镇雄县熊洞煤矿煤层气赋存特征及影响因素

柯 军， 吴永贵， 尹中山

(1.四川省煤田地质局一三五队，四川 泸州 646000; 2.四川省煤田地质局，成都 610072)

煤层气是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附或游离状态赋存于煤层及围岩中的自生自储的非常规天然气，其主要成分是CH4，其赋存和分布受地质条件的影响和制约，是我国正在发展的新兴洁净、高效的优质能源[1]。

镇雄县境内煤炭资源丰富，是云南省尚未大规模开发的优质无烟煤基地之一，含煤总面积1 764km2，煤炭储量达74亿t，预测煤层气资源量800多亿m3。开展对该区域煤层气资源赋存特征及含气性影响因素研究刻不容缓，旨在为未来本区煤炭安全开采、煤层气资源开发利用提供地质依据。

1 概况

1.1 构造

区域上该区经历了多次地壳构造运动，以中生代燕山运动较为强烈，历次构造运动结果使地层发生了多种型式的构造形变，留下了性质不同、规模不等、方向不一的构造形迹，表现为镇雄县区域内镇雄复式向斜、以古向斜、牛场向斜等十余个含煤向斜构造[2]。

熊洞煤矿位于以古向斜北翼，总体为一单斜构造，地层走向总体为N77°E～S83°E，倾角35°～55°，西部较东部陡。井田内断层较发育，以逆断层为主，少数正断层，其展布方向均以NE向为主，倾向SE，倾角45°～75°，落差30～50m。

1.2 煤层

井田内含煤岩系为二叠系上统长兴组和龙潭组，属海陆交互相沉积(图2)。长兴组平均厚40.26m，含煤2～9层，一般4层，煤层总厚平均2.78m，平均含煤系数6.90%，可采煤层2层，可采厚度平均1.83m。

龙潭组根据含煤性及岩性特征，划分为上下两段，厚155.36m。上段平均厚36.61m，含煤2～12层，一般4层，煤层总厚5.16m，含煤系数14.09%，可采煤层3层(表1)，可采厚度平均4.27m；下段平均厚118.75m，含0～4层煤线。

图1 熊洞煤矿构造纲要图

图2 煤系综合柱状示意图

煤层煤层厚度/m含气量/m3·t-1甲烷成分/%瓦斯压力/MPa煤炭资源量/万t煤层气资源量/亿m3C11.2711.8085.420.7121091.74C40.6413.2185.170.625520.45C5b1.9015.7585.690.8031693.66C6a1.8017.0985.330.9528443.52

2 煤层气资源状况及赋存特征

2.1 煤层气资源状况

2.2 赋存特征

根据井田内所采50件煤层气样品测试结果，煤层气主要成分为CH4(甲烷)，含量11.80～17.09m3/t，占84.47%～90.61%(表1)。沼气带分带不甚明显，二氧化碳-氮气带无明显界线，氮气-沼气带深度在100m以内，埋深100m以下为沼气带。

1.3.2.2 术后排气时间 术后3 d询问患者，了解患者是否已排气及排便情况并在表格上写明第几天有排气排便。

C1煤层含气量以10.00～15.00 m3/t为主，中部局部大于15.00 m3/t，西北部小于10.00 m3/t；C4煤层含气量以10.00～15.00 m3/t为主，东南部大于15.00 m3/t，局部小于10.00 m3/t，瓦斯压力0.40～1.27MPa；C5b煤层含气量以大于15.00 m3/t为主，西北部为10.00～15.00 m3/t，局部小于10.00 m3/t，瓦斯压力0.36～1.02MPa；C6a煤层含气量以大于15.00 m3/t为主，西北部为10.00～15.00 m3/t，局部小于10.00 m3/t，瓦斯压力0.31～1.36MPa。各煤层甲烷含量在平面分布上总体呈西北部低、东南部高，F4断层周边高，F1断层周边低，生产矿井周围低，长兴组煤层含气量低，龙潭组煤层含气量高的特点(见图3、图4、图5)。剖面上各煤层含气量由上往下呈增高的趋势。

图3 C1煤层含气量等值线图

图煤层含气量等值线图

图煤层含气量等值线图

3 煤储层特征

3.1 宏观煤岩特征

3.2 显微组分特征

根据熊洞煤矿勘探资料，井田内煤岩显微组分以镜质组为主，含量62.70%～69.80%，惰质组含量20.18%～32.00%，

3.3 矿物组分特征

煤中矿物以黏土、黄铁矿、方解石为主，含量5.30%～10.94%，黏土多呈浸染状分布于基质细胞腔中，或呈集合状，少见团块状。

3.4 煤储层物性特征

煤层孔隙率3.09%～14.35%，平均4.87%，以小孔和微孔为主，少量大孔，有利于煤层气的吸附。根据邻近相似矿区资料，储层渗透率0.18～0.57md，储层压力6.52～8.74MPa，储层压力梯度1.09MPa/100m，储层温度25℃。

4 影响因素

4.1 煤厚、煤岩类型

4.2 煤层埋深

煤层埋深是影响煤层气含量的重要地质因素，煤层上覆地层厚度直接影响到地层压力、温度，进而影响到煤层气压力、甲烷吸附量等。

据井田内煤层气含量测试资料，通过线性拟合分析得出井田内煤层含气量与埋深的回归方程，二者有良好的正相关性，即煤层气含量随埋深增加而增长(图7)。井田各煤层瓦斯压力总体上随埋深的增加而增大，煤层气压力和煤层埋深呈正相关。

图煤层厚度与含气量关系图

图7 煤层埋深与含气量关系图

4.3 地质构造

研究区所处以古向斜，为一北翼陡南翼缓的不对称向斜构造，向斜轴部煤层埋深大，轴部应力释放所形成的裂隙有利于煤层气富集，故向斜轴部煤层含气量高。

4.4 煤层顶底板

煤层顶底板是煤层气保存的重要条件之一，顶底板岩性对煤层气影响较大，其孔隙率、渗透率、节理裂隙发育程度直接决定了盖层的封闭性能。煤系上覆地层为三叠系下统卡以头组，为灰绿色薄-中厚层状砂质泥岩、泥质粉砂岩、含钙质粉砂岩，含钙质团块，封闭性能较好，煤系下覆地层龙潭组下段及峨眉山玄武岩，为灰、浅灰、浅绿灰色薄至中厚层状菱铁质细砂岩、粉砂岩及浅灰、灰白色黏土岩和砂质泥岩，封闭性能较好。各煤层顶底板岩性(表2)，孔隙率、渗透率低，节理裂隙不发育，封闭性好，有利于煤层气的富集。

表2 熊洞煤矿可采煤层顶底板岩性统计表

4.5 水文地质条件

水文地质条件对煤层气富集、运移影响较大，一方面运动的地下水对煤层气保存有逸散作用，降低煤层气含量，同时若是滞流条件下的地下水通过水力封闭作用、封堵作用，使煤层气得以富集保存[8]。

研究区位于以古向斜北翼，为一单斜自流水斜坡。研究区接受大气降水补给，各含隔水层相间分布，各含隔水层浅部通过风化裂隙联通，结合钻孔简易水文观测及抽水试验，可以得出“浅部水力联系强，水动力较强，而深部相对独立，水力联系较弱”的基本认识。大气降水进入煤系露头后一部分通过浅部风化裂隙由高处向低处径流排泄，一部分溶解煤层甲烷后向煤系深部(向斜轴部)径流至最低侵蚀基准面形成滞流承压水，阻碍煤层气向浅部的运移、逸散，形成水力封堵，使煤层气富集，含气量高，压力大。

区内断层多为压扭性的逆断层，断层面岩石受到挤压，泥质含量增加，导水性较差，断层水对周边煤层气进行水力封堵，煤层含气量高。而井田西南的F1断层导水性较好，钻孔施工出现漏水现象，断层水流动不利于煤层气保存，导致F1断层周边煤层气含量低。

5 前景分析

研究区煤炭、煤层气资源丰富，且尚未大面积开发，结合云南省煤炭资源总体规划等信息，加强对本区煤炭、煤层气资源的综合评价，按照国家关于煤层气先抽后建的要求，加大投入，开展煤层气参数井的施工，对本区煤层气资源分布、储集规律的认识，对下一步矿区煤炭、煤层气资源的开发利用具有积极的指导意义。

6 结论

①熊洞煤矿位于以古向斜北翼，煤层层数较多、间距小，含气量高11.80～17.09m3/t，属富甲烷煤层，预测煤层气资源量9.37亿m3，地质储量1.21亿m3/km2。

②熊洞煤矿沼气带在埋深100m以下，煤层气含量随埋深增加而增大，呈正相关；平面上东南部含气量高，北西部含量低。

③煤层厚度、地质构造、水文条件、煤层埋深及顶底板岩性是影响井田内煤层气的主要因素。向斜轴部及压扭性断层有利于煤层气的富集，地下水一方面对煤层气形成水力封堵，使煤层气富集；其西北部断层不利于煤层气富集，含气量低。生产矿井因埋藏浅、采矿活动为煤层气逸散提供了通道，使周围煤层气含量低。

④井田所处的牛场以古矿区煤层气资源赋存条件好，储层物性较好，属超压、较高渗透率储层，为煤层气勘探开发提供了较好的基础。

⑤井田煤层气勘查、研究程度较低，建议开展煤层气探井施工、注入/压降法等测试专项工作，获取较全的煤储层参数资料，对评价该矿区煤层气开发前景非常必要。