黔北煤田某煤矿区煤层气资源勘探潜力评价

石富伦

0 引言

煤层气是自生自储于煤层中的非常规天然气。中国煤层气有利区勘探面积大，主要聚煤盆地有鄂尔多斯、沁水、准噶尔、滇东黔西、二连、吐哈、塔里木、天山、海拉尔等，地质资源和可采资源量大[1]。贵州省含煤面积约7 万km2，埋深2000m 以浅的煤层气资源量达3.06×1012m3[2～4]，居全国第二，但探明率低，不到25%，勘探潜力巨大[2]。贵州多数含煤构造单元未单独进行煤层气资源勘探工作，但煤炭勘查成果丰富，煤炭勘查中瓦斯专项资料提供了较为丰富的煤层气资源评价所需基础数据，可对煤层气资源勘探潜力进行初步评价。本文拟选取黔北煤田某煤矿作为研究对象，利用煤炭勘查资料，评价其煤层气资源勘探潜力。

1 地质概况

1.1 区块地层

研究区煤系及相邻地层由老到新发育有中二叠统茅口组，上统龙潭组、长兴组、下三叠统夜郎组、茅草铺组，以及第四系。目的层系龙潭组为一套海陆交互相碎屑岩夹碳酸盐岩含煤岩系，主要由灰、深灰色，薄至中厚层状粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩及少量细砂岩组成，夹7～9 层石灰岩及泥灰岩，底部为0～9.50 米为浅灰色铝土质泥岩，厚116～141m，均厚125.59m。根据岩性、岩相及含煤性，可分为上、下两段。各地层厚度及岩性见表1。

1.2 区块构造

研究区位于向斜一翼近轴部地带，地层总体走向NE，倾向以NW 和SE 为主，局部地段为SW 或NE。地层倾角较缓，一般为5°～10°；断层附近倾角常变陡，局部可达10°～21°。区内次一级褶皱和断层均有发育，构造复杂类型为中等。

2 煤储层特征

2.1 含煤性

研究区龙潭组含煤14 至20 层，煤层总厚度平均12.50m，含煤系数9.9%。含全区可采煤层2 层，即4#煤和9#煤；局部可采煤层3 层，即5#、8#和12#号。可采和局部可采煤层总厚度7.25m，可采系数5.8%。在纵向上，上段下部含煤性最好，是全区可采煤层4、9 号和局部可采煤层5、8 号的赋存层位；下段含煤性次之，含局部可采煤层一层，即12#煤。在横向上，南东部含煤性较好，可采煤层层数较多，可采总厚度较大；北西部含煤性变差。

表1 研究区地层岩性及厚度统计表

表2 研究区煤层气资源量估算表

2.2 煤质

研究区可采煤层颜色一般黑色、灰黑色，多呈金刚光泽或似金属光泽。煤岩结构呈条带状结构，以细一中条带为主，夹镜煤或丝炭线理及细条带。煤体结构呈柱状、块状或碎粒状，硬度较大，有利于水力压裂。煤中常见有星点状、浸染状黄铁矿，裂隙发育，常见方解石薄膜或细脉充填。

煤岩成分以亮煤、暗煤为主，镜煤次之，丝炭一般很少。宏观煤岩类型为半亮型- 暗淡型。煤中有机总量占71.19%～88.65%，一般在81%～88%之间，主要由镜质组和惰质组组成，其中镜质组含量80%～87.82 %，平均84.24%；惰质组含量12.18%～19.38%，平均15.76%。煤中无机组分总量占11.35% - 28.21% ，一般在 11%～19%之间。以黏土矿物为主、次为石英、方解石，少量黄铁矿。镜质体反射率（Ro）在3.58%～3.86%，平均3.67%，随埋深增加而增加。

3 煤层含气性

3.1 煤层气组分

区块内煤层瓦斯自然组分主要为CH4、N2、CO2和重烃，另外外来CO、O2。CH4含量为69.42%～94.11%，平均83.39%。重烃含量为0.30%～0.75%，平均为0.38%，各煤层差值不大。N2含量 在 4.11% ～26.87% ，平 均 13.57% 。 CO2含 量 为0.61%～1.40%，平均为1.02%。区块内埋藏最浅煤层距地表大于300m，且烃类气体含量一般大于70%，属于甲烷带，煤层未遭受风化，煤层气保存条件好。

3.2 含气量

煤层气解吸量是评价煤层含气性最直观的参数。利用研究区5 层可采煤层共50 个煤样的解吸气含量和各气体组分数据，经换算显示，甲烷含量为11.26～18.56m3/t，平均16.20m3/t。5层可采煤层中，除8# 煤因解析样品少，无统计意义外，其他4层煤层甲烷含气量均超过8m3/t 的煤层气资源量/储量的起算标准。综上，研究区煤层气含气量高，勘探潜力大。

3.3 吸附气量

煤吸附甲烷的等温线与单分子层吸附等温线一样，具有第I 类吸附等温曲线特征，因此，煤的吸附甲烷量一般用Langmuir 方程来表示[5]。根据Langmuir 单分子层吸附理论，在相同温度、不同压力条件下进行吸附实验，计算出兰氏体积（VL）和兰氏压力（PL），以此定量评价煤层气资源潜力。研究区全区可采煤层4# 煤和9# 煤共计7 块样品等温吸附实验结果显示，兰氏体积在 34.55～39.70m3/t，平均 36.554m3/t；兰氏压力在5.52～9.35MPa，平均6.96 MPa。兰氏体积高，煤吸附能力强，说明研究区具有较高的煤层气勘探开发潜力。

4 煤层气资源评价

研究区尚未开展过煤层气勘查开发工作，仅依靠煤炭勘查取得的成果进行综合分析，其资源量属待发现的资源量，类别为推测级。根据《煤层气资源/储量规范》（DZ/T0216- 2010）[6]，采用体积法计算煤层气资源/储量。对于全区可采煤层的4#和9# 煤，算量边界以煤矿矿权边界为界；局部可采煤层5#、8# 和12#煤，算量边界由煤炭算量边界和煤矿矿权边界共同圈定。起算标准为空气干燥基含气量≥8m3/t。根据估算，研究区煤层气4#、5#、8#、9# 和12# 煤层潜在资源量为60.4×108m3，地质储量丰度为1.68×108m3/km2（表2）。研究区煤层埋深0～1000m，大部煤层埋深400～800m，区块综合评价为Ac 类II级的煤层气区块。

5 结论

研究区4 号和9 号煤为全区可采煤层，煤层稳定程度为全区稳定、煤质变化小，构造复杂程度为中等，平均煤层干燥无灰基可燃气含量为16.20m3/t，煤体结构为原生～碎裂结构，地面开发条件为中等，煤层气区块地质资源量60.4×108m3，地质储量丰度为1.68×108m3/km2，煤层埋深0～1000m，大部煤层埋深400～800m，区块综合评价为Ac 类II 级的煤层气区块，具有较大的煤层气资源开发潜力。