黔西地区煤层气地质特征分析

陈朝玉，袁余洋，何文刚

(1. 遵义师范学院，贵州 遵义 563006； 2. 成都理工大学，四川 成都 618000)

煤层气主要以吸附状态赋存于煤层中，吸附气可占煤层气总量的70%～80%，少量以游离气和溶解气的形式存在，游离气占总量的10%～20%，溶解气所占比例很小。煤层气的化学组分主要包括甲烷、硫化氢以及微量的稀有气体(氦气、氖气、氩气等)。其中，甲烷和重烃气统称为烃气。煤层埋藏深度增加，煤层气化学成分随之变化，从地表至煤层气分化带下限深度依次形成二氧化碳-氮气带、氮气-甲烷带和甲烷带。根据煤芯解吸数据统计，黔西地区煤层甲烷浓度为1.88%～99.98%，平均为68.61%，以大寨井田最高(78.61%)，捷达井田最低(49.69%)；氮气浓度为0～70.96%，平均为25.15%，以捷达井田最高(42.69%)，月亮田井田最低(14.68%)；二氧化碳浓度为0～42.45%，平均为5.45%；仅在捷达井田含有一定数量的重烃，其中乙烷浓度含量为0.06%～11.77%，平均浓度为3.99%.

1 煤层气化学组分

1.1 煤层气化学组分的区域分布

黔西地区各井田统计结果显示，煤层气的化学组分总体甲烷浓度偏低，氮气浓度偏高，仅在捷达井田含有重烃(图1). 煤层甲烷浓度最高分别在大寨井田和松河井田，平均为78.61%和78.53%，最低的为老屋基井田和捷达井田，甲烷平均浓度分别为50.47%和49.69%. 氮气浓度较高，最高的是捷达井田，达到42.69%. 二氧化碳浓度最高的为月亮田井田，为13.04%，其次为黎明井田，为9.96%. 其中，捷达井田虽有微量重烃存在，但未达到异常。

图1 黔西地区各井田煤层气的平均化学组成图

1.2 煤层气化学组分的层位分布

黔西地区部分井田煤层气化学组分的层位分布情况见图2. 捷达井田各煤层甲烷浓度较低，在±50%；氮气浓度较高，在±30%. 随着煤层层位的降低，甲烷浓度与氮气浓度呈波动式变化。金佳、松山和火铺井田各煤层甲烷浓度相对较高，最高浓度均达到了95%以上。随着煤层层位的降低，甲烷浓度增加、氮气浓度降低，且深部煤层保持较高的甲烷浓度，说明深部煤层封闭性好，各煤层之间相互封闭性强。水塘和大寨井田各煤层甲烷浓度相对不高，在±75%. 甲烷浓度随着煤层层位的降低呈降低趋势，说明浅部煤层封闭性较深部煤层好。

图2 黔西地区8个典型井田煤层气的化学组分层位分布图

在煤层气资源勘探中，煤层含气量是需要确定的最基本参数。煤层只有含有一定数量的煤层气，才可能具有进一步勘探和开发的经济价值。同时，煤层含气量在地域和层域上具有高度的非均质性。

2 煤层气各组分含量统计特征

该次研究共收集黔西地区上二叠统煤层含气量数据600余个。经统计，含气量为5.31～17.11 m3·t-1，平均11.76 m3·t-1. 其中，煤层甲烷平均含量超过15 m3·t-1的为柏坪、山脚树、捷达和大寨4个井田。氮气含量为0.30～17.74 m3·t-1，平均6.63 m3·t-1；二氧化碳含量为0.28～2.47 m3·t-1，平均0.78 m3·t-1，各井田普遍较低；重烃含量为0.22～8.26 m3·t-1，平均2.49 m3·t-1，甚至超过了二氧化碳平均含量，在多数井田都有产出，构成黔西地区煤层气产出特点之一(图3).

图3 黔西地区15个井田煤层气各组分气体含量图

3 煤层甲烷含量

3.1 煤层甲烷含量的区域分布

黔西地区构造较为复杂，区内煤层甲烷含量的区域分布与单个向斜的规模和“拗陷”深度直接相关，具有向斜控气的典型特征。因此，不同煤层其含气量的区域分布规律类似，只是下部煤层高含气量分布范围略大于上部煤层。含气量大于20 m3·t-1的地带主要分布于煤田各向斜的轴部，但深部地段大多缺乏勘探实证资料，多数为预测结果。含气量变化于12～20 m3·t-1的地带一般位于向斜两翼斜坡部位。

3.2 煤层甲烷含量的层位分布

黔西地区部分井田主要煤层平均含气量统计数据分析统计结果显示，煤层含气量与煤层层位之间的关系分为3类基本表现形式(图4). 第一类表现为非单调函数分布，平均含气量随煤层层位降低而呈波动式变化，如金佳、山脚树、毛寨、土城等井田。第二类表现为单调递减趋势，煤层层位降低，煤层含气量趋于降低，如松河井田。第三类表现为单调递增趋势，煤层层位降低，煤层含气量趋于增加，如老屋基井田。第一类形式表明，煤层(群)之间地层流体动力联系较弱，显示出独立叠置含煤层气系统的基本特征。第二类与第三类形式表明，整个含煤地层不同煤层之间具有较强的流体动力联系，属于同一含煤层气系统。

注：平均埋深和平均含气量均为勘探深度范围内的平均值图4 黔西地区部分井田煤层甲烷平均含量的层位分布图

4 结 论

1) 黔西地区各井田统计结果显示，煤层气的化学组分总体甲烷浓度偏低，氮气浓度偏高。

2) 黔西地区部分井田煤层气化学组分的层位分布情况显示，随着煤层层位降低，甲烷浓度与氮气浓度呈波动式变化。局部地区随着煤层层位的降低，甲烷浓度增加、氮气浓度降低，且深部煤层保持较高的甲烷浓度。

3) 黔西地区不同煤层其含气量的区域分布规律类似，只是下部煤层高含气量分布范围略大于上部煤层。