新疆五宫煤矿煤层气赋存及影响因素研究

孙凡星 赵钧儒 李元敏

（1.山东省煤田地质规划勘察研究院，山东 济南 250104；2.山东省煤田地质局物探测量队，山东 济南 250104；3.山东泰山资源勘查有限公司，山东 济南 250104）

1 赋存地质概况

1.1 地层

矿井位于中新生代乌鲁木齐山前拗陷的东段、博格达复背斜弧形推覆体北侧。基岩出露较好，地表出露了八道湾组二段上部、三段、四段和三工河组。地层由老至新依次为三叠系上统郝家沟组(T3hj)、下侏罗统八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)和第四系(Q)。下侏罗统八道湾组(J1b)是主要含煤地层。

1.2 构造

矿井位于阜康向斜和南阜康背斜两翼，受区域构造控制，总体构造特征以NEE-SWW向的向、背斜和逆断层构造为主，发育少量NW-SE和SW-NE向正断层，次一级褶曲较发育，褶曲轴向呈近EW向。下侏罗统八道湾组(J1b)赋存于南陡北缓的不对称阜康向斜和南阜康背斜南翼地层中，整体构造形态为伴有断层的向斜和背斜构造。总体上矿井构造复杂程度属中等类型，即二类。

1.3 生气层基础条件

八道湾组含煤地层分4个含煤段，共含煤约61层，累计平均厚度162.73m，含煤系数为19.87%。可采煤层灰分多以低灰煤为主，少量中灰煤；煤类主要为气煤、1/3焦煤，各煤层镜质组最大反射率介于0.40%～4.62%之间，其变质阶段相应为0～Ⅹ阶段，因此，矿井赋存了具有一定厚度的多层煤层，煤质条件为煤层气的生成、储集、富集提供了良好的物质基础。

2 煤层储层物性特征

2.1 煤的孔隙率

煤的孔隙率通过所测真密度和视密度值计算所得(见表1)，两者差值愈大，孔隙率也愈大，煤层孔隙率变化在0.00～6.12%之间。其中孔隙率小于2% 的煤层：A21、A28、A29、A30、A31、A41、A48；孔隙率在2%～3%的煤层：A16、A20、A26、A47；孔隙率在3%～4%的煤层：A23、A43、A46、A50、A51；孔隙率在4%～5%的煤层：A8、A27、A42、A44、A45；孔隙率大于5%的煤层：A7、A32、A49。孔隙率大的煤，其吸附能力和反应性都比较好，但抗碎强度就差些，由于孔隙率大小影响着煤的吸附性能，所以孔隙率是研究煤层气储层必须考虑的一个指标。

表1 各煤层孔隙率试验结果一览表

2.2 煤的吸附性

通过用煤的吸附等温试验，可以测定在特定煤储层压力条件下的煤储层吸附能力。测试的煤的吸附等温线试验表明：（1）煤的吸附性与煤中水分有一定关系，煤中水分含量高时，煤吸附气体量明显减小。（2）煤的吸附性与煤的变质程度存在一定关系，在相同瓦斯压力下，煤的变质程度越高，即挥发分产率越小，煤吸附的气体量越大。

3 煤层气赋存

3.1 气体成分

气体成分主要以甲烷为主，少量重烃。各煤层甲烷两极值0.00～94.51%，平均值22.03%～62.32%，属氮气～甲烷带范围；煤层重烃两极值0.00～12.39%，平均值0.01%～2.57%。

3.2 气体含量

气体(甲烷+重烃)含量两极值0.00～20.13m3/t，平均值0.640～6.247m3/t，煤层富气性等级属贫甲烷～含甲烷煤层；虽然平均气体含量不大于8m3/t，但是A16、A45、A50等煤层的气体含量均有大于8m3/t的点，因此，局部地段具有富甲烷分布范围。

4 煤层气影响因素分析

4.1 煤层倾角和露头

煤层倾角：从图1中可以看出，ZK102钻孔煤层几乎直立，上部的A45、A44煤层气体含量非常低，已几乎全部排放掉了；下部的A43煤层倾角变小，保存了部分气体，但含量仍很低。

煤层露头：本井田由于煤层露头范围广，且发生自燃，致使浅部煤层大多被烧为灰烬。气体沿煤层露头排放到地面及火烧区，造成煤层气含量小，且煤层露头连续，更有利于气体的排放。煤层露头的存在是造成煤层气体含量小的一个主要原因。

图1 煤层倾角及露头瓦斯含量的影响

4.2 煤层厚度

煤层厚度是决定煤层生气量和吸附量的内在因素，煤层越厚，吸附气体能力越强，含气量越高。在已施工的ZK508钻孔中，A45煤层虽然有一层薄夹矸，但厚度大，气体含量仍然高；A46煤层相对A45煤层厚度小了近半，气体含量就略低了一些；A47煤层上下分层厚度相差不大，但下分层煤层结构简单、气体含量略高一些，上分层煤层结构复杂，两层夹矸，厚度也小，因此，气体含量相对偏小。煤层气赋存受煤层厚度影响，煤层越厚，含气量越高；煤层越薄，含气量越低。

4.3 地质构造

矿井整体构造形态为伴有断层的向斜和背斜构造，F4逆断层位于南阜康背斜的核部，区内走向长度约4.30km，断面南倾或东南倾，倾角为66°～87°之间，为高角度逆断层，阻断了煤层气的运输通道，有利于煤层气体的储存。背斜顶部，受构造挤压裂隙发育，虽然增加了煤层储气空间，但是也增加了煤层的渗透性，不利于煤层气体储存。因此，构造对煤层气体的赋存具有复杂性和不确定性。

4.4 水文地质条件

煤层中的流动水会对煤层产生冲洗作用，导致了煤层气的散失；水动力条件较差区域，有利于煤层气保存。本矿井涌水量在+763m水平为240m3/d，+698m水平时为360m3/d，最大可达1700m3/d，属弱的地下水补给，补给量有限，形成了一个半封闭型水文地质块段，地下水补给不良，径流不畅，以静储量为主，有利于煤层中气体的保存[1]。半封闭型水文地质块段是本矿井煤层气体含量局部保存较好的原因之一。

5 结论

影响煤层气赋存的因素是多方面的，在分析各种因素对五宫煤矿煤层气赋存的影响后，可以得到如下结论：

（1）该矿煤层倾角较大且煤层露头连续，造成浅部煤层气含量低；

（2）该矿总体煤层条件良好，为煤层气的生成、储集、富集提供了良好的物质基础，煤层气赋存受煤层厚度影响；

（3）该矿其构造对煤层气的赋存具有复杂性和不确定性；

（4）该矿属一个半封闭型水文地质块段，有利于煤层气的赋存。