直罗组含水层水化学特征存在明显差异，两含水层之间也不具明显水力联系。

区内广泛分布，地表未见出露。延安组含水层包括2、3煤层含水层和砂岩含水层，砂岩含水层岩性主要为中～粗粒砂岩，属含水性弱的含水层。根据钻孔抽水试验： 单位涌水量0.000216～0.0353L/s·m，富水性弱而不均一。因受埋藏条件和地质构造控制，侏罗系延安组承压裂隙水的补径排自矿区内以侧向补径排为主，主要由南向北径流及排泄。矿区延安组含水层水位标高+810～+1120m之间，西南部水位最高，向西北部逐渐降低，至钻孔Z3-2附近，在此形成水势“低洼区”，矿区总体地下水向西北部低洼地带汇聚。加之延安组岩性以粉、细粒砂岩和泥岩为主，其补给量很小，因此含水量很微弱、流速很缓慢，为煤层气的储存创造了良好条件，延安组含水层地下水等水位线见图1。

图1 麟北区延安组含水层地下水等水位线图

地下水的化学特征也能反映出地下水流速和方向，即地下水水流流场。水化学特征可以用来确定补给区和排泄区。根据矿区内水文孔抽水试验水质测试结果，水质类型以Cl-Na型为主，矿化度734.49～6274.13mg/L，向西北部矿化度值逐渐增大(见图2、3)。

图2 麟北区延安组地下水矿化度等值线图

图3 麟北区延安组地下水水质类型范围图

图4 麟北区延安组地下水氯离子含量等值线图

麟北区延安组地下水矿化度等值线如图1～2所示，矿化度呈现由西南部、东部向西北部增大的趋势，与地下水等水位线图趋势显示较一致的吻合，矿化度最高值区域位于西北部Z3-2钻孔附近，由此表明此处地下水存在滞留区，由周边向此区域矿化度逐渐增大，同时反映出地下水动力场由补给区、径流区向滞留区的变化。类似研究麟北区延安组地下水水质类型范围图(图3)发现，同时也反映出以上地下水运动规律。

麟北区延安组地下水氯离子含量等值线如图4所示，氯离子含量值总体向西北部逐渐增大，最大值位于Z3-2、Z3-8钻孔附近。氯离子含量等值线图趋势与等水位线图、矿化度等值线图、水质类型范围图基本呈现高度一致。

2 矿区内钻孔实测

据陕西煤田地质局186队及陕西煤田勘察研究院在园子沟井田、丈八井田内施工的5个煤层气钻孔资料知：在Z3-2、Z3-8钻孔附近施工的煤层气钻孔YZG-C2、YZG-C3钻孔2号煤层平均含气量较周边增大，比较符合水文地质特征分析结果。对比发现，麟北区延安组地下水动力分区与煤层含气性趋势表现出较强的一致性，总体上由南向北增大，形成了4-4、K3-9钻孔区域、Z9-5、Z10-4钻孔区域的两个汇流区和3-2、Z3-8钻孔区域煤层气聚集区。究其原因，地下水动力场决定着煤储层压力的分布，从而控制了煤层气分布，在3-2、Z3-8钻孔区域的相对较高含气量区，对应于地下水滞留区域，等势面呈四周高、中间低的汇流状态，地下水从各个方向向该处汇流，此处的地下水径流条件减弱，对煤层气形成水动力封闭作用；而4-4、K3-9钻孔区域、Z9-5、Z10-4钻孔区域含气量相对较低，为大气降水径流区，地下水交替较积极，径流强度较大，煤层气向外解吸逸散作用较强，导致这些地区在煤级、煤厚、围岩等保存条件类似的情况下煤层含气量降低。含气量最好的区域恰好是水文条件最有利的煤层气富集区域，说明水文地质条件是矿区煤层气成藏的重要因素之一。

3 结论

(1)麟北区构造简单，断裂构造不甚发育，含水层之间泥岩隔水层稳定分布，延安组煤系含水层与其他含水层之间不具明显水力联系，有利于煤层气的保存。

(2)麟北区延安组含水层补给主要来源为矿区外四周相邻的延安组含水层的侧向径流补给，在矿区西北部形成水势低洼地，延安组含水层中地下水向西北部3-2、Z3-8钻孔区域汇聚，地下水的流动携带煤层气向西北部聚集。

(3)麟北区延安组地下水整体上处于较高的矿化度，水质类型为以SO4-Na型为主，西北部地区为Cl-Na型。由此说明整体上延安组地下水流动较缓慢，对煤层气的保存有利，而位于矿区西北部的相对滞流区最有利于煤层气的保存。

(4)麟北区西北部3-2、Z3-8钻孔区域煤层气富集条件最好，且含气量相对最高，是进行煤层气开发的潜力地区。

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